Устройство для регулирования частоты с выравниванием нагрузок параллельно работающих дизель-генераторов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ С ВЫРАВНИВАНИЕМ НАГРУЗОК ПАРАЛЛЕЛЬНО РАБОТАЮЩИХ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРОВ , подключенных через линейные контакторы на питакяцие шины, содержащее ключевые элементы по числу дизель-генераторов, выходы которых подключены к дизель-генераторам , блок датчиков активных нагрузок , входы которого соединены .с выходами дизель-генераторов, датчик частоты с уставкой заданной частоты, подключенный к питающим шинам, выход которого соединен с входом первого релейного элемента с петлей гистерезиса, блок выбора экстремального тока нагрузки, первый вход которого подключен к выходу блока датчиков активной нагрузки, второй вход соединен с выходом релейного элемента с петлей гистерезиса, а выходы подключены к входам ключевых элементов, отличающееся тем, что, с целью увеличения ресурса работы дизель-генераторов и экономии топлива путем устранения автоколебаний в системе регулирования , оно снабжено дифференциатором и вторым релейным элементом с петлей гистерезиса и зоной нечувствительности , а блок выбора экстремального тока нагрузки содержит ,три элемента сравнения, три инвертора, шесть трехвходовых элементов И, три реле, причем входы дифференциатора и второго релейного элемента подключены к выходу датчика частоты, выход дифференциатора соединен с входами первого и второго релейных элементов , входы элементов сравнения соединены по схеме треугольника, верпшны которого связаны с выходом блока датчиков активной нагрузки, входы )9 реле соединены через замыкающие блок (П контакты линейных контакторов первого , второго и третьего дизель-генераторов соответственно с источником питания, первые входы первых трех элементов И соединены с выходом первого релейного элемента, а третьи taoA. входы вторых трех элементов И - с О выходом второго релейного элемента, со о выход первого элемента сравнения соединен с вторым входом первого элемента И и через первый инвертор - с 00 третьим входом второго элемента И, выход второго элемента сравнения соединен с вторым входом второго элемента И и через второй инвертор - с третьим входом третьего элемента И, выход третьего элемента сравнения соединен с вторым входом третьего элемента И и через третий инвертор с третьим входом первого элемента И, причем первый вход четвертого элемента И соединен через первь замыкакяций контакт второго реле с выходом первого инвертора и через первый

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

f10 ДЕЛАМ И306РЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ASTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2i ) 3711413/24-07 (22) 13.03.84 (46) 23.07.85. Бюл. В 27 (72) Ю.Н.Хижняков (71) Пермский политехнический институт (53) 621.316.728(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 629590, кл. Н 02 J 3/46, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Р 583528, кл. Н 02 J 3/46, 1977. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ С ВЫРАВНИВАНИЕМ НАГРУЗОК

ПАРАЛЛЕЛЬНО РАБОТАЮЩИХ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРОВ, подключенных через линейные контакторы на питающие шины, содержащее ключевые элементы по числу дизель-генераторов, выходы которых подключены к дизель-генераторам, блок датчиков активных нагрузок, входы которого соединены .с выходами дизель-генераторов, датчик частоты с уставкой заданной частоты, подключенный к питающим шинам, выход которого соединен с входом первого релейного элемента с петлей гистерезиса, блок выбора экстремального тока нагрузки, первый вход которого подключен к выходу блока датчиков активной нагрузки, второй вход соединен с выходом релейного элемента с петлей гистерезиса, а выходы подключены к входам ключевых элементов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения ресурса работы дизель-генераторов и экономии топлива путем устранения автоколебаний в системе регулирования, оно снабжено дифференциатором

:э,„ 1169078 А и вторым релейным элементом с петлей гистерезиса и зоной нечувствительности, а блок выбора экстремального тока нагрузки содержит три элемента сравнения, три инвертора, шесть трехвходовых элементов И, три реле, причем входы дифференциатора и второго релейного элемента подключены к выходу датчика частоты, выход дифференциатора соединен с входами первого и второго релейных элементов, входы элементов сравнения соединены по схеме треугольника, вершины которого связаны с выходом блока датчиков активной нагрузки, входы реле соединены через замыкающие блокконтакты линейных контакторов первого второго и третьего дизель-генераторов соответственно с источником питания, первые входы первых трех элементов И соединены с выходом первого релейного элемента, а третьи входы вторых трех элементов И вЂ” с выходом второго релейного элемента, выход первого элемента сравнения соединен с вторым входом первого элемента И и через первый инвертор — с третьим входом второго элемента И, выход второго элемента сравнения соединен с вторым входом второго элемента И и через второй инвертор - с третьим входом третьего элемента И, выход третьего элемента сравнения соединен с вторым входом третьего элемента И и через третий инверторс третьим входом первого элемента И, причем первый вход четвертого элемента И соединен через первый замыкающий контакт второго реле -с выходом первого инвертора и через первый

