Устройство для регулирования напряжения и распределения нагрузки параллельно работающих генераторов /его варианты/

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении параллельной работой, напри.мер, судовых генераторов переменного тока с квазистатическими внешними характеристиками . Цель изобретения - упрощение и повышение надежности устройства. Напряжение rfMiri с выходов датчиков реактивной нагрузки 4-6 в вычитателях-усилителях 25-27 сравнивается с опорным напряжением источника 31, напряжение которого всегда выбирается больше максимально возможного выходного напряжения датчиков, вычитается и подается на аноды диодов 16-18. Максимальное значение напряжения в каждой тройке вызывает открытие соответствующих разделительных диодов 13-15 и протекание тока через них. Падение напряжения на входном резисторе 11 соответствующего формирователя сигналов 19-21 вызывает формирование порогового сигнала «1, обозначающего , что соответствующий генератор имеет наибольший ток нагрузки. Падение напряжения на входном резисторе 12 соответствующего формирователя сигналов 22- 24 вызывает формирование порогового сигнала , обозначающего, что другой генератор имеет наименьший ток нагрузки. Формирование команд управления генераторами 1 -3 зависит от соотношения заданного и теку .jJl v

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

151> 4 Н 02 J 73/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3

Ю ьДь

CO

СО

Сьг.7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3890942/24-07 (22) 29.04.85 (46) 23.11.86. Бюл. № 43 (71) Пермский политехнический институт (72) Ю. Н. Хижняков (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 389595, кл. Н 02 J 3/46, 1973.

Авторское свидетельство СССР № 1121742, кл. Н 02 J 3/46, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ ПАРАЛЛЕЛЬНО РАБОТАЮЩИХ ГЕНЕРАТОРОВ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении параллельной работой, например, судовых генераторов переменного тока с квазистатическими внешними характеристиками. Цель изобретения — упрощение и повышение надежности устройства. Напряжение

„„5U„„> 272403 с выходов датчиков реактивной нагрузки

4 — 6 в вычитателях-усилителях 25 — 27 сравнивается с опорным напряжением источника 31, напряжение которого всегда выбирается больше максимально возможного выходного напряжения датчиков, вычитается и подается на аноды диодов 16 — 18. Максимальное значение напряжения в каждой тройке вызывает открытие соответствующих разделительных диодов 13 — 15 и протекание тока через них. Падение напряжения на входном резисторе 11 соответствующего формирователя сигналов 19 — 21 вызывает формирование порогового сигнала «1», обозначающего, что соответствующий генератор имеет наибольший ток нагрузки. Падение напряжения на входном резисторе 12 соответствующего форм и ров ателя сиги алов 22—

24 вызывает формирование порогового сигнала, обозначающего, что другой генератор имеет наименьший ток нагрузки. Формирование команд управления генераторами 1 — Ззависит от соотношения заданного и теку1272403 щего значений напряжений на шинах 32, при этом на выходе релейного элемента 34 формируются пороговые функции, которые определяют состояние элементов И 35 — 40, с

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении параллельной работой, например,судовых генераторов переменного тока с квазистатическими внешними характеристиками.

Цель изобретения — упрощение схемы и повышение надежности устройства в работе.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для управления параллельной работой трех генераторов, первый вариант; на фиг. 2 — то же, второй вариант; на фиг. 3 — принципиальная схема вычитателя-усилителя; на фиг. 4 — схема формирователей сигнала.

Устройство по первому варианту (фиг. 1) содержит синхронные генераторы 1 — 3 с датчиками 4 — 6 реактивной нагрузки и линейными контакторами 7 — 9 с размыкающими блок-контактами. Отрицательные клеммы выхода датчиков 4 — 6 нагрузки через общую шину 10 и резисторы 11 и 12 соединены соответственно с катодами первой тройки разделительных диодов 13 — 15 и с катодами второй тройки разделительных диодов 16—

18. Аноды диодов подключены через входные резисторы формирователей 19 — 24 сигналов соответственно к положительным клеммам выходов датчиков 4 — 6 нагрузки и выхода м в ыч ит ател е й-ус ил ител ей 25 — 27. В ходы усилителей шунтированы размыкающими блок-контактами линейных контакторов 7 — 9.

