Генераторне джерело електроенергії

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электроснабжения с бесконтактными асинхронными генераторами, возбуждаемыми с помощью конденсаторов. Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является устройство, которое содержит асинхронную машину с силовыми выводами, подсоединенными к конденсаторам, входным выводам тиристорного компенсатора реактивной мощности (ТКРМ) и блока импульснофазового управления ТКРМ. Оно имеет следующие недостатки; установленная мощность конденсаторной батареи (КБ) максимальна и равна суммарной, реактивной мощности, потребляемой генератором и нагрузкой, Обычно эта мощность численно в 2 - 3 раза превышает номинальную мощность генератора. Мощность тиристорного компенсатора реактивной мощности составляет приблизительно 80% установленной мощности КБ, а общая установленная мощность источников реактивной мощности в 3,5 - 5 раз численно превышает номинальную мощность генератора, что существенно увеличивает массу и габариты энергоустановки. В режиме средних и малых нагрузок генератора между КБ и ТКРМ циркулируют значительные реактивные токи, превышающие номинальный ток генератора, что является источником дополнительных потерь генератора, и снижает его КПД. Задачей настоящего изобретения является создание генераторного источника электроэнергии путем использования асинхронной машины, возбуждение которой осуществляется управляемым вентильным компенсационным преобразователем с высокой эффективностью использования конденсаторов, благодаря чему достигается снижение установленной мощности конденсаторной батареи системы возбуждения асинхронного генератора (которая в предложенном решении минимизируется до батареи начального возбуждения), снижение массы и габаритов всей системы возбуждения в целом, повышение КПД установки. Поставленная задача решается следующим образом. В генераторном источнике электроэнергии, содержащем асинхронную машину с силовыми выводами; подсоединенными к конденсаторам батареи начального возбуждения, нагрузке и блоку импульсно-фазового управления компенсационным преобразователем, согласно изобретению, параллельно конденсаторной батарее начального возбуждения включен управляемый вентильный компенсационный преобразователь по мостовой схеме, в каждом плече которого включены последовательно управляемые и неуправляемые вентили, к точкам соединения которых в смежных плечах подключены две первичные трехфазные обмотки трансформатора, во вторичной обмотке которого включены коммутирующие конденсаторы, соединенные в треугольник, причем одна из первичных обмоток, подключенная к анодам управляемых вентилей, включена согласно со вторичной обмоткой трансформатора, а другая встречно, выходные зажимы моста закорочены дросселем. Достижение нового технического результата в предложенном генераторном источнике электроэнергии заключается в том, что благодаря использованию для возбуждения асинхронного генератора управляемого вентильного компенсационного преобразователя с высокоэффективным использованием конденсаторов, уменьшается установленная мощность конденсаторной батареи системы возбуждения асинхронного генератора до величины необходимой для начального возбуждения генератора при отключенной нагрузке, вследствие чего уменьшаются массогабаритные показатели системы возбуждения в целом и увеличивается КПД установки. Предложенный генераторный источник электроэнергии реализуется по схеме, представленной на чертеже (фиг.). На чертеже показаны: электромашинный генератор 1, для реализации которого используется асинхронная машина; батарея начального возбуждения 2; управляемый вентильный компенсационный преобразователь 3; трансформатор 4; коммутирующие конденсаторы 5; неуправляемые вентили (диоды) 6; дроссель 7; нагрузка 8; блок импульснофазового управления компенсационным преобразователем 9. К силовым выводам асинхронной машины электромашинного генератора 1 подключены: батарея начального возбуждения 2, конденсаторы которой соединены в треугольник; входные выводы управляемого вентильного компенсационного преобразователя 3; нагрузка 8; входные выводы блока импульсно-фазового управления компенсационным преобразователем 9. Управляемый вентильный компенсационный преобразователь 3 выполнен по мостовой схеме, где в каждом плече включены последовательно управляемые и неуправляемые вентили (диоды) 6, к точкам, соединения которых в смежных плечах подключены две первичные трехфазные обмотки трансформатора 4, во вторичной обмотке которого включены коммутирующие конденсаторы 5, соединенные в треугольник, причем одна из первичных обмоток, подключенная к анодам управляемых вентилей, включена согласно со вторичной обмоткой трансформатора, а другая - встречно, выходные зажимы моста