Гибридная силовая установка

Полезная модель относится к электроэнергетике и приводным устройствам, может быть использована в генераторах в составе гибридной силовой установки.
Известны схемы включения конденсаторов последовательно в цепь якоря генератора (Бертинов А.И. Авиационные электрические генераторы. 1959 г., стр. 334), а именно: непосредственное включение конденсатора; включение через повышающие ненасыщенные трансформаторы тока; включение через повышающие ненасыщенные трансформаторы тока, вторичные цепи которых включены на группу конденсаторов, соединенных в треугольник. В схеме падение напряжения в генераторе, происходящее в основном за счет влияния реакции якоря и потоков рассеяния, компенсируется последовательно включенной емкостью конденсатора.
Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные чувствительностью схем к изменению индуктивности нагрузки.
Известна схема включения параллельного емкостного стабилизатора (Балагуров В.А. и Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. 1988 г. рис. 4.14), в которой к соединениям выводов генератора и нагрузки подключается стабилизатор, представляющий собой повышающий трансформатор с подключенными на вторичной обмотке конденсаторами. В схеме при увеличении напряжения стабилизатор представляет собой индуктивную нагрузку, при снижении напряжения - емкостную, а при резонансе токов - активную.
Недостатком аналога является снижение полезной мощности, так как стабилизатор является дополнительной нагрузкой, и при малых токах нагрузки генератор бесполезно нагружается емкостным током конденсаторов.
Известен способ подключения компенсатора реактивной мощности к рабочему напряжению (патент RU, 2342759, H02J 3/18, 10.08.2016), содержащий несколько расположенных параллельно друг к другу компенсационных компонентов. Согласно способу для подключения компенсатора реактивной мощности, к рабочему напряжению сначала компенсационные компоненты с помощью блока управления подключают к рабочему напряжению последовательно друг за другом через добавочное сопротивление, а затем без добавочного сопротивления. В качестве подключенной компенсационной компоненты применяют активную компоненту с по меньшей мере одним управляемым элементом реактивной мощности, например, с управляемым тиристором реактивным сопротивлением.
Недостатками аналога являются потери активной мощности, обусловленные необходимостью применения добавочного сопротивлении.
Известен также компенсатор реактивной мощности (патент US, 4647837 А, H02J 3/185, 03.03.1987), содержащий вентильный мост, в плечах которого установлены полупроводниковые ключи в виде транзисторов или полностью управляемых тиристоров. В цепи переменного тока моста, соединенного с сетью, установлен конденсатор, а в цепи постоянного тока мост закорочен через реактор.
Недостатком аналога является значительные коммутационные потери, повышенные масса и габариты, из-за того, что полностью управляемые ключи переключаются при больших значениях токов и напряжений.
Известна гибридная силовая установка беспилотного вертолета - самолета (патент RU, 2527248, В64С 27/28, 27.08.2014), выполненная по последовательной гибридной технологии силового привода, снабженная левой и правой консольными мотогондолами с электродвигателями, вращательно связанными с соответствующими винтами поперечной группы. В состав силовой установки также входят носовая и кормовая мотогондолы продольной группы винтов, в которых наряду с поворотными валами соответствующих винтов размещены электродвигатели-генераторы, вращательно связанные с последними и выполненные обратимыми, а носовая мотогондола наряду с поршневым двигателем содержит выходную и входную муфты сцепления и имеет систему электропривода, включающую все электродвигатели, аккумуляторные перезаряжаемые батареи, преобразователь энергии с блоком управления силовой передачи, подключающим и отключающим электродвигатели и поршневой двигатель, переключающим генерирующую мощность и порядок подзарядки аккумуляторов.
Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности гибридной силовой установки из-за достаточно большой массы.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявленной является гибридная силовая установка для летательных аппаратов (патент US, 9194285 В2, F02B 63/04, 24.11.2015), по меньшей мере с одним генерирующим энергию модулем, имеющим двигатель внутреннего сгорания и генератор, который может приводиться в действие последним для генерирования электрической энергии, и по меньшей мере с одним электродвигателем для приведения в действие приводного средства самолета.
