Устройство для регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллельно работающих генераторов

 

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для автоматического регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллельно работающих злектромашинных генераторов, например, судовых. Целью изобретения является повышение точности работы устройства. Б устройство, содержащее генераторы 1 и 2, датчики нагрузки 3 и 4, элемент сравнения 5, генератор линейно изменяющегося напряжения 6, релейный элемент 7, блок коррекции 8, блок выбора з1Л:тремального тока нагрузки 9 с элементами И 10, 11, 12, 13 и инвертором 14, ключевые элементы 15 и 16 и шины 17, дополнительно введены связь между выходом генератора линейно изменяющегося напряжения 6 и входом релейного элемента 7, а выходы элементов И 10 и 12, 11 и 13 попарно соединены с первыми и вторыми входами ключевых элементов 15 и 16. Это позволит повысить точность автоколебаний в устройстве , которые идут с необходимостью , определяется генератором линейно изменяющегося напряжения. Выбором определенной амплитуды и частоты генератора линейно изменяющегося напряжения можно практически свести к нулю амплитуду автоколебаний в системе. 2 ил. е (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ .СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (б1) 4 Н 02 J 3/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ! (21) 4043838/24-07 (22) 28.03.86 (46) 07.01.88. Бюл. N 1 (71) Пермский политехнический институт (72) Ю.Н.Хижняков (53) 62 1.313. !2.024.07(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1003244, кл. Н 02 J 3/46, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1206884, кл. H 02 J 3/46, 1986, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

НАПРЯЖЕНИЯ С BbIPABHHBAHHEM НАГРУЗОК

ПАРАЛЛЕЛЬНО.РАБОТАЮШИХ ГЕНЕРАТОРОВ (57) Изобретение относится к области электротехники и предназначено для автоматического регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллельно работающих электромашинных генераторов, например, судовых. Целью изобретения является повышение точности работы устройства. В устройство, содержащее генераторы 1 и 2, датчики

„„SU„„1365242 А1 м нагрузки 3 и 4, элемент сравнения 5, генератор линейно изменяющегося напряжения 6, релейный элемент 7, блок коррекции 8, блок выбора экстремального тока нагрузки 9 с элементами И

10, 11, 12, 13 и инвертором 14, ключевые элементы 15 и 16 и шины 17, дополнительно введены связь между выходом генератора линейно изменяющегося напряжения 6 и входом релейного элемента 7, а выходы элементов И 10 и 12, 11 и 13 попарно соединены с первыми и вторыми входами ключевых элементов 15 и 16. Это позволит повысить точность автоколебаний в устройстве, которые идут с необходимостью, определяется генератором линейно изменяющегося напряжения. Выбором определенной амплитуды и частоты генератора линейно изменяющегося напряжения можно практически свести к нулю амплитуду автоколебаний в системе °

2 ил.

1365242 напряжение питающих шин выпрямляются с помощью схемы Ларионова. Выпрямленное напряжение с пульсацией f — 300 Гц фильтруется электролитическим конденсатором и сравнивается с напряжением задания U столба стабилитронов. Ток пробоя столба стабилитронов контролируется переменным резистором. Постоянный резистор осуществляет коррекцию сигнала управления релейного элемента 7. Через постоянный резистор протекает дополнительный ток от генератора 6 линейно изменяющегося напряжения и вызывает на нем падение напряжения. Сигнал отклонения текущего и заданного значений напряжений суммируется с падением напряжения на постоянном резисторе от генератора линейно изменяющегося напряжения и подается на вход триггера Шмидта, на выходе которого снимаются две последовательности импульсов для управления поддержанием напряжения на шинах 17.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для автоматического регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллельно работающих электромашинных генераторов, например, судовых, Цель изобретения — повышение точности работы устройства.

На фиг.1 представлена структурная 10 схема устройства; на фиг.2 - схема релейного элемента.

Устройство содержит генераторы 1 и 2 с датчиками 3 и 4 нагрузки, элемент 5 сравнения, генератор 6 линей- 1 но изменяющегося напряжения, релейный элемент 7 с уставкой заданного напряжения, блок 8 коррекции, блок 9 выбора экстремального тока нагрузки, куда входят элементы И 10 — 13 и ин- 20 вертор 14, ключевые элементы 15 и

16, шины 17, где выходы датчиков 3 и

4 нагрузки соединены с входными обмотками 18 и 19 импульсного трансформатора 20, выходная обмотка 21 которого соединена с входом триггера, выполненного на базе операционного усилителя 22, выход которого соединен с входом блока 8 коммутации, замыкающий контакт 23 реле времени которого ЗО включен параллельно резистору 24, соединенному последовательно с обмоткой 25 импульсного трансформатора 20 и подключенного к выходу генератора

6 линейно изменяющегося напряжения, причем выход триггера элемента 5 сравнения соединен с входом инвертора

14 и вторым и первым входами элементов И 10 и 13, выход инвертора 14 соединен с вторым и первым входами 4р элементов И 11 и 12, первые входы элементов И 10 и 11 соединены с прямым выходом релейного элемента 7, инверсный выход которого соединен с вторыми входами элементов И 12 и 13, 4r, выходы элементов И 10 и 12, 11 и 13 соединены соответственно попарно с входами ключевых элементов 15 и 16, выходы которых подключены к входу генераторов 1 и 2, причем первый вход <> релейного элемента 7 соединен с шиной 17, а второй вход подключен к выходу генератора 6 линейно изменяющегося напряжения.

Релейный элемент (фиг.2) содержит 5 схему Ларионова, электролитический конденсатор, столб стабилитронов, переменный и постоянный резисторы,и триггер Шмидта. Текущие трехфазное

Устройство работает следующим образом.

Сигналы, пропорциональные нагрузкам генераторов 1 и 2, с датчиков 3

I и 4 поступают на входные обмотки 18 и 19 импульсного трансформатора 20 элемента 5 сравнения. На входную обмотку 25 через резистор 24 поступает линейно изменяющийся сигнал от генератора 6. В случае равенства токов нагрузки генераторов 1 и 2 магнитные потоки, созданные входными обмотками

18 и 19 импульсного трансформатора

20, равны и направлены встречно. Вычитание магнитных. потоков входных сигналов в импульсном трансформаторе приводит к взаимной компенсации последних. Тогда величина суммарного магнитного потока в ферритовом сердечнике импульсного трансформатора определяется только магнитным потоком обмотки 25, что приводит к периодическому перемагничиванию сердечника трансформатора. На выходной обмотке

21 наводятся импульсы ЭДС с периодом

T„„=t +t, которые обусливливают переключение триггера, выполненного на операционном усилителе 22, причем время импульса t равно времени паузы „. Выход триггера есть выход элемента 5 сравнения, реализирующего пороговую функцию Р>

1365242

fo, (ьi+A) - Я,/2;

dh1

О, при — — О, Я, /2 > (d i+A) ) — f,/2;

1, E,/2 с (pi+A);

1,при — — О, f,/2 > (6i+A + g,lz

dpi

Kt sign(A-A,); где А=

-Kt sign(A+Ap)

А — текущее значение выходного сигнала генератора 6;

А — максимальное значение выходного сигнала генератора 6;

К вЂ” коэффициент пропорциональности, определяющий скорость нарастания напряжения генератора 6; — текущее время;

Ь| д,-i — текущее отклонение по входным сигналам;

f< — иширна петли гистерезиса элемента 5 сравнения.

В процