СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫМ ГЕНЕРАТОРОМ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к системам управления вентильно-индукторными генераторами, и может быть использована на транспорте, в промышленности, в ветро- и гидроэнергетике.
Известна система управления вентильно-индукторной машиной (Коломейцев Л.Ф., Пахомин С.А., Крайнев Д.В., Коломейцев В.Л., Слепков Е.А. Математическая модель для расчета электромагнитных процессов в многофазном управляемом реактивном индукторном двигателе, Изв. Вузов, Электромеханика, 1998. 1. стр.49-53). В этой системе использованы два транзисторных ключа и два возвратных диода для обеспечения управления вентильно-индукторной электрической машиной.
Недостатком данного системы управления является то, что в ней содержится два ключевых элемента на одну фазу генератора.
Наиболее близкой по своей технической сущности к заявляемой системе управления является система управления вентильно-индукторным генератором (Miller Т. Switched Reluctance Motors and Their Control. Magna Physics Publishing and Oxford University Press. 1993, стр.94) - прототип, включающая вентильно-индукторную электрическую машину, датчик положения ротора, связанный с вентильно-индукторной электрической машиной, блок управления, силовой полупроводниковый ключ.
Недостатком данного устройства является недостаточная надежность системы управления из-за ограниченного диапазона пиковых нагрузок различного характера, а также низкая мощность вентильно-индукторного генератора.
Технический результат заявленной полезной модели - повышение надежности системы управления, а также повышение мощности вентильно-индукторного генератора.
Указанный технический результат достигается тем, что система управления вентильно-индукторный генератором, включающая вентильно-индукторную электрическую машину, датчик положения ротора, связанный с вентильно-индукторной электрической машиной, блок управления, силовой полупроводниковый ключ, содержит делитель напряжения, при этом в качестве датчика положения ротора используют оптоэлектронный датчик, выход которого соединен с одним из входов блока управления, другой вход которого соединен с выходом делителя напряжения, вход которого соединен с выходом вентильно-индукторной электрической машины, причем выход блока управления через силовой полупроводниковый ключ соединен со входом вентильно-индукторной электрической машины.
Система управления вентильно-индукторным генератором должна обеспечивать поддержание выходного напряжения на накопительном конденсаторе в заданных пределах и предотвращать срыв генерации при перегрузке, а также отслеживать работу силовых ключей в области безопасных режимов.
При превышении порогового значения отдаваемой в нагрузку мощности, являющейся функцией скорости движения и температуры ключей, происходит разгрузка генератора (отключение потребителей по приоритету). Для повышения КПД генератора система управления регулирует ток возбуждения обмотки в зависимости от мощности потребления, скорости движения и температуры ключей.
В качестве электрической машины была использована вентильно-индукторная электрическая машина (ВИМ), представляющая собой безредукторный электромеханический преобразователь. ВИМ обладает рядом особенностей, выгодно отличающих ее от других типов электрических машин - простота конструкции (безобмоточный ротор, отсутствие коллекторно-щеточного узла и т.д.), технологичность изготовления, ремонтопригодность, экономическое использование активных материалов (меди, электротехнической стали).
Силовой полупроводниковый ключ является основным элементом системы управления вентильно-индукторным генератором (ВИГ), определяющим эффективность и надежность ее работы. Коммутация больших токов на высоких скоростях переключения сопряжена с рядом конструктивных трудностей. Подобранная конструкция силового ключа позволяет минимизировать паразитные индуктивности в главных токовых шинах, оказывающих влияние на надежность работы системы.
На получение требуемых характеристик системы управления большое влияние оказывает также правильная установка оптоэлектронного датчика положения ротора (ДПР), его угловое положение относительно магнитной системы статора.
Позиционирование датчика осуществляют с использованием измерителя индуктивности и блока питания датчика с индикатором его переключения. Измеритель индуктивности подключается к клеммам обмотки ВИГ, а блок питания через разъем к ДПР. Позиционирование датчика осуществляют следующим образом. Поворачивая вал в любом направлении, останавливают его в положении, когда прибор покажет минимальную индуктивность. Затем ДПР снова перемещают в одном из направлений до момента переключения датчика (из положения 0 - светодиод горит в 1 - светодиод погашен или наоборот). В момент переключения датчика ДПР останавливают и фиксируют - полученное положение ДПР является искомым.
На фиг.1 приведена структурная схема управления вентильно-индукторным генератором.
На фиг.2 приведен блок датчика положения ротора ВИГ в сборе.
Система управления вентильно-индукторным генератором включает вентильно-индукторную электрическую машину (ВИМ), оптоэлектронный датчик 1 положения ротора, связанный с ВИМ, блок управления 2, силовой полупроводниковый ключ 3 и делитель 4 напряжения, при этом выход датчика 1 положения ротора соединен с одним из входов блока управления 2, другой вход которого соединен с выходом делителя 4 напряжения, вход которого соединен с выходом BИM, причем выход блока управления 2 через силовой полупроводниковый ключ 3 соединен со входом ВИМ.
Датчик 1 положения ротора выполняют в виде блока (фиг.2), который устанавливают вместо прижимного фланца, фиксирующего передний осевой подшипник от перемещения вдоль вала ротора.
Система управления вентильно-индукторным генератором работает следующим образом.
Блок управления 2 получает сигналы с датчика 1 положения ротора и с делителя 4 напряжения, и вырабатывает управляющие сигналы для силового полупроводникового ключа 3. Через полупроводниковый ключ 3 по сигналам блока управления 2 в ВИМ поступает энергия возбуждения магнитного поля и отводится энергия, полученная в результате электромеханического преобразования.
Заявленная система управления позволяет увеличить мощность вентильно-индукторного генератора до 15 кВт (удельная на единицу мощности масса генератора составит 17,3 кг/кВт), не увеличивая его габаритов, что на 39% превосходит имеющиеся показатели известных аналогов, а также повысить надежность работы за счет четкого отслеживания провалов выходного напряжения при пиковых нагрузках генератора.