закорочены дросселем 7. Такое включение обмоток трансформатора приводит к тому, что частота тока вторичной обмотки в два раза превышает частоту тока первичных обмоток (последняя равна частоте выходного напряжения генератора), что обеспечивает высокую эффективность использования коммутирующих конденсаторов. Устройство работает следующим образом. Самовозбуждение асинхронной машины электромашинного генератора осуществляется в режиме холостого хода за счет конденсаторной батареи начального возбуждения при отсутствии токов в управляемом вентильном компенсационном преобразователе (УВКП). При достижении номинальных оборотов электромашинного генератора напряжение на силовых вы ходах асинхронной машины достигает ~0,9 номинального; после чего включается блок импульсно-фазового управления компенсационным преобразователем (БИФУКП), который в свою очередь обеспечивает вступление в работу УВКП, последний генерирует в цепь реактивную мощность, необходимую генератору для установления на его выходе номинального напряжения. С ростом нагрузки генератора напряжение на его выходе имеет тенденцию к снижению. Для поддержания при этом номинального напряжения генератора в БИФУКП вырабатывается сигнал, обеспечивающий увеличение тока УВКП, а следовательно и генерируемой им реактивной мощности. С уменьшением нагрузки генератора ток (реактивная мощность) УВКП будет соответственно снижаться. Таким образом, осуществляется автоматическое изменение величины реактивной мощности системы возбуждения генератора, необходимое для поддержания номинального напряжения генератора с заданным статизмом внешней характеристики при изменении нагрузки. Емкостная реактивная мощность Q, генерируемая непосредственно УВКП (т.е. без учета реактивной мощности батареи начального возбуждения), подсчитывается по формуле где Qф - реактивная мощность, генерируемая одной фазой УВКП; Iф(1) - действующее значение первой гармоники фазного тока УВКП; Uфm - амплитуда фазного напряжения на выходе генератора, f - часто та напряжения генератора; C - емкость коммутирующего конденсатора; n - коэффициент трансформации; естественного вентилей управления отпирания управляемыми - угол неуправляемых - угол вентилями значение этого угла задается БИФУКП), углы a д и a т отсчитываются от точек пересечения синусоид фазных напряжений генератора. Минимальное значение разностного угла y, при котором в УВКП отсутствуют срывы коммутации управляемых вентилей, y min = 3dт, где dт = wtв - угол восстановления запирающих свойств управляемых вентилей, w = 2pf, tв время восстановления запирающих свойств управляемых вентилей (паспортное данное вентилей). Минимальное допустимое значение емкости коммутирующего конденсатора в предложенной схеме УВКП определяется по формуле где Qmax - максимальное значение реактивной мощности, генерируемой УВКП; Cб - емкость конденсатора, включенного между фазами генератора, т.е. в стороне треугольника конденсаторов КБ системы возбуждения в схеме прототипа, необходимая там для обеспечения максимального значения реактивной мощности Установленная мощность коммутирующего конденсатора Sc в УВКП при C = Cmin определяется соотношением где SCб - установленная мощность конденсатора в одной стороне треугольника КБ системы возбуждения в схеме прототипа. Для наиболее часто используемых классов тиристоров ТЧ и Т, у которых параметр dт принимает значения соответственно »0,005рад. (»0,3град.эл.) и »0,0314рад. (»1,8град.эл.) соотношения (2) и (3) в случае n = 1 принимают вид: 1) для тиристоров класса ТЧ C » 0,008Cб SC » 0,0225Cб 2) для тиристоров класса Т C » 0,49Cб SC » 0,126SCб Таким образом, использование УВКП в системе возбуждения асинхронного генератора позволяет в сравнении с устройством-прототипом существенно снизить емкость и установленную мощность используемых конденсаторов и системы возбуждения в целом. Внедрение изобретения "Генераторный источник электроэнергии" в сравнении с прототипом обеспечит значительный народнохозяйственный эффект в энергетической и электротехнической отраслях промышленности. Например, электростанции на базе таких генераторов используются для питания потребителей в полевых условия х (фермерские хозяйства, пастбища, геологические экспедиции, стройкомплексы, предприятия лесной промышленности) при отсутствии централизованного электроснабжения и изменении нагрузки в широких пределах как по величине так и по характеру. На промышленных и сельхозпредприятиях эта разработка является гарантированным источником электропитания (холодильные установки, птицефермы, животноводческие комплексы), перерывы электропитания на которых приводят к большим потерям. Реализация установки может быть выполнена на отечественных предприятиях без изменения существующи х те хнологических циклов.