Дополнительно инверсные входы вычитателей-усилителей 25 — 27 соединены через развязывающие диоды 28 — 30 в обратном направлении с положительными клеммами выходов датчиков 4 — 6 нагрузки. Неинверсные входы вычитателей-усилителей соединены между собой и с плюсом источника 31 опорного напряжения. Шина 10, общие точки вычитателей-усилителей и минус источника 31 заземлены. Генераторы 1 — 3 работают на питающую шину 32, к которой подключены нагрузка 33 и вход релейного элемента

34 с заданной установкой напряжения. Первый выход элемента 34 соединен с входами первой тройки элементов И 35 — 37, а второй подключен к входам второй тройки элементов И 38 — 40, входящих в блок 41 выбора экстремального генератора. Вторые входы элементов 35 — 40 соединены с выходами соответственно формирователей 19 — 24 сигналов. Выходы элементов И попарно (35

45 выхода которых через ключевые элементы

42 — 44 последует команда на уменьшение или увеличение возбуждения соответствующего генератора. 2 с.п. ф-лы, 4 ил. и 38, 36 и 39, 37 и 40) подключены соответственно к входам ключевых элементов 42 — 44, выходы которых соединены с входами генераторов 1 — 3.

Устройство по второму варианту (фиг. 2) содержит синхронные генераторы 1 — 3 с датчиками 4 — 6 реактивной нагрузки и линейные контакторы 7 — 9 с замыкающими блок-контактами. Отрицательные клеммы выхода датчиков 4 — 6 соединены через общую шину 10, резистор 11 и замыкающие блокконтакты линейных контакторов 7 — 9 с катодами разделительных диодов 13 — 15. Аноды диодов соединены через входные резисторы формирователей 19 — 21 сигналов с выходами вычитателей-усилителей 25 — 27. Входы вычитателей-усилителей 25 в 27 через прерыватели

45 — 50 попарно соединены соответственно с положительными клеммами выхода датчиков

4 — 6 реактивной нагрузки. Шина 10 соединена с общими точками усилителей 25 — 27 и заземлена. Генераторы 1 — 3 работают на питающую шину 32, к которой подключены нагрузка 33 и вход релейного элемента 34 с заданной уставкой напряжения.

Первый выход элемента 34 соединен с входами управления прерывателей 45, 47 и 49 и входами первой тройки элементов И 35 — 37 блока 41 выбора экстремального генератора. Второй выход элемента 34 подключен к входам управления прерывателей 46, 48 и 50 и к входам второй тройки элементов И 38 — 40 блока 41.

Выходы формирователей 19 — 21 сигналов соединены соответственно с входами элементов

И 35 и 36, 37 и 38, 39 и 40 блока 41. Выходы элементов И попарно (35 и 38, 36 и 39, 37 и

40) подключены соответственно к входам ключевых элементов 42 — 44, выходы которых соединены с входами генераторов 1 — 3.

Вычитатель-усилитель содержит (фиг. 3) дифференциальный усилитель 51 и резисторы

52 — 57, имеющие сопротивления Ri, Rq Рз, R4, Rg и /4, где Ri=Rg., Ra=R4, Rs=Re. Усилитель 51 с помощью резистора 54 охвачен отрицательной обратной связью. Питание усилителя выполняется через делитель напряжения на резисторах 56 и 57 с коэффициентом деления два,что исключает применение двух развязанных источников питания. Усилитель 51 реализует по обоим каналам равный коэффициент усиления.

1272403

10

30

55 з

Формирователь сигналов (фиг. 4) содержит входной резистор 58, балластный резистор 59, стабилитрон 60, триггер Шмидта 61 и инвертор 62.

При протекании тока через соответствующий разделительный диод на резисторе

58 падает напряжение, которое подается через резистор 59 на вход триггера Шмидта и возбуждает его. В случае большого сигнала на входе триггера срабатывает стабилитрон 60 и ограничивает его амплитуду.

Выход триггера Шмидта 61 подается на вход инвертора 62 для инверсии его статической характеристики.

Рассмотрим работу устройства по первому варианту.

Пусть генераторы 1 — 3 включены на параллельную работу и через линейные контакторы 7 — 9 подключены к питающей шине 32 с нагрузкой 33. Датчики 4 — 6 реактивной нагрузки вырабатывают сигналы Usxi, пропорциональные нагрузкам генераторов

1 — 3, которые с помощью общей шины 10 подаются через входные резисторы формирователей 19 — 21 сигналов на аноды разделительных диодов 13 — 15, а также через развязывающие диоды 28 — 30 на инверсные входы вычитателей-усилителей 25 — 27, на неинверсные входы которых подается плюс источника 31 опорного напряжения.