69078

11 размыкающий контакт этого реле — с выходом второго релейного элемента, второй вход четвертого элемента И соединен через второй замыкающий контакт третьего реле с выходом третьего элемента сравнения и через второй размыкающий контакт, этого реле — с выходом второго релейного элемента, первый вход пятого элемента И соединен через первый замыкающий контакт третьего реле с выходом второго инвертора и через первый размыкающий контакт этого реле — с выходом второго релейного элемента, второй вход пятого элемента И соединен через первый замыкающий контакт первого реле с выходом первого элемента сравнения и через первый размыкающий контакт этого реле — с выходом второго релейного элемента, первый вход шестого элемента И соединен через второй замыкающий контакт первого реле с выходом третьего инвертора и через второй размыкающий контакт этого реле — с выходом второго релейного элемента, второй вход шестого элемен" та И соединен через второй замыкающий контакт второго реле с выходом второго элемента сравнения и через второй размыкающий контакт этого реле с выходом второго релейного элемента, выходы первого и четвертого элементов И соединены с входами ключевого элемента первого дизель-генератора I выходы третьего и пятого элементов И соединены с входами ключевого элемента второго дизель-генератора, а выходы третьего и шестого элементов И подключены к входам ключевого элемента третьего дизель-генератора.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматического регулирования частоты с выравниванием активных нагрузок при управлении параллельной работой ди 5 зель-генераторов постоянного и переменного тока автономных электростанций, например,,судовых.

Цель изобретения — увеличение ресурса работы дизелей и экономии 10

1 топлива путем устранения автоколебаний в системе регулирования.

Ча фиг. 1 представлена структурная схема устройства трех параллельно работающих дизель-генераторов 15 на фиг. 2 — релейный элемент, образованный двумя релейными элементами, на фиг. 3 — нереверсивная харак теристика с зоной нечувствительности релейного элемента. 20

Устройство содержит дизель-генераторы 1-3. На выходы дизель-генерато- . ров подключены датчики активного тока нагрузки, которые объединены в блок 4 датчиков нагрузки. На входе 25 дизель-генераторов установлены ключевые элементы 5- 7 для управления серводвигателями реек топливных на.cocos п изелей. управление ключевых элементов 5-7 осуществляется с вы- З0 хода блока 8 выбора экстремального

2 тока нагрузки. Входы блока 8 подключены к выходу блока 4 датчиков нагрузки к выходам релейных элементов 9 и 10, входы которых подключены к датчику 11 частоты, подсоединенному к питающим шинам 12. Дополнительно выход датчика 11 частоты подается на вход дифференциатора 13, выход которого подключен к входам реле иных элементов 9 и 10. Блок 8 выбора экстремального тока нагрузки содержит реле 14 - 16, элементы сравнения 17-19 и дешифратор с инверторами 20-22, элементами И 23-28 на три входа. Управление реле 14-16 выполняется замыкающимися блок-контактами 29-31 линейных контакторов 1-3.

Первые входы элементов И 23-25 соединены с выходом релейного элемента 9, а третьи входы элементов 26-28 подключены к выходу релейного элемента 10. Выход элемента 17 сравнения соединен с вторым входом элемента 23, через замыкающий контакт 32, реле 14 — с вторым входом элемента 27, через инвертор 20 — с третьим входом элемента 24,а также через инвертор 20 и замыкающий контакт 33 реле 15 с первым входом элемента 26. Выход элемента 18 сравнения подключен

1169078 4 вительности репейного элемента 44, который реализует пороговую функ(HIO Pg

1,(df + zf)> + ——

Е

Ег

0 (if + af)(— ——

А)

