[go: up one dir, main page]

RU184526U1 - OFFLINE POWER SUPPLY - Google Patents

OFFLINE POWER SUPPLY Download PDF

Info

Publication number
RU184526U1
RU184526U1 RU2018103240U RU2018103240U RU184526U1 RU 184526 U1 RU184526 U1 RU 184526U1 RU 2018103240 U RU2018103240 U RU 2018103240U RU 2018103240 U RU2018103240 U RU 2018103240U RU 184526 U1 RU184526 U1 RU 184526U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
voltage
terminals
converter
inverter
Prior art date
Application number
RU2018103240U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Анатольевич Киселев
Ярослав Владимирович Морошкин
Станислав Борисович Резников
Игорь Александрович Харченко
Валерий Николаевич Смирнов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС")
Priority to RU2018103240U priority Critical patent/RU184526U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU184526U1 publication Critical patent/RU184526U1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/26Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P9/30Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66Regulating electric power

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике и предназначена для использования в качестве магистральных каналов авиабортового комбинированного электроэнергетического комплекса с резервно-аккумуляторным источником бесперебойного питания.Техническим результатом предполагаемой полезной модели является улучшение надежности при повышении коэффициента мощности на выходе стартер-генератора и его КПД, а также при снижении помехоизлучений и при улучшении массоэнергетических характеристик.Указанные результаты обеспечиваются благодаря тому, что в автономный источник электропитания, содержащий трехфазный электромашинный стартер-генератор 1 переменного тока с нестабильными параметрами, подключенный к распределительным шинам 2 переменного напряжения с нестабильными параметрами и к первому обратимому выпрямительно-инверторному преобразователю 3 с входным корректором коэффициента мощности и с выходным дифференциальным звеном 4 постоянных повышенных напряжений для параллельного подключения аналогичных источников и наиболее мощных нагрузок, инвертор синусоидального напряжения 5, распределительные шины 6 переменного напряжения со стабильными параметрами, обратимый импульсный конвертор 7, распределительные шины 8 постоянного низкого напряжения для подключения аккумуляторной батареи и соответствующих нагрузок и блок управления 9 с цепями 10, 11 обратных связей и с управляющими выводами 12, введены распределительные шины 13 переменного напряжения со стабильной амплитудой для подключения мощных нагрузок, некритичных к стабильности частоты, и первый индуктивно-емкостный фильтр 14, а также второй обратимый выпрямительно-инверторный преобразователь 15, причем первый преобразователь состоит из второго индуктивно-емкостного фильтра 16, двух групп диодно-ключевых стоек 17 и вентильно-конденсаторных стоек 18, трехфазных реакторов 19-20 и уравнительного делителя напряжений 21, а также благодаря тому, что в нее введен трехфазный контактор 24, подключенный к выходным выводам дросселей второго фильтра, который вместе с фазными реакторами выполнены с пофазно-общими магнитопроводами, а мосты второго преобразователя и уравнительного делителя напряжений выполнены со встречно-параллельными диодно-ключевыми ветвями в плечах.The utility model relates to electrical engineering and to pulsed power electronics and is intended to be used as trunk channels of an airborne combined electric power complex with a backup-battery uninterruptible power supply. The technical result of the proposed utility model is to improve reliability while increasing the power factor at the output of the starter generator and its efficiency , as well as with a decrease in noise emissions and with an improvement in mass-energy characteristics. ultaty are provided due to the fact that in an autonomous power source containing a three-phase electric machine starter-generator 1 of an alternating current with unstable parameters, connected to distribution busbars 2 of an alternating voltage with unstable parameters and to the first reversible rectifier-inverter converter 3 with an input power factor corrector and with output differential link of 4 constant increased voltages for parallel connection of similar sources and the most powerful load, a sinusoidal voltage inverter 5, distribution busbars 6 of an alternating voltage with stable parameters, a reversible pulse converter 7, distribution busbars 8 constant low voltage for connecting the battery and the corresponding loads and the control unit 9 with circuits 10, 11 feedback and control leads 12 , introduced distribution buses 13 AC voltage with a stable amplitude for connecting powerful loads that are not critical to frequency stability, and the first inductive-capacitive iltr 14, as well as a second reversible rectifier-inverter converter 15, the first converter consisting of a second inductive-capacitive filter 16, two groups of diode-key racks 17 and valve-condenser racks 18, three-phase reactors 19-20 and equalizer voltage divider 21, and also due to the fact that a three-phase contactor 24 is connected to it, connected to the output terminals of the chokes of the second filter, which together with the phase reactors are made with phase-common magnetic circuits, and the bridges of the second converter and itelnogo voltage divider formed by anti-parallel diode in the branches of the key shoulders.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике и предназначена для использования в качестве магистральных каналов авиабортового комбинированного электроэнергетического комплекса с резервно-аккумуляторным источником бесперебойного питания.The utility model relates to electrical engineering and to pulsed power electronics and is intended for use as trunk channels of an airborne combined electric power complex with a backup-battery uninterruptible power supply.

