СИСТЕМА ГЕНЕРИРОВАНИЯ СТАБИЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ЧАСТОТОЙ

Полезная модель относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использована при построении систем генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока переменной частоты и постоянной величины напряжения, в которых для достижения качественных показателей выходной энергии применяются статические преобразователи электрической энергии (СПЭЭ). Первичными источниками с нестабильными параметрами напряжения служит синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов и переменной частотой вращения вала. Функция обеспечения качественных показателей генерируемой электрической энергии возлагается на статический преобразователь и выходной силовой низкочастотный фильтр.
Для указанного применения систем генерирования важным показателем является качество выходной электрической энергии, в частности, трехфазная симметрия напряжений на нагрузке, которая определяется, например, в ГОСТ Р 54073-2010 «Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Общие требования и нормы качества электроэнергии допустимыми величиной фазных напряжений и фазовым сдвигом между ними.
Известна система генерирования стабильного напряжения переменного тока с изменяющейся частотой [Электрооборудование летательных аппаратов: учебник для вузов. Т.1, под ред. С.А.Грузкова. - М.: Издательство МЭИ, 2005 г. с.180-184], которая содержит бесконтактный генератор с комбинированным возбуждением и статический преобразователь для регулирования тока возбуждения. Повышенные массогабаритные показатели электромеханического преобразователя и высокая трудоемкость изготовления ограничивают применение таких систем.
Кроме того, известна система генерирования стабильного напряжения переменного трехфазного тока с изменяющейся частотой [Патент США «Power generating system including permanent magnet generator and shunt AC regulator», №US 2003/0057926 A1, pub. Mar. 27, 2003], которая является прототипом предлагаемой полезной модели, 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 генератора, а к выходным выводам фильтра присоединены вводы нагрузки системы генерирования, три вывода переменного тока инвертора напряжения присоединены к входным вводам трех дросселей, выходные выводы которых присоединены к трем выходам генератора, два вывода постоянного тока инвертора напряжения подключены к конденсатору.
Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет регулирования тока инвертора напряжения, величина и фаза которого относительно выходного напряжения генератора изменяются в функции частоты вращения вала генератора и величины нагрузки. Схема такой системы приведена на фиг.1
Данная система обладает недостатком. При нарушении симметрии нагрузок по фазам, что допускается, например, в авиационных системах электроснабжения (национальный стандарт ГОСТ Р 54073-2010), произойдет недопустимое нарушении трехфазной симметрии напряжений на нагрузке в силу конечной величины выходного сопротивления генератора. Регулятор на базе инвертора напряжения при таком включении не сможет уменьшить величину нулевой последовательности в напряжении на нагрузке, т.к. он не имеет электрической цепи для протекания тока нулевой последовательности.
Задача полезной модели - повышение качества генерируемой электрической энергии при несимметричной нагрузке.
Поставленная задача достигается тем, что в известной системе генерирования стабильного напряжения трехфазного переменного тока с изменяющейся частотой, которая содержит 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 генератора, а к выходным выводам фильтра присоединены вводы нагрузки системы генерирования, выходные выводы переменного тока инвертора напряжения присоединены к входным вводам дросселей, выходные выводы которых присоединены к выходам генератора, к входным вводам постоянного тока инвертора напряжения подключены два последовательно соединенных конденсатора, средняя точка которых соединено с общей точкой трехфазной нагрузки системы генерирования, к которой подключена общая точка трехфазной обмотки статора.
Схема предлагаемой системы генерирования стабильного напряжения трехфазного переменного тока с изменяющейся частотой приведена на фиг.2.
Система генерирования включает синхронный генератор (1), включающий ротор с постоянными магнитами (9), статор (8) с трехфазной системой обмоток, соединенной по схеме звезда общая точка обмоток соединена с общей точкой нагрузки системы генерирования (7), трехфазный инвертор напряжения (2); трехфазный фильтр (3); дроссели (4), два конденсатора (5, 6).
Выходные выводы трехфазной обмотки статора (8) соединены с соответствующими входными вводами фильтра (3), общая точка трехфазной обмотки статора, соединенной по схеме звезда, соединена с общей точкой трехфазной нагрузки системы генерирования (7), которая также соединена по схеме звезда. Выходные выводы фильтра (3) соединены с соответствующими входными вводами нагрузки системы. К выходным выводам статорной обмотки (8) подключены выходные выводы дросселей (4), входные выводы которых соединены с выходными выводами переменного тока инвертора напряжения (2). К входным вводам постоянного тока инвертора напряжения подключены два последовательно соединенных конденсатора (5, 6), средняя точка которых подключена к общей точке трехфазной нагрузки системы генерирования (7).
Предлагаемая система функционирует следующим образом. Стабилизация выходного напряжения, как и в схеме прототипа, осуществляется за счет регулирования тока инвертора напряжения, величина и фаза которого относительно выходного напряжения генератора изменяются в функции частоты вращения вала генератора и величины нагрузки. При этом изменяется падение напряжения на внутреннем сопротивлении синхронного
генератора. Причем фаза этого тока принимает лишь два значения «» и «» в зависимости от необходимости увеличить или уменьшить напряжение на нагрузке.
10
20
30
Упрощенная схема замещения предлагаемой системы генерирования изображена на фиг.3. Здесь внутренние напряжения инвертора между каждым выводом переменного тока «① ② ③» и общей точкой «0» представлены тремя зависимыми (регулируемыми) источниками напряжения u, u, u, имеющими общую точку.
н1
н2
н3
н1
н2
н3
10
20
30
0
Очевидно, в такой системе, в случае несимметричной нагрузки Z≠Z≠Z, при различных модулях и фазах токов i, i, i можно обеспечить равенство модулей напряжений на нагрузке  и 120 фазовый сдвиг между ними, путем независимого регулирования напряжений u, u, u и создания с их помощью тока нулевой последовательности
.
Таким образом, предложенная система генерирования стабильного напряжения трехфазного переменного тока с изменяющейся частотой, обеспечивает трехфазную симметрию генерируемых напряжений при несимметричной нагрузке.