PL233976B1

PL233976B1 - Energy generation system with induction generator intended for powering single-phase loads.

Info

Publication number: PL233976B1
Application number: PL424220A
Authority: PL
Inventors: Grzegorz Iwański
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 2018-01-07
Filing date: 2018-01-07
Publication date: 2019-12-31
Also published as: PL424220A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest układ wytwarzania energii z prądnicą indukcyjną trójfazową do zasilania obciążeń jednofazowych wyposażony w równolegle podłączony układ przekształtnika energoelektronicznego pełniącego rolę filtru aktywnego harmonicznych i asymetrii prądu oraz kompensatora mocy biernej prądnicy indukcyjnej.The subject of the invention is a power generation system with a three-phase induction generator for supplying single-phase loads, equipped with a power electronic converter system connected in parallel, acting as an active filter for harmonics and current asymmetry, and a reactive power compensator of an inductive generator.

Z publikacji B. Singh, S. S. Murthy and S. Gupta, „Analysis and design of STATCOM-based voltage regulator for self-excited induction generators”, IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 19, no. 4, pp. 783-790, Dec. 2004, znany jest układ prądnicy indukcyjnej trójfazowej zasilającej obciążenia jednofazowe, przedstawiony na fig. 1, z przekształtnikiem energoelektronicznym trójfazowym, który stosowany zwłaszcza do wyrównywania napięć na zaciskach prądnicy, kompensowania asymetrii i harmonicznych prądu pobieranego przez obciążenie jednofazowe, oraz do kompensacji mocy biernej potrzebnej do magnesowania prądnicy. Układ składa się z równolegle podłączonej do zacisków prądnicy baterii kondensatorów kompensujących część mocy biernej, oraz przekształtnika energoelektronicznego trójfazowego sześcio-tranzystorowego podłączonego przez filtr indukcyjny trójfazowy do zacisków prądnicy. Obciążenie jednofazowe zasilane jest napięciem przewodowym, a więc w zasilaniu nie bierze udział bezpośrednio jedna faza prądnicy. Głównym zadaniem przekształtnika energoelektronicznego jest wyrównywanie poziomów prądów fazowych prądnicy.From B. Singh, S. S. Murthy and S. Gupta, "Analysis and design of STATCOM-based voltage regulator for self-excited induction generators", IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 19, no. 4, pp. 783-790, Dec. 2004, a three-phase induction generator system supplying single-phase loads is known, shown in Fig. 1, with a three-phase power electronic converter, which is used in particular to equalize the voltage at the generator terminals, compensate for the asymmetry and harmonics of the current consumed by a single-phase load, and to compensate the reactive power needed for magnetization of the generator. The system consists of a battery of capacitors, parallel to the generator terminals, compensating part of the reactive power, and a three-phase, six-transistor power electronic converter connected through a three-phase inductive filter to the generator terminals. A single-phase load is supplied with line voltage, so one phase of the generator is not directly involved in the supply. The main task of the power electronic converter is to equalize the levels of the generator phase currents.

Z publikacji G. Joos, Su Chen and K. Haddad, „Four switch three phase active filter with reduced current sensors,” 2000 IEEE 31st Annual Power Electronics Specialists Conference. Conference Proceedings (Cat. No.00CH37018), Galway, 2000, pp. 1318-1323 vol.3, znany jest układ filtru aktywnego czterotranzystorowego, przedstawiony na fig. 2, posiadający te same możliwości kompensacji mocy biernej, asymetrii i harmonicznych co układ sześciotranzystorowy, przy zmniejszonej liczbie łączników energoelektronicznych i indukcyjnych elementów pasywnych. Układ zawiera baterię kondensatorów filtrujących podłączonych do zacisków stojana oraz przekształtnik energoelektroniczny, składający się z kondensatorowej gałęzi pasywnej w postaci dzielonego obwodu napięcia stałego zawierającego dwie gałęzie tranzystorowe podłączone do zacisków prądowych dwóch faz zasilających obciążenie, którego punkt środkowy między parą kondensatorów podłączony jest do trzeciej fazy prądnicy nie biorącej bezpośrednio udziału w zasilaniu obciążenia.From the publication of G. Joos, Su Chen and K. Haddad, "Four switch three phase active filter with reduced current sensors," 2000 IEEE 31st Annual Power Electronics Specialists Conference. Conference Proceedings (Cat. No.00CH37018), Galway, 2000, pp. 1318-1323 vol. 3, a four-transistor active filter circuit shown in Fig. 2 is known, having the same reactive power, unbalance and harmonic compensation capabilities as the six-transistor circuit, with a reduced number of power electronic switches and inductive passives. The system includes a battery of filtering capacitors connected to the stator terminals and an power electronic converter consisting of a capacitor passive branch in the form of a divided DC voltage circuit containing two transistor branches connected to the current terminals of two phases supplying the load, the midpoint of which between the capacitor pair is connected to the third phase of the generator not directly involved in feeding the load.

