Система стабилизации напряжения и защиты магнитоэлектрического генератора тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Фаррахов, Данис Рамилевич

• Фаррахов, Данис Рамилевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Фаррахов, Данис Рамилевич

Оглавление

Введение

1 Система генерирования электроэнергии для автономных объектов

1.1 Конструкции магнитоэлектрических генераторов для систем электроснабжения автономных объектов

1.2 Стабилизация напряжения синхронных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов

1.2.1 Дополнительные обмотки на статоре

1.2.2 Последовательный статический преобразователь

1.2.3 Параллельная стабилизация на стороне генератора с помощью внешней цепи

1.3 Обзор способов защиты от короткого замыкания в обмотке и на фидере синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов

1.4 Способы плавного регулирования реактивного тока для параллельной стабилизации напряжения

1.5 Обзор моделей генераторов с возбуждением от постоянных магнитов и канала генерирования с параллельной стабилизацией напряжения МЭГ

2 Математическое моделирование системы стабилизации напряжения

для СГЭ АО

2.1 Общие положения

2.2 Структурная схема канала генерирования и системы стабилизации напряжения

2.3 Внезапное трехфазное короткое замыкание генератора с учетом изменения частоты вращения

2.4 Имитационная модель канала генерирования электроэнергии

2.5 Регулировочная характеристика канала генерирования с параллельной стабилизацией напряжения

2.6 Исследование переходных процессов в канале генерирования

и динамические характеристики системы стабилизации

2.7 Исследование влияния магнитной асимметрии ротора

2.7.1 Работа системы стабилизации с генератором с преобладанием поперечной составляющей индуктивности

2.7.2 Работа системы стабилизации с генератором с преобладанием продольной составляющей индуктивности

2.7.3 Работа системы стабилизации с генератором при равенстве продольной и поперечной составляющих индуктивности

2.8 Модель генератора с учетом насыщения магнитопровода

3 Исследование процессов в системе генерирования с параллельной стабилизацией напряжения

3.1 Общие положения

3.2 Разработка алгоритма управления системы параллельной стабилизации напряжения

3.3 Расчет звена постоянного тока регулятора напряжения

3.4 Имитационная модель параллельной системы стабилизации напряжения

3.5 Исследование системы параллельной стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора

3.5.1 Исследование работы системы управления с дельта-модуляцией

3.5.2 Исследование работы системы управления с широтно-импульсной модуляцией

3.6 Система защиты МЭГ от короткого замыкания

4 Экспериментальное исследование характеристик канала генерирования с параллельной стабилизацией напряжения

4.1 Общие положения

4.2 Экспериментальная установка

4.2.1 Привод и генератор

4.2.2 Система параллельной стабилизации напряжения

4.3 Результаты экспериментальных исследований

4.4 Экспериментальное исследование способа защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания

Заключение

Список сокращений

Список литературы

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Система стабилизации напряжения и защиты магнитоэлектрического генератора»

Введение

Актуальность темы исследования. Проблемы энергообеспечения автономных объектов и снижения вредных выбросов в результате их работы за последние 30-40 лет стали наиболее актуальны. На первый план вышли проблемы обеспечения энергией стационарных и, в особенности, подвижных автономных объектов, и проблемы снижения выбросов вредных веществ в окружающую среду. Это привело к росту инвестиций в реализацию инновационных решений по улучшению топливной эффективности транспортных средств, а также к поиску альтернативных источников энергии. Так, в области автомобилестроения получили распространение идеи гибридного автомобиля и электромобиля [9].

В авиации начала прорабатываться и эффективно воплощаться концепция «более электрифицированного самолета» [13, 18, 58]. Данная концепция предполагает переход от использования на борту самолета пневматической и гидравлической энергии, отбираемой непосредственно от авиадвигателя, к использованию электрической энергии для управления пневмо- и гидроагрегатами в месте их установки и обеспечения работы вспомогательных систем теплового двигателя. Такой подход обеспечивает более полное использование мощности теплового двигателя за счет исключения отбора механической мощности для привода гидравлических, пневматических и вспомогательных систем, снижение массы как следствие отказа от разветвленной гидросистемы, упрощение автоматизации, контроля и резервирования всех важных систем самолета. С другой стороны, это ведет к значительному росту энергопотребления и выводит на новый уровень проблему обеспечения качества бортовой электроэнергии [18, 34, 58].

Важными требованиями к системе генерирования автономного объекта являются минимальная масса и габариты, большой межремонтный период и простота обслуживания. Из многочисленных типов генераторов и вариантов организации системы генерирования электроэнергии (СГЭ) на данный момент указанным требованиям в полной мере могут соответствовать только синхронные генераторы с высококоэрцитивными постоянными магнитами [13, 34].

Разработка и внедрение на летательных аппаратах генераторов с возбуждением от постоянных магнитов, также называемых магнитоэлектрическими (МЭГ), рассматривается в качестве одного из перспективных направлений развития автономных источников питания.

Эти генераторы отличают надежное возбуждение и отсутствие специального источника питания для цепи возбуждения, высокая эксплуатационная надежность в работе и простота технического обслуживания, высокий КПД (до 0,9-0,95), малая инерционность при переходных процессах, возможность работы при достаточно высоких температурах и частотах вращения [13, 19]. Кроме того, МЭГ может использоваться в качестве электростартера для обеспечения электрического запуска маршевого двигателя, что позволяет исключить дополнительное оборудование, предназначенное исключительно для выполнения функции запуска [57, 59, 63, 71].

Широкое применение электромеханических преобразователей энергии с постоянными магнитами (МЭГ) ограничивается рядом недостатков, вызванных как особенностями конструкции, так и несовершенством материалов [64, 73].

Одна из проблем, сопутствующих простой конструкции магнитоэлектрического генератора, - сложности, связанные с обеспечением качества генерируемой электроэнергии (КЭ). Например, стабилизация выходного напряжения генератора представляет собой нетривиальную задачу, решение которой позволило бы значительно расширить область применения МЭГ.

Степень разработанности темы исследования. Исследования в области регулирования напряжения ЭМПЭ проводили Балагуров В. А., Бут Д. А., Науменко В. И., Кушнерев В. В., Харитонов С. А., Гарганеев А. Г., Калий В. А., Akagi Н., Ganev. Е., Левин А. В., Гизатуллин Ф. А., Утляков Г. Н.

Цель работы и задачи исследования. Цель работы заключается в исследовании и разработке электротехнического комплекса, включающего в себя систему стабилизации выходного напряжения и защиты магнитоэлектрического генератора, предназначенного для работы в составе канала генерирования электроэнергии автономных объектов.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

1. Усовершенствование способа стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора, обеспечивающее непрерывную стабилизацию напряжения и снижение массы и габаритов канала генерирования электроэнергии, на основе уточненной математической модели канала генерирования, учитывающей нелинейность тепловых и электромагнитных процессов в генераторе.

2. Разработка алгоритма управления, обеспечивающего работу силового полупроводникового преобразователя совместно с магнитоэлектрическим генератором с целью непрерывной стабилизации напряжения с заданной точностью и быстродействием и повышения качества генерируемой электроэнергии.

3. Исследование режима короткого замыкания магнитоэлектрического генератора и разработка способа защиты МЭГ от короткого замыкания в обмотке и на фидере.

4. Разработка экспериментального образца системы параллельной стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора и исследование характеристик канала генерирования электроэнергии с параллельной стабилизацией напряжения.

Методы исследования. Поставленные задачи решались методами математического анализа, теории электрических цепей, теории автоматического управления, математического моделирования с помощью специализированного программного обеспечения, численными методами решения с помощью ЭВМ, а также методом экспериментального подтверждения. При разработке имитационных моделей был использован пакет программ Matlab/Simulink.

Научная новизна.

1. Усовершенствован способ стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора, отличающийся совместным применением параметрической и

параллельной стабилизации, что обеспечивает непрерывность и точность регулирования и уменьшение массы и габаритов канала генерирования.

2. Предложен способ защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания (патент РФ №2582593), отличающийся тем, что наличие короткого замыкания внутри генератора определяется по скорости изменения температуры обмотки, а для отключения короткого замыкания на фидере используются двунаправленные ключи, чем обеспечивается повышение надежности и пожаробезопасности канала генерирования на основе магнитоэлектрического генератора.

3. В модели канала генерирования электроэнергии с параллельной стабилизацией напряжения учтено влияние температуры постоянных магнитов на характеристики генератора, что позволяет обеспечить повышение качества электроэнергии и энергоэффективности системы в целом за счет выбора конструкции ротора исходя из режима работы системы стабилизации напряжения.

Теоретическая и практическая значимость работы.

1. Усовершенствованная система стабилизации напряжения (патент РФ №154540) обеспечивает низкую массу и габариты канала генерирования электроэнергии, а также симметрию фазных напряжений и снижение амплитуды гармонических составляющих тока и напряжения высших порядков в соответствии с современными требованиями к системам генерирования электроэнергии автономных объектов.

2. Разработан алгоритм управления системы параллельной стабилизации напряжения, основанный на широтно-импульсной модуляции обобщенного вектора тока регулятора и отличающийся ограничением минимальной длительности интервала проводимости и максимальной частоты коммутации и обеспечивающий качество выходного напряжения в соответствии с требованиями ГОСТ Р 54073-2010 и защиту генератора (свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2015613868).

3. Разработанный комплекс математических и имитационных моделей позволяет исследовать работу и оценить параметры элементов канала

генерирования электроэнергии с параллельной стабилизацией напряжения магнитоэлектрического генератора и может быть рекомендован к оценке возможности использования при проектировании подобных систем.

Положения, выносимые на защиту

1. Усовершенствованный способ стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора, обеспечивающий снижение массы и габаритов канала генерирования, и система, реализующая такой способ;

2. Предложенный способ защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания в обмотке и на фидере;

3. Разработанный алгоритм управления системой стабилизации напряжения и защиты магнитоэлектрического генератора, обеспечивающий качество выходного напряжения в соответствии с требованиями ГОСТ 54073-2010;

4. Результаты теоретического и экспериментального исследования работы канала генерирования с параллельной стабилизацией напряжения магнитоэлектрического генератора в установившихся и переходных режимах работы.

Степень достоверности и апробация результатов. Разработанная система стабилизации прошла апробацию на испытательном стенде УАП «Гидравлика», г. Уфа.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 13 печатных изданиях, 3 из которых индексируются в БД Scopus, 3 работы опубликованы в журналах из перечня ВАК. Также результаты работы докладывались на всероссийских и международных научно-практических конференциях: Всероссийская молодежная научная конференция «Мавлютовские чтения», г. Уфа; XI Международная научно-практическая конференция «Материалы, Электронные средства и системы управления», г. Томск; Всероссийская молодежная научно-практическая конференция «Орбита молодежи» и перспективы развития российской космонавтики», г. Самара.