Известен авиабортовой автономный источник электропитания (аналог), содержащий трехфазный магнитоэлектрический электромашинный стартер-генератор (без привода постоянной частоты вращения) с постоянными магнитами на роторе, и с нестабильным по частоте и амплитуде выходным напряжением, аварийный выключатель, обратимый выпрямительно-инверторный преобразователь, подключенный выходом к подсистеме распределения постоянного повышенного напряжения с заземленным «минусом» и двумя расщепленными шинами с асинхронно-плавающими (имеющими регулярные поочередные перерывы или «провалы») «плюсовыми» потенциалами - для обеспечения бездуговой коммутации (Резников С.Б.. Самолетная система электроснабжения квазипостоянного повышенного напряжения. // Авиационное приборостроение, 2004 г., №4, с. 62-67, стр. 63, Рис. 1 и стр. 65, Рис. 3а). К существенным достоинствам указанного устройства помимо исключения гидро- или пневмопривода постоянной частоты вращения, имеющего низкие надежность и КПД и большие эксплуатационные затраты, относится использование так называемого звена постоянного повышенного напряжения (270, 540 или 750 В), позволяющего объединять (в параллель) автономные источники электропитания для повышения суммарной установочной мощности и соответственно - сохранения качества электроэнергии в переходных и аварийных режимах.Known airborne autonomous power supply (analogue), containing a three-phase magnetoelectric electric starter-generator (without a constant speed drive) with permanent magnets on the rotor, and with an output voltage unstable in frequency and amplitude, an emergency switch, a reversible rectifier-inverter converter connected to the output to the distribution subsystem of direct increased voltage with a grounded "minus" and two split buses with asynchronously floating (having regulating alternate interruptions or “dips”) with “positive” potentials - for ensuring arc-free switching (SB Reznikov. Aircraft power supply system of quasi-constant increased voltage. // Aviation Instrument Engineering, 2004, No. 4, pp. 62-67, pp. .63, Fig. 1 and p. 65, Fig. 3a). The significant advantages of this device, in addition to eliminating the constant speed hydraulic or pneumatic drive, which has low reliability and efficiency and high operating costs, include the use of the so-called DC link (270, 540 or 750 V), which allows combining (in parallel) autonomous sources power supply to increase the total installed capacity and, accordingly, to preserve the quality of electricity in transient and emergency conditions.

К недостаткам указанного известного устройства (аналога) относятся: сложность реализации бездуговой коммутации в системе распределения (расщепление кабелей, введение суммирующих диодов для каждой нагрузки, удвоение числа контакторов) и узкие функциональные возможности из-за неспособности обеспечения рекуперации электроэнергии из нагрузки в источник и использования в генераторе стартерного режима, а также повышенные помехоизлучения.The disadvantages of this known device (analogue) include: the difficulty of implementing arc-free switching in a distribution system (cable splitting, introduction of summing diodes for each load, doubling the number of contactors) and narrow functionality due to the inability to ensure the recovery of electricity from the load to the source and use in generator starter mode, as well as increased noise emissions.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по технической сути является автономный источник электропитания (прототип), содержащий электромашинный асинхронный стартер-генератор с трехфазным переменным напряжением с нестабильной частотой (360...800 Гц), но стабилизированной амплитудой

Figure 00000001
и вспомогательный асинхронный стартер-генератор с приводом от вспомогательной силовой установки, имеющий стабилизированные параметры частоты и амплитуды (400 Гц,
Figure 00000002
), с самовозбуждением по якорным цепям через регулируемый инвертор синусоидального напряжения, имеющий цепи подключения к магистральному генератору. Кроме этого источник содержит обратимый выпрямительно-инверторный преобразователь с входным корректором коэффициента мощности и выходным дифференциальным звеном постоянных повышенных напряжений (0±135 В или 0±270 В) для подключения в параллель аналогичных звеньев других источников и наиболее мощных нагрузок постоянных напряжений, а также обратимый импульсный конвертор, включенный между дифференциальным звеном и шинами постоянного низкого напряжения с подключаемой к ним аккумуляторной батареей (Резников С.Б., Бочаров В.В., Харченко И.А. Электромагнитная и электроэнергетическая совместимость систем электроснабжения и вторичных источников электропитания полностью электрифицированных самолетов / Под ред. С.Б. Резникова. / М.: Изд-во МАИ, 2014,160 с, стр. 30, Рис. 1.2.2)Of the known devices, the closest to the proposed one in technical essence is an autonomous power source (prototype) containing an electric machine asynchronous starter-generator with a three-phase alternating voltage with an unstable frequency (360 ... 800 Hz), but with a stable amplitude
Figure 00000001
and an auxiliary asynchronous starter-generator driven by an auxiliary power unit having stabilized frequency and amplitude parameters (400 Hz,
Figure 00000002
), with self-excitation along the anchor circuits through an adjustable inverter of a sinusoidal voltage, having circuits connecting to the main generator. In addition, the source contains a reversible rectifier-inverter converter with an input power factor corrector and an output differential link of constant increased voltages (0 ± 135 V or 0 ± 270 V) for connecting similar parts of other sources and the most powerful DC voltage loads in parallel, as well as a reversible a pulse converter connected between the differential link and DC busbars with a rechargeable battery connected to them (Reznikov SB, Bocharov VV, Kharchenko IA E electromagnetic and electric compatibility of power supply systems and secondary power sources of fully electrified aircraft / Edited by SB Reznikov. / M .: MAI Publishing House, 2014,160 s, p. 30, Fig. 1.2.2)