Celem wynalazku jest układ przekształtnikowy dla prądnicy trójfazowej przeznaczonej do zasilania obciążeń jednofazowych, z przekształtnikiem o zredukowanej liczbie łączników energoelektronicznych i z dodatkowym łącznikiem potencjału neutralnego.The aim of the invention is a converter system for a three-phase generator designed to supply single-phase loads, with a converter with a reduced number of power electronic switches and an additional neutral potential switch.

Układ wytwarzania energii z prądnicą indukcyjną trójfazową do zasilania obciążeń jednofazowych, wyposażony w baterię kondensatorów filtrujących podłączonych do zacisków stojana oraz przekształtnik energoelektroniczny składający się z kondensatorowej gałęzi pasywnej w postaci dzielonego obwodu napięcia stałego zawierającego dwie gałęzie tranzystorowe podłączone do zacisków prądowych dwóch faz zasilających obciążenie, którego punkt środkowy między parą kondensatorów podłączony jest do trzeciej fazy prądnicy nie biorącej bezpośrednio udziału w zasilaniu obciążenia, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera dwukierunkowy łącznik potencjału neutralnego wpięty między fazy zasilające obciążenie, składający się z mostka diodowego złożonego z dwóch par diod połączonych z tranzystorem, przy czym mostek diodowy jest spięty równolegle poprzez inne diody, z punktem środkowym kondensatorowej gałęzi pasywnej.A power generation system with a three-phase induction generator for supplying single-phase loads, equipped with a battery of filtering capacitors connected to the stator terminals and a power electronic converter consisting of a passive capacitor branch in the form of a divided DC voltage circuit containing two transistor branches connected to the current terminals of two phases supplying the load, which the midpoint between the pair of capacitors is connected to the third phase of the generator not directly involved in supplying the load, according to the invention, it has a bi-directional neutral potential connector plugged between the phases supplying the load, consisting of a diode bridge consisting of two pairs of diodes connected to the transistor , the diode bridge is connected in parallel via other diodes to the midpoint of the passive capacitor branch.

W rozwiązaniu według wynalazku układ przekształtnikowy pełni rolę filtra aktywnego i kompensatora mocy biernej prądnicy, a także wyrównuje poziom prądów fazowych w fazach prądnicy, co wpływa na zwiększenie sprawności przetwarzania energii, eliminację tętnień momentu elektromagnetycznego oraz poprawę jakości napięcia wytwarzanego przez prądnicę.In the solution according to the invention, the converter system plays the role of an active filter and generator reactive power compensator, as well as equalizes the level of phase currents in the generator phases, which increases the efficiency of energy conversion, eliminates electromagnetic torque ripples and improves the quality of the voltage generated by the generator.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia znany układ prądnicy indukcyjnej trójfazowej zasilającej obciążenia jednofazowe z przekształtnikiem o trzech gałęziach aktywnych, na schemacie ideowym, fig. 2 znany układ prądnicy indukcyjnej trójfazowej zasilającej obciążenia jednofazowe z przekształtnikiem o jednej kondensatorowej gałęzi pasywnej oraz dwóch gałęziach aktywnych, na schemacie ideowym, a fig. 3 przedstawia układu wytwarzania energii z prądnicą indukcyjną trójfazową zasilającą obciążenia jednofazowe z przekształtnikiem o jednej kondensatorowej gałęzi pasywnej, dwóch gałęziach aktywnych oraz dodatkowym łącznikiem potencjału neutralnego, na schemacie ideowym.The subject of the invention is explained in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a known system of a three-phase induction generator supplying single-phase loads with a converter with three active branches, in the schematic diagram, Fig. 2, a known system of a three-phase induction generator supplying single-phase loads with a converter with one a capacitor passive branch and two active branches, in the schematic diagram, and Fig. 3 shows a power generation system with a three-phase inductive generator supplying single-phase loads with a converter with one capacitor passive branch, two active branches and an additional neutral potential connector, in the schematic diagram.

