СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ДЛЯ АВТОНОМНЫХ ОБЪЕКТОВ

Полезная модель относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использована при построении систем генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока постоянной и переменной частоты автономных объектов.
Известна система генерирования стабильного напряжения переменного тока [патент РФ №81609, кл. H02P 9/00, оп. 20.03.2009], содержащая подключенный к выходу авиадвигателя магнитоэлектрический генератор с возбуждением от постоянных магнитов, выходные выводы которого, предназначенные для подключения потребителя стабильного напряжения переменной частоты, подключены к одному из входов узла сравнения, второй вход которого присоединен к источнику заданного напряжения, а выходы узла сравнения присоединены к входу регулирования источника реактивного тока, выходные выводы которого присоединены параллельно выходным выводам генератора либо к его дополнительным обмоткам, при этом источник реактивного тока выполнен обеспечивающим формирование пропорционального величине выходного сигнала узла сравнения реактивного тока, опережающего по фазе выходное напряжение генератора при его снижении относительно заданного или отстающего по фазе от выходного напряжения генератора при его подъеме относительно заданного.
Недостатками данной системы является наличие дополнительных обмоток на генераторе, а также наличие фильтра между выводами генератора и нагрузкой, что приводит к увеличению массогабаритных показателей всей системы.
Известна система генерирования стабильного напряжения переменного тока с изменяющейся частотой [патент РФ №121974, кл. H02P 9/44, оп. 10.11.2012], содержащая синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов с трехфазной обмоткой на статоре, соединенной по схеме звезда, трехфазный источник реактивного тока, трехфазный фильтр, причем в каждую выходную фазу вводят две индуктивно связанные катушки, два разноименных вывода катушек соединяют между собой и соединяют с входным выводом соответствующей фазы фильтра, выходной вывод которого предназначен для подключения потребителя стабильного напряжения переменной частоты, один из двух свободных выводов индуктивно связанных катушек соединяют с выходным выводом соответствующей фазы синхронного генератора, а второй из двух свободных выводов индуктивно связанных катушек соединяют с выходным выводом соответствующей фазы источника реактивного тока.
Недостатками данной системы является увеличение массы и габаритов и снижение характеристик генератора из-за наличия сопротивления индуктивно-связанных катушек и фильтра между генератором и нагрузкой.
Известна система генерирования стабильного напряжения трехфазного переменного тока с изменяющейся частотой [патент РФ №121968, кл. H02J 3/16, оп. 10.11.2012], содержащая синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов с трехфазной обмоткой на статоре, соединенной по схеме звезда, трехфазный инвертор напряжения, фильтр, к входным вводам которого присоединены выходные выводы синхронного генератора, а к выходным выводам фильтра присоединены вводы нагрузки системы генерирования, выходные выводы переменного тока инвертора напряжения присоединены к входным вводам фильтра, выходные выводы которых присоединены к выходам синхронного генератора.
Эта система по числу существенных признаков выбрана в качестве ближайшего аналога заявляемой полезной модели.
Недостатками прототипа является наличие фильтра между выводами синхронного генератора и нагрузкой, что приводит к увеличению габаритов и веса всей системы, а также зависимость частоты сети от частоты вращения приводного вала.
Задачей полезной модели является улучшение массогабаритных показателей, расширение функциональных возможностей и повышение качества генерируемой электрической энергии в системах электроснабжения автономных объектов.
Технический результат: обеспечение защиты от всех видов коротких замыканий внутри синхронного генератора и в точке присоединения нагрузки, обеспечение защиты от аварийного повышения и понижения частоты в системах со стабильной частотой, снижение амплитуды гармонических составляющих тока и напряжения высших порядков, обеспечение симметрии фазных напряжений.
Поставленная задача решается, и технический результат достигается тем, что в системе стабилизации, содержащей синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов с трехфазной обмоткой на статоре, соединенной по схеме звезда, трехфазный инвертор напряжения, фильтр, к входным вводам которого присоединены выходные выводы синхронного генератора, а к выходным выводам фильтра присоединены вводы нагрузки системы генерирования, выходные выводы переменного тока инвертора напряжения присоединены к входным вводам фильтра, выходные выводы которых присоединены к выходам синхронного генератора, согласно полезной модели выходные выводы синхронного генератора присоединены к вводам нагрузки системы генерирования через коммутатор, а выходные выводы фильтра присоединены к выходным выводам регулятора напряжения, входные вывода которого соединены с блоком конденсаторов, который соединен с трехфазным выпрямителем.
Трехфазный инвертор напряжения выполняет функцию регулятора напряжения.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг. 1 изображена структурная схема системы стабилизации выходного напряжения магнитоэлектрического синхронного генератора для автономных объектов. На фиг. 2, 3 и 4 изображены диаграммы, поясняющие принцип фильтрации высших гармоник тока нагрузки.
Система стабилизации выходного напряжения магнитоэлектрического синхронного генератора для автономных объектов содержит (фиг. 1) синхронный генератор 1, соединенный с нагрузкой 2 через коммутатор 3, фильтр 4, входные вводы которого присоединены к выходным выводам синхронного генератора 1, а выходные выводы фильтра присоединены к выходным выводам регулятора напряжения 5, входные вывода которого соединены с блоком конденсаторов 6, который соединен с трехфазным выпрямителем 7.
Устройство работает следующим образом.
Нерегулируемый магнитоэлектрический синхронный генератор 1 приводится во вращение валом двигателя внутреннего сгорания напрямую или через привод постоянной частоты. Частота и напряжение на выходе синхронного генератора 1 изменяются в зависимости от частоты вращения ротора синхронного генератора 1, величины и характера нагрузки 2.
Стабилизация выходного напряжения, как и в схеме прототипа, осуществляется за счет изменения тока регулятора напряжения 5, величина и фаза которого относительно выходного напряжения синхронного генератора 1 изменяются в функции напряжения и частоты вращения ротора синхронного генератора 1 и величины тока нагрузки 2. Поскольку фаза тока регулятора принимает лишь два значения «π/2» и «-π/2», изменение тока регулятора напряжения 5 приводит к тому, что по обмотке якоря протекает намагничивающий или размагничивающий ток по продольной оси, в зависимости от необходимости увеличить или уменьшить выходное напряжение синхронного генератора 1.
Фильтрации высших гармоник осуществляется путем сравнения формы кривой тока с идеальной синусоидой (фиг. 2) в блоке регулятора напряжения 5 и формированием разностного тока (фиг. 3) регулятора напряжения 5 компенсирующего искажения формы кривой тока нагрузки 2 (фиг. 4).
Итак, заявляемая полезная модель позволяет улучшить массогабаритные показатели, повысить качество генерируемой электрической энергии в системах электроснабжения автономных объектов, а также обеспечивает защиту от всех видов коротких замыканий внутри синхронного генератора и в точке присоединения нагрузки, защиту от аварийного повышения и понижения частоты в системах со стабильной частотой, снижение амплитуды гармонических составляющих тока и напряжения высших порядков и симметрию фазных напряжений.