PL227123B1

PL227123B1 - Dynamoelectric converter system for generation of energy

Info

Publication number: PL227123B1
Application number: PL411793A
Authority: PL
Inventors: Grzegorz Iwański; Grzegorz Iwanski; Paweł Maciejewski
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2017-10-31
Also published as: PL411793A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ przekształtnikowo-elektromaszynowy do wytwarzania energii, stosowany zwłaszcza do generacji napięcia stałego.The subject of the invention is a converter-electromechanical system for generating energy, used in particular for the generation of direct voltage.

Znany jest układ przekształtnikowo-elektromaszynowy składającego się z maszyny roboczej i prądnicy trójfazowej indukcyjne z dostępnymi zaciskami wirnika, w którym uzwojenie stojana jest podłączony do prostownika diodowego. Wytworzone przez prostownik diodowy napięcie stałe wykorzystywane jest do zasilania przekształtnika energoelektronicznego podłączonego do uzwojeń wirnika.There is known a converter-electromechanical system consisting of a working machine and a three-phase inductive generator with accessible rotor terminals, in which the stator winding is connected to a diode rectifier. The DC voltage generated by the diode rectifier is used to power the power electronic converter connected to the rotor windings.

Układ ten wytwarza znaczne tętnienia momentu. Nie daje też możliwości pracy poawaryjnej.This circuit produces significant torque ripples. It also does not allow post-emergency work.

Znany jest też układ przekształtnikowo-elektromaszynowy składającego się z maszyny roboczej i prądnicy synchronicznej sześciofazowej, w którym uzwojenia stojana są podłączone do prostownika diodowego. Wytworzone przez prostownik diodowy napięcie stałe wykorzystywane jest do zasilania przekształtnika energoelektronicznego podłączonego do uzwojeń wirnika.A converter-electromechanical system is also known, consisting of a working machine and a six-phase synchronous generator, in which the stator windings are connected to a diode rectifier. The DC voltage generated by the diode rectifier is used to power the power electronic converter connected to the rotor windings.

Układ ten nie daje możliwości regulacji częstotliwości przy użyciu przekształtnika energoelektronicznego. Ogranicza to jego zastosowanie do układów o stałej prędkości.This system does not allow for frequency control with the use of a power electronic converter. This limits its application to constant velocity systems.

Celem wynalazku jest zmniejszenie tętnień momentu poprzez wykorzystanie zwiększonej liczby faz stojana jak i ich wzajemnym przesunięciu.The aim of the invention is to reduce the torque ripple by using an increased number of stator phases and their mutual shift.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że uzwojenie stojana posiada dwie niezależne trójfazowe sekcje uzwojeń stojana (Zs1, Zs3, Zs5) i (Zs2, Zs4, Zs6), przesunięte względem siebie o kąt a, równy 30°.The essence of the solution according to the invention consists in the fact that the stator winding has two independent three-phase sections of the stator windings (Zs1, Zs3, Zs5) and (Zs2, Zs4, Zs6), shifted relative to each other by the angle α equal to 30 °.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala na generowania napięcia stałego przy zmniejszeniu tętnień momentu oraz sterowaniem mocą oraz częstotliwością układ od strony wirnika poprzez układ przekształcania energii o mocy mniejszej niż całkowita moc układu.The solution according to the invention allows the generation of DC voltage while reducing the torque ripple and controlling the power and frequency of the rotor side of the system through an energy conversion system with a power lower than the total power of the system.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy układu według wynalazku, na którym fig. 2 przedstawia schemat ideowy prądnicy, fig. 3 przedstawia przekształtnik energoelektroniczny, a fig. 4 - prostownik diodowy dwunastopulsowy.The subject of the invention is presented in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a block diagram of the system according to the invention, in which Fig. 2 shows a schematic diagram of a generator, Fig. 3 shows a power electronic converter, and Fig. 4 shows a twelve-pulse diode rectifier.

Układ do wytwarzania energii przedstawiony na fig. 1 ma maszynę indukcyjną sześciofazowej z dostępnymi zaciskami wirnika i zawiera maszynę roboczą MR, której wał WA połączony jest z wirnikiem W prądnicy sześciofazowej P z niezależnymi dwoma trójfazowymi sekcjami uzwojeń stojana US. Sekcje uzwojeń stojana US przedstawione na fig. 2 są przesunięte między sobą o kąt a. Uzwojenia wirnika UW prądnicy P są połączone poprzez zaciski ZW z przekształtnikiem energoelektronicznym PE. Uzwojenie stojana US poprzez zaciski ZS połączone jest z prostownikiem diodowym dwunastopulsowym PD 12P. Wyjście prostownika diodowego dwunastopulsowego (PD 12P) podłączone jest do obwodu napięcia stałego VDC z którego to zasilany jest przekształtnik energoelektroniczny PE.The power generation system shown in Fig. 1 has a six-phase induction machine with accessible rotor clamps and comprises a working machine MR, the shaft of which WA is connected to the rotor W of a six-phase generator P with two independent three-phase sections of the stator windings US. The stator winding sections US shown in Fig. 2 are shifted between each other by the angle α. The rotor windings UW of the generator P are connected via terminals ZW with the power electronic converter PE. The stator winding US, through the ZS terminals, is connected with a twelve-pulse PD 12P diode rectifier. The output of a twelve-pulse diode rectifier (PD 12P) is connected to the VDC circuit from which the PE power electronic converter is supplied.