W układzie przedstawionym na fig. 3, układ prądnicy indukcyjnej zasilający obciążenie jednofazowe wyposażony jest w baterię kondensatorów filtrujących C podłączonych do zacisków stojana IGIn the system shown in Fig. 3, the induction generator system supplying a single-phase load is equipped with a battery of filtering capacitors C connected to the IG stator terminals.

PL 233 976 B1 oraz przekształtnik energoelektroniczny, składający się z gałęzi pasywnej w postaci dzielonego obwodu napięcia stałego DC z parą kondensatorów Cdci, Cdc2, którego punkt środkowy podłączony jest do trzeciej fazy prądnicy nie biorącej bezpośrednio udziału w zasilaniu obciążenia, dwóch gałęzi tranzystorowych T1-T3, T2-T4, podłączonych do zacisków faz biorących udział w zasilaniu obciążenia, oraz z dwukierunkowego łącznika potencjału neutralnego wpiętego między fazy zasilające obciążenie OBC, składającego się z mostka diodowego D1-D4 i tranzystora T5 podłączonego do zacisków napięcia stałego DC mostka diodowego D1-D4. Dodatkowo, mostek diodowy D1-D4 spięty jest innymi diodami D5, D6, z punktem środkowym kondensatorowej gałęzi pasywnej. W fazy zasilające obciążenie OBC wpięte są cewki indukcyjne L.PL 233 976 B1 and the power electronic converter, consisting of a passive branch in the form of a divided DC voltage circuit with a pair of capacitors Cdci, Cdc2, the center point of which is connected to the third phase of the generator not directly involved in supplying the load, two transistor branches T1-T3 , T2-T4, connected to the terminals of the phases involved in supplying the load, and from a bidirectional neutral potential connector connected between the phases supplying the load OBC, consisting of a diode bridge D1-D4 and a transistor T5 connected to the DC terminals of the diode bridge D1-D4 . Additionally, the diode bridge D1-D4 is connected with other diodes D5, D6, with the midpoint of the passive capacitor branch. L inductors are plugged into the phases supplying the OBC load.

W opisanym układzie prądnicy, układ przekształtnikowy, pełniący rolę filtru aktywnego i kompensatora mocy biernej prądnicy, jest wyposażony w łącznik potencjału neutralnego zmniejszający zawartość harmonicznych, pochodzących od przełączeń tranzystorów (T1, T2, T3, T4), w prądzie filtru indukcyjnego złożonego z cewek indukcyjnych L.In the generator system described above, the converter system, acting as an active filter and generator reactive power compensator, is equipped with a neutral potential switch reducing the harmonics content of transistors switching (T1, T2, T3, T4) in the current of the induction filter consisting of inductive coils L.

Claims

Patent claim

1. Power generation system with a three-phase inductive generator for supplying single-phase loads, equipped with a battery of filtering capacitors connected to the stator terminals and a power electronic converter, consisting of a passive capacitor branch in the form of a divided DC circuit containing two transistor branches connected to the current terminals of two supply phases a load whose midpoint between a pair of capacitors is connected to the third phase of the generator not directly involved in supplying the load, characterized by a bidirectional neutral potential switch connected between the phases supplying the load (OBC), consisting of a diode bridge (D1-D4) composed of two pairs of diodes (D1, D3; D2, D4) connected to the transistor (T5), the diode bridge (D1-D4) connected in parallel through other diodes (D5, D6), with the midpoint of the passive capacitor branch.