Диссертационная работа была выполнена в рамках работ по следующим темам: АП-ЭМ-07-15-ХГ «Разработка генератора МЭГ-100-Ч в комплекте с

модулем УФЦМ-150». Договор с АО «Технодинамика» (ОАО «АКБ «Якорь»); АП-ЭМ-11-16-ПЗ «Исследования и разработка высокоэффективного энергетического комплекса для повышения энерговооруженности и энергоэффективности космических аппаратов». Проектное задание Министерства образования и науки; АП-ЭМ-06- 15-ХГ. Договор с ФГУП «ГосНИИАС».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, включающего 106 наименований, и четырех приложений. Общий объем диссертации составляет 142 страницы.

В первой главе рассмотрены основные типы и существующие конструкции систем генерирования электроэнергии для автономных объектов, проведен сравнительный анализ способов обеспечения выходных параметров систем генерирования, сформулированы основные требования, предъявляемые к СГЭ АО, рассмотрены существующие принципы, методы и инструменты исследования СГЭ АО.

Определено, что применение систем генерирования на основе МЭГ и полупроводникового устройства стабилизации позволяет увеличить эффективность и улучшить массо-габаритные показатели системы. Сформулированы основные задачи исследования.

Во второй главе представлена уточненная математическая модель процессов, протекающих в КГЭ в целом, а также в его системах, таких как генератор, система регулирования и защиты. Исследован режим симметричного короткого замыкания на фидере генератора и влияние параметров машины на характер электрических и механических процессов, протекающих при этом в системе «привод - генератор».

Проведена оценка влияния конструкции генератора на его чувствительность к управляющему воздействию. Также предложен комбинированный способ стабилизации напряжения МЭГ и проведен расчет внешней и регулировочной характеристик предложенной системы.

В третьей главе разработаны оригинальные компьютерные имитационные модели, на основе которых был проведен численный эксперимент. Представлены исследования характеристик регулятора напряжения как системы, входящей в состав СГЭ АО, посредством компьютерного схемотехнического и математического моделирования в программном комплексе Matlab/Simulink для различных конструкций и параметров системы обеспечения КЭ.

Представлена имитационная модель для исследования работы системы в режиме стартера и результаты такого исследования. Описана разработанная система защиты МЭГ от коротких замыканий как в нагрузке, так и в обмотке машины.

Четвертая глава посвящена экспериментальному исследованию разработанной системы стабилизации напряжения и защиты. В главе представлены схема экспериментального стенда для исследований разработанного КГЭ, методика экспериментальных исследований, сопоставление основных теоретических положений диссертации с экспериментальными данными и анализ результатов компьютерного моделирования, аналитических расчетов и экспериментальных данных.

1 Система генерирования электроэнергии для автономных

объектов

1.1 Конструкции магнитоэлектрических генераторов для систем электроснабжения автономных объектов

Электрические машины автономных систем электроснабжения должны удовлетворять специальным требованиям, обусловленным спецификой их работы и соответствующими нормативно-техническими документами. Важнейшими из требований являются [13, 34]:

- высокая надежность во всех режимах работы;

- низкая масса и габариты агрегатов;

- высокая живучесть и перегрузочная способность;

- автономность - способность вырабатывать электрическую энергию независимо от наличия других источников.

Кроме того, стремление снизить массу агрегатов привело к появлению такого требования к современным системам генерирования, как возможность электрического запуска приводного двигателя от аэродромного питания или от бортовой сети самолета [4, 40].

Магнитоэлектрические генераторы имеют относительно простую конструкцию и высокую надежность при высоких допустимых частотах вращения, что позволяет конструировать более компактные агрегаты [4, 22, 40, 65, 103].

Достигнутая в настоящее время удельная масса МЭГ составляет 0,24 кг/кВА. Исследования показывают техническую возможность снижения этой величины до 0,1 кг/кВА [64]. Это позволяет судить о хороших возможностях использования магнитоэлектрических генераторов в перспективных СГЭ [103].

Пример конструкции магнитоэлектрического генератора без дополнительных обмоток статора приведен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Эскиз высокоскоростного магнитоэлектрического генератора:

1 - постоянные магниты; 2 - вал ротора; 3 - пакет статора;

4 - корпус генератора; 5 - патрубки системы охлаждения

Преимущества, благодаря которым МЭГ могут применяться в качестве главных генераторов для СЭС АО нового поколения:

- более простая система охлаждения благодаря отсутствию собственных потерь в роторе;

- высокая перегрузочная способность;

- автономное возбуждение;

- удельная масса уменьшается с ростом частоты вращения;

- возможна работа в режиме стартера без дополнительных источников питания.

Проблемы, присущие МЭГ и сдерживающие развитие этого класса машин:

- защита постоянных магнитов от коррозии и размагничивания токами КЗ для обеспечения их продолжительной работы;

- сложности, связанные с регулированием выходного напряжения;

- требуются специальные мероприятия по защите от КЗ.

На данный момент вследствие указанных недостатков, а также ряда технологических трудностей МЭГ преимущественно используются как вспомогательные или резервные генераторы небольшой мощности.

Одно из направлений по совершенствованию практического применения МЭГ связано с отказом от выполнения генератора в виде самостоятельного конструктивного агрегата и его поэлементным рассредоточением внутри авиадвигателя или газовой турбины [13, 58]. Предполагается, что использование встроенных генераторов обеспечит увеличение КПД на 9-11 % при существенном (до 10 раз) повышении ресурса.

Применение эффективной системы охлаждения обмоток и магнитопровода МЭГ также способствует повышению КПД КГЭ и снижению массы и габаритов системы. Поскольку ротор МЭГ не является источником значительных тепловых потерь, целесообразно использовать конструкцию генератора с сухим ротором, когда хладагент контактирует только с магнитопроводом и обмоткой машины и не попадает в воздушный зазор машины.

Одним из решений, позволяющих обеспечить качественное охлаждение обмотки и магнитопровода МЭГ и снизить массу и габариты машины, является предложенная авторами [26] конструкция генератора, в которой обмотка статора отделена от воздушного зазора втулками из неэлектропроводящего материала, образующими с магнитопроводом и подшипниковыми щитами герметичные полости, связанные с системой жидкостного охлаждения. Такая конструкция позволяет обеспечить непосредственное охлаждение лобовых частей обмотки статора, исключая при этом попадание охлаждающей жидкости в воздушный зазор машины.

Конструкция ротора оказывает влияние не только на технологию изготовления машины, но и на ее характеристики, а также определяет доступные способы управления.

Существуют различные варианты установки магнитов на роторе. Наиболее распространенные из них представлены на рисунке 1.2. Способ установки магнитов

выбирается исходя из требований механической прочности, формы магнитного поля в зазоре и величины магнитной индукции.

Магниты, расположенные на поверхности ротора обеспечивают трапецеидальное распределение магнитного поля в зазоре машины при радиальном намагничивании и синусоидальное - при диаметральном намагничивании. Такой способ установки является наиболее простым и технологичным, а также обеспечивает высокую механическую прочность ротора.

С помощью магнитов, встроенных (инкорпорированных) в ротор (рисунок 1.2, б) можно добиться уменьшения потоков рассеяния и получить требуемую форму магнитного поля в зазоре. Кроме того, такая конструкция ротора позволяет добиться изменения числа полюсов ротора с помощью перемагничивания [82] или нагрева магнитов.

Радиальное расположение магнитов (рисунок 1.2, г) позволяет добиться высоких значений магнитной индукции, однако негативно сказывается на механической прочности ротора и в высокоскоростных машинах не применяется.

Рисунок 1.2 - Варианты расположения магнитов на роторе:

а) - на поверхности ротора; б) - на поверхности, гладкий ротор; в) - встроенные магниты; г) - радиальное расположение («звездочка»)

Поскольку магнитная проницаемость постоянных магнитов сопоставима с магнитной проницаемостью воздуха, в случае установки магнитов на поверхности ротора величина немагнитного зазора складывается из величины воздушного зазора и толщины магнитов и одинакова по продольной и поперечной осям.

При установке магнитов в пазы на роторе таким образом, чтобы получалась гладкая поверхность ротора, величина воздушного зазора будет равномерной, однако индуктивности по продольной и поперечной осям будут отличаться, поскольку величина немагнитного промежутка будет разной.

В случае с инкорпорированными магнитами возможны конфигурации как с симметричной, так и с асимметричной магнитной системой, причем в случае магнитной асимметрии ротора возможно преобладание как продольной, так и поперечной составляющей индуктивности [82].

Магнитная асимметрия ротора может быть полезна при бездатчиковом управлении генератором в режиме стартера для определения положения ротора с помощью метода инжекции высокочастотной составляющей тока. Кроме того, уменьшение продольной составляющей реактивного сопротивления способствует уменьшению размагничивающего действия реакции якоря в режиме генератора.

1.2 Стабилизация напряжения синхронных генераторов с возбуждением от

постоянных магнитов

Как уже отмечалось, одной из особенностей генераторов с возбуждением от постоянных магнитов является сложность регулирования выходного напряжения. Поиск и реализация эффективного способа стабилизации выходного напряжения МЭГ является актуальной задачей, и в этой области предложено множество различных решений, однако не все они удовлетворяют требованиям, предъявляемым к узлам систем генерирования электроэнергии для автономных объектов.

Индуцированная в обмотке генератора ЭДС зависит от магнитного потока в воздушном зазоре машины Ф5 и частоты вращения ротора.

Принципиально регулирование напряжения можно осуществить изменением частоты вращения, если использовать для этих целей глубокорегулируемый привод. Маршевый двигатель ЛА, паровая или газовая турбина таковыми не являются. Даже если и появляется возможность регулировать частоту вращения, например в автономных турбогенераторных источниках небольшой мощности, то от этого способа приходится отказываться из-за слишком большой инерционности привода. В связи с этим в большинстве случаев для стабилизации напряжения генератора используются методы, основанные на регулировании потока в воздушном зазоре Ф5 как наиболее просто реализуемые и экономически оправданные [13].

Известные способы регулирования напряжения можно свести в следующие категории:

- изменение МДС индуктора (синхронный генератор традиционной конструкции);

- подключение параллельно или последовательно с МДС индуктора дополнительного источника регулируемой МДС (комбинированное возбуждение) [41 , 42];

- изменение магнитного сопротивления участка магнитопровода (дополнительная обмотка);

- регулирование напряжения на стороне сети с помощью статического преобразователя на полную мощность генератора с учетом допустимой перегрузки [54, 56];

- изменение потока в воздушном зазоре с помощью управления током реакции якоря генератора внешней цепью [1, 13, 55].

