АВИАЦИОННАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА С ГЕНЕРАТОРОМ НА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
AVIATION POWER PLANT WITH GENERATOR ON FUEL ELEMENTS

Изобретение относится к энергетике и может использоваться в автономных, резервных, авиационных энергоустановках.
Известно устройство для запуска генератора на топливных элементах транспортного средства (патент США 6815100, MПК Н01М 8/00, 04.06.2001), содержащее генератор на топливных элементах, емкостной аккумулятор, преобразователь и управляющий блок. Недостатком устройства является необходимость разработки нестандартного преобразователя напряжения под выходное напряжение генератора на топливных элементах.
Наиболее близкой к заявляемому устройству является энергоустановка на топливных элементах (патент RU 2356134 С1 от 20.05.2009), которая позволяет согласовывать диапазон рабочих напряжений стандартного инвертора с выходным напряжением генератора на топливных элементах. Данная установка содержит генератор на топливных элементах, инвертор, стабилизатор, DC-DC преобразователь и блок автоматического управления и контроля. Недостатками устройства являются: невозможность обеспечить бортовые потребители воздушного судна напряжениями согласно ГОСТ 19705-89; отсутствие аппаратуры защиты.
Техническим результатом, достигаемым предлагаемым устройством, является преобразование энергии топливных элементов в электрическую энергию согласно ГОСТ 19705-89, наличие блока защиты, исключающее подачу напряжения при аварийных режимах.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемое устройство, содержащее генератор на топливных элементах, стабилизатор, первый DC-DC преобразователь, первый инвертор, три коммутационных элемента и блок автоматического управления и контроля, дополнительно введены второй DC-DC преобразователь, второй инвертор и блок защиты, первый, второй и третий выходы которого соединены с соответствующими входами коммутационных элементов, и при этом подключен к четвертому выходу блока автоматического управления и контроля, первый, второй и третий выходы которого являются выходами устройства, причем выход генератора является входом стабилизатора, выход которого является входом первого DC-DC преобразователя, выход которого через коммутационные элементы параллельно соединяется со входами второго DC-DC преобразователя, первого и второго инверторов, выходы которых являются входами блока автоматического управления и контроля.
Сущность заявляемого устройства заключается в том, что авиационная энергоустановка на топливных элементах содержит генератор на топливных элементах, с выхода которого снимается напряжение, которое через коммутатор, стабилизатор, первый DC-DC преобразователь, инверторы либо второй DC-DC преобразователь в зависимости от того, какой коммутационный элемент включен, подается к авиационным потребителям электрической энергии. Поддержание электрических параметров в требуемых значениях осуществляется стабилизатором. Блок автоматического управления и контроля осуществляет контроль выходных электрических параметров и формирует управляющий сигнал, поступающий на блок защиты. Блок защиты в случае аварийных режимов формирует сигнал, поступающий на коммутационные элементы.
На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено: 1 - генератор на топливных элементах; 2 - стабилизатор; 3, 5 - DC-DC преобразователь; 4 - коммутационные элементы; 6, 7 - инвертор; 8 - блок автоматического управления и контроля; 9 - блок защиты.
Устройство работает следующим образом.
При подключении нагрузки к любому выходу устройства напряжение с генератора на топливных элементах 1 поступает через стабилизатор 2, первый DC-DC преобразователь 3 и далее либо в систему постоянного тока, где преобразуется вторым DC-DC преобразователем 5, либо в систему переменного тока на инверторы 6, 7, где преобразуется в однофазное или трехфазное напряжение частотой 400 Гц. Выходные сигналы фиксируются и контролируются блоком автоматического управления и контроля 8 и поступают в блок защиты 9. При подключении и отключении нагрузки напряжение генератора меняется, при этом стабилизатор совместно с первым DC-DC преобразователем поддерживают постоянное напряжение, необходимое для рабочего диапазона входных напряжений инверторов 6, 7, либо для DC-DC преобразователя 5. В случае аварийных режимов сигнал фиксируется блоком автоматического управления и контроля, поступает в блок защиты, который дает управляющий сигнал на отключение соответствующей ветви системы при помощи коммутационных элементов 4.
Коммутационные элементы могут быть реализованы на силовых транзисторах из карбида кремния, что позволит пропускать большие токи без необходимости их охлаждения. Инверторы могут быть собраны на карбид-кремниевых тиристорах, что позволяет увеличить КПД преобразования.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет полностью использовать энергетические возможности генератора на топливных элементах при обеспечении бортовой системы воздушного судна с большим КПД.