Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ГЕНЕРИРОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении систем генерирования постоянного тока с улучшенными показателями качества.

Известна система генерирования постоянного тока, описанная в патенте РФ на полезную модель №81011, МПК НO2К 21/12, НO2Р 9/00, опубл. 27.02.2009. Система содержит генератор с двумя группами гальванически развязанных якорных обмоток, два трехфазных выпрямителя, выполненных по мостовой схеме, и трехфазный двухобмоточный трансформатор тока. При этом одна из групп якорных обмоток выполнена по схеме «звезда», а другая - по схеме «треугольник». По числу витков трехфазные якорные обмотки групп различаются в раз. Каждая из этих трехфазных обмоток через обмотки трансформатора тока подключена к входам одного из двух трехфазных выпрямителей, выходы которых соединены параллельно и образуют выход системы генерирования. Система генерирования обеспечивает пульсность выпрямленного напряжения m_1Э=12. Недостатки этой системы заключаются в ее невысокой технологичности, которая обусловлена: во-первых, отношением чисел витков якорных обмоток разных групп в раз (иррациональное число, затрудняющее реализацию), а во-вторых, сложностью схемы пофазного подключения обмоток трехфазного трансформатора к выводам якорных обмоток генератора и трехфазных мостовых выпрямителей.

Наиболее близкая по технической сущности к изобретению является система генерирования постоянного тока, описанная на стр. 29 в книге «Вентильные генераторы автономных систем электроснабжения / Авторы: Н.М. Рожнов, А.М. Русаков, А.М. Сугробов, П.А. Тыричев; Под ред. П.А. Тыричева. - М.: Издательство МЭИ, 1996. - 280 с. В этой книге описаны системы генерирования постоянного тока, которые содержат электрический генератор с числом фаз якорной обмотки m (причем обмотка выполнена по лучевой схеме и число m кратно 3, конкретно: m=3; m=6) и выпрямительный блок, состоящий из N=m/3 трехфазных выпрямителей, выходы которых соединены параллельно и образуют выход системы генерирования. При этом m фазная якорная обмотка генератора подключена к входам трехфазных выпрямителей.

Общим недостатком рассмотренных вариантов систем, в частности системы генерирования с числом фаз якорной обмотки m=6, является невысокое качество выпрямленного напряжения, характеризуемое эквивалентной пульсностью m_Э=6. Исследование вариантов генерирующих систем с такой структурой показало, что с ростом числа фаз m якорной обмотки параметр m_Э увеличивается, однако вместе с этим растет и габаритная мощность электрического генератора P_Я(ГАБ), достигая, например, при m=9 значения P_Я(ГАБ)9=1,53 P_d0, где Ρ_d0 - мощность нагрузки генерирующей системы постоянного тока. По сравнению с известным лучшим вариантом системы с m=3, при котором Р_Я(ГАБ)3=1,047 P_d0, показатель P_Я(ГАБ)9 увеличивается в 1,46 раза, что соответствующим образом отрицательно отражается на массогабаритных показателях генерирующей системы.

Технической задачей изобретения является улучшение качества вырабатываемой системой электроэнергии.

Технический результат изобретения заключается в уменьшении амплитуды пульсаций выходного напряжения и в улучшении массогабаритных показателей системы генерирования постоянного тока.

Это достигается тем, что система генерирования постоянного тока, содержащая электрический генератор с якорной обмоткой, выполненной по лучевой схеме с числом фаз m, кратным 3, и выпрямительный блок, состоящий из N=m/3 трехфазных выпрямителей, выходы которых соединены параллельно и образуют выход системы генерирования, а к входам трехфазных выпрямителей подключены выводы якорной обмотки генератора, дополнительно снабжается N фазным трансфильтром, включающим в себя магнитосвязанные между собой обмотки числом N=m/3, m фазная якорная обмотка выполнена в виде N групп трехфазных обмоток, сдвинутых между собой в пространстве на угол 2π/m, одни одноименные по полярности выходные выводы трехфазных выпрямителей через обмотки трансфильтра подключены к одному (например, положительному) выходному выводу системы генерирования, а другие одноименные по полярности выходные выводы трехфазных выпрямителей объединены и образуют второй (например, отрицательный) выходной вывод этой системы.