Недостатком ближайшего аналога является низкая жесткость внешней характеристики, что приводит к снижению энергоэффективности гибридной силовой установки в целом. Это связано с тем, что конструктивная схема подключения генератора к нагрузке выполнена традиционно, напрямую без компенсации реактивных сопротивлений, поэтому электрическая часть между генератором и электродвигателем работает при cos ϕ=0,7…0,9.
Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей благодаря использованию конструктивной схемы многофазного генератора с последовательным включением компенсаторов реактивных сопротивлений между каждой фазой генератора и выпрямителем.
Техническим результатом является увеличение жесткости внешней характеристики генератора благодаря использованию конструктивной схемы многофазного генератора с последовательным включением компенсаторов реактивных сопротивлений между каждой фазой генератора и выпрямителем.
Поставленная задача решается и указанный результат достигается тем, что в гибридной силовой установке для летательных аппаратов по меньшей мере с одним генерирующим энергию модулем, имеющим приводной двигатель, генератором электрической энергии, и, по меньшей мере, одним электрическим двигателем для питания приводного средства летательного аппарата, согласно полезной модели используется многофазный генератор, между каждой фазой которого и его нагрузкой установлены выпрямитель и компенсаторы реактивного сопротивления, в виде добавления в последовательное включение конденсатора такой емкости, чтобы обеспечивался резонанс напряжений.
Существо полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена блок схема многофазного генератора с компенсаторами реактивного сопротивления в составе гибридной силовой установки. На фиг. 2 изображена схема подключения принципиальная обмоток многофазного генератора к выпрямителю
Гибридная силовая установка содержит двигатель 1, многофазный генератор 2, содержащий обмотки 3, каждая фаза которого последовательно подключена к компенсатору реактивной мощности 4 и выпрямителю 5, причем каждый компенсатор реактивной мощности представляет собой конденсатор, который имеет емкость необходимую для создания условия резонанса напряжения в своем контуре. К выпрямителю 5 подключена нагрузка 6, которая может представлять собой как электродвигатель или инвертор, так и другую полезную (нелинейную) нагрузку.
Гибридная силовая установка работает следующим образом: во время вращения ротора многофазного генератора 2 в обмотках 3 многофазного генератора 2 возникает переменная электродвижущая сила. Обмотки 3 многофазного генератора, проводники электрического тока и нагрузка 6 имеют индуктивное сопротивление, поэтому проходящий ток отстает от напряжения на некоторый угол ϕ. Угол отставания приводит к снижению активной мощности системы и уменьшению жесткости внешней характеристики генератора. Чем выше индуктивность электропроводящего контура, тем больше cos ϕ. Поэтому для улучшения условий работы многофазного генератора 2, концы обмоток 3 подключаются к выпрямителю 5, а затем к нагрузке 6. Благодаря этому обмотки 3 многофазного генератора 2 работают на укороченные контуры (до выпрямителя), реактивное сопротивление которых состоит только из мало изменяющихся индуктивностей обмоток 3 и постоянной индуктивности проводников. Для уменьшения угла отставания тока через фазы генератора используются компенсаторы реактивного сопротивления 4, которые представляют собой конденсаторы, включенные последовательно между фазами многофазного генератора 2 и выпрямителем 5. При подборе емкостей конденсаторов достигаются условия резонанса напряжений, при котором реактивные сопротивления угол ϕ>>0.
Для создания условий резонанса напряжений необходимо подобрать такую емкость конденсатора, при которой  где  - частота колебания фазного тока генератора, L, Т - индуктивность контура 1, С, Ф - емкость конденсатора.
Итак, заявленная полезная модель позволяет увеличить жесткость внешней характеристики генератора гибридной силовой установки, и, тем самым, расширить функциональные возможности благодаря использованию конструктивной схемы многофазного генератора с последовательным включением конденсаторов реактивных сопротивлений между фазой многофазного генератора и выпрямителем.