Электромашинный источник средней мощности

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве автономного электромашинного источника средней мощности в системах электроснабжения объектов различного назначения. Источник содержит функционально соединенные аккумуляторную батарею, шины постоянного тока, трехфазный инвертор, трехфазный асинхронный двигатель, снабженный торцевым валом, который соединен механически с валом дополнительного синхронного генератора с постоянными магнитами и вторым торцевым валом, который соединен механически с валом основного синхронного генератора с постоянными магнитами, при этом выход основного генератора подключен к выходным шинам переменного тока, а выход дополнительного синхронного генератора соединен с входом трехфазного выпрямителя, выход которого подключен к шинам постоянного тока. Для улучшения качества выпрямленного напряжения, поступающего для подзаряда аккумуляторной батареи частота напряжения дополнительного генератора повышена до 1000 Гц. Элементы схемы рассчитаны на мощность порядка 100 кВА, а мощность дополнительного генератора приблизительно равна десяти процентам от мощности источника.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве автономного электромашинного источника в системах электроснабжения средней мощности объектов различного назначения.

Известен электромашинный источник, содержащий источник постоянного тока, первичный двигатель, в качестве которого применен двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением, основной синхронный генератор с постоянными магнитами, объединенный с указанным двигателем общим валом, и выходные шины, причем названный двигатель подключен к источнику постоянного тока, а выход указанного генератора соединен с выходными шинами [1]. Данный источник нашел широкое применение в системах электроснабжения автономных объектов из-за простоты схемы и конструкции, мгновенной готовности к работе и высокому качеству электрической энергии, однако ему свойственен и ряд недостатков, среди которых относительно малая мощность и сравнительно низкая надежность из-за коллекторно-щеточного узла первичного двигателя.

Техническим результатом полезной модели является повышение выходной мощности источника.

Требуемый технический результат достигается тем, что в электромашинном источнике средней мощности, содержащим функционально соединенные аккумуляторную батарею, первичный двигатель, основной синхронный генератор с постоянными магнитами и выходные шины переменного тока, в качестве первичного двигателя установлен трехфазный асинхронный двигатель, выполненный с первым торцевым валом и вторым торцевым валом и между аккумуляторной батареей и первичным двигателем введены шины постоянного тока и трехфазный инвертор, а также дополнительный синхронный генератор с постоянными магнитами и трехфазный выпрямитель, причем первый торцевой вал трехфазного асинхронного двигателя соединен механически с валом дополнительного синхронного генератора с постоянными магнитами, выход которого соединен с входом трехфазного выпрямителя, выход которого подключен к шинам постоянного тока, а второй торцевой вал названного двигателя соединен механически с валом основного синхронного генератора с постоянными магнитами, выход которого подключен к выходным шинам переменного тока.

На чертеже представлена структурная схема электромашинного источника средней мощности.

Источник содержит аккумуляторную батарею 1 с выходом 1-1, шины постоянного тока 2, к которым подключен трехфазный инвертор 3 с входом 3-1 и выходом 3-2, трехфазный асинхронный двигатель 4 с первым торцевым валом 4-1 и вторым торцевым валом 4-2, основной синхронный генератор с постоянными магнитами 5 с выходом 5-1, выходные шины переменного тока 6, дополнительный синхронный генератор с постоянными магнитами 7 с выходом 7-1, трехфазный выпрямитель 8 с входом 8-1 и выходом 8-2, причем выход 1-1 аккумуляторной батареи 1 подключен к шинам постоянного тока 2, к которым подсоединен вход 3-1 трехфазного инвертора 3, выход 3-2 которого соединен с входом трехфазного асинхронного двигателя 4. Первый торцевой вал 4-1 указанного двигателя 4 соединен механически с валом (не показан) дополнительного синхронного генератора с постоянными магнитами 7, выход 7-1 которого соединен с входом 8-1 трехфазного выпрямителя 8, выход 8-2 которого соединен с шинами постоянного тока 2. Второй торцевой вал 4-2 названного двигателя соединен механически с валом (не показан) основного синхронного генератора с постоянными магнитами 5, выход 5-1 которого соединен с выходными шинами переменного тока 6.