Е

Й.) О, (ай + df) 3 (д—

1, (if + 4f)((d+

Ег

P д ф P инвертор 22 — с третьим входом элемента 23, а также через инвертор 22 и замыкающий контакт 37 реле 14 с первым входом элемента 28. Допол- 15 кительно выход релейного элемента 10 соединен через размыкающий контакт 38 реле 14 с вторым входом элемента 27, через размыкающий контакт 39 реле 15с первым входом элемента 26, через 20 размыкающий контакт 40 реле 15— с вторым входом элемента 28, через размыкающий контакт 41 реле 16 - с первым входом элемента 27, через размыкающий контакт 42 реле 16 — с 25 вторым входом элемента 26, через размыкающий контакт 43 реле 14 — с первым входом элемента 28. Выходы элемектов 23 и 26, 24 и 27, 25 и 28 соединены соответственно с первыми ЗО и вторыми входами ключевых элемен-! тов 5-7. Выходы элементов 23-25 дешифратора на максимум выдают сигналы на уменьшение подачи топлива в дизели. Выходы элементов 26-28 дешифрато35 ра на минимум выдают сигналы на увеличение подачи топлива в дизели.

Релейный элемент 44 (фиг. 2), образованный релейными элементами 9 и 10, содержит операционные усилите- 40 ли 45 и 46, переменные резисторы 4751, постоянные резисторы 52-55 и диоды 56-59, где резистор 50 задает уровень Ру„, резистор 51 †уровень Р., гФ резистор 47 задает ширину петли гис- 45 терезиса Е, релейного элемента 9, резистор 48 — ширину петли гистерезиса Е> релейного элемента 1О, а резистор 49 — ширину зоны нечувствительности релейного элемента !О. S0

Сигнал с выхода датчика 11 частоты и дифференциатора 13 через постоянные резисторы 60 и 61 подаются на прямой вход операционного усилителя 62, выход которого связан с входами релейных элементов 9 и 10.

На фиг. 3 изображена нереверсивная характеристика с зоной нечувст- к второму входу элемента 24, через замыкавший контакт 34 реле 15 к второму входу элемента 28, через инвертор 21 — к третьему, входу элемента 25, а также через инвертор 21 и замыкающий контакт 35 реле 16 к первому входу элемента 27. Выход элемента 19 сравнения подключен с вторым входом элемента 25, через замыкающий контакт 36 реле 16 — со вто ым вхо ом элемента 26 че ез где Е„ — ширина петли гистерезиса релейного элемента 9, К вЂ” ширина петли гистерезиса г релейного элемента 1О!

d — зона нечувствительности релейного элемента 10.

Устройство работает следующим образом.

При параллельной работе дизельгенераторов 1-3, включенных на шинах 12, замкнуты блок-контакты 29-31 линейных контакторов (см фиг. 2).

Включены реле 14-16, а их контакты коммутируют цены в блоке 8. Блок 4 датчиков выдает сигналы в аналоговой форме на выход блока 8. При частоте на шинах 12 больше заданной

1 з ((— f ) y + - с выхода релейтек * 2 ного элемента 9 ка блок 8 входа поступает сигнал Р „= 1. При этом дешифратор блока 8 выявляет дизельгенератор с максимальным активным током нагрузки.

В случае (f „- f „) ((d+ - )

Е с выхода релейного элемента 10 следует Рг = 1. Дешифратор блока 8 выявляет дизель-генератор с минимальным активным током нагрузки. Сигналы с выхода блока 8, соответствующие выявленным генераторам, управляют ключевыми элементами 5-7, которые в зависимости от текущей частоты на шинах 12 управляют серводвигателями реек топливных насосов дизельгенераторов 1-3 с целью равномерного распределения активного тока нагрузки между дизель-генераторами и поддерживания частоты ка шинах 12.

Рассмотрим работу устройства, когда частота ка шинах 12 меньше заданной, т.е. Руг= 1. Пусть активные токи нагрузки генераторов 1-3, находятся в следующих соотношениях!

lyq 7 1р(1» 1 1 4 1 у 1 з С 2 °

1169078

25 вующие им серводвигатели на уменьшение подачи топлива в цилиндры дизе- 50 лей.