К недостаткам указанной автономного источника электропитания (прототипа) относятся: узкие функциональные возможности из-за неспособности использования в качестве магистрального стартер-генератора магнитоэлектрической электромашины с постоянными магнитами на роторе с улучшенными массо-энергетическими и надежностными характеристиками и из-за невозможности питания мощных нагрузок переменным стабилизированным по амплитуде напряжением, произвольной частоты, в обход инвертора синусоидального напряжения с ограниченной установочной мощностью, а также низкий коэффициент мощности на выходе стартер-генератора, низкий его КПД и большие помехоизлучения из-за высокочастотных пульсаций токов и напряжений в якорной цепи.The disadvantages of this autonomous power source (prototype) include: narrow functionality due to the inability to use a permanent magnet magnetoelectric machine with permanent magnets on the rotor with improved mass-energy and reliability characteristics as a main starter-generator and due to the inability to supply high-power loads with variable stabilized by amplitude voltage, arbitrary frequency, bypassing the inverter of a sinusoidal voltage with a limited installation oschnostyu and low power factor at the output of the starter-generator, its efficiency is low and large pomehoizlucheniya due to high ripple currents and voltages in the anchor chain.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является улучшение надежности при повышении коэффициента мощности на выходе стартер-генератора и его КПД, а также при снижении помехоизлучений за счет снижения высокочастотных пульсаций токов и напряжений в якорной цепи, и при улучшении массо-энергетических характеристик за счет возможности питания мощных нагрузок переменным стабилизированным по амплитуде напряжением произвольной частоты в обход инвертора синусоидального напряжения с ограниченной установочной мощностью.The technical result of the proposed utility model is to improve reliability by increasing the power factor at the output of the starter generator and its efficiency, as well as by reducing noise due to the reduction of high-frequency ripple currents and voltages in the armature circuit, and while improving the mass-energy characteristics due to the possibility of power supply loads of variable amplitude-stabilized voltage of arbitrary frequency bypassing the inverter of a sinusoidal voltage with limited installation power.

Указанный результат обеспечиваются благодаря тому, что в автономный источник электропитания, содержащий трехфазный электромашинный стартер-генератор переменного тока с нестабильными параметрами, подключенный к распределительным шинам переменного напряжения с нестабильными параметрами и к первому обратимому выпрямительно-инверторному преобразователю с входным корректором коэффициента мощности и с выходным дифференциальным звеном постоянных повышенных напряжений для параллельного подключения аналогичных источников и наиболее мощных нагрузок, инвертор синусоидального напряжения, распределительные шины переменного напряжения со стабильными параметрами, обратимый импульсный конвертор, распределительные шины постоянного низкого напряжения для подключения аккумуляторной батареи и соответствующих нагрузок и блок управления с цепями обратных связей и с управляющими выводами, ВВЕДЕНЫ распределительные шины переменного напряжения со стабильной амплитудой для подключения мощных нагрузок, некритичных к стабильности частоты, и первый индуктивно-емкостный фильтр, а также второй обратимый выпрямительно-инверторный преобразователь, причем первый преобразователь СОСТОИТ из второго индуктивно-емкостного фильтра, двух групп диодно-ключевых стоек и вентильно-конденсаторных стоек, трехфазных реакторов и уравнительного делителя напряжений, а также благодаря тому, что в нее ВВЕДЕН трехфазный контактор, подключенный к выходным выводам дросселей второго фильтра, который вместе с фазными реакторами ВЫПОЛНЕНЫ с пофазно-общими магнитопроводами, а мосты второго преобразователя и уравнительного делителя напряжений ВЫПОЛНЕНЫ со встречно-параллельными диодно-ключевыми ветвями в плечах.The indicated result is ensured due to the fact that an autonomous power supply containing a three-phase electric machine starter-alternator with unstable parameters is connected to the distribution busbars of the alternating voltage with unstable parameters and to the first reversible rectifier-inverter converter with an input power factor corrector and an output differential a link of constant increased voltages for parallel connection of similar sources and the most sensible loads, a sinusoidal voltage inverter, stable distribution busbars of alternating voltage, a reversible pulse converter, distribution buses of constant low voltage for connecting the battery and the corresponding loads and a control unit with feedback circuits and with control outputs, introduced distribution busbars of stable voltage amplitude for connecting powerful loads that are not critical to frequency stability, and the first inductive-capacitive filter p, as well as a second reversible rectifier-inverter converter, the first converter CONSISTING of a second inductance-capacitive filter, two groups of diode-key racks and valve-capacitor racks, three-phase reactors and an equalizing voltage divider, as well as due to the fact that a three-phase contactor connected to the output terminals of the chokes of the second filter, which together with the phase reactors are COMPLETE with phase-common magnetic circuits, and the bridges of the second converter and equalizer divider voltages are COMPLETE with counter-parallel diode-key branches in the shoulders.

Экспериментальные исследования лабораторного макета и имитационно-компьютерное моделирование предлагаемого автономного источника электропитания подтвердили его работоспособность и целесообразность широкого промышленного использования.Experimental studies of the laboratory layout and computer simulation of the proposed autonomous power source have confirmed its efficiency and feasibility of wide industrial use.

На Фиг. 1, представлена структурно-принципиальная силовая схема, на Фиг. 2 - каналы управления предлагаемого автономного источника электропитания.In FIG. 1, a structural diagram of a power circuit is shown; FIG. 2 - control channels of the proposed autonomous power source.

