АВТОНОМНАЯ ГЕНЕРАТОРНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к генераторным электростанциям на базе двигателей внутреннего сгорания и синхронных генераторов на постоянных магнитах, используемых для выработки электроэнергии на автономных объектах электроснабжения.
Известна автономная электростанция переменного тока (патент RU №2412513 2011 г.), содержащая, последовательно соединенные двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с переменной скоростью вращения, синхронный генератор, преобразователь частоты, включающий управляемый выпрямитель, конденсаторную батарею, датчик тока, инвертор напряжения, к которому подключен повышающий трансформатор с выходными выводами, к ДВС подключен блок формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, содержащий регулятор частоты вращения вала ДВС, датчик частоты вращения вала ДВС, к которому подключен сумматор сигналов, связанный с блоком задания экономичной частоты вращения вала ДВС и с регулятором частоты вращения вала ДВС, подключенным к ДВС, блок возбуждения синхронного генератора подключен к блоку питания и соединен С обмоткой возбуждения синхронного генератора, с выходами блока задания экономичной частоты вращения вала ДВС, блок стабилизации напряжения, состоящий из задатчика напряжения, сумматора сигналов и регулятора напряжения, подключен к управляемому выпрямителю и соединен с выходом датчика напряжения, с которым соединен блок возбуждения синхронного генератора, вход блока задания экономичной частоты вращения вала ДВС соединен с блоком вычисления мощности нагрузки, который подключен к выходам датчика напряжения и датчика тока, выход задатчика частоты выходного напряжения соединен с инвертором напряжения.
Известна автономная генераторная установка (патент RU №172810 2015 г.), выбранная в качестве прототипа, содержащая двигатель внутреннего сгорания с переменной скоростью вращения, выход которого соединен с входом датчика скорости вращения, первый выход которого соединен с входом синхронного генератора на постоянных магнитах комбинированного возбуждения, выход которого соединен с входом блока стабилизации, выход которого соединен с входом накопителя энергии, выход которого соединен с входом инвертора, выход которого соединен с входом датчика тока, первый выход которого соединен с первым входом блока управления генераторной станцией, а второй выход соединен с выходом нагрузки и с входом датчика напряжения, выход которого соединен со вторым входом блока управления генераторной станцией, третий вход которого соединен с выходом датчика скорости вращения, а выход соединен с входом регулятора подачи топлива, выход которого соединен с входом двигателя внутреннего сгорания с переменной скоростью вращения.
Недостатками устройств является низкий коэффициент полезного действия в режимах, близких к номинальным, из-за постоянно последовательно включенных в цепь питания блока стабилизации и инвертора напряжения.
Задача полезной модели - повышение коэффициента полезного действия автономной генераторной станции в режимах работы близких к номинальным.
Сущность полезной модели заключается в том, что в известную автономную генераторную электростанцию, содержащую двигатель внутреннего сгорания с переменной скоростью вращения, выход которого соединен с входом датчика скорости вращения, первый выход которого соединен с входом синхронного генератора на постоянных магнитах комбинированного возбуждения, выход которого соединен с входом блока стабилизации, выход которого соединен с входом накопителя энергии, выход которого соединен с входом инвертора, выход которого соединен с входом
датчика тока, первый выход которого соединен с первым входом блока управления генераторной станцией, а второй выход через узел соединен с выходом нагрузки и с входом датчика напряжения, выход которого соединен со вторым входом блока управления генераторной станцией, третий вход которого соединен с выходом датчика скорости вращения, а выход соединен с входом регулятора подачи топлива, выход которого соединен с входом двигателя внутреннего сгорания с переменной скоростью вращения, введен блок коммутации, первый вход которого соединен с выходом синхронного генератора на постоянных магнитах комбинированного возбуждения, второй вход соединен со вторым выходом блока управления генераторной станцией, первый выход соединен с входом блока стабилизации, а второй выход соединен через узел с входом датчика тока.
На фиг. 1 представлена функциональная схема автономной генераторной станции, где:
1 - двигатель внутреннего сгорания;
2 - датчик скорости вращения;
3 - синхронный генератор на постоянных магнитах комбинированного возбуждения;
4 - блок коммутации;
5 - блок стабилизации;
6 - накопитель энергии;
7 - инвертор;
8 - датчик тока;
9 - нагрузка;
10 - датчик напряжения;
11 - блок управления автономной генераторной станции;
12 - регулятор подачи топлива.
Причем двигатель внутреннего сгорания 1, к которому последовательно подключены датчик скорости вращения 2 и синхронный генератор на постоянных магнитах комбинированного возбуждения 3, управляемый блок коммутации 4, один выход которого подключен к нагрузке 9, через датчики тока 8 и напряжения 10, а другой выход присоединен к блоку стабилизации 5, выход которого соединен с накопителем энергии 6 и входом инвертора 7, выход которого, через датчики тока 8 и напряжения 10, соединен с нагрузкой 9, при этом информационные выходы датчиков тока 8, напряжения 10 и скорости вращения 2 подключены к входам блока управления автономной генераторной станцией 11, первый выход которого последовательно соединен с регулятором подачи топлива 12 и двигателем внутреннего сгорания 1, второй выход блока управления автономной генераторной станцией 11 соединен с управляющим входом блока коммутации 4.
Устройство работает следующим образом. При изменении нагрузки 9 происходит изменение скорости вращения двигателя внутреннего сгорания 1 и изменение напряжения на выходе синхронного генератора на постоянных магнитах комбинированного возбуждения 3. Датчики тока 8, напряжения 10 и скорости вращения 2 измеряют и передают данные о параметрах тока, напряжения и скорости вращения в блок управления автономной генераторной станцией 11, который принимает информацию с датчиков тока 8, напряжения 10 и скорости вращения 2, обрабатывает ее, вычисляет значения потребляемой мощности, оптимальную скорость вращения, соответствующую этой мощности и подает управляющие воздействия в регулятор подачи топлива 12 и на управляющий вход блока коммутации 4. Регулятор подачи топлива 12 в зависимости от управляющего сигнала с блока управления автономной генераторной установки 11 увеличивает или уменьшает количество подаваемой топливной смеси, изменяя скорость вращения двигателя внутреннего сгорания 1. Блок коммутации 4, в зависимости от сигнала с блока управления генераторной станцией 11, подключает первый выход, подключаясь к блоку стабилизации 5, который обеспечивает коррекцию напряжения до требуемого уровня и его выпрямление, либо второй выход, подключаясь через датчики тока 8 и напряжения 10 к нагрузке 9 напрямую, исключая потери в статическом преобразователе, состоящим из блока стабилизации 5, накопителя энергии 6 и инвертора 7, в установившемся режиме работы. При резком изменении нагрузки накопитель энергии 6 компенсирует скачки напряжения на время регулирования скорости вращения двигателя внутреннего сгорания 1, а в установившемся режиме накапливает электроэнергию и сглаживает пульсации напряжения.
Технико-экономическая эффективность заключается в том, что по сравнению с прототипом, коэффициент полезного действия предполагаемой полезной модели повышается на величину, пропорциональную потерям в статическом преобразователе, за счет подключения синхронного генератора на постоянных магнитах комбинированного возбуждения 3 через датчики тока 8 и напряжения 10 к нагрузке 9 напрямую, исключая эти потери. В результате моделирования было установлено, что в зависимости от элементной базы, условий работы статического преобразователя, состоящего из последовательно соединенных блока стабилизации 5, накопителя энергии 6 и инвертора 7, увеличение коэффициента полезного действия может варьироваться от 4 до 10%.