Prądnica przedstawiona na fig. 2 posiada wirnik 2 z uzwojeniem trójfazowym 1a, 1b, 1c i stojan 3 z uzwojeniem wielofazowym o dwóch trójfazowych sekcjach uzwojeń 4a, 4b, 4c - 5a, 5b, 5c przesuniętymi między sobą o kąt a równy 30°.The generator shown in Fig. 2 has a rotor 2 with a three-phase winding 1a, 1b, 1c and a stator 3 with a multi-phase winding with two three-phase winding sections 4a, 4b, 4c - 5a, 5b, 5c shifted between each other by an angle α equal to 30 °.

Końce uzwojeń zarówno wirnika 2 jak i stojana 3 są dostępne i doprowadzone są odpowiednio do zacisków wirnika trzech faz wirnika Zw1, Zw2, Zw3 i do zacisków pierwszej sekcji stojana Zs1, Zs3, Zs5 oraz drugiej sekcji stojana Zs2, Zs4, Zs6.The ends of the windings of both rotor 2 and stator 3 are accessible and are led respectively to the rotor terminals of the three rotor phases Zw1, Zw2, Zw3 and to the terminals of the first stator section Zs1, Zs3, Zs5 and the second stator section Zs2, Zs4, Zs6.

Na uzwojenie wirnika 2 składają się trzy fazy 1a, 1b, 1c połączone w gwiazdę. Na uzwojenie stojana 3 składa się sześć faz 4a, 4b, 4c, 5a, 5b, 5c. Przy czym fazy 1a, 1b, 1c są połączone w gwiazdę, a fazy faz 4a, 4b, 4c połączone w gwiazdę i przesunięte między sekcją uzwojeń 5a, 5b, 5c o kąt a równy 30°.The rotor winding 2 consists of three phases 1a, 1b, 1c connected in a star form. The stator winding 3 comprises six phases 4a, 4b, 4c, 5a, 5b, 5c. The phases 1a, 1b, 1c are star-connected, and the phases 4a, 4b, 4c are star-connected and shifted between the winding section 5a, 5b, 5c by an angle α equal to 30 °.

Uzwojenia wirnik UW maszyny zasilany jest z przekształtnika energoelektronicznego PE sterowanego przedstawionego na fig. 3. Poprzez zastosowanie odpowiedniej modulacji prądów albo napięć uzwojeń wirnika UW otrzymujemy wirujące pole magnetyczne. Uzwojenia wirnika UW, do których za pośrednictwem szczotek doprowadzony jest prąd przemienny, wzbudzający pole magnetyczne. Obr acanie się uzwojeń wirnika UW powoduje wirowanie wytworzonego pola magnetycznego, a jego zmienność względem uzwojeń stojana US indukowanie się napięcia w jego przewodach. Prostownik diodowy dwunastopulsowy PD 12P przedstawiony na fig. 4 podłączony do zacisków stojana ZS wykorzystując właściwości półprzewodników zamienia przemienne napięcie uzwojeń stojana US na napięcie stałe, zasilające obwód napięcia stałego VDC. Podłączenie prostownika diodowego dwunastopulsowego PD 12P do uzwojeń stojana w przypadku asymetrycznego rozłożenia faz tj. przesunięciu sekcji uzwojeń 4a, 4b, 4c - 5a, 5b, 5c między sobą o kąt a równy 30°, daje możliwość redukcji tętnieńThe rotor UW rotor windings are supplied from the controlled power electronic converter PE, shown in Fig. 3. By applying appropriate modulation of currents or voltages of the UW rotor windings, we obtain a rotating magnetic field. UW rotor windings, to which alternating current is supplied via brushes, causing a magnetic field. The rotation of the UW rotor windings causes the rotation of the generated magnetic field, and its variability in relation to the US stator windings induces a voltage in its conductors. The twelve-pulse PD 12P diode rectifier shown in Fig. 4, connected to the stator terminals ZS, uses the properties of semiconductors to convert the alternating voltage of the stator windings US into direct voltage supplying the DC voltage circuit. Connecting the 12-pulse PD 12P diode rectifier to the stator windings in the case of asymmetric phase distribution, i.e. shifting the winding sections 4a, 4b, 4c - 5a, 5b, 5c between each other by the angle a equal to 30 °, makes it possible to reduce ripple

PL 227 123 B1 momentu elektromagnetycznego poprzez znoszenie się harmonicznymi prądu pobieranego przez prostownik zasilający obwód napięcia stałego. Przy czym zachowana jest możliwość sterowania momentem elektromagnetycznym i wzbudzeniem prądnicy, a więc przy możliwości sterowania częstotliwością napięcia wyjściowego.The electromagnetic torque is canceled by canceling the harmonics of the current drawn by the rectifier supplying the DC voltage circuit. At the same time, it is possible to control the electromagnetic moment and excitation of the generator, i.e. with the possibility of controlling the frequency of the output voltage.

Claims

1. A converter-electromechanical system for generating electricity in which the working machine is connected via a shaft to a six-phase induction generator, the rotor windings of which are connected to an energy-electronic converter supplied from a DC circuit, and the stator windings are connected to a diode rectifier connected to the DC voltage circuit characterized in that the stator winding has two independent three-phase sections of the stator windings (Zs1, Zs3, Zs5) and (Zs2, Zs4, Zs6), shifted relative to each other by the angle a.

2. The system according to claim The stator section of claim 1, characterized in that the stator section offset angle α is equal to 30 [deg.].