Автономный источник электропитания содержит трехфазный электромашинный стартер-генератор 1 переменного тока с нестабильными параметрами, подключенный своей якорной обмоткой к распределительным шинам 2 переменного напряжения с нестабильными параметрами для подключения нагрузок, некритичных к качеству электроэнергии и к выводам переменного тока первого обратимого выпрямительно-инверторного преобразователя 3 с входным корректором коэффициента мощности и с выходными дифференциальными выводами, подключенными к дифференциальному звену 4 постоянных повышенных напряжений с заземленной среднепотенциальной шиной для параллельного подключения аналогичных источников и наиболее мощных нагрузок. Устройство содержит также инвертор синусоидального напряжения 5, подключенный входом к указанному звену, а выходом - к распределительным шинам 6 переменного трехфазного напряжения со стабильными параметрами частоты и амплитуды, обратимый импульсный конвертор 7, включенный между указанным звеном и распределительными шинами 8 постоянного низкого напряжения для подключения резервно-аккумуляторной батареи и соответствующих нагрузок, а также блок управления 9 с цепями 10, 11 обратных связей по токам и напряжениям и с импульсно-модуляторными и релейно-сигнальными выводами 12 для управления указанными преобразователями. Помимо вышеуказанного, устройство содержит распределительные шины 13 трехфазного переменного напряжения со стабильной амплитудой для подключения мощных нагрузок переменного напряжения, некритичных к стабильности частоты, и первый трехфазный индуктивно-емкостный фильтр 14 низкой частоты, подключенный выходом к указанным шинам, а также второй обратимый выпрямительно-инверторный преобразователь 15, выполненный по схеме трехфазного моста. Первый обратимый выпрямительно-инверторный преобразователь состоит из последовательно между собой соединенных входного второго трехфазного индуктивно-емкостного фильтра 16 с дополнительными выводами, двух параллельно-расщепленных трехфазных групп заземляющих диодно-ключевых стоек 17, двух параллельно-расщепленных трехфазных групп заземляющих вентильно-конденсаторных стоек 18, трех двухсекционных фазных реакторов 19-20 и уравнительного делителя напряжений 21, выполненного по схеме трехфазного моста, зашунтированного по выходу крайними выводами двухконденсаторной фильтровой стойки 22-23.The self-contained power supply contains a three-phase electromachine starter-generator 1 of alternating current with unstable parameters, connected by its anchor winding to distribution busbars 2 of alternating voltage with unstable parameters for connecting loads that are not critical to the quality of electricity and to the AC terminals of the first reversible rectifier-inverter converter 3 s input power factor corrector and with output differential outputs connected to the differential link Well, 4 constant increased voltages with a grounded medium potential bus for parallel connection of similar sources and the most powerful loads. The device also contains a sinusoidal voltage inverter 5, connected by an input to the specified link, and by the output to distribution buses 6 of an alternating three-phase voltage with stable frequency and amplitude parameters, a reversible pulse converter 7, connected between the specified link and distribution buses 8 of a constant low voltage for connecting back-up -a battery and associated loads, as well as a control unit 9 with circuits 10, 11 feedback on currents and voltages and with pulse-modulator and relay-signal outputs 12 for controlling these converters. In addition to the above, the device contains distribution buses 13 of a three-phase AC voltage with a stable amplitude for connecting powerful loads of AC voltage that are not critical to frequency stability, and a first three-phase inductive-capacitive filter 14 of a low frequency connected by an output to these buses, as well as a second reversible rectifier-inverter a converter 15 made according to a three-phase bridge circuit. The first reversible rectifier-inverter converter consists of an input second three-phase inductive-capacitive filter 16 with additional outputs connected in series, two parallel-split three-phase groups of grounding diode-key racks 17, two parallel-split three-phase groups of grounding valve-condenser racks 18, three two-section phase reactors 19-20 and equalizing voltage divider 21, made according to the scheme of a three-phase bridge, shunted at the exit extreme conclusions dvuhkondensatornoy a filter rack 22-23.

Выходные дроссели второго индуктивно-емкостного фильтра 16 и фазные реакторы 19, 20 первого обратимого выпрямительно-инверторного преобразователя 3 выполнены с пофазно-общими магнитопроводами, причем пары секций каждого из фазных реакторов включены между собой встречно (что отмечено на чертеже обозначениями начал их обмоток).The output chokes of the second inductance-capacitive filter 16 and phase reactors 19, 20 of the first reversible rectifier-inverter converter 3 are made with phase-common magnetic circuits, and the pairs of sections of each of the phase reactors are connected in opposite directions (as indicated in the drawing by the designations of their windings).

Трехфазные мосты обратимых второго выпрямительно-инверторного преобразователя 15 и уравнительного делителя напряжений 21 выполнены со встречно-параллельными диодно-ключевыми ветвями в мостовых плечах.Three-phase bridges of the reversible second rectifier-inverter converter 15 and equalizing voltage divider 21 are made with counter-parallel diode-key branches in the bridge arms.

Выходные дифференциальные выводы первого обратимого выпрямительно-инверторного преобразователя 3 подключены непосредственно к дифференциальному звену 4 постоянных повышенных напряжений с заземленной среднепотенциальной шиной, а также подключены через инвертор синусоидального напряжения 5 к распределительным шинам 6 переменного трехфазного напряжения со стабильными параметрами частоты и амплитуды и через обратимый импульсный конвертор 7 - к распределительным шинам 8 постоянного низкого напряжения.The differential output terminals of the first reversible rectifier-inverter converter 3 are connected directly to the differential link 4 of constant high voltage with a grounded mid-voltage bus, and also connected via a sine wave inverter 5 to the distribution busbars 6 of an alternating three-phase voltage with stable frequency and amplitude parameters and through a reversible pulse converter 7 - to the distribution busbars 8 constant low voltage.

Второй обратимый выпрямительно-инверторный преобразователь 15 своими выводами переменного тока подключен к дополнительным выводам второго трехфазного индуктивно-емкостного фильтра 16 первого преобразователя, а своими выводами постоянного тока - к крайним выводам двухконденсаторной фильтровой стойки 22-23, шунтирующей звено 4 постоянных повышенных напряжений.The second reversible rectifier-inverter converter 15 is connected to the additional terminals of the second three-phase inductance-capacitive filter 16 of the first converter by its AC terminals, and to the extreme ends of the two-capacitor filter rack 22-23, which shunts the 4 DC link with its own DC terminals.

В качестве электронных ключей перечисленных преобразователей используются ключевые транзисторы, а в качестве управляемых вентилей вентильно-конденсаторных стоек 18 - обычные (однооперационные) тиристоры, управляемые от релейно-сигнальных выводов 12 блока управления 9.Key transistors are used as electronic keys of the listed converters, and conventional (single-operation) thyristors controlled from relay-signal outputs 12 of the control unit 9 are used as controlled valves of the valve-condenser racks 18.