Все элементы структурной схемы серийно выпускаются отечественной промышленностью, при этом к напряжению трехфазного инвертора задано требование по величине коэффициента искажения синусоидальности, К_U5% и по величине установившегося отклонения напряжения U_У =±5%U_ном. Первое условие необходимо выполнять для того, чтобы обмотку статора трехфазного асинхронного двигателя 4 не перегреть токами высших гармоник, а второе условие должно быть выполнено из-за зависимости электромагнитного момента двигателя от квадрата, приложенного к обмотке статора напряжения. Поскольку дополнительный синхронный генератор с постоянными магнитами 7 является источником для подзаряда аккумуляторной батареи 1, то частота напряжения в данном генераторе равна 1000 Гц для того, чтобы уменьшить амплитуду и частоту пульсаций выпрямленного напряжения на выходе 8-2 трехфазного выпрямителя 8. Увеличение частоты позволяет значительно уменьшить массогабаритные характеристики электромагнитных элементов трехфазного выпрямителя 8 и получить требуемое значение коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения без применения сглаживающих фильтров. Трехфазные инвертор 3 и выпрямитель 8 выполнены по типовым схемам аналогичных преобразователей. Мощность основного генератора с постоянными магнитами достигает 100 кВА, при этом КПД генератора составляет 95%, а удельная масса доходит до 0,35 кг/кВА. Мощность дополнительного синхронного генератора с постоянными магнитами 7 доходит до 0,1 мощности основного генератора 5.

Источник работает следующим образом.

При включении ключа (не показан), соединяющего выход 1-1 аккумуляторной батареи с шинами 2, аккумуляторная батарея 1 начинает разряжаться и ее напряжение с выхода 1-1 поступает на шины постоянного тока 2 и с последних - на вход 3-1 трехфазного инвертора 3. В инверторе 3 постоянное напряжение преобразуется в переменное трехфазное напряжение синусоидальной формы, которое подается на вход (не обозначен) трехфазного асинхронного двигателя 4. Указанный двигатель запускается и его первый торцевой вал 4-1 и второй торцевой вал 4-2 приходят во вращение, при этом вращение вала 4-1 передается на вал дополнительного синхронного генератора с постоянными магнитами 7 и с выхода 7-1 последнего напряжения поступает на вход 8-1 трехфазного выпрямителя 8. В указанном выпрямителе трехфазное переменное напряжение повышенной частоты преобразуется в постоянное напряжение с малым коэффициентом пульсаций, после чего оно с выхода 8-2 трехфазного выпрямителя 8 поступает на шины постоянного тока 2.

Таким образом, применение трехфазного асинхронного двигателя и введение дополнительного синхронного генератора позволяет значительно повысить мощность основного генератора при сравнительно большом времени автономной работы источника.

Источники, принятые во внимание:

[1]. Липай Б.Р., Соломин А.Н., Тыричев П.А. Электромеханические системы. М., МЭИ, 2008, с.39, рис.2.5.

[2]. Балагуров В.А., ГалтеевФ.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. М., Энергоатомиздат, 1988, с.10.

Электромашинный источник средней мощности, содержащий функционально соединенные аккумуляторную батарею, первичный двигатель, основной синхронный генератор с постоянными магнитами и выходные шины переменного тока, отличающийся тем, что в качестве первичного двигателя установлен трехфазный асинхронный двигатель, выполненный с первым торцевым валом и вторым торцевым валом, и между аккумуляторной батареей и первичным двигателем введены шины постоянного тока и трехфазный инвертор, а также дополнительный синхронный генератор с постоянными магнитами и трехфазный выпрямитель, причем первый торцевой вал трехфазного асинхронного двигателя соединен механически с валом дополнительного синхронного генератора с постоянными магнитами, выход которого соединен с входом трехфазного выпрямителя, выход которого подключен к шинам постоянного тока, а второй торцевой вал названного двигателя соединен механически с валом основного синхронного генератора с постоянными магнитами, выход которого подключен к выходным шинам переменного тока.