СИСТЕМА ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при проектировании источников электроэнергии, выполненных на основе механоэлектрических систем генерирования.
Известна система генерирования электрической энергии, содержащая источник механической энергии (ветроустановка), приводящий во вращение вал электрогенератора, питающего различного вида нагрузки (1). Регулирование выходного напряжения системы осуществляют путем формирования управляющего сигнала, пропорционального мощности ветроколеса. Недостатком известного устройства (1) является низкая надежность энегрообеспечения потребителя и низкий уровень пожаробезопасности, обусловленные отсутствием защиты потребителя при возможных авариях внутри токовой системы электрогенератора (межвиткового или межфазного короткого замыкания).
Наиболее близкой к данной полезной модели по первому варианту исполнения) является система генерирования электрической энергии, содержащая источник механической энергии, приводящий во вращение вал синхронного генератора с постоянными магнитами, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки (2). Известному устройству (2) присущи все вышеперечисленные недостатки, что и (1), а именно: низкая надежность энегрообеспечения потребителя и низкий уровень пожаробезопасности, обусловленные отсутствием защиты при возможных авариях внутри токовой системы электрогенератора (межвиткового или межфазного короткого замыкания).
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели по первому варианту исполнения является повышение надежности энергообеспечения потребителя и повышение степени пожаробезопасности.
Технический результат достигается тем, что в системе генерирования электрической энергии, содержащей источник механической энергии, приводящий во вращение вал синхронного генератора с постоянными магнитами, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки (2), во внутренние токовые цепи генератора введен датчик его аварийного состояния, выход которого соединен с входом введенного узла защиты, исполнительный орган которого выполнен в виде управляемых ключей, силовые цепи которых подсоединены параллельно выводам каждой пары фазных обмоток генератора, обеспечивая при аварии внутри генератора формирование тока размагничивания постоянных магнитов.
При этом нагрузкой генератора может являться статический преобразователь, выходные выводы которого предназначены для подключения соответствующей нагрузки, причем узел защиты генератора выполнен обеспечивающим выключение статического преобразователя при аварии внутри генератора.
Наиболее близкой к данной полезной модели по второму варианту исполнения является система генерирования электрической энергии, содержащая источник механической энергии, приводящий во вращение вал синхронного генератора с постоянными магнитами, подключенного к входу статического преобразователя, цепь постоянного тока выпрямителя которого присоединена к входу управляемого инвертора, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки (2).
Недостатком известного устройства (2) является низкая надежность энегрообеспечения потребителя и низкий уровень пожаробезопасности, обусловленные отсутствием защиты при возможных авариях внутри токовой системы электрогенератора (межвиткового или межфазного короткого замыкания).
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели по второму варианту исполнения является повышение надежности энергообеспечения потребителя и повышение степени пожаробезопасности.
Технический результат достигается тем, что в системе генерирования электрической энергии, содержащей источник механической энергии, приводящий во вращение вал синхронного генератора с постоянными магнитами, подключенного к входу статического преобразователя, цепь постоянного тока выпрямителя которого присоединена к входу управляемого инвертора, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки (2), в цепь постоянного тока выпрямителя введен токоограничивающий резистор, зашунтированный нормально замкнутыми контактами управляемого ключа, управляющая цепь которого присоединена к выходу введенного узла защиты генератора, вход которого соединен с введенным датчиком аварийного состояния генератора, включенным в его внутренние токовые цепи, причем при аварии внутри генератора исполнительный орган узла защиты выполнен обеспечивающим формирование тока размагничивания постоянных магнитов путем закорачивания каждой пары фазных обмоток генератора, а узел защиты генератора - возможность выключения статического преобразователя с одновременным размыканием контактов управляемого ключа.
Исполнительный орган узла защиты может быть выполнен в виде дополнительного управляемого ключа, силовая цепь которого присоединена параллельно входу управляемого инвертора, кроме того, в качестве исполнительного органа узла защиты генератора может быть использована одна из стоек ключей управляемого инвертора.
Оба варианта выполнения системы генерирования объединены единым техническим замыслом, направленным на достижение одного и того же технического результата: повышение надежности энегрообеспечения потребителя и увеличение уровня пожаробезопасности, одним и тем же путем: организацией защиты электрогенератора при возможных авариях внутри его токовой системы с помощью быстрого размагничивания магнитной системы за счет закорачивания каждой пары фазных обмоток.
На Фиг.1 представлена электрическая схема системы генерирования электрической энергии по первому варианту выполнения.
На Фиг.2 представлена электрическая схема системы генерирования электрической энергии по второму варианту выполнения.