Автономный источник электропитания работает следующим образом. К распределительным шинам 2 подключают нагрузки переменного тока, некритичные к качеству электроэнергии (например, нагревательные приборы, противообледенительно-тепловое, осветительное и другое оборудование); к распределительным шинам 13 - наиболее мощные нагрузки переменного тока, некритичные к частоте (например, электроимпульно-противообледенительная система и вышеперечисленные); к распределительным шинам 6 (например, с традиционным авиабортовым трехфазным напряжением

Figure 00000003
, 400 Гц) - нагрузки, критичные к качеству электроэнергии (например, авиабортовое навигационно-управляющее оборудование, включая вычислительно-компьютерное, микропроцессоры, контроллеры и др.), а к распределительным шинам 8 - резервно-аккумуляторную батарею, низковольтное осветительное, навигационно-сигнальное и другое жизненно-важное оборудование, определяющее «живучесть», «горячий резерв» и «бесперебойное питание». К дифференциальному звену 4 постоянного повышенного напряжения подключают аналогичные звенья других магистральных каналов и наиболее мощные нагрузки постоянных повышенных напряжений с возможностью рекуперации электроэнергии (например, мощные электроприводные двигатели с рекуперативным торможением и др.).Autonomous power source operates as follows. Distribution buses 2 connect AC loads that are not critical to the quality of the electric power (for example, heating devices, anti-icing-thermal, lighting and other equipment); to distribution buses 13 - the most powerful AC loads, non-critical to the frequency (for example, electro-pulse anti-icing system and the above); to distribution buses 6 (for example, with a traditional three-phase airport voltage
Figure 00000003
, 400 Hz) - loads critical to the quality of electricity (for example, airborne navigation and control equipment, including computer and computer, microprocessors, controllers, etc.), and to the distribution buses 8 - backup battery, low-voltage lighting, navigation and signal and other vital equipment that defines “survivability”, “hot standby” and “uninterrupted power”. To the differential link 4 of constant increased voltage connect similar links of other main channels and the most powerful loads of constant increased voltages with the possibility of energy recovery (for example, powerful electric drive motors with regenerative braking, etc.).

На импульсно-модуляторных и релейно-сигнальных выводах 12 блока управления 9 формируются высокочастотно-прямоугольные широтно-модулируемые импульсы и низкочастотные пачки кратковременных импульсов, синхронизированные с полупериодами фазных напряжений стартер-генератора 1.On the pulse-modulator and relay-signal terminals 12 of the control unit 9, high-frequency rectangular pulse-width modulated pulses and low-frequency bursts of short-term pulses are synchronized with the half-periods of the phase voltage of the starter generator 1.

Первый обратимый выпрямительно-инверторный преобразователь 3 работает следующим образом. При прямом преобразовании контактор 24 разомкнут.На произвольном периоде широтно-импульсной модуляции (Tшим) в любой из фазных цепей преобразования на любом полупериоде фазного напряжения генератора 1 можно выделить два чередующихся этапа: а) этап нарастания полного потокосцепления (Ψ) фазного дросселя фильтра 16 и двух секций фазного реактора из их групп 19 и 20 (этап

Figure 00000004
) и б) этап частичного (или полного) спадания указанного потокосцепления (этап
Figure 00000005
). При положительном потенциале фазной шины 2 на этапе:
Figure 00000006
одновременно нарастают токи в цепях: (конденсатор 16)-(дроссель 16)-(диодно-ключевая стойка 17), а также: (конденсатор 18)-(ключ 17)-(конденсатор 22)-(диод 21)-(реактор 19), а на этапе:
Figure 00000007
одновременно частично (или полностью) спадают токи в цепях: (дроссель 16)-(диод 17)-(конденсатор 18)-(вентиль 18)-(конденсатор 16), а также (реактор 19)-(вентиль 18)-(конденсатор 22)-(диод 21). Далее указанные этапы высокочастотно-периодически качественно повторяются в пределах рассматриваемого полупериода фазного напряжения стартер-генератора 1, производя зарядку фильтрового конденсатора 22 с непрерывным током в фазном дросселе входного фильтра 16.The first reversible rectifier-inverter Converter 3 operates as follows. In the direct transformation of the contactor 24 shown razomknut.Na arbitrary pulse-width modulation (T PWM) in any of the phase conversion circuits in any half cycle of the phase voltage of the generator 1 can distinguish two alternating stages: a) the full growth phase flux (Ψ) phase throttle filter 16 and two sections of the phase reactor from their groups 19 and 20 (stage
Figure 00000004
) and b) the stage of partial (or complete) subsidence of the specified flux linkage (stage
Figure 00000005
) With the positive potential of phase bus 2 at the stage:
Figure 00000006
simultaneously increasing currents in the circuits: (capacitor 16) - (inductor 16) - (diode-key rack 17), as well as: (capacitor 18) - (key 17) - (capacitor 22) - (diode 21) - (reactor 19 ), and at the stage:
Figure 00000007
at the same time partially (or completely) the currents in the circuits drop: (inductor 16) - (diode 17) - (capacitor 18) - (valve 18) - (capacitor 16), and also (reactor 19) - (valve 18) - (capacitor 22) - (diode 21). Further, these steps are repeated in a high-frequency-frequency manner qualitatively within the considered half-period of the phase voltage of the starter generator 1, charging the filter capacitor 22 with a continuous current in the phase choke of the input filter 16.

При отрицательном потенциале фазной шины 2 происходят аналогичные процессы, но с участием фазного реактора 20 и заряжаемого фильтрового конденсатора 23.With the negative potential of the phase bus 2, similar processes occur, but with the participation of the phase reactor 20 and the charged filter capacitor 23.

