Электроэнергетическая установка

Предложена электроэнергетическая установка, автономно обеспечивающая электроэнергией нагрузку, снабженная пусковым источником электроэнергии. Для снижения массы и стоимости пускового источника электроэнергии, в электроэнергетической установке на базе двигателя внутреннего сгорания механически связанным электрической машиной, работающей как в режиме двигателя, обмотки статора, которой через трехфазный мостовой выпрямитель питают шины постоянного тока трехфазного инвертора, выход которого подключен к нагрузке через контакторы имеющими в каждой фазе по одной входной и двум выходным клеммам, причем входная клемма каждой фазы подключена к фазе инвертора, а одна выходная клемма соединена с нагрузкой, тогда как другая выходная клемма соединена с отпайкой от одной из фазовых обмоток статора электрической машины.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована как источник электроэнергии для самообеспечения промышленных объектов.

В настоящее время широко применяются высокооборотные двигатели внутреннего сгорания, например, газовые турбины, соединенные с синхронными генераторами, которые через преобразователи тока обеспечивают питание нагрузок.

Известны энергетические установки [1] с использованием дополнительного источника электроэнергии, которые снабжены двумя преобразователями со звеном постоянного тока и реализуют как режим генерирования, так и двигательный режим синхронного генератора.

Наиболее близкой к полезной модели является энергетическая установка [2], в которой за счет введения специальным образом подключаемого трехфазного коммутатора удается реализовать режимы «пуск» и «генерирование» при одном преобразователе, что резко уменьшает стоимость установки.

В целом ряде задач, при электрообеспечении автономного или подвижного объекта очень важно уменьшить массу и стоимость пускового источника электроэнергии.

Однако при общепромышленном выходном напряжении 220/380 В, на шинах постоянного тока, питающих инвертор, необходимо поддерживать около 600 Вольт. А это означает, что пусковой аккумулятор должен обеспечивать около 200 Вольт, т.к. обороты пропорциональны напряжению. Если такой aккумулятор набирать из стандартных 12 или 24 Вольтовых аккумуляторов, то их масса становиться сравнимой с массой электроэнергетической установки.

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании данного предложения, является снижение массы и стоимости электроэнергетической установки.

Технический результат достигается тем, что в электроэнергетической установке, автономно обеспечивающей электроэнергией объект и снабженной пусковым источником электроэнергии, построенной на базе двигателя внутреннего сгорания, механически соединенном с электрической машиной с ротором, например, на постоянных магнитах, которая при пуске установки работает как двигатель, а в рабочем режиме как генератор, причем обмотки, статора электрической машины через трехфазный мостовой выпрямитель соединены с шинами постоянного тока трехфазного мостового инвертора на полупроводниковых ключах, соединенных с системой управления, реализующей режимы «генерирования» и «пуска», а установка снабжена контакторами в каждой фазе имеющими по одной входной и двум выходным клеммам, причем входные клеммы соединены с силовыми выходами инвертора, а одна выходная клемма непосредственно или через блок фильтров соединена с нагрузкой, причем каждая из обмоток статора электрической машины снабжена отпайкой, которая соединена со второй выходной клеммой контактора, так что в режиме «пуск» инвертор воздействует на электрическую машину через отпайки, тогда как в режиме «генерирование» инвертор «питает» нагрузку, сам «питаясь» через трехфазный выпрямитель от обмоток статора электрической машины.

В результате необходимых для запуска двигателя внутреннего сгорания оборотов, удается достигнуть и от стандартного аккумулятора, например, на 24 Вольта.

На фигуре 1 представлена схема предлагаемой электроэнергетической установки, где обозначено:

1 - двигатель (газотурбинный агрегат) внутреннего сгорания;

2 - электрическая машина;

3 - ротор электрической машины;

4 - обмотка статора электрической машины;

4'- отпайка от обмотки статора;

5 - трехфазный мостовой выпрямитель;

6 - трехфазный мостовой инвертор на полупроводниковых ключах;

7 - программируемая схема управления инвертором;

8 - кнопка переключения режима управления «генерирование-пуск»;

9 - аккумуляторная батарея;

10 - контактор подключения батареи;

11 - нагрузка (электропотребляющие устройства);

12 - фильтр формирования синусоиды;

13 - трехфазный контактор.

Предлагаемая электрическая установка работает следующим образом.

В режиме «генерирование» двигатель внутреннего сгорания 1 вращается вал электрической машины 2 и под действием вращающегося магнитного поля, создаваемого ротором 3, в обмотках 4 статора электрической машины 2 генерируется напряжение, которое поступает на мостовой трехфазный выпрямитель 5, который обеспечивает питанием шины постоянного тока трехфазного инвертора 6.

При этом схема управления 7 формирует систему управляющих сигналов для полупроводниковых силовых ключей инвертора 6, так что на выходе инвертора 6 формируется требуемое напряжение, которое через фильтр 12 питает нагрузку 11, например, стандартным трехфазным напряжением 50Гц.

При выключении двигателя внутреннего сгорания1 электроэнергетическая установка обесточивается.

Для запуска установки замыкают контактор 8 и схема управления 7 переключается на управление инвертором в режиме «пуск».

Замыкая контактор 10, подключают аккумуляторную батарею 9 к шинам питания инвертора 6, а переключая контактор 13, соединяют выходные клеммы инвертора с отпайками 4' обмоток статора электрической машины 2, которые выбирают так, чтобы при заданном аккумуляторе 9, двигатель внутреннего сгорания 1 выводился электрической машиной 2 на режим устойчивого запуска. По выполнении запуска, контакторы 8, 10, 13 переводят в исходное состояние, как это изображено на фигуре 1.

Электроэнергетическая установка переходит в режим «генерирование», обеспечивая электроэнергией нагрузку.

Установка может быть реализована как в трехфазном, так и в однофазном вариантах электроснабжении нагрузки. В последнем случае нагрузка подключается к двум фазам инвертора.

Источники использованные при составление заявки:

1. RU 2195763 С2, Н02Р 9/04 1995 г.

2. RU 2363090 C1, H02P 9/04 2006 г.

Электроэнергетическая установка, автономно обеспечивающая электроэнергией нагрузку, снабженная пусковым источником электроэнергии, содержащая двигатель внутреннего сгорания, механически соединенный с электрической машиной с ротором, например, на постоянных магнитах, которая при пуске установки работает как двигатель, а в рабочем режиме как генератор, причем обмотки статора электрической машины через трехфазный мостовой выпрямитель соединены с шинами постоянного тока трехфазного мостового инвертора на полупроводниковых ключах, соединенных с системой управления, реализующей режимы «генерирование» и «пуск», а установка снабжена контакторами, в каждой фазе имеющими по одной входной и двум выходным клеммам, причем входные клеммы соединены с силовыми выходами инвертора, а одна выходная клемма непосредственно или через блок фильтров соединена с нагрузкой, отличающаяся тем, что каждая из обмоток статора электрической машины снабжена отпайкой, которая соединена со второй выходной клеммой контактора, так что в режиме «пуск» инвертор воздействует на электрическую машину через отпайки, тогда как в режиме «генерирование» инвертор обеспечивает электроэнергией нагрузку, а сам через трехфазный выпрямитель питается от напряжения на обмотках статора электрической машины.