Устройства по обоим вариантам (Фиг.1, 2) содержат источник механической энергии, приводящий во вращение вал генератора 1, выполненного по схеме синхронного генератора с постоянными магнитами, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки. Во внутренние токовые цепи генератора 1 включен датчик 2 его аварийного состояния, выход которого соединен с входом узла защиты 3. Исполнительный орган 4 узла защиты 3 (Фиг.1) выполнен в виде управляемых ключей, силовые цепи которых подсоединены параллельно выводам каждой пары фазных обмоток генератора соответственно, обеспечивая при аварии внутри генератора формирование тока размагничивания постоянных магнитов.
На Фиг.2 система генерирования электрической энергии выполнена в виде генератора 1, подсоединенного к статическому преобразователю, цепь постоянного тока выпрямителя которого присоединена к входу управляемого инвертора. Исполнительный орган 4 узла защиты 3 генератора выполнен в виде дополнительного управляемого ключа 5, силовая цепь которого присоединена параллельно входу управляемого инвертора. В качестве исполнительного органа узла защиты генератора может быть использована одна из стоек ключей управляемого инвертора. В цепь постоянного тока выпрямителя статического преобразователя включен токоограничивающий резистор 6, зашунтированный нормально замкнутыми контактами управляемого ключа 7, управляющая цепь которого присоединена к выходу узла защиты 3.
В качестве датчика 2 аварийного состояния генератора могут быть использованы датчики тока, напряжения или температуры, реагирующие на изменение состояния энергетической системы внутри генератора.
При выполнении системы генерирования электроэнергии в виде электрогенератора, приводимого во вращение источником механической энергии, потребитель питается электроэнергией напряжения переменного
тока, например, 220 В переменной частоты. Этот источник может быть использован для питания потребителей некритичных к параметрам частоты.
В случае необходимости получения электроэнергии заданных параметров, например, 220 В, 50 Гц, потребитель подсоединяют к генератору через статический преобразователь.
В штатном режиме система (по обоим вариантам выполнения) вырабатывает электроэнергию с заданными энергетическими параметрами.
В случае межвиткового или межфазного короткого замыкания в обмотках генератора, приводящего к его аварийному состоянию, на узел защиты поступает сигнал с датчиков 2, в результате чего исполнительный орган 4 защиты срабатывает, замыкая соответствующие ключи, силовые цепи которых закорачивают попарно фазные обмотки генератора. При этом ток в рабочих обмотках генератора резко возрастает, что приводит к быстрому размагничиванию магнитной системы и резкому снижению выходного напряжения генератора. Для ограничения тока короткого замыкания в силовые цепи шунтирующих ключей могут быть включены токоограничивающие резисторы.
Величина тока короткого замыкания, соответствующая току размагничивания, должна обеспечить снижение остаточной магнитной индукции в воздушном зазоре генератора до минимально безопасного значения.
В системе с одним электрогенератором исполнительный элемент защиты выполнен в виде параллельно соединенных ключей, силовые цепи которых присоединены параллельно выводам каждой пары фазных (рабочих) обмоток генератора. При выполнении генератора трехфазным ключей может быть два, при этом точка их соединения подключена к выводу третьей фазы.
В электросистеме со статическим преобразователем сигнал с узла защиты вызывает одновременное формирование размагничивающего магниты генератора тока и выключение статического преобразователя, которое может быть осуществлено путем отключения (снижения до минимума) входного напряжения управляемого инвертора или любым другим путем, например, подачей запирающего сигнала на ключи стоек инвертора с его блока управления.
В штатном режиме система напряжение генератора 1 подается на вход выпрямителя преобразователя, выпрямляется и поступает через нормально замкнутые контакты управляемого ключа 7 на вход инвертора, который преобразует его в заданную форму.
В одной из модификаций выполнения исполнительного органа 4 защиты (Фиг.2) при поступлении аварийного сигнала блок защиты 3 размыкает ключ 7 и отпирает ключ 5, силовая цепь которого закорачивает через диоды выпрямителя фазные обмотки генератора, формируя
соответствующий ток размагничивания, величина которого задается резистором 6.
В другой модификации выполнения исполнительного органа роль замыкающих ключей выполняет одна из стоек ключей инвертора, на которые узел защиты подает отпирающий сигнал (при этом ключи остальных стоек заперты).
Таким образом, введение в систему генерирования датчика 2 аварийного состояния генератора 1 и узла защиты 3, исполнительный орган которого формирует ток размагничивания постоянных магнитов путем шунтирования фазных обмоток генератора, позволяет повысить надежность энергообеспечения потребителя и степень пожаробезопасности электрогенератора.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:
«Ветроэнергетика» под ред. Д.де Рензо, М., Энергоатомиздат, 1982 г., с.192-209.