Затем оба процесса низкочастотно-периодически качественно повторяются. При этом с помощью широтно-импульсной модуляции управляющих сигналов и использования цепей обратных связей (10, 11) блока управления 9 в якорных цепях стартер-генератора 1 формируются синусоидальные фазные токи, синхронные и синфазные с соответствующими фазными напряжениями, приближая коэффициент мощности в этих цепях к единице и снижая тем самым тепловые потери в его обмотках и магнитопроводе, а также снижая помехоизлучения. Еще большее значение коэффициента мощности достигается с помощью электромагнитной взаимосвязи между обмотками дросселей 16 и секций реакторов 19, 20, снижающей высокочастотные пульсации фазных токов за счет противо-ЭДС индукции, наводимых в цепях дросселей при коммутациях ключей.Then both processes are low-periodically qualitatively repeated. In this case, using pulse-width modulation of the control signals and the use of feedback circuits (10, 11) of the control unit 9 in the anchor circuits of the starter generator 1, sinusoidal phase currents are formed, synchronous and in-phase with the corresponding phase voltages, approximating the power factor in these circuits to unit and thereby reducing heat loss in its windings and magnetic circuit, as well as reducing noise emissions. An even greater value of the power factor is achieved with the help of the electromagnetic interconnection between the windings of the chokes 16 and the sections of the reactors 19, 20, which reduces the high-frequency pulsations of the phase currents due to the counter-EMF induction induced in the chokes during key switching.

При обратном преобразовании электроэнергии (от звена 4 к распределительным шинам 2, например, в стартерном режиме работы стартер-генератора 1) входной фильтр 16 первого преобразователя 3 работает в качестве выходного фильтра для второго преобразователя 15 (контактор 24 при этом замкнут).When the energy is converted back (from link 4 to distribution buses 2, for example, in the starter-generator 1 starting mode), the input filter 16 of the first converter 3 works as an output filter for the second converter 15 (the contactor 24 is closed).

Работа этого преобразователя в качестве простейшего трехфазного мостового ШИМ-инвертора широко освещена в литературе по силовой электронике и не требует дополнительных разъяснений (например, см. ссылку на прототип).The operation of this converter as the simplest three-phase bridge PWM inverter is widely covered in the literature on power electronics and does not require additional explanations (for example, see the link to the prototype).

Уравнительный делитель напряжений 21 выполняет три функции:Equalization voltage divider 21 performs three functions:

1) в качестве выходного трехфазно-мостового неуправляемого (диодного) выпрямителя при прямом преобразовании в составе первого обратимого выпрямительно-инверторного преобразователя 3;1) as an output three-phase bridge uncontrolled (diode) rectifier during direct conversion as part of the first reversible rectifier-inverter converter 3;

2) в качестве пассивно-диодного коммутатора-инвертора с трехфазным трапецеидальным выходным напряжением питания распределительных шин 13 через первый фильтр низкой частоты 14 и2) as a passive diode switch-inverter with a three-phase trapezoidal output voltage of the distribution bus 13 through the first low-pass filter 14 and

3) в качестве уравнительного делителя напряжений на фильтровой стойке 22-23, т.е. в плечах дифференциального звена 4 постоянных повышенных напряжений.3) as an equalizing voltage divider on the filter rack 22-23, i.e. in the shoulders of the differential link 4 constant increased voltages.

Первая из перечисленных функций рассмотрена выше.The first of the listed functions is considered above.

Вторая функция не требует специального управления и выполняется автоматически при выполнении первой за счет низкочастотно-чередующихся подключений через диоды 21 крайних выводов фильтровой стойки 22-23 со стабилизированными постоянными потенциалами относительно общего заземления.The second function does not require special control and is performed automatically when the first is performed due to low-frequency alternating connections through diodes 21 of the extreme terminals of the filter rack 22-23 with stabilized constant potentials relative to the common ground.

Третья функция (взаимного выравнивания абсолютных величин упомянутых потенциалов) выполняется следующим образом. С помощью блока управления 9 производится широтно-импульсная модуляция сигнала в цепи управления того ключа 21, который непосредственно подключен к фильтровому конденсатору (из 22 и 23) с

Figure 00000008
напряжением и который на данном полупериоде переменного напряжения стартер-генератора подключен через реактор из групп 19, 20 к включенному вентилю 18. При каждом очередном включении этого ключа ток указанного реактора нарастает, разряжая указанный («излишне заряженный») конденсатор, а после выключения этого ключа ток указанного реактора частично (или полностью) спадает, заряжая другой («недозаряженный») конденсатор фильтровой стойки.The third function (mutual alignment of the absolute values of the potentials mentioned) is performed as follows. Using the control unit 9, pulse-width modulation of the signal in the control circuit of that key 21, which is directly connected to the filter capacitor (from 22 and 23), is performed with
Figure 00000008
voltage and which is connected at the given half-period of the alternating voltage of the starter-generator through the reactor from groups 19, 20 to the switched-on valve 18. Each time this switch is turned on, the current of the specified reactor rises, discharging the indicated (“excessively charged”) capacitor, and after turning off this switch the current of the specified reactor partially (or completely) decreases, charging another ("uncharged") capacitor of the filter rack.

