МАЛОГАБАРИТНАЯ СИСТЕМА ГЕНЕРИРОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
SMALL-SIZE DC GENERATING SYSTEM

Изобретение относится к области электротехники, а именно к системам генерирования постоянного тока и может быть использовано при создании систем генерирования постоянного тока с переменной частотой вращения, с высокими требованиями к массе и габаритам, содержащих нерегулируемый по напряжению синхронный генератор с постоянными магнитами.
Известна система генерирования постоянного тока, содержащая индукторный генератор с неподвижной обмоткой возбуждения, которая питается неподвижной обмоткой возбуждения или магнитодвижущей силой постоянных магнитов. При этом поток в воздушном зазоре имеет постоянную и переменную составляющие. Постоянная не индуцирует ЭДС, а лишь дополнительно загружает магнитопровод и требует увеличения массы по сравнению с обычными синхронными машинами и в особенности с синхронными машинами с постоянными магнитами. Также постоянная составляющая создает дополнительные потери, ухудшая энергетические показатели. Регулирование напряжения на выходе системы генерирования с индукторным генератором осуществляется за счет регулирования потока обмотки возбуждения (Электрооборудование летательных аппаратов, под редакцией
Грузкова С.А., Москва, издательство МЭИ - 2005 г., том 1, 175 с.).
Недостатком являются низкие массогабаритные и энергетические показатели.
Известна система генерирования постоянного тока, состоящая из одного вентильного генератора с несколькими трехфазными обмотками, каждая из которых работает на свой мостовой выпрямитель. Суммируя напряжение каждого выпрямителя путем замыкания определенных контакторов. Плавное регулирование напряжения обеспечивается управляемыми проводниковыми ключами (KZ 27094 А4, опубл. 14.06.2013).
Недостатком является то, что якорь многообмоточной машины гораздо сложнее и габаритнее однообмоточной. К тому же каждая обмотка включена на свой мостовой выпрямитель, а управляемые ключи требуют наличие системы управления и формирования ШИМ-сигналов отпирания. Эти факторы значительно повышают массу и габариты системы генерирования, а введение большого количества элементов для поддержания заданного напряжения при любых частотах вращения снижает надежность и повышает стоимость.
Известна система генерирования постоянного тока, содержащая нерегулируемый по напряжению источник питания, импульсный преобразователь, состоящий из входного фильтра, прерывателя и выходного фильтра (Л.В. Бирзниекс, Импульсные преобразователи постоянного тока, Москва, «ЭНЕРГИЯ», 1974 г., с. 10, рис. 1-1).
Недостатком является то, что при изменении частоты вращения генератора в широком диапазоне (при разгоне), коэффициент полезного действия и эффективность входного фильтра, который увеличивает общую массу и габариты системы, резко снижаются, к тому же отсутствует защита от импульсных напряжений.
Прототипом является известная система генерирования постоянного тока, содержащая синхронный генератор с постоянными магнитами и выпрямитель (В.А. Балагуров, Проектирование специальных электрических машин переменного тока, Москва, Высшая школа, 1982 г., 115 с.). Магнитный поток создается постоянными магнитами, расположенными на вращающемся роторе. Этот магнитный поток индуктирует в неподвижной обмотке статора переменные ЭДС, которые в свою очередь создают в обмотке статора, и на выводах генератора, переменные токи. Генератор работает на звено постоянного тока (выпрямитель) для преобразования переменного напряжения в постоянное. За счет использования постоянных магнитов данная машина имеет высокие энергетические и массогабаритные показатели.
Недостаток прототипа - отсутствует возможность регулирования и поддержания заданного уровня и качества постоянного напряжения на выходе при изменении частоты вращения синхронного генератора.
Техническая задача: снижение массы и габаритов системы генерирования при условии обеспечения регулирования и поддержания постоянного напряжения заданного уровня и качества на выходе системы с гальванически развязанными n-выходами при изменении частоты вращения синхронного генератора.
Технический результат достигается тем, что малогабаритная система генерирования постоянного тока, содержащая нерегулируемый по напряжению высокоскоростной синхронный генератор с постоянными магнитами, выпрямитель и блок регулирования, причем блок регулирования содержит импульсный ограничитель напряжения, преобразователь постоянного напряжения, выходной фильтр, формирует на гальванически развязанных n-выходах системы генерирования напряжение заданного уровня и качества.
На фигуре показана принципиальная схема системы генерирования.
Малогабаритная система генерирования постоянного тока 1 содержит нерегулируемый по напряжению высокоскоростной синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов с выпрямителем 2 и n-блоков регулирования 3, количество блоков регулирования соответствует необходимому количеству гальванически развязанных выходов системы генерирования. В каждый из n-блоков регулирования входит импульсный ограничитель напряжения 4, преобразователь постоянного напряжения 5, выходной фильтр 6, и клеммы 7, на которых формируется заданное напряжение на гальванически развязанных n-выходах системы.
Синхронный генератор с выпрямителем и блок регулирования, составляющие систему генерирования, соединены жгутом. При этом блок регулирования представляет собой сборочную единицу, в состав которой, как один из сборочных элементов, входит преобразователь постоянного напряжения.
Работает малогабаритная система генерирования постоянного тока следующим образом. Нерегулируемое напряжение постоянного тока создается на выходе выпрямителя высокоскоростного синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов, имеющего высокие массогабаритные и энергетические показатели. Высокая частота вращения генератора обеспечивает высокую частоту пульсаций выпрямленного напряжения. Следовательно, появляется возможность ограничиться одной трехфазной якорной обмоткой, одним неуправляемым мостовым выпрямителем и исключить электрический фильтр на выходе выпрямителя, что позволяет значительно снизить массу, габариты и стоимость, повысить надежность системы в целом при незначительном снижении постоянной составляющей выпрямленного напряжения. Напряжение постоянного тока с выпрямителя синхронного генератора подается непосредственно на вход преобразователя постоянного напряжения, который осуществляет регулирование и поддержание напряжения заданного уровня с высокой точностью по средствам ШИМ-регулирования. Между выпрямителем и преобразователем параллельно включен импульсный ограничитель напряжения для исключения попадания импульсов высокого напряжения на вход преобразователя, возникающих при резком изменении частоты вращения синхронного генератора. Для фильтрации высших гармоник в выходном напряжении системы генерирования используется электрический фильтр. Количество блоков регулирования, каждый из которых содержит импульсный ограничитель напряжения, преобразователь постоянного напряжения и выходной фильтр, соответствует необходимому количеству гальванически развязанных выходов.
Таким образом, технический результат достигнут: снижаются масса и габариты при условии обеспечении регулирования и поддержания постоянного напряжения заданного уровня и качества на выходе системы с гальванически развязанными n-выходами при изменении частоты вращения синхронного генератора.