Кроме того, в системе генерирования постоянного тока при m=9 обмотки трансфильтра числом N=3 расположены на стержнях (кернах) трехфазного магнитопровода.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема системы генерирования постоянного тока с числом фаз якорной обмотки электрической машины (генератора) m=9 (число N=3), где m и N целые числа.

На фиг. 2 представлены осциллограммы процессов в системе генерирования постоянного тока: а) фазные напряжение и ток генератора; б) напряжение на обмотке трансфильтра и напряжение генератора; в) выпрямленное напряжение на выходе моста и системы генерирования; г), д) ток диода моста и обратное напряжение на нем.

Система генерирования постоянного тока содержит три трехфазные якорные обмотки 1, 2, 3 генератора, смещенные в пространстве относительно друг друга на угол 2π/9, три трехфазных выпрямительных моста 4, 5, 6 с выходными выводами 4.1, 4.2, 5.1, 5.2, 6.1, 6.2 и трехобмоточный трансфильтр 7 с обмотками 7.1, 7.2, 7.3, расположенными на стержнях (кернах) трехфазного магнитопровода 7.4. Обмотки 7.1, 7.2, 7.3 одними своими одноименными по полярности концами объединены и подключены к одному выходному выводу 8 системы (к положительному в данном случае), а другие их концы подключены к одним одноименным по полярности (к положительным на фиг. 1) выводам 4.1, 5.1, 6.1 трехфазных выпрямительных мостов 4, 5, 6. Другие одноименные по полярности выводы этих мостов 4.2, 5.2, 6.2 (отрицательные) объединены и подключены ко второму (отрицательному) выходному выводу 9 системы генерирования. Каждая из трех трехфазных якорных обмоток 1, 2, 3 генератора подключена к входам одного из выпрямительных мостов 4, 5, 6. Нагрузку 10 подключают к выходным выводам 8, 9.

Введение трехфазного трансфильтра 7 в (одноканальную) структуру системы генерирования позволило преобразовать ее в трехканальную структуру. Каждый канал выпрямления напряжения при этом содержит одну трехфазную якорную обмотку 1, 2, 3 генератора и один выпрямительный мост 4, 5, 6 соответственно. Если в одноканальной структуре одновременно в проводящем состоянии находились только два диода, и весь ток нагрузки проходил через них, то в трехканальной структуре (по фиг. 1) ток нагрузки равномерно распределяется по трем каналам так, что в проводящем состоянии всегда находятся не два, а шесть диодов. Таким образом, каждый канал здесь работает независимо друг от друга в традиционном режиме работы якорной обмотки на трехфазный выпрямитель по мостовой схеме (см. ток i_Ф(t) на фиг. 2а). Действующее значение токов, протекающих через якорные обмотки генератора и диоды выпрямительных мостов, уменьшается при этом в раз. За счет этого и достигается снижение габаритной мощности якорных обмоток в 1,46 раз и снижение потерь в диодах мостов в раз. На выходах трех мостов 4, 5, 6 формируются выпрямленные 6 пульсные напряжения (см. u_d(6)(t) на фиг. 2в), сдвинутые между собой по фазе на угол 2π/9. После трансфильтра 7 на выходных выводах 8, 9 системы генерирования формируется 18 пульсное выпрямленное напряжение (u_d(18)(t) на фиг. 2в).

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения, выраженная через амплитудное значение линейного напряжения генератора U_Лm (до трансфильтра) здесь равна:

а после трансфильтра (на нагрузке):

где U_dm - максимальное значение напряжения на нагрузке.

1. С учетом (1), (2) уровень пульсаций напряжения на нагрузке в относительных единицах здесь равен:

что в 9,2 раза меньше, чем в известном решении (прототипе):

2. Благодаря введению трансфильтра габаритная мощность якорных обмоток генератора уменьшается в 1,44 раза (со значения P_Я(ГАБ)9=1,53 P_d0 до P_Я(ГАБ)9=1,064 P_d0)·

Использование изобретения позволяет уменьшить амплитуду пульсаций выходного напряжения и улучшить массогабаритные показатели системы генерирования постоянного тока.