В отличие от прототипа, в котором используется стартер-генератор переменного напряжения со стабильной амплитудой (т.е. с электромагнитным возбуждением от специального инверторного возбудителя), предлагаемый источник может использовать гораздо более простой стартер-генератор в виде магнитоэлектрической машины с постоянными магнитами на роторе, имеющей улучшенные массоэнергетические и надежностные характеристики (без специального инверторного возбудителя). При этом стабилизация его напряжения при нестабильной скорости вращения производится автоматически вместе со стабилизацией выпрямленного напряжения на дифференциальном звене постоянного повышенного напряжения без специальных дополнительных узлов, ухудшающих надежностные и массогабаритные характеристики устройства.In contrast to the prototype, which uses a variable voltage starter-generator with a stable amplitude (i.e., with electromagnetic excitation from a special inverter exciter), the proposed source can use a much simpler starter-generator in the form of a magnetoelectric machine with permanent magnets on the rotor, having improved mass-energy and reliability characteristics (without a special inverter exciter). Moreover, stabilization of its voltage at an unstable speed of rotation is performed automatically along with stabilization of the rectified voltage on the differential link of constant increased voltage without special additional nodes that degrade the reliability and weight and size characteristics of the device.

Таким образом, по сравнению с прототипом в предлагаемом автономном источнике электропитания обеспечивается основной технический результат: улучшение надежности при повышении коэффициента мощности на выходе стартер-генератора и его КПД, а также при снижении помехоизлучений за счет снижения высокочастотных пульсаций токов и напряжений в якорной цепи, и при улучшении массо-энергетических характеристик за счет возможности питания мощных нагрузок переменным стабилизированным по амплитуде напряжением произвольной частоты в обход инвертора синусоидального напряжения с ограниченной установочной мощностью.Thus, in comparison with the prototype, the proposed autonomous power supply provides the main technical result: improved reliability with increased power factor at the output of the starter generator and its efficiency, as well as with reduced interference emissions by reducing high-frequency ripple currents and voltages in the armature circuit, and while improving the mass-energy characteristics due to the possibility of supplying powerful loads with variable amplitude-stabilized voltage of arbitrary frequency bypassing the inver ora sinusoidal voltage with a limited installed power.

Claims (2)

1. Автономный источник электропитания, содержащий электромашинный стартер-генератор переменного тока с нестабильными параметрами, подключенный своей якорной обмоткой к распределительным шинам переменного напряжения с нестабильными параметрами для подключения нагрузок, некритичных к качеству электроэнергии, и к выводам переменного тока первого обратимого выпрямительно-инверторного преобразователя с входным корректором коэффициента мощности и с выходными дифференциальными выводами, которые подключены непосредственно к дифференциальному звену постоянных повышенных напряжений с заземленной среднепотенциальной шиной для параллельного подключения аналогичных источников и наиболее мощных нагрузок, а также подключены через инвертор синусоидального напряжения к распределительным шинам переменного трехфазного напряжения со стабильными параметрами и через обратимый импульсный конвертор - к распределительным шинам постоянного низкого напряжения для подключения резервно-аккумуляторной батареи и соответствующих нагрузок, и кроме того - блок управления с цепями обратных связей по токам и напряжениям и с импульсно-модуляторными и релейно-сигнальными выводами, подключенными к управляющим выводам указанных преобразователей, отличающийся тем, что в него введены распределительные шины трехфазного переменного напряжения со стабильной амплитудой для подключения мощных нагрузок переменного напряжения, некритичных к стабильности частоты, и первый трехфазный индуктивно-емкостный фильтр низкой частоты, подключенный выходными выводами к указанным шинам, а также второй обратимый выпрямительно-инверторный преобразователь, выполненный по схеме трехфазного моста и подключенный своими выводами постоянного тока к крайним выводам дифференциального звена постоянных повышенных напряжений, а своими выводами переменного тока - к дополнительным выводам первого обратимого выпрямительно-инверторного преобразователя, состоящего из последовательно между собой соединенных входного второго трехфазного индуктивно-емкостного фильтра, имеющего дополнительные выводы, двух трехфазных групп параллельно-расщепленных заземляющих диодно-ключевых стоек, двух трехфазных групп параллельно-расщепленных заземляющих вентильно-конденсаторных стоек, трех двухсекционных фазных реакторов и уравнительного делителя напряжений, выполненного по схеме трехфазного моста, подключенного своими выводами переменного тока к средним выводам фазных реакторов и к входным выводам первого индуктивно-емкостного фильтра, а своими выводами постоянного тока - к крайним выводам дифференциального звена постоянных повышенных напряжений, зашунтированного двухконденсаторной фильтровой стойкой.1. An autonomous power supply containing an electric machine starter-generator of alternating current with unstable parameters, connected by its anchor winding to distribution busbars of alternating voltage with unstable parameters for connecting loads that are not critical to the quality of electricity, and to the AC terminals of the first reversible rectifier-inverter converter with input power factor corrector and with output differential outputs that are connected directly to the differential the constant-voltage link with a grounded medium-voltage busbar for parallel connection of similar sources and the most powerful loads, and are also connected via a sinusoidal voltage inverter to three-phase voltage distribution busbars with stable parameters and through a reversible pulse converter to DC low voltage distribution buses for connecting back-up -battery and associated loads, and in addition - a control unit with circuits about feedback on currents and voltages and with pulse-modulator and relay-signal outputs connected to the control terminals of these converters, characterized in that three-phase AC voltage distribution buses with a stable amplitude are inserted into it to connect powerful AC loads, which are not critical to frequency stability , and the first three-phase inductive-capacitive low-pass filter connected by output terminals to the indicated buses, as well as the second reversible rectifier-invert a converter made in accordance with a three-phase bridge circuit and connected with its DC terminals to the extreme terminals of the differential link of constant increased voltages, and with its AC terminals to the additional terminals of the first reversible rectifier-inverter converter, consisting of an input second three-phase inductive a capacitive filter having additional terminals of two three-phase groups of parallel-split grounding diode-key with oek, two three-phase groups of parallel-split grounding valve-capacitor racks, three two-section phase reactors and an equalizing voltage divider, made according to the three-phase bridge, connected by its AC terminals to the middle terminals of the phase reactors and to the input terminals of the first inductance-capacitive filter, and their findings of direct current - to the extreme terminals of the differential link of constant high voltage, shunted by a two-capacitor filter rack. 2. Автономный источник электропитания по п. 1, отличающийся тем, что в него введен трехфазный электромеханический контактор, подключенный к выходным выводам дросселей второго индуктивно-емкостного фильтра, который вместе с фазными реакторами первого обратимого выпрямительно-инверторного преобразователя выполнены с пофазно-общими магнитопроводами, причем пары секций каждого из фазных реакторов включены между собой встречно, а трехфазные мосты второго выпрямительно-инверторного преобразователя и уравнительного делителя напряжений выполнены со встречно-параллельными диодно-ключевыми ветвями в мостовых плечах.2. The autonomous power supply according to claim 1, characterized in that a three-phase electromechanical contactor is connected to it, connected to the output terminals of the chokes of the second inductance-capacitive filter, which, together with the phase reactors of the first reversible rectifier-inverter converter, are made with phase-common magnetic circuits, moreover, pairs of sections of each of the phase reactors are turned on one another, and the three-phase bridges of the second rectifier-inverter converter and surge voltage divider full with counter-parallel diode-key branches in the bridge shoulders.
RU2018103240U 2018-01-29 2018-01-29 OFFLINE POWER SUPPLY RU184526U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018103240U RU184526U1 (en) 2018-01-29 2018-01-29 OFFLINE POWER SUPPLY