В случае отключения, например, дизель-генератора 1 размыкается блокконтакт 29, отключается реле 14, которое замыкающими контактами 37 и 55

32 отключит пороговый вход 28 и второй вход 27. Одновременно с помощью размыкающихся контактов 43 и 38 этого

На выходе элементов 17-19 сравнения формируется соответственно дискретная информация 1, О, О. При этом на первые входы элементов 23-25 поступает логический "О" от релейного элемента 9, На вторые входы элементов 23-25 поступает информация 1, О, О, а на вторые входы элементов 26-28 соответственно О, 1, О, 10

На третьи входы элементов 23-25 поступает информация 1, О, 1, а на первые входы элементов 26-28 аналогично О, 1, 1. При этом на выходах элементов 23-28 формируется следую- 15 щая последовательность: О, О, О, О, 1, О.

Таким образом, выбран дизельгенератор 2 с минимальным активным током. Срабатывает ключевой эле- 20 мент 6 (фиг. 1), который включает серводвигатель рейки топливного насоса дизель-генератора 2 в направлении увеличения подачи топлива в цилиндры дизеля.

По мере увеличения подачи топлива в дизель-генератор 2, частота вращения увеличивается, а генератор набирает активную мощность. Это будет происходить до тех пор, пока 30 блок 8 не выявит следующий дизельгенератор с минимальным током нагрузки, например 3. Серводвигатель дизель-генератора 2 останавливается, а серводвигатель дизель-генератора 3 включается и т.д.

Частота на шинах 12 будет увели-!

:,чиваться. При превышении частоты выше f „, на величинУ Е, /2 формиру ются йороговые сигналы Pg„ = 1 с 40 выхода релейного элемента 9 и P. 2

= 0 с выхода релейного элемента 10.

Аналогичным образом, на. выходах элементов 23-25 будут сформированы сиг ..алы в зависимости от выбранного 45 дизель-генератора с максимальным током нагрузки, которые через ключевые элементы 5-7 включат соответстреле данные входы подключатся к выходу релейного элемента 10 с пороговой функцией Р = 1. Принудительное формирование "1" по первому входу элемента 38 и второму входу элемента 27 исключает влияние отключенного дизель-генератора на параллельную работу оставшихся включенными дизельгенераторов по управлению, т.е. обеспечивает нормальную работу дешифратора с настройкой на минимум в случае параллельной работы дизель-генераторов 2 и 3. Теперь в зависимости от того, какой из этих дизель-генераторов будет иметь минимальный ток нагрузки на выходе элемента 27 или элемента 28 будет сформирована "1" и подана команда на увеличение подачи топлива в их дизели. Аналогично будет выполнена перестройка дешифратора с настройкой на минимум при отключении дизель-генератора 2 или 3.

Отключенный дизель-генератор для дешифратора с настройкой на максимум есть дизель-генератор с минимальной (нулевой) нагрузкой и на работу его не влияет.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет сэкономить топливо и увеличить ресурс дизелей за счет срыва автоколебаний в системе регулирования. Это достигается введением в систему поддержания частоты и распределения активной мощнос. ти между генераторами релейного элемента с нереверсивной релейной xa— рактеристикой и зоной нечувствительности, Автоколебания в системе регулирования могут быть и не быть. Если автоколебаний нет, в случае малых постоянных времени дизель-генераторов, то переключения (реверс) серводвигателей выполняется только по мере необходимости. При наличии автококолебаний в системе регулирования в устройстве предусмотрена коррекция за счет введения ""гибкой" обратной связи с помощьюдифференциатора 13.

Путем выбора коэффициента передачи по каналу (гибкой" обратной связи с помощью резистора 61 всегда можно сорвать автоколебания. При работе системы без автоколебаний уменьшается износ дизелей, осуществляется экономия топлива, более равномерно подается топливо в цилиндры дизелей, 7 3 обеспечивая их "мягкую" работу. В противном случае дизели работают с постоянной динамикой, приводящей к быстрому износу поршней и цилиндров дизелей., а также к возможным разрушениям коленчатых валов при пиковых нагрузках. Применение предлагаемого устройства к совокупности с серводвигателями топливных насосов дизель-генераторов позволяет реализовать астатическое регулиро169078 вание, имеющее известное преимущество перед статическим регулированием, а также реализовать экономически наивыгоднейший режим работы электроэнергетической установки.

Кроме того, устройство позволяет включать дизель-генераторы на параллельную работу в любой последова10 тельности, что повышает надежность электроснабжения.

1169078

Составитель О.Наказная

Техред О.Неце Корректор А.Обручар

Редактор Н.Данкулич

Подписное

Филиал ППП "Патент-", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

Заказ 4624/49 Тираж 620

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д. 4/5