УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при проектировании источников электроэнергии, выполненных на основе механоэлектрических систем генерирования, содержащих магнитоэлектрические электрогенераторы.
Известна система генерирования электрической энергии, содержащая источник механической энергии, приводящий во вращение вал магнитоэлектрического генератора, нагруженного на статический преобразователь частоты, который подключен к нагрузке (1). При любой аварии внутри генератора или необратимой аварии в его нагрузке, например, статическом преобразователе, узел защиты формирует сигнал аварии, размыкающий расцепитель, посредством которого вал генератора соединяется с валом авиадвигателя. Однако отключение генератора с помощью расцепителя не решает проблемы прекращения «перемежающихся» коротких замыканий на корпус, например, в фидере питания между выходными цепями генератора и входом преобразователя. Это объясняется тем, что между отключением расцепителя и полной остановкой ротора генератора имеет место относительно большой промежуток времени (8-10 Сек.), в течение которого может развиться неуправляемая электрическая дуга, которая может вывести из строя всю установку.
Наиболее близким к полезной модели устройством является система электроснабжения (2), содержащая источник механической энергии, например, авиадвигатель, приводящий во вращение вал магнитоэлектрического генератора. Выход генератора подключен через цепи фидера к входу статического преобразователя частоты, включающего в себя выпрямитель и управляемый инвертор. Для защиты генератора при токовых перегрузках в его фазных цепях и ненормированных перегрузках в цепях статического преобразователя введен узел защиты. Входы узла защиты подсоединены к датчикам тока, включенным во внутренние токовые цепи генератора и статического преобразователя, а выход - к входам управления исполнительных ключей. При срабатывании защиты силовые цепи исполнительных ключей шунтируют фазные обмотки генератора, обеспечивая быстрое снижение выходного напряжения генератора и прекращение подачи энергии в нагрузку.
Однако при шунтировании обмоток генератора возникает ток короткого замыкания, который, превышая в 3-5 раз рабочий ток генератора,
увеличивает тепловые потери в его обмотках в 9-25 раз, что ведет к не допустимому перегреву генератора и, следовательно, снижению надежности энергообеспечения потребителя и снижению степени пожаробезопасности электрогенератора. Повысить надежность возможно за счет переразмеривания генератора, однако это приведет к ухудшению его массагабаритных показателей.
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели, является повышение надежности энергообеспечения потребителя и степени пожаробезопасности электрогенератора путем исключения режима работы при недопустимых токовых перегрузках.
Технический результат достигается за счет того, что в устройстве защиты системы электроснабжения, содержащем источник механической энергии, приводящий во вращение вал магнитоэлектрического генератора, выходные выводы фазных цепей которого, образованные первыми выводами его фазных обмоток, подключены через цепи фидера к входу статического преобразователя частоты, включающего в себя выпрямитель и управляемый инвертор, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки, первые и вторые датчики, определяющие состояние фазных цепей генератора и внутренних цепей статического преобразователя частоты соответственно, узел защиты, первый вход которого присоединен к выходам вторых датчиков, а выход к - входам управления исполнительных ключей (2), нормально-замкнутые цепи исполнительных ключей включены последовательно в фазные цепи генератора между точками их объединения и вторыми выводами его фазных обмоток, а в местах подключения цепей фидера к входу статического преобразователя частоты установлены дополнительные датчики тока, выходы которых присоединены к первому входу введенного дифференциального узла, к второму входу которого подключены выходы первых датчиков, а выход дифференциального узла присоединен к второму входу узла защиты, который выполнен обеспечивающим размыкание цепей исполнительных ключей при авариях внутри цепей фидера и внутри фазных цепей генератора, а также недопустимых токовых перегрузках при авариях внутри статического преобразователя частоты.
На чертеже представлена электрическая схема установки.
Устройство содержит источник механической энергии, например, авиадвигатель 1, вал которого через расцепитель 2 связан с валом магнитоэлектрического генератора 3. Выходные выводы фазных цепей генератора, образующие его выход, через цепи фидера 4 соединены с входом статического преобразователя частоты 5, содержащего выпрямитель 6 и выходной инвертор 7, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки переменного тока. В фазные цепи генератора 3 и цепи фидера 4 включены первые и дополнительные
датчики тока 8-10 и 11-13, выходы которых подсоединены к соответственно к входам дифференциального узла 14, выходом связанного с узлом защиты 15. Первый вход узла защиты 15 соединен с вторыми датчиками 16, определяющими, равно, как и датчики 8-13, состояния внутренних цепей статического преобразователя частоты 5, фазных цепей генератора 3 и фидера 4. Второй ход узла защиты 15 соединен с выходом дифференциального узла 14. Выход узла защиты 15 подключен к входам управления исполнительных ключей 17 нормально-замкнутые силовые цепи которых включены последовательно в фазные цепи генератора между точками их объединения и вторыми выводами его фазных обмоток. Узел защиты 15 выполнен обеспечивающим размыкание исполнительных ключей 17 при авариях внутри цепей фидера и внутри фазных цепей генератора, а также недопустимых токовых перегрузках при авариях внутри статического преобразователя частоты.
Исполнительные ключи 17 могут быть выполнены в виде контактов контактора с обмоткой управления, подсоединенной к выходу узла защиты 15.
В штатном режиме работы системы авиадвигатель 1 приводит во вращение вал нерегулируемого магнитоэлектрического генератора 3, выход которого через цепи фидера 4 подключен к преобразователю частоты 5, преобразующему энергию нестабильной высокой частоты и напряжения в энергию стабильной частоты и стабильного напряжения на нагрузке.
При аварийных ситуациях в фазных цепях генератора (фазных либо линейных коротких замыканиях) или цепях фидера 4 информация с датчиков 8-13 поступает на входы дифференциального узла 14, который при превышении разности поступающих сигналов выше заданного порога срабатывания формирует выходной сигнал управления на размыкание силовых цепей исполнительных ключей,. Дифференциальный узел может быть выполнен по любой известной схеме, например, И.П.Степаненко «Основы теории транзисторов и транзисторных схем» М. «ЭНЕРГИЯ», 1967 г., с.339.
При необратимых токовых перегрузках внутри статического преобразователя частоты (коротких замыканиях, которые не устраняются снятием импульсов управления с его силовых ключей) соответствующая информация с датчиков 16 состояния внутренних цепей преобразователя поступает на первый вход блока защиты 15. Блок защиты формирует на выходе управляющий сигнал на размыкание цепей исполнительных ключей 16 и отключение генератора, ликвидируя тем самым аварийную ситуацию.
При авариях генератора 3, связанных с его механическими разрушениями, например, выходом из строя подшипников, может быть сформирован сигнал одноразовой защиты, предусматривающий разрыв расцепителя 2.
Реализация защиты системы энергоснабжения с помощью отключения генератора при аварийных ситуациях внутри токовых цепей основных узлов путем размыкания цепей фазных обмоток генератора, позволяет, исключив аварийный режим работы установки и перегрев генератора, повысить
надежность энергообеспечения потребителя и степень пожаробезопасности электрогенератора.
Составитель описания: М.М.Юхнин
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:
Л.И.Поспелов «Конструкции авиационных электрических машин», Москва, «ЭНЕРГОИЗДАТ», 1982, с.262-264.
RU 64832 U1, H02P 9/00, 2006 г.