При данном включении вычитателяусилителя на его выходе формируется напряжение

Ussix 1 — - -+ U — Usxii), i,= 1,2,3>

Я 2 где U„— напряжение питания усилителя;

U, — опорное напряжение;

Пусть в данный момент времени на выходах датчиков 4 — 6 реактивной нагрузки имеем Usx.i=8Â; Usx.2= 10 В; Usx.3=6 В; (U.„+U„/2)=20 В; Rg/R4=1. Тогда на выходе вычитателей-усилителей 25 — 27 получим напряжения 12, 10 и 14 В, которые через входные резисторы формирователей 22 — 24 сигналов подаются на аноды разделительных диодов 16 — 18. Максимальное значение напряжения в каждой тройке напряжений вызывает открытие соответствующих разделительных диодов и протекание тока через них. Так максимальное напряжение (10 В) с выхода датчика 5 вызывает протекание тока в цепи, содержащий входной резистор формирователя 20 сигналов, разделительный диод 14 и резистор 11. Падение напряжения на резисторе 11 подпирает разделительные диоды 13 и 15. Токи через них не проходят, так как потенциалы их катодов выше, чем потенциалы анодов и диоды заперты.

Падение напряжения на входном резисторе формирователя 20 сигналов вызывает формирование порогового сигнала «1», обозначающего, что генератор 2 имеет наибольший ток нагрузки.

Максимальное напряжение (14 В) с выхода усилителя 27 вызывает протекание тока в цепи, содержащей входной резистор формирователя 24 сигналов, разделительный диод 18 и резистор 12. Падение напряжения на резисторе 12 подпирает разделительные диоды 16 и 17, которые при этом закрыты.

Падение напряжения на входном резисторе формирователей 24 сигналов вызывает формирование порогового сигнала «1», обозначающего, что генератор 3 имеет наименьший ток нагрузки.

Формирование команд управления генераторами 1 — 3 зависит от соотношения заданного и текущего значений напряжений на шинах 32. В случае U) U. на выходе релейного элемента 34 формируются пороговые функции Pu=l и Pu=0. При этом возбуждается элемент 36, с выхода которого через ключевой элемент 43 следует команда на уменьшение возбуждение генератора 2. Если же 1/(Узад, на выходе элемента 34 возникают пороговые функции Pu=0 и Pu— = 1. При этом возбуждается элемент 40, который через ключевой элемент 44 выдает команду на увеличение возбуждения генератора 3.

При отключении любого генератора, например генератора 3, замыкается блок-контакт линевного контактора 9, который шунтирует вход вычитателя-усилителя 27. На его выходе принудительно формируется условный «О», равный U /2. Это напряжение всегда меньше выходных напряжений усилителей 25 и 26, что исключает влияние отключенного генератора на параллельную работу оставшихся генераторов.

Развязывающие диоды 28 — 30 исключают влияние источника опорного напряжения на работу выявителя генератора с наибольшим током нагрузки.

Для нормальной работы устройства выход источника опорного напряжения должен выбираться всегда больше максимального возможного выходного напряжения датчиков реактивной нагрузки.

Рассмотрим работу устройства по второму варианту.

Пусть генераторы 1 — 3 включены на параллельную работу и через линейные контакторы 7 — 9 подключены к питающей шине 32 с нагрузкой 33. Датчики 4 — 6 реактивной нагрузки вырабатывают сигналы Dв, пропорциональные нагрузкам генераторов

1 — 3. Релейный элемент 34, сравнивая текущие напряжения на шинах 32 с уставкой заданного значения, выдает на первом выходе пороговую функцию, Ри, а на втором — инверсную пороговую функцию Ри.

В случае 1/)У-д на выходе элемента 34 формируются функции PU=1 и Pu=0.

1272403

При этом открываются прерыватели 45, 47 и 49 и подключают положительные клеммы датчиков 4 — 6 нагрузки к неинверсным входам вычитателей-усилителей 25 — 27, на выходах которых формируются сигналы

Ь вых, (— — + Увы), l= 1,2,3, R2 л

Ж 2 где U-.х (—. л

Отрицательные клеммы датчиков 4 — 6 через общую шину 10 соединены с резистором 11. Максимальное напряжение с выхода усилителей 25 — 27 вызывает открытие соответствующего разделительного диода и протекание тока через него. Пусть U- ..г)

)U sûõ. U„,»,, Это вызывает открытие диода 14 и протекание тока через резистор 11.

Падение напряжения на нем запирает диоды 13 и 15. Протекание тока через диод 14 вызывает также падение напряжения на входном резисторе формирователя 20 сигналов.

На его выходе формируется «1», обозначающая, что генератор 2 имеет наибольший ток нагрузки. Выход с формирователя 20 сигналов подается на входы элементов 36 и 39 блока 41. При этом возбуждается только элемент 36, так как на него подается логическая «1» с выхода элемента 34.

Поступает команда через ключевой элемент

43 на уменьшение возбуждения генератора 2.

В случае U(U-a на выходе элемента 34 формируются PU=O и Pu=- l. Открываются прерыватели 46, 48 и 50 и подключают положительные клеммы датчиков 4 — 6 нагрузки к инверсным входам вычитателей-усилителей

25 — 27, на выходах которых формируются выходные напряжения

Ц.ых (—" — Unx), t,=1,2,3.