Регулирование напряжения с помощью обмотки возбуждения или подмагничивания постоянных магнитов является наиболее экономичным способом, однако генераторы вследствие наличия электрического контакта с ротором или дополнительных обмоток на статоре имеют большие размеры и массу, а также меньшую надежность. Кроме того, частота вращения таких генераторов не превышает 12000 об/мин, что не позволяет использовать их при создании

компактных и высокоэффективных систем генерирования с приводом непосредственно от газовой турбины, минуя коробку отбора мощности, редуктор или привод постоянных оборотов.

Как правило, блок стабилизации напряжения в системе с регулированием потока имеет меньшую удельную массу и более высокий КПД за счет меньшего энергопотребления, однако такое регулирование не всегда возможно из-за особенностей конструкции генератора. Стабилизация напряжения путем выпрямления и инвертирования подходит для любого генератора переменного тока, однако этот способ имеет несколько недостатков.

В первую очередь, как показано в [19], генератор должен иметь значительно большую электрическую мощность, чем статический преобразователь и нагрузка, что ведет к недоиспользованию машины.

Кроме того, силовые ключи статического преобразователя должны быть рассчитаны на полную мощность нагрузки с учетом допустимой перегрузки, результатом чего являются повышенные габариты и масса всей системы.

1.2.1 Дополнительные обмотки на статоре

Дополнительные обмотки располагаются на статоре. Конструкции обмоток могут быть различными, в зависимости от способа их использования.

Наиболее очевидный способ - это изменение магнитного сопротивления спинки якоря. Подмагничивание статора с помощью дополнительной обмотки позволяет повысить выходное напряжение генератора, а размагничивание -понизить [88, 91]. При этом дополнительная обмотка питается от статического или электромеханического преобразователя, мощность которого несколько больше мощности источника питания обмотки возбуждения генератора с электромагнитным возбуждением [13]. Это ведет к увеличению массы и габаритов как машины, так и системы стабилизации напряжения.

Авторы [87] предлагают использовать отдельный источник напряжения для питания дополнительных секций обмотки статора с целью повышения или

понижения выходного напряжения генератора. Во время нормальной работы генератора дополнительные секции не задействованы. При отклонении выходного напряжения от нормальных значений на дополнительные секции подается напряжение такой полярности и амплитуды, которые компенсируют это отклонение. Структура такой системы стабилизации представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Система стабилизации напряжения с внешним источником питания дополнительных секций обмотки статора [87]:

1 - первичный двигатель; 2 - магнитоэлектрический генератор; 3 - массив ключей;

4 - повышающий/понижающий источник напряжения; 5 - система управления; 6 - нагрузка

Недостатком такого решения является наличие внешнего источника питания и дополнительных секций обмотки статора, что усложняет конструкцию как ЭМПЭ, так и системы в целом, а также увеличивает ее массу и габариты. Кроме того, подобный подход не решает проблему обеспечения качества электроэнергии при несимметричной или нелинейной нагрузке.

В [23, 35] предложен способ стабилизации напряжения МЭГ с помощью введения дополнительной обмотки статора, ЭДС которой смещена на 90° относительно основной обмотки. Регулирование напряжения основной обмотки производится с помощью изменения тока дополнительной обмотки. Стабилизация частоты в предложенной системе не предусмотрена ни механическим, ни каким-либо другим способом.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Фаррахов, Данис Рамилевич, 2016 год

Список литературы

1. Балагуров, В. А. Электрические генераторы с постоянными магнитами / В. А. Балагуров, Ф. Ф. Галтеев. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 280 с.

2. Бертинов, А. И. Авиационные электрические генераторы /

A. И. Бертинов. - М.: Оборонгиз, 1959. - 594 с.

3. Бурлакова, В. В. Обзор методов управления активными фильтрами /

B. В. Бурлакова, С. К. Поднебесная, М. Д. Дьяченко // Електромехашчш I енергозберiгаючi системи. - 2011. - №4, - С. 24-28.

4. Власов А.И. Исследования по определению оптимальных параметров и структуры системы электроснабжения полностью электрифицированного самолета // Электроника и электрооборудование транспорта. 2010. Т. 4. - С. 2-7.

5. Волокитина, Е.В. Имитационная математическая модель синхронной магнитоэлектрической машины в генераторном режиме в среде MatlabSimulink / Е. В. Волокитина, В. В. Никитин, Ю. Г. Опалев, Ф. Г. Тебеньков // Электроснабжение и Электрооборудование. - 2011. - № 4. - С. 21-25.

6. Волокитина, Е. В. Исследования по созданию системы генерирования и запуска маршевого двигателя в концепции полностью электрифицированного самолета. Часть 1 / Е. В. Волокитина // Электроснабжение и электрооборудование. - 2011. - Т. 4. - С. 24-28.

7. Вольдек, А. И. Электрические машины. Машины переменного тока: Учебник для вузов / А. И. Вольдек, В. В. Попов. - СПб.: Питер, 2010. - 350 с.

8. Галтеев, Ф. Ф. Учет нелинейности при расчете синхронного подмагничиваемого генератора с постоянными магнитами / Ф. Ф. Галтеев, В. П. Коробченко, С. Г. Новиков // Электричество. - 1978. - Т. 4. - С. 74-77.

9. Ганджа, С.А. Стартер-генератор для автономных источников электроснабжения / С. А. Ганджа, А. В. Ерлышева // Вестник ЮУрГУ. - 2005. -Т. 9. - С. 84-86.

10. Геча, В. Я. Комплексная математическая модель высокоскоростного электрогенератора / В. Я. Геча, А. Б. Захаренко, И. А. Мещихин и др. // Вопросы

электромеханики: Труды НПП ВНИИЭМ. - М.: ФГУП «НПП ВНИИЭМ», 2011. -Т. 122. - № 3. - С. 3-10.

11. ГОСТ Р 54073-2010. Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Общие требования и нормы качества электроэнергии. - Введ. 2011-01-01. -М.: Стандартинформ, 2011. - III, 40 с.

12. Грабовецкий, Г. В. Несимметричная нагрузка в системе генерирования электрической энергии с инвертором напряжения / Г. В. Грабовецкий, Д. В. Коробков, С. А. Харитонов // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - Томск, 2012. - Т. 1. - №1. -С. 147-152.

13. Грузков, С. А. Электрооборудование летательных аппаратов: учебник для вузов. В 2 т. Т. 1. Системы электроснабжения летательных аппаратов / С. А. Грузков, С. Ю. Останин, А. М. Сугробов / под ред. Грузкова С. А. -М.: Издательство МЭИ, 2005. - 568 с.

14. Демирчян, К. С. Теоретические основы электротехники: учебник для вузов. В 2 т. Т. 2 / К. С. Демирчян, Л. Р. Нейман, Н. В. Коровкин. - СПб: Питер, 2003. - 576 с.

15. Иванов-Смоленский, А. В. Электрические машины: учебник для вузов. В 2-х томах. Т. 2. / А. В. Иванов-Смоленский. - 3-е издание, стереотипное. -М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 652 с.

16. Копылов, И.П. Математическое моделирование электрических машин: Учеб, для вузов / И. П. Копылов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М: Высш шк., 2001. -327 с.

17. Кудреватых, Н. В. Исследование деградации магнитных свойств постоянных магнитов из сплава NdFeB в солевых растворах и водородных средах при наличии покрытий / Н. В. Кудреватых, А. А. Остроушко, Е. Н. Тарасов и др. // Электротехника 1999. - № 10. - С. 20-23.

18. Кузьмичев, Р. В. Генератор в системе электроснабжения самолета с повышенным уровнем электрификации / Р. В. Кузьмичев // Доклады ТУСУРа. 2010. - Т. 1. - С. 100.

19. Ледовский, А. Н.. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами / А. Н. Ледовский. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 168 с.

20. Макаров, Д. В. Исследование системы генерирования переменной частоты постоянной амплитуды на базе магнитоэлектрического генератора и полупроводникового преобразователя /, С. А. Харитонов, М. М. Юхнин // Техшчна електродинамжа. - 2012. - Т. 3. - С. 65-66.

21. Менушенков, В.Н. Новые магнитотвердые материалы, вопросы использования и область применения / В. Н. Менушенков // Электротехника. -1999. - №. 10. - С. 1-4.

22. Паластин, Л.М. Синхронные машины автономных источников питания / Л. М. Паластин. - М.: Энергия, 1980. - 384 с.

23. Патент 115134 РФ, МПК Н02Р9/00, Н02Р9/44 Система стабилизации напряжения переменного тока / Макаров Д. В., Харитонов С. А., Калужский Д. Л., Сапсалев А. В., Лившиц Э. Я., Юхнин М. М.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО "Новосибирский государственный технический университет", ФГУП ПО "Север". - № 2011128321/07; заявл. 08.07.2011; опубл. 20.04.2012, Бюл. № 11. - 2 с.

24. Патент 126223 РФ, МПК Н02J9/00. Автономная система электроснабжения / Резников С. Б., Бочаров В. В., Ермилов Ю. В., Харченко И. А.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ). - № 2012143860/07; заявл. 16.10.2012; опубл. 20.03.2013, Бюл. № 8. - 2 с.

25. Патент 154540 РФ: МПК H02J3/16. Система стабилизации выходного напряжения магнитоэлектрического синхронного генератора для автономных объектов / Исмагилов Ф. Р., Полихач Е. А., Фаррахов Д. Р., Ямалов И. И., Вавилов В. Е.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО "Уфимский государственный авиационный технический университет". - № 2015100586/07; заявл. 12.01.2015; опубл. 27.08.2015. Бюл. № 24. - 2 с.

26. Патент РФ 157398, МПК Н02К 9/08. Электрическая машина с герметичным ротором / Исмагилов Ф. Р., Чигвинцев В. А., Жеребцов А. А.,

Хайруллин И. Х., Вавилов В. Е., Фаррахов Д. Р.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет». - № 2015127061/07; заявл. 06.07.2015; опубл. 10.12.2015, Бюл. № 34. - 2.

27. Патент 2032977 РФ, МПК Н02К 5/12. Герметическая электрическая машина: / Дельфонцев Н. С., Максимов В.А., Усков Г.И, Петухов В.Ф.; заявитель и патентообладатель Опытное конструкторское бюро машиностроения. -№ 4924695/07; заявл. 03.04.1991; опубл. 10.04.1995.

28. Патент 2271060 РФ, МПК Н02Н7/06. Устройство для защиты генератора переменного тока / Утляков Г. Н., Валеев А. Р.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО "Уфимский государственный авиационный технический университет". - № 2004117311/09; заявл. 07.06.2004; опубл. 27.02.2006, Бюл. № 6. - 5 с.

29. Патент 2368992 РФ, МПК H02J 3/18. Трехфазный компенсатор реактивной мощности и способ управления им / Рогинская Л. Э., Стыскин А. В., Караваев А. А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО "Уфимский государственный авиационный технический университет". - № 2008116944/09; заявл. 28.04.2008; опубл. 27.09.2009. Бюл. № 27. - 13 с.

30. Патент 2567747 РФ, МПК H02J 3/26. Трехфазное симметрирующее устройство и способ управления им: / Рогинская Л.Э., Сидоров С.А., Караваев А.А.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО "Уфимский государственный авиационный технический университет". - № 2014120796/07; заявл. 22.05.2014; опубл. 10.11.2015. Бюл. № 31. - 17 с.

31. Патент 2582593 РФ, МПК Н02Н7/00. Система защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания и способ управления системой / Исмагилов Ф. Р., Чигвинцев В. А., Жеребцов А. А., Хайруллин И. Х., Вавилов В. Е., Фаррахов Д. Р.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО "Уфимский государственный авиационный технический университет" - № 2015112532/07; заявл. 06.04.2015; опубл. 27.04.2016. Бюл. № 12. - 10 с.

32. Патент 81398 РФ, МПК Н02Р6/00. Устройство регулирования, защиты и управления синхронного генератора / Утляков Г. Н., Валеев А. Р., Асадуллин М. В., Каримов В. И.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО "Уфимский государственный авиационный технический университет". - № 2008129985/22; заявл. 21.07.2008; опубл. 10.03.2009, Бюл. № 7. - 2 с.

33. Патент 81609 РФ, МПК Н02Р9/00. Система генерирования стабильного напряжения переменного тока / Юхнин М. М., Левин Л. В., Лившиц Э. Я., Пузанов В. Г., Харитонов С. А.; заявитель и патентообладатель Юхнин М. М., Левин Л. В., Лившиц Э. Я., Пузанов В. Г., Харитонов С. А. - № 2008147984/22; заявл. 05.12.2008; опубл. 20.03.2009, Бюл. № 8. - 2 с.

34. Савченко, М. С. Вопросы построения автономной системы электроснабжения на основе магнитоэлектрического генератора / М. С. Савченко, В. А. Калий, С. А. Белов // Международная научно-техническая конференция по средствам электропитания - «Электропитание-2012». - СПб., 2012.

35. Сапсалев, А. В. Система электроснабжения автономных транспортных объектов / А. В. Сапсалев, С. А. Харитонов, Е. И. Алгазин // Омский научный вестник. 2013. - Т. 2. - С. 249-253.

36. Свидетельствово о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2015613868. Система управления и защиты магнитоэлектрического синхронного генератора для автономных объектов / Исмагилов Ф. Р., Хайруллин И. Х., Вавилов В. Е., Фаррахов Д. Р., Ямалов И. И.; правообладатели Исмагилов Ф. Р., Хайруллин И. Х., Вавилов В. Е., Фаррахов Д. Р., Ямалов И. И. - № 2015610699; заявл. 03.02.2015; опубл. 20.04.2015. - 1 с.

37. Сипайлов, Г. А. Математическое моделирование электрических машин. Учебное пособие для студентов вузов. / Г.А. Сипайлов, А.В. Лоос - М.: Высш. школа, 1980. - 176 с.

38. Сипайлов, Г. А. Электрические машины (специальный курс). Учебное пособие для вузов, 2-е изд. перераб. и доп. / Г. А. Сипайлов, Е. В. Кононенко, К. А. Хорьков. - М.: Высшая школа, 1987. - 286 с.: ил.

39. Станолевич, Г. П. Устойчивость редкоземельных SmCo магнитов к длительному хранению / Г. П. Станолевич, Н. В. Федосеев, С. А Тимаков, С. Л. Борисов // Вопросы электромеханики. 2014. - Т. 134. - С. 24-34.

40. Туев, Ю. Р. Инновационные направления развития «электрических» газотурбинных двигателей / Ю. Р. Туев, Е. В. Волокитина, А. И. Журавлева // Электроснабжение и оборудование. 2011. - Т. 4. - С. 34-36.

41. Утляков, Н. Г. Математическая модель магнитоэлектрического генератора с системой гармонического компаундирования / Н. Г. Утляков,

A. Р. Валеев // Электротехника, электротехнические системы и комплексы: Межвуз. науч. сб. Уфа, УГАТУ. - 2005. - С. 308-315.

42. Утляков, Н.Г. Моделирование процессов регулирования напряжения в бесконтактных генераторах с системой гармонического компаундирования / Н. Г. Утляков, А. Р. Валеев // Принятие решений в условиях неопределенности. Межвуз. науч. сб. - Уфа: Изд. Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та. - 2002. - С. 49-54.

43. Фаррахов, Д. Р. Анализ симметричного короткого замыкания синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов с учетом изменения частоты вращения ротора / Д. Р. Фаррахов, Ф. Р. Исмагилов,

B. И. Мурач, В. Е. Вавилов, С. В. Пантелеев // Авиакосмическое приборостроение. -2016. - Т. 9. - С. 31-38.

44. Фаррахов, Д. Р. Блок защиты, регулирования и управления самолета / Д. Р. Фаррахов, И. И. Ямалов, Т. Р. Шаймарданов // Материалы докладов IX Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения». В 4 т. - 2014. - Т. 1. - С. 104.

45. Фаррахов, Д. Р. Блок защиты электрического оборудования самолета от короткого замыкания и превышения напряжения / Ф. Р. Исмагилов, Р. Н. Султангалеев, Е. А. Полихач, И. И. Ямалов, Т. Р. Шаймарданов // Электротехнические комплексы и системы: Межвузовский научный сборник. -2013. - С. 301-305.

46. Фаррахов, Д. Р. Высокотемпературный бескорпусный стартер-генератор, интегрированный в авиационный двигатель / Ф. Р. Исмагилов, И. Х. Хайруллин,

В. Е. Вавилов, Д. Р. Фаррахов, А. М. Якупов, В. И. Бекузин // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. - 2016. - Т. 1. - С. 98-102.

47. Фаррахов, Д. Р. Высоковольтный высокооборотный магнитоэлектрический генератор мощностью 230 кВт / В. Е. Вавилов, В. И. Бекузин, В. В. Айгузина, Д. Р. Фаррахов, А. С. Горбунов // «Орбита молодежи» и перспективы развития российской космонавтики»: сборник материалов Всероссийской молодежной научно-практической конференции. -2016. - С. 46-47.

48. Фаррахов, Д. Р. Гибридный метод управления напряжением магнитоэлектрического генератора / Д. Р. Фаррахов, А. А. Герасин, Ф. Р. Исмагилов, В. Е. Вавилов // Известия РАН. Теория и системы управления. -2016. - Т. 10. - С. 1-18.

49. Фаррахов, Д.Р. Имитационная модель авиационного стартер-генератора / Ф. Р. Исмагилов, Д. Р. Фаррахов, И. И. Ямалов, В. Е. Вавилов // Авиакосмическое приборостроение. - 2014. - Т. 9. - С. 27-32.

50. Фаррахов, Д.Р. Метод управления и стабилизации выходного напряжения системы генерирования переменного тока стабильной частоты на базе магнитоэлектрического генератора / В. Е. Вавилов, А. А. Герасин, Ф. Р. Исмагилов, И. Х. Хайруллин, Д. Р. Фаррахов, И. И. Ямалов // Известия РАН. Теория и системы управления. - 2016. - № 5. - С. 100-106.

51. Фаррахов, Д. Р. Оценка влияния характера нелинейной нагрузки на высшие гармонические составляющие тока в бесконтактных магнитоэлектрических генераторах / Ф. Р. Исмагилов, И. X. Хайруллин, В. Е. Вавилов, Д. Р. Фаррахов, Р. А. Гайсин // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. - 2015. - Т 4. - С. 27-31.

52. Фаррахов, Д. Р. Стабилизация выходного напряжения магнитоэлектрического генератора. / Д. Р. Фаррахов, В. Е. Вавилов // Мавлютовские чтения: Материалы Всероссийской молодежной научной конференции: В 3 т. -2015. - Т. 1. - С. 553-556.

53. Фаррахов, Д. Р. Стабилизация выходного напряжения системы генерирования переменного тока постоянной частоты на базе магнитоэлектрического генератора / Д. Р. Фаррахов, И. И. Ямалов, В. Е. Вавилов // Мавлютовские чтения: Материалы Всероссийской молодежной научной конференции: В 3 т. - 2015. - Т. 1 - С. 564-571.

54. Харитонов, С. А. Система генерирования электрической энергии типа «переменная скорость - постоянная частота» на базе синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов и инверторов напряжения / С. А. Харитонов, Д. В. Коробков, М. А. Маслов и др. // Электротехника. 2008. -Т. 6. - С. 27-32.

55. Харитонов, С. А. Стабилизация напряжения синхронного генератора с постоянными магнитами при переменной нагрузке / С. А. Харитонов, Д. В. Коробков, Д. В. Макаров, А. Г. Гарганеев // Доклады ТУСУРа. - 2012. - Т. 1. -№ 1. - С. 139-146.

56. Харитонов, С. А. Электромагнитные процессы в системе генерирования постоянного тока «МЭГ - однофазный выпрямитель» / А. Г. Гарганеев, Г. В. Грабовецкий, С. А. Харитонов // Научный вестник Новосибирского государственного технического университета. - 2012. - Т. 2. - С. 143-154.

57. Abdel-Fadil, R. Electrical Distribution Power Systems Of Modem Civil Aircrafts / Abdel-Fadil R., Eid A., Abdel-Salam M. // 2nd International Conference on Energy Systems and Technologies. Cairo, Egypt, 2013. - С. 201-210.

58. Abdel-Hafez, A. Power Generation and Distribution System for a More Electric Aircraft. A Review. / A. Abdel-Hafez // Recent Advances in Aircraft Technology. -InTech, 2012. - 544 с. - С. 289-309.

59. Aero Quarterly Q4-2012. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.boeing.com/boeingedge/aeromagazine (дата обращения 03.09.2016).

60. Akagi, H. Generalized Theory of the Instantaneous Reactive Power in Three-Phase Circuits / H. Akagi, Y. Kanazawa, A. Nabae. // Proc. IPEC-Tokyo'83 Int. Conf. Power Electronics. - 1983. - С. 1375-1386.

61. Aubert, В. Kalman-Filter-Based Indicator for Online Intertum Short Circuits Detection in Permanent-Magnet Synchronous Generators / В. Aubert, J. Regnier, S. Caux, D. Alejo // Industrial Electronics, IEEE Transactions. - 2015. - Vol. 62. -No. 3. - С. 1921-1930.

62. Aubert, В. Stator Winding Fault Diagnosis in Permanent Magnet Synchronous Generators Based on Short-Circuited Turns Identification Using Extended Kalman Filter / В. Aubert, J. Regnier, S. Caux, D. Alejo // 12th IMEKO TC10 Workshop on Technical Diagnostics. New Perspectives in Measurements, Tools and Techniques for Industrial Applications. - Florence, Italy, 2013. - С. 40-44.

63. Besnard, J.P. Electrical Rotating Machines And Power Electronics For New Aircraft Equipment Systems / J.P. Besnard, F. Biais, M. Martinez // 25th International Congress Of The Aeronautical Sciences. - 2006. - С. 1-9.

64. Binder, A. Permanent magnet synchronous generators for regenerative energy conversion - a survey / A. Binder, T. Schneider // European Conference on Power Electronics and Applications, EPE 2005. - Dresden, Germany, 2005.

65. Cavagnino, A. Integrated generator for more electric engine: Design and testing of a scaled- size prototype / A. Cavagnino, Z. Li, А. Tenconi et al. // IEEETransactions on Industry Applications. - 2013. - Vol. 49. - С. 2034-2043.

66. Chattopadhyay, S. Phase Angle Balance Control for Harmonic Filtering of A Three Phase Shunt Active Filter System / S. Chattopadhyay, V. Ramanarayanan // IEEE Transactions on industry applications. - 2003. - С. 1087-1093.

67. Chelladurai, J. Investigation of Various PWM Techniques for Shunt Active Filter / J. Chelladurai, G. S. Ilango, C. Nagamani, S. S. Kumar // World Academy of Science, Engineering and Technology. - 2008. №2. - С. 168-174.

68. Dehghani, T. H. Proportional-resonant controlled NPC converter for more elcctric eircraft starter-generator / T. H. Dehghani, A. I. Maswood, Z. Lim, G. Ooi, P. H. Raj, et al. // Proportional-resonant controlled NPC converter for more-electric-aircraft starter-generator. 2015 IEEE 11th International Conference on Power Electronics and Drive Systems [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://hdl.handle.net/10220/38524 (дата обращения 03.09.2016).

69. Ebrahini, B. M. Feature Extraction for Short-Circuit Fault Detection in Permanent-Magnet Synchronous Motors Using Stator-Current Monitoring /

B.M. Ebrahini, J. Faiz // Power Electronics, IEEE Transactions. - 2010. - Vol. 25. -

C. 2673-2682.

70. Eilenberger, A. Sudden Short-Circuit Analysis of a Salient Permanent Magnet Synchronous Machine with Buried Magnets for Traction Applications / A. Eilenberger, M. Schrodl // 14th International Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC). - Ohrid, Republic of Macedonia, 2010. - С. 99-117.

71. Farrakhov, D. R. A high-temperature frameless starter-generator integrated into an aircraft engine / F.R. Ismagilov, I. K. Khairullin, V. E. Vavilov, D. R. Farrakhov, A. M. Yakupov, V. I. Bekuzin // Russian Aeronautics. - 2016. - Vol. 59. - No. 1. -С. 107-111.

72. Farrakhov, D. R. A Way to Control and Stabilize the Output Voltage in a System for Generating an Alternating Current with Stable Frequency on the Base of a Magneto-Electric Generator / V. E. Vavilov, A. A. Gerasin, F. R. Ismagilov, I. K. Khairullin, D. R. Farrakhov, I. I. Yamalov // Journal of Computer and Systems Sciences International. - 2016. - Vol. 55. - No. 5. - С. 770-777.

73. Farrakhov, D. R. Research the Properties of Temperature High-Coercivity Permanent Magnets NdFeB / F. R. Ismagilov, V. E. Vavilov, D. R. Farrakhov // Materials Science Forum. - 2015. - Vol. 870. - С. 8-12.

74. Fazeli, S. M. Individual-phase control of 3-phase 4-wire voltage-source converter / S. M. Fazeli, H. W. Ping, N. Bin Abd Rahim, B. T. Ooi // IET Power Electronics. - 2014. - Vol. 7. - No. 9. - С. 2354-2364.

75. Gracia, M. H. Comparison of 2D FFM Simulation And Analytical Calculation of the Short-Circuit Behaviour of A Permanent-Magnet Synchronous Machine / M. H. Gracia, К. Hameyer. // ISEF'2005 - XII International Symposium on Electromagnetic Fields in Mechatronics, Electrical and Electronic Engineering. Spain, 2005. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://134.130.107.200/uploads/bibliotest/2005MHGShort.pdf (дата обращения 26.08.2016).

76. Gwozdz, M. Compensate For Loading Effects On Power Lines With a DSP-controlled Active Shunt Filter / M. Gwozdz, R. Porada // Analog Devices: Analog Dialogue. - 1999. - С. 7-14.

77. Hang, J. Online Interturn Fault Diagnosis of Permanent Magnet Synchronous Machine Using Zero-Sequence Components / J. Hang, J. Zhang, M. Cheng, J. Huang // Power Electronics, IEEE Transactions.- 2015. - Vol. 30. - No.12. - С. 6731-6741.

78. Huang, S. Research on PMSM Demagnetized by Three Phase Symmetrical Short Circuit / S. Huang, X. P. Yan, С. Zeng, Y. M. Yang // International Conference on Computer Information Systems and Industrial Applications. CISIA 2015. -С. 615-618.

79. Ingram, D. Fully Digital Hysteresis Current Controller for an Active Power Filter / D. Ingram, S. Round // Int. J. Electron. - 1999. - №86 - С. 1217-1232.

80. Jain, A. K. Voltage regulation with STATCOMs: modeling, control and results / A. K. Jain, K. Joshi, A. Behal, N. Mohan // IEEE Transactions on Power Delivery. - 2006. - №21 - Vol. 2. - С. 726-735.

81. Jiangbiao, H. Diagnosis of stator winding short circuit faults in an interior permanent magnet synchronous machine / H. Jiangbiao, C. Somogyi, A. Strandt, N. Demerdash // Energy Conversion Congress and exposition (ECCE), 2014 IEEE. -2014. - С. 3125-3130.

82. Kazuto, S. Permanent Magnet Motors Capable of Pole Changing and Three-Torque-Production Mode using Magnetization / S. Kazuto, Y. Nariaki, Н. Hisanori // IEEJ Journal of Industry Applications. - 2013. - Vol. 2. - No. 6. -С. 269-275.

83. Meyer, M. Transient Peak Currents in Permanent Magnet Synchronous Motors for Symmetrical Short Circuits / M. Meyer, J. Bocker // International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, 2006. SPEEDAM 2006. -2006. - С. 404-409.

84. Muhlbauer, K. Two-Generator-Concepts for Electric Power Generation in More Electric Aircraft Engine / K. Muhlbauer, D. Gerling // XIX International Conference on Electrical Machines. ICEM 2010. [Электронный ресурс]. - Режим

доступа: https://www.unibw.de/rz/dokumente/getFrLE?fid=5392287&fd=kein (дата обращения 03.09.2016).

85. Patent EP 1436889 B1, МПК H02K21/00, H02P9/02, H02J3/18, H02J3/16. Power Generating System Including Permanent Magnet Generator And Shunt AC Regulator / Huggett С., Kalman G.; заявитель и патентообладатель Honeywell International Inc. - EP20020799590; заявл. 18.09.2002; опубл. 02.11.2006. - 11 с.

86. Patent CA 2063643 A1, МПК Н02Р9/00, H02J3/16, G05F1/70, H02P9/30, H02P9/48. Magnetoelectric Generating System: / Hitoshi О., Katsuhiko К.; заявитель и патентообладатель Mitsubishi Electric Corp. - CA 2063643; заявл. 20.03.1992; опубл. 05.12.1992. - 13 с.

87. Patent EP 1746716 A3, МПК Н02Р9/14, Н02К21/00, Н02К3/28, Н02Р9/48. Buck/boost method of voltage regulation for a permanent magnet generator (PMG) / Mahesh J. S., Seffernick G. H.; заявитель и патентообладатель Hamilton Sundstrand Corporation. - EP20060253794; заявл. 20.07.2006; опубл. 24.01.2007. -4 с.

88. Patent EP 2290790 A2, МПК Н02К21/046. Permanent Magnet Brushless Machine With Magnetic Flux Regulation / Gieras J. F., Koenig A. C., Rozman G. I.; заявитель и патентообладатель Hamilton Sundstrand Corporation. - EP20100251078; заявл. 11.06.2010; опубл. 02.03.2011. - 13 с.

89. Patent US 20070030606 A1, МПК H02H7/08 System And Method For Fault Protection For Permanent Magnet Machines / Ganev E., Bansal M., Warr W. заявитель и патентообладатель Honeywell International, Inc. - US 11/189,177; заявл. 25.06.2005; опубл. 08.02.2007. - 15 с.

90. Patent US 20110261597 A1, МПК Н02М5/458. Inverter type engine generator / Ueno М., Ogawa М. ; заявитель и патентообладатель Honda Motor Co., Ltd. - US 13/082,082; заявл. 27.04.2010; опубл. 27.10.2011. - 8 с.

91. Patent US 4885526 A, МПК Н02Р9/40. Compensation Circuit For Electrical Generators / Szabo L. I.; заявитель и патентообладатель Electro Erg Limited. -US 07/172,274; заявл. 23.03.1988; опубл. 05.12.1989. - 13 с.

92. Patent US 6577086 B2, МПК H02P6/00, B62D5/04. Device For Disconnecting A Neutral Point Of A Motor / Sebastian Т.; заявитель и патентообладатель Delphi Technologies, Inc. - US 09/811,935; заявл. 19.03.2001; опубл. 10.06.2003. - 6 с.

93. PatentUS 6750576 B2, МПК H02H7/085, H02H3/02. Permanent Magnet Induced Electric Machine And Method For Operating Such A Machine / Ehrhart P., Hagcnlocher R.; заявитель и патентообладатель Magnet-Motor Gesellschaft Fur Magnetmotorische Technik Mbh - US 10/204,509; заявл. 21.02.2001; опубл. 15.06.2004. - 7 с.

94. Patent US 7663849 B2, МПК H02H7/00. Permanent Magnet Generator Protection Scheme / Mahesh J. S, Ng C.-N., Seffernick G. H.; заявитель и патентообладатель Hamilton Sundstrand Corporation - US 11/505,739; заявл. 17.08.2006; опубл. 16.02.2010. - 12 с.

95. Patra, S. Power Quality Improvement in Fuel Cell based Hybrid Power System using STATCOM. / S. Patra // Student Journal of Energy Research. - 2016. - Vol. 1. -No. 1. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://arrow.dit.ie/cgi/viewcontent.cgi?article= 1002&context=sjer (дата обращения 23.08.2016).