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018103240U RU184526U1 (en) 2018-01-29 2018-01-29 OFFLINE POWER SUPPLY

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU184526U1 true RU184526U1 (en) 2018-10-30

Family

ID=64103894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018103240U RU184526U1 (en) 2018-01-29 2018-01-29 OFFLINE POWER SUPPLY

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU184526U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011017176A1 (en) * 2009-07-28 2011-02-10 Thx Ltd. Power supply
WO2011022320A1 (en) * 2009-08-20 2011-02-24 American Power Conversion Corporation 3-phase high power ups
RU2426215C2 (en) * 2008-12-03 2011-08-10 Федеральное космическое агентство Федеральное государственное унитарное предприятие НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ С ЗАВОДОМ имени А.Г. ИОСИФЬЯНА НПП ВНИИЭМ Uninterrupted power supply source for ac loads
RU128040U1 (en) * 2013-01-18 2013-05-10 Николай Петрович Кириллов ELECTRIC MACHINE SOURCE OF MEDIUM POWER

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2426215C2 (en) * 2008-12-03 2011-08-10 Федеральное космическое агентство Федеральное государственное унитарное предприятие НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ С ЗАВОДОМ имени А.Г. ИОСИФЬЯНА НПП ВНИИЭМ Uninterrupted power supply source for ac loads
WO2011017176A1 (en) * 2009-07-28 2011-02-10 Thx Ltd. Power supply
WO2011017176A4 (en) * 2009-07-28 2011-03-31 Thx Ltd. Power supply
WO2011022320A1 (en) * 2009-08-20 2011-02-24 American Power Conversion Corporation 3-phase high power ups
RU128040U1 (en) * 2013-01-18 2013-05-10 Николай Петрович Кириллов ELECTRIC MACHINE SOURCE OF MEDIUM POWER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shi et al. Constant current fast charging of electric vehicles via a DC grid using a dual-inverter drive
CA2983328C (en) Constant current fast charging of electric vehicles via dc grid using dual inverter drive
US6058032A (en) Multiplex pulse-width modulation power converter
CN110994968B (en) Pre-charging circuit, inverter and power generation system
JP2020537479A (en) On-board bidirectional AC quick charger for electric vehicles
RU185666U1 (en) MULTI-PHASE VESSEL ELECTRIC MOVEMENT SYSTEM
Sujitha et al. A new hybrid cascaded h-bridge multilevel inverter-performance analysis
Giri et al. Comparison of non-isolated schemes for EV charging and their effect on power quality
RU175680U1 (en) VOLTAGE VOLTAGE CONVERTER WITH INTEGRATED CHARGER
Naik et al. A two-phase five-level converter with least number of power switches requiring only a single DC source
Kiadehi et al. Adapted NSPWM for single DC-link dual-inverter fed open-end motor with negligible low-order harmonics and efficiency enhancement
Singh et al. Power quality improvement in conventional electronic load controller for an isolated power generation
Naik et al. A new two-phase five-level converter for three-phase isolated grid-tied systems with inherent capacitor balancing and reduced component count
RU2303851C1 (en) Multilevel static frequency converter for feeding induction and synchronous motors
Stefanski et al. Cascaded h-bridge based parallel hybrid converter–a new voltage source for power-hardware-in-the-loop emulation systems
RU2422975C1 (en) Device to generate and control voltage of matrix direct frequency converter with high-frequency sinusoidal pdm
Tolbert et al. Multilevel inverters for large automotive electric drives
RU184526U1 (en) OFFLINE POWER SUPPLY
CN109412469B (en) Traction converter system main circuit, control method and system
RU126223U1 (en) AUTONOMOUS POWER SUPPLY SYSTEM
RU181202U1 (en) VEHICLE MOTION SYSTEM
US20190312527A1 (en) Dc-ac converter and method of dc-ac conversion
Roy et al. Design and analysis of the power electronic transformer for power quality improvement
Drabek et al. Novel primary high voltage traction converter topology for multi-system locomotives
Hasan et al. A high frequency linked modular cascaded multilevel inverter