Й2 U t

Пусть, например, Увых.1) Uвых2) /выхз.

Максимальное напряжение U. i, соответствующее минимальному выходу датчика 4 реактивного тока нагрузки, открывает диод 13.

Протекание тока через диод 13 вызывает падение напряжения на резисторе 11 и входном резисторе формирователя 19 сигналов.

При этом остаются закрытыми диоды 14 и 15 и возбуждается формирователь 19 сигналов, выход которого подается на входы элементов 35 и 38 блока 41. В данном случае возбуждается только элемент 38, который формирует через ключевой элемент 42 команду на увеличение возбуждения генератора 1.

При отключении любого генератора, например, генератора 3, размыкается блокконтакт линейного контактора 9, который отключает катод диода 15 от резистора 11 и исключает влияние данного отключения на параллельную работу оставшихся генераторов.

В качестве источника опорного напряжения в данном варианте принято напряжение U,/2, снимаемое с одного из плеч делителя напряжения.

Применение предлагаемого устройства по сравнению с известным устройством позволяет упростить схему при сохранении-выполнения всех ее функций.

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования напряжения и распределения нагрузки параллельно работающих генераторов, содержащее синхронные генераторы с линейными контакторами, ключевые элементы по числу ге15 нераторов, выходы которых подключены к обмоткам возбуждения генераторов, датчики реактивной нагрузки, входы которых соединены с выходами генераторов, релейный

2. Устройство для регулирования напряжения и распределения нагрузки параллельэлемент с входом для подключения к питающим шинам и выходами для подключения к входам шести элементов И, выходы которых являются выходами блока выбора экстремального генератора и попарно соединены с входами ключевых элементов, отличающееся тем, что, с целью упрощения схемы и повышения надежности устройства в работе, оно снабжено общей шиной, размыкающими блок-контактами линейных контакторов, а блок выбора экстремального генератора снабжен двумя резисторами, источ30 ником опорного напряжения, вычитателямиусилителями, развязывающими диодами и размыкающими блок-контактами по числу генераторов, формирователями сигналов и разделительными диодами, число которых в два раза превышает число генераторов, причем

35 резисторы соединены через общую шину с отрицательными выходами датчиков реактивной нагрузки, а другие концы резисторов соединены с катодами соответственно первой и второй троек разделительных дио40 дов, аноды которых через формирователи сигналов соединены для первой тройки разделительных диодов с положительными выходами датчиков нагрузки, а для второй тройки разделительных диодов — с выходами . вычитателей-усилителей, входы которых шун45 тированы размыкающими блок-контактами линейных контакторов, причем инверсные входы дополнительно соединены через развязывающие диоды в обратном направлении с положительными выводами выхода датчиков нагрузки, а неинверсные входы соединены между собой и плюсовым выводом источника опорного напряжения, минусовый вывод которого соединен с общей шиной и общими точками вычитателей-усилителей, а выходы формирователей сигналов подключены к входам соответствующих элементов И.

1272403

Фиг. 2 но работающих генераторов, содержащее синхронные генераторы с линейными контакторами, ключевые элементы по числу генераторов, выходы которых подключены к обмоткам возбуждения генераторов, датчики реактивной нагрузки, входы которых соединены с выходами генераторов, релейный элемент с выходом для подключения к питающим шинам и выходами для подключения к входам шести элементов И, выходы которых являются выходами блока выбора экстремального генератора и попарно соединены с входами ключевых элементов, отличающееся тем, что, с целью упрощения схемы и повышения надежности устройства в работе, оно снабжено общей шиной, а блок выбора экстремального генератора снабжен резистором, по числу генераторов вычитателями-усилителями, разделительными диодами, формирователями сигналов, замыкающими блок-контактами линейных контакторов, а также прерывателями, число которых в два раза превышает число генераторов, причем резистор соединен через общую шину с отрицательными выводами выхода датчиков реактивной нагрузки, а другим концом соответственно через замыкающие блок-контакты линейных контакторов — с катодами разделительных диодов, аноды которых через входные резисторы формирователей сигналов подключены к выходам вычитателей-усилителей, входы которых через прерыватели попарно соединены соответственно с положительными выводами выхода датчиков реактивной нагрузки, входы управления первых прерывателей каждой пары соединены с первым выходом релейного элемента, второй выход которо15 го подключен к входам управления вторых прерывателей этих пар, причем общая шина соединена с общими точками вычитателейусилителей, а выходы формирователей сигналов соединены с входами соответствующих элементов И.

1272403 а ход

A юг не

Редактор А. Шишкина

Заказ 6344/51

0m npepoiЙл елгы ,Эа®ого

Ш?НЫЛО.

Составитель О. Наказная

Техред И. Верес Корректор М. Демчик

Тираж 612 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4