96. Prasad, A. G. Comparison of Control Algorithms For Shunt Active Filter For Harmonic Mitigation / A. G. Prasad, K. Dheeraj, A. N. Kumar. // International Journal of Engineering Research & Technology. - 2012. - №1. - Vol. 5. -С. 1-6.

97. Raju, T. A Novel Control Algorithm for an Adaptive Hysteresis Band Current Controlled Shunt Active Power Filter / T. Raju, P. R. Reddy // International Refereed Journal of Engineering and Science (IRJES). On Recent Advances in Electrical Engineering. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.irjes.com/Conference/Raee/C1016.pdf. (дата обращения 30.08.2016)

98. Rao, P. STATCOM Control for Power System Voltage Control Applications / P. Rao, M. L. Crow, Z. Yang // IEEE Transactions On Power Delivery. - 2000. - Vol. 15 -No. 4. - С. 1131-1137.

99. Revuelta, P. S. Application of the Instantaneous Power Theories in Load Compensation with Active Power Filters / P. S. Revuelta, M. R. S. Herrera // 10th European Conference on Power Electronics And Applications. - 2003. - С. 1-8.

100. Safari, A. Controller Design of STATCOM for Power System Stability Improvement Using Honey Bee Mating Optimization / A. Safari, A. Ahmadian, A. Golkar // Journal of Applied Research and Technology. - 2013. - Vol. 11. - No. 1. -С. 144-155.

101. Trilla, L. Optimal Control of VSC for STATCOM Applications / L. Trilla, F. Bianchi, O. Gomis-Bellmunt // 8th IFAC Symposium on Power Plant & Power Systems Control, Toulose, France, in Proceedings, 2012. [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2117/20684/Optimal+control+of+VSC+for +STATCOM+applications.pdf;jsessionid=589B742A0E132933419266689FB6B4DC?s equence=1 (дата обращения 23.08.2016).

102. Wang, С. Incipient Stator Insulation Fault Detection of Permanent Magnet Synchronous Wind Generators Based on Hilbert-Huang Transformation / С. Wang, X. Liu, Z. Chen // Magnetics, IEEE Transactions. - 2014. - Vol.50. - No. 11. -С. 1-4

103. Weeber, K.R. Advanced permanent magnet machines for a wide range of industrial applications / K. R. Weeber, M. R. Shan, K. Sivasubramaniam et al. // Power and Energy Society General Meeting. 2010 IEEE. - 2010. - С. 1-6.

104. Zafari, A. STATCOM systems in distribution and transmission system applications: a review of power-stage topologies and control methods / A. Zafari, M. Jazaeri // Intrnational Transactions On Electrical Energy Systems. - 2016. - №26. -С. 323-346.

105. Zhang, C. Research on Improved Adaptive Control for Static Synchronous Compensator in Power System / C. Zhang, A. Zhang, H. Zhang et al. // Mathematical Problems in Engineering. - 2015. - С. 1-9.

106. Zhao, G. Demagnetization Analysis of Permanent Magnet Synchronous Machines Under Short Circuit Fault / G. Zhao, L. Tian, Q. Shen, R. Tang // Power and

Energy Engineering Conference (APPEEC). IEEE. 2010. [Электронный ресурс]. -Режим доступа: https://www.deepdyve.com/lp/institute-of-electrical-and-electronics-engineers/demagnetization-analysis-of-permanent-magnet-synchronous-machines-csZ06WnSzr (дата обращения 23.08.2016).

Приложение А. Патент на полезную модель №154540

российская федерация

,19) ри(11)

154540 3 и1

(51) МПК

Н0иЗ/16 (2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

(12> ПАТЕНТ НА ПОЛЕЗНУЮ МОДЕЛЬ

Статус: поданным на 07.04.2016 - действует Пошлина: учтена за 1 год с 12.01.2015 по 12.01.2016

(21), (22) Заявка: 2015100586/07, 12.01.2015

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 12.01.2015

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 12.01.2015

(45) Опубликовано: 27.08.2015

Адрес для переписки:

450000, Респ. Башкортостан, г.Уфа, ул. К. Маркса, 12, УГАТУ, ОИС, Ефремовой В.П.

(72) Автор(ы):

Исмагилов Флюр Рашитович (РУ}, Полихач Евгений Александрович (РУ), Фаррахов Данис Рамилевич (Ки), Ямалов Ильнар Илдарович (Ии), Вавилов Вячеслав Евгеньевич {[^и)

(73) Патентообладатель(и) федеральноегосударственноеб юджет н ое образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (Р?и)

(54) СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ДЛЯ АВТОНОМНЫХ ОБЪЕКТОВ

(57) Реферат:

Использование: Полезная модель относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использована при построении систем генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока постоянной и переменной частоты автономных объектов Технический результат: обеспечение защиты от всех видов коротких замыканий внутри генератора и в точке присоединения нагрузки, обеспечение защиты от аварийного повышения и понижения частоты в системах со стабильной частотой, снижение амплитуды гармонических составляющих тока и напряжения высших порядков, обеспечение симметрии фазных напряжений. Сущность полезной модели: введены коммутатор, регулятор напряжения, трехфазный выпрямитель, блок кондесаторов, при том выходные выводы генератора присоединены к вводам нагрузки системы генерирования через коммутатор, а выходные выводы фильтра присоединены к выходным выводам регулятора напряжения, входные вывода которого соединены с блоком конденсаторов, который соединен с трехфазным выпрямителем.

Полезная модель относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использована при построении систем генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока постоянной и переменной частоты автономных объектов

Известна система генерирования стабильного напряжения переменного тока [патент РФ Цо 81609, кл. Н02Р 9/00; оп.

20.03.2009], содержащая подключенный к выходу авиадвигателя магнитоэлектрический генерагтор с возбуждением от постоянных магнитов, выходные выводы которого, предназначенные для подключения потребителя стабильного напряжения переменной частоты, подключены к одному из входов узла сравнения, второй вход которого присоединен к источнику заданного напряжения, а выходы узла сравнения присоединены к входу регулирования источника реактивного тока, выходные выводы которого присоединены параллельно выходным выводам генератора либо к его дополнительным обмоткам, при этом источник реактивного тока выполнен обеспечивающим формирование пропорционального величине выходного сигнала узла сравнения реактивного тока, опережающего по фазе выходное напряжение генератора при его снижении относительно заданного или отстающего по фазе от выходного напряжения генератора при его подъеме относительно заданного.

Недостатками данной системы является наличие дополнительных обмоток на генераторе, а также наличие фильтра между выводами генератора и нагрузкой, что приводит к увеличению массогабаритных показателей всей системы

Известна система генерирования стабильного напряжения переменного тока с изменяющейся частотой [патент РФ Цо

121974. кл. Н02Р 9/44, оп. 10.11.2012], содержащая синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов с трехфазной обмоткой на статоре, соединенной по схеме звезда, трехфазный источник реактивного тока, трехфазный фильтр, причем в каждую выходную фазу вводят две индуктивно связанные катушки, два разноименных вывода катушек соединяют между собой и соединяют с входным выводом соответствующей фазы фильтра, выходной вывод которого предназначен для подключения потребителя стабильного напряжения переменной частоты, один из двух свободных выводов индуктивно связанных катушек соединяют с выходным выводом соответствующей фазы синхронного генератора, а второй из двух свободных выводов индуктивно связанных катушек соединяют с выходным выводом соответствующей фазы источника реактивного тока.

Недостатками данной системы является увеличение массы и габаритов и снижение характеристик генератора из-за наличия сопротивления индуктивно-связанных катушек и фильтра между генератором и нагрузкой.

Известна система генерирования стабильного напряжения трехфазного переменного тока с изменяющейся частотой [патент РФ Цо 121968, кл Н02и 3/16, оп. 10.11.2012], содержащая синхронный генератор с возбуждением от постоянных

магнитов с трехфазной обмоткой на статоре, соединенной по схеме звезда, трехфазный инвертор напряжения, фильтр, к входным вводам которого присоединены выходные выводы синхронного генератора, а к выходным выводам фильтра присоединены вводы нагрузки системы генерирования, выходные выводы переменного тока инвертора напряжения присоединены к входным вводам фильтра, выходные выводы которых присоединены к выходам синхронного генератора.

Эта система по числу существенных признаков выбрана в качестве ближайшего аналога заявляемой полезной модели.

Недостатками прототипа является наличие фильтра между выводами синхронного генератора и нагрузкой, что приводит к увеличению габаритов и веса всей системы, а также зависимость частоты сети от частоты вращения приводного вала.

Задачей полезной модели является улучшение массогабаритных показателей, расширение функциональных возможностей и повышение качества генерируемой электрической энергии в системах электроснабжения автономных объектов

Технический результат: обеспечение защиты от всех видов коротких замыканий внутри синхронного генератора и в точке присоединения нагрузки, обеспечение защиты от аварийного повышения и понижения частоты в системах со стабильной частотой, снижение амплитуды гармонических составляющих тока и напряжения высших порядков, обеспечение симметрии фазных напряжений.

Поставленная задача решается, и технический результат достигается тем, что в системе стабилизации, содержащей синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов с трехфазной обмоткой на статоре, соединенной по схеме звезда трехфазный инвертор напряжения, фильтр, к входным вводам которого присоединены выходные выводы синхронного генератора, а к выходным выводам фильтра присоединены вводы нагрузки системы генерирования, выходные выводы переменного тока инвертора напряжения присоединены к входным вводам фильтра, выходные выводы которых присоединены к выходам синхронного генератора, согласно полезной модели выходные выводы синхронного генератора присоединены к вводам нагрузки системы генерирования через коммутатор, а выходные выводы фильтра присоединены к выходным выводам регулятора напряжения, входные вывода которого соединены с блоком конденсаторов, который соединен с трехфазным выпрямителем.

Трехфазный инвертор напряжения выполняет функцию регулятора напряжения

Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг 1 изображена структурная схема системы стабилизации выходного напряжения магнитоэлектрического синхронного генератора для автономных обьектов. На фиг. 2, 3 и 4 изображены диаграммы, поясняющие принцип фильтрации высших гармоник тока нагрузки.

Система стабилизации выходного напряжения магнитоэлектрического синхронного генератора для автономных обьектов содержит (фиг 1) синхронный генератор 1, соединенный с нагрузкой 2 через коммутатор 3, фильтр 4, входные вводы которого присоединены к выходным выводам синхронного генератора 1, а выходные выводы фильтра присоединены к выходным выводам регулятора напряжения 5, входные вывода которого соединены с блоком конденсаторов 6, который соединен с трехфазным выпрямителем 7.

Устройство работает следующим образом.

Нерегулируемый магнитоэлектрический синхронный генератор 1 приводится во вращение валом двигателя внутреннего сгорания напрямую или через привод постоянной частоты. Частота и напряжение на выходе синхронного генератора 1 изменяются в зависимости от частоты вращения ротора синхронного генератора 1, величины и характера нагрузки 2.

Стабилизация выходного напряжения, как и в схеме прототипа, осуществляется за счет изменения тока регулятора напряжения 5, величина и фаза которого относительно выходного напряжения синхронного генератора 1 изменяются в функции напряжения и частоты вращения ротора синхронного генератора 1 и величины тока нагрузки 2. Поскольку фаза

тока регулятора принимает лишь два значения «ус 12» и «-"п; /2», изменение тока регулятора напряжения 5 приводит к

тому, что по обмотке якоря протекает намагничивающий или размагничивающий ток по продольной оси, а зависимости от необходимости увеличить или уменьшить выходное напряжение синхронного генератора 1.

Фильтрации высших гармоник осуществляется путем сравнения формы кривой тока с идеальной синусоидой (фиг. 2) в блоке регулятора напряжения 5 и формированием разностного тока (фиг. 3) регулятора напряжения 5 компенсирующего искажения формы кривой тока нагрузки 2 (фиг 4).

Итак, заявляемая полезная модель позволяет улучшить массогабаритные показатели, повысить качество генерируемой электрической энергии в системах электроснабжения автономных обьектов, а также обеспечивает защиту от всех видов коротких замыканий внутри синхронного генератора и в точке присоединения нагрузки, защиту от аварийного повышения и понижения частоты в системах со стабильной частотой, снижение амплитуды гармонических составляющих тока и напряжения высших порядков и симметрию фазных напряжений

Формула полезной модели Система стабилизации выходного напряжения магнитоэлектрического синхронного генератора для автономных объектов, содержащая генератор с возбуждением от постоянных магнитов с трехфазной обмоткой на статоре, соединенной по схеме звезда, трехфазный инвертор напряжения, фильтр, к входным вводам которого присоединены выходные выводы генератора, а к выходным выводам фильтра присоединены вводы нагрузки системы генерирования, выходные выводы переменного тока инвертора напряжения присоединены к входным вводам фильтра, выходные выводы которых присоединены к выходам генератора, отличающаяся тем, что выходные выводы генератора присоединены к вводам нагрузки системы генерирования через коммутатор, а выходные выводы фильтра присоединены к выходным выводам регулятора напряжения, входные выводы которого соединены с блоком конденсаторов, который соединен с трехфазным выпрямителем.

Рисунки: ™

h ' í

J V .„ !.. I T. . |l If |j

Приложение Б. Патент на изобретение №2582593

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

(19)

ни

(11)

2 582 593(13) С1

о

со о> ю см 00 ю

СЧ|

Э

(51) МПК

Н02Н 7/00 (2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

(21)(22) Заявка: 2015112532/07, 06.04.2015

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 06.04.2015

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 06.04.2015

(45) Опубликовано: 27.04.2016 Бюл. № 12

(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Ш 7663849В2, 16.02.2010. К и 2498473С1, 10.11.2013, 1Ш 2291538С2, 10.01,2007. иэ 7276871В2, 02.10.2007.

Адрес для переписки:

450000, Респ. Башкортостан, г. Уфа, ул. К, Маркса, 12, УГАТУ, ОИС, Ефремовой В П.

(72) Автор(ы):

Исмагилов Флюр Рашитович (&и), Чигвинцев Вадим Алексеевич (1Ш), Жеребцов Алексей Анатольевич (1Ш), Хайруллин Ирек Ханифович (1111), Вавилов Вячеслав Евгеньевич (ЬШ), Фаррахов Данис Рамилевич (1Ш)

(73) Патентообладатель(и):

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (КII)

(54) СИСТЕМА ЗАЩИТЫ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА ОТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ

(57) Реферат: Изобретение

используется в области электротехники и электромашиностроения. Технический результат: повышение

эксплуатационного ресурса обмотки статора, повышение надежности и пожаробезопасное™ магнитоэлектрического генератора при его минимальных массогабаритных показателях. Система защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания содержит привод, соединенный с магнитоэлектрическим генератором, каждая фаза которого соединена с нейтральным проводом через разъединитель, датчики тока, датчики напряжения и датчики температуры, электрически связанные с блоком управления, разъединители фаз и нейтрального провода и нагрузку. При этом датчики температуры установлены непосредственно в пазу на каждой фазе обмотки

магнитоэлектрического генератора, а активные элементы датчиков температуры имеют непосредственное соприкосновение с изоляцией проводников обмотки магнитоэлектрического генератора. Разъединители фаз и нейтрального провода выполнены в виде терморезисторов с возможностью принудительного размыкания. Магнитоэлектрический генератор выполнен с такими индуктивными сопротивлениями, при которых ток короткого замыкания, не превышает двух номинальных токов при плотности тока короткого замыкания в обмотках магнитоэлектрического генератора не более 30

А/мм2. Блок управления выполнен с возможностью выдачи сигналов на привод. Также заявлен способ управления системой зашиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

7) С

го сл 00 го СП СП

со

о

7J С

Ki

w 00 M

сл to w

о

CO

о m

CN 00 m сч

Э СИ

о

Стр. 2

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в магнитоэлектрических генераторах автономных объектов.

Известен способ управления системой защиты генератора от короткого замыкания и устройство для его реализации [патент РФ №2399137 С1, кл. Н02Н 7/06, 26.12.2008 г.], установленное в генераторе переменного тока для управления током возбуждения, создаваемым обмоткой возбуждения генератора переменного тока, содержащее: пусковой переключатель, электрически соединенный с обмоткой возбуждения и работающий так, что включение/выключение пускового переключателя соответствует пропусканию/отсечке тока возбуждения; датчик, имеющий узел токового входа и узел токового выхода, соответственно электрически соединенные с пусковым переключателем и потенциалом заземления, при этом датчик пропускает ток возбуждения, когда пусковой переключатель включен; цепь усиления, содержащая входной конец и выходной конец, при этом входной конец электрически присоединен к узлу токового входа датчика.

Основным недостатком такого способа являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что применение данного устройства невозможно в магнитоэлектрических генераторах.

Известно устройство для защиты генератора переменного тока от короткого замыкания в системе электроснабжения с резервированием [патент РФ №1017146, кл. Н02Н 7/06,27.08.2004 г.], содержащее контактор для подключения генераторов к шинам, блок трансформаторов тока в цепи статорной обмотки генератора, блок трансформаторов тока в цепи нагрузки, полупроводниковые диоды по числу фаз генератора и исполнительный элемент, вход которого подключен к выходу однополупериодного выпрямителя, образованного диодами и встречно-включенными вторичными обмотками блоков трансформаторов тока, вторичные обмотки блоков трансформаторов тока шунтированные диодами, при этом по отношению к диодам выпрямителя диоды, шунтирующие обмотки блока трансформаторов тока в цепи статорной обмотки генератора, включены согласно, а диоды, шунтирующие обмотки блока трансформаторов тока в цепи нагрузки, - встречно.

Основным недостатком таког о устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что применение данного устройства невозможно в магнитоэлектрических генераторах.

Известна конструкция устройства защиты магнитоэлектрического генератора [патент США №4950973, кл. Н02Р 9/10, 21.08.1990 г.], содержащего генератор с постоянными магнитами первую, вторую и третью выходные клеммы, блок защит, содержащий первую, вторую и третью пару электрических контактов, и первую, вторую, третью обмотку статора. Первая обмотка статора электрически соединена между первой парой электрических контактов и нейтральной точкой; вторая обмотка статора электрически соединена между второй выходной клеммой и нейтральной точкой; третья обмотка статора электрически соединена между третьей парой электрических контактов и нейтральной точкой; третья обмотка статора содержит средства для открытия и закрытия первой и второй пары электрических контактов в ответ на сигнал управления.

Известна конструкция устройства защиты магнитоэлектрического генератора [патент США №7276871, кл. Н02Н 7/085, 02.10.2007 г.], содержащая генератор с постоянными магнитами, каждая фазная обмотка которого соединена с нейтральным проводом через двунаправленный транзистор, при кротком замыкании с системы управления подается сигнал на отключение фазной обмотки от нейтрального провода.

Недостатком этой конструкции является невозможность срабатывания защиты при

межвитковых коротких замыканиях.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому являются способ управления системой защиты и система защиты [патент США №7663849, кл. Н02Н 7/00, 16.02.2010 г.], содержащая привод,

3 магнитоэлектрический генератор, каждая фаза которого соединена с нейтральным проводом через разъединитель, выполненный в виде двунаправленного транзистора, датчики тока, датчики напряжения, датчики температуры, при этом указанной системой наличие короткого замыкания определяют по абсолютной величине температуры, абсолютной величине тока и абсолютной величине напряжения, которые измеряют

ю соответственно датчиком температуры, датчиком тока и датчиком напряжения, при этом результаты измерения передают в систему управления генератором, где по их величине судят о наличии короткого замыкания и передают сигнал на привод генератора для его останова.

Недостатками данной системы и способа ее управления являются ограниченные

4 функциональные возможности и невысокое быстродействие системы, обусловленное использованием абсолютных величин, а также высокой постоянной времени датчика температуры, ввиду чего может произойти оплавление изоляции обмоток магнитоэлектрического генератора при коротком замыкании.

Задачи изобретения - расширение функциональных возможностей благодаря 20 работоспособности защиты при межвитковых коротких замыканиях и повышение быстродействия защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания благодаря оперированию не абсолютными величинами температуры, а ее приращением во времени; снижение постоянной времени датчика температуры благодаря его непосредственной установки в пазу на каждой фазе обмотки генератора и минимизация 25 повреждений генератора при коротком замыкании благодаря изготовлению его с такими индуктивными сопротивлениями, при которых ток короткого замыкания не превышает 2 номинальных токов при плотности тока КЗ в обмотках генератора не

более 30 А/мм2.

Техническим результатом является повышение эксплуатационного ресурса обмотки 30 статора, повышение надежности и пожаробезопасное™ магнитоэлектрического генератора при его минимальных массогабаритных показателях.

Поставленная задача решается и указанный технический результат достигается тем, что в системе защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания, содержащей привод, соединенный с магнитоэлектрическим генератором, каждая фаза '' которого соединена с нейтральным проводом через разъединитель, датчики тока, датчики напряжения, датчики температуры, электрически связанные с блоком управления, согласно изобретению датчики температуры установлены непосредственно в пазу на каждой фазе обмотки магнитоэлектрического генератора, причем активные элементы датчиков температуры имеют непосредственное соприкосновение с изоляцией 40 проводников обмотки магнитоэлектрического генератора, при этом разъединители фаз и нейтрального провода выполнены в виде терморезисторов с возможностью принудительного размыкания, причем магнитоэлектрический генератор выполнен с такими индуктивными сопротивлениями, при которых ток короткого замыкания не превышает двух номинальных токов при плотности тока короткого замыкания в

45 2

обмотках магнитоэлектрического генератора не более 30 А/мм", при этом блок управления выполнен с возможностью выдачи сигналов на привод, разъединители фаз и нейтрального провода и нагрузку.

Поставленная задача решается и указанный технический результат также достигается

тем, что в способе управления системой защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания, по которому наличие короткого замыкания определяют по величине температуры, величине тока и величине напряжения, согласно изобретению о наличии короткого замыкания судят по изменению действующих значений тока и з напряжения, при повышении которых происходит отключение магнитоэлектрического генератора от нагрузки, после чего оценивают изменение температуры обмотки во времени и скорость изменения температуры, и если после отключения магнитоэлектрического генератора от нагрузки происходит повышение температуры обмотки при значительной скорости этого повышения, то сигнал передают посредством ю блока управления на остановку магнитоэлектрического генератора на привод и сигнал на отключение фазных обмоток от нейтрального провода, а если после отключения нагрузки температура снижается или возрастает при незначительной скорости, то короткое замыкание имеет место не в самом магнитоэлектрическом генераторе, а на нагрузке.

/л" Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена структурная схема системы защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания. На фиг. 2 изображено изменение температуры обмотки во времени при коротком замыкании на генераторе. На фиг. 3 изображено изменение температуры обмотки во времени при коротком замыкании на нагрузке. 20 Предложенное устройство содержит привод 1, соединенный с магнитоэлектрическим генератором 2, обмотку магнитоэлектрического генератора 3, состоящую из нейтрального провода 4 и фаз 5, при этом фазы, соединенные через разъединители 6, выполненные в виде терморезисторов с возможностью принудительного размыкания с нейтральный проводом 4, датчики температуры 7, установленные на каждой фазе 5, 25 блок управления 8, датчики тока и напряжения 9, нагрузку 10.

Предложенное устройство работает следующим образом: привод 1 передает механическую энергию магнитоэлектрическому генератору 2, и по обмотке генератора 3, состоящей из нейтрального провода 4 и фаз 5, начинает протекать ток. При коротком замыкании в обмотках магнитоэлектрического генератора повышается температура, зо изменение которой оценивается датчиками температуры 7, установленными на каждой фазе 5, а также датчиками тока и напряжения 9 отслеживаются соответствующие величины, блоком управления 8 анализируется совокупность показаний датчиков температуры 7, тока и напряжения 9 и определяется наличие короткого замыкания. При выявлении короткого замыкания блоком управления 8 подается три сигнала: на 35 остановку привода 1, на разъединение магнитоэлектрического генератора 2 и нагрузки 10 и на разъединение фаз 5 с нейтральным проводом 4 через терморезисторы с возможностью принудительного размыкания. В случае если разъединения фаз 5 с нейтральным проводом 4 не произошло, то происходит их автоматическое размыкание при достижении терморезисторами критической температуры. В случае возникновения 40 межвитковых коротких замыканий происходит полный останов привода 1. Кроме того, так как ток магнитоэлектрического генератора 2 ограничен индуктивными сопротивлениями, то короткое замыкание не приводит к его значительным повреждениям.

Пример конкретной реализации способа 45 При работе магнитоэлектрического генератора, выполненного с постоянными магнитами вп^Со^, мощностью 100 кВт, частотой вращения 24000 об/мин, с обмоткой, выполненной из провода ПНЭТимид (температурный индекс 240°С), причем каждая фаза обмотки соединена с нейтральным проводом через терморезисторы с

возможностью принудительного размыкания (фиг. 1), возникает короткое замыкание и по датчикам тока определяется увеличение тока в два раза от номинального (с 300 А до 600 А), а по датчикам напряжения соответствующее данному току падение напряжения. При этом срабатывает устройство отключения магнитоэлектрического генератора от нагрузки. После чего датчиками температуры, установленными непосредственно в пазу, на каждой фазе обмотки измеряется изменение температуры обмотки генератора во времени, которая за I секунду повышается на всех трех фазах со значительной скоростью (с 222°С до 229°С), фиг. 2. Из чего делается вывод о наличии короткого замыкания внутри магнитоэлектрического генератора, и блоком управления формируется управляющий сигнал на остановку привода генератора, а также подается сигнал на терморезистор с возможностью принудительного размыкания на разъединение фаз в магнитоэлектрическом генераторе и нейтрального провода. Причем ввиду того, что магнитоэлектрический генератор спроектирован таким образом, что его индуктивные сопротивления не позволяют достигать тока короткого замыкания более двух номинальных токов при плотности тока короткого замыкания в обмотках

генератора не более 30 А/мм2, максимальная температура обмотки, при данном токе не превышает 250°С, а при данной температуре обмотки изоляция провода ПНЭТимид остается работоспособной до 10-15 минут. То есть изоляция магнитоэлектрического генератора после остановки привода остается цельной.

В том случае, если после отключения нагрузки датчиками температуры, установленными непосредственно в пазу на каждой фазе обмотки, измеряется изменение температуры обмотки генератора во времени, которая за 1 секунду повышается на всех трех фазах с 222°С до 224°С (фиг, 3), то по незначительной скорости повышения температуры судят о коротком замыкании в нагрузке.

Таким образом, достигается расширение функциональных возможностей и быстродействие защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания, снижение постоянной времени датчика температуры и минимизация повреждений генератора при коротком замыкании.

Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить эксплуатационный ресурс обмотки статора, повысить надежность и пожаробезопаснось магнитоэлектрического генератора при его минимальных массогабаритных показателях.

Формула изобретения

1. Система защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания, содержащая привод, соединенный с магнитоэлектрическим генератором, каждая фаза которого соединена с нейтральным проводом через разъединитель, датчики тока, датчики напряжения, датчики температуры, электрически связанные с блоком управления, отличающаяся тем, что датчики температуры установлены непосредственно в пазу на каждой фазе обмотки магнитоэлектрического генератора, причем активные элементы датчиков температуры имеют непосредственное соприкосновение с изоляцией проводников обмотки магнитоэлектрического генератора, при этом разъединители фаз и нейтрального провода выполнены в виде терморезисторов с возможностью принудительного размыкания, причем магнитоэлектрический генератор выполнен с такими индуктивными сопротивлениями, при которых ток короткого замыкания не превышает двух номинальных токов при плотности тока короткого замыкания в

обмотках магнитоэлектрического генератора не более 30 А/мм'1', при этом блок управления выполнен с возможностью выдачи сигналов на привод, разъединители фаз и нейтрального провода и нагрузку.

2. Способ управления системой защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания, по которому наличие короткого замыкания определяют по величине температуры, величине тока и величине напряжения, отличающийся тем, что о наличии короткого замыкания судят по изменению действующих значений тока и напряжения, при повышении которых происходит отключение магнитоэлектрического генератора от нагрузки, после чего оценивают изменение температуры обмотки во времени и скорость изменения температуры, и если после отключения магнитоэлектрического генератора от нагрузки происходит повышение температуры обмотки при значительной скорости этого повышения, то сигнал передают посредством блока управления на остановку магнитоэлектрического генератора на привод и сигнал на отключение фазных обмоток от нейтрального провода, а если после отключения нагрузки температура снижается или возрастает при незначительной скорости, то короткое замыкание имеет место не в самом магнитоэлектрическом генераторе, а на нагрузке.

10

Система защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания и способ ее управления

9

Приложение В. Результаты моделирования системы стабилизации напряжения

т ь л

е

д

с в о

и

о

т

X

ы н в и т

и

у д

н и е м и

ж

е р

в

а р

о

т я

л &

е р

а

и

о

т

а

м р

о

е

I

рр

и

о

н у

с и Р

Ж

е

и ц

я

л у

д о

Рисунок В.2 - Форма тока регулятора в режиме емкостных токов с широтно-

импульсной модуляцией

I I i I I I I I

/ г

I I i i I I I I I i I I I

О

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05 Время, с

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

Рисунок В.З - Напряжение конденсатора звена постоянного тока при работе системы стабилизации в режиме повышения напряжения

Приложение Г. Методика экспериментальных исследований

Цель испытаний: исследование работы системы параллельной стабилизации в составе канала генерирования.

Объекты испытаний: магнитоэлектрический генератор и экспериментальный образец системы параллельной стабилизации напряжения.

Программа испытаний:

- Проверка функционирования преобразователя.

- Измерение выходного напряжения в нормальном диапазоне входных параметров.

- Определение значений установившегося отклонения выходного переменного напряжения.

Испытания и измерения проводят в нормальных климатических условиях испытаний по ГОСТ 15150-69.

Методы испытаний.

- Проверка функционирования преобразователя. Проверка функционирования экспериментального образца системы стабилизации производится для оценки работоспособности имеющихся в составе преобразователя встроенных измерительных приборов, системы охлаждения, устройств контроля параметров.

о Включить системы смазки и охлаждения стенда. о Вывести генератор на частоту вращения 25000 ± 600 об/мин. о Включить систему охлаждения преобразователя и установить следующие параметры:

1. давление на входе преобразователя 2,0 ± 0,5 кг/см2;

2. расход охлаждающей жидкости на входе преобразователя 15 ± 1 л/мин.

о Включить преобразователь в режиме ручного управления напряжением переводом тумблера «Режим» в нижнее положение.

о Изменением задания тока регулятора добиться видимого изменения напряжения генератора для режимов индуктивного и емкостного тока.

Экспериментальный образец считают выдержавшим испытание, если при изменении задания тока регулятора изменение напряжения генератора соответствует режиму работы регулятора напряжения: при работе регулятора в режиме индуктивного тока действующее значение напряжения генератора должно уменьшаться, в режиме емкостного тока - увеличиваться.

- Измерение выходного напряжения. Испытание проводится для определения установившегося значения выходного напряжения при изменении напряжения генератора в диапазоне нагрузки от холостого хода до 40 кВт.

о Подготовительные действия повторяют пп. 1.1-1.4. о Установить нагрузку генератора 20 кВт, замерить

установившееся действующее значение напряжения. о Измеренное значение напряжения принимается за начальное. о Изменением нагрузки до значения 40 кВт добиться снижения

напряжения генератора. о Изменением тока регулятора добиться восстановления

напряжения генератора до первоначального значения. о Изменением нагрузки до холостого хода добиться повышения

напряжения генератора. о Изменением тока регулятора добиться восстановления напряжения генератора до первоначального значения.

Экспериментальный образец считается выдержавшим испытание, если во всем диапазоне изменения нагрузки генератора изменением тока регулятора удается добиться восстановления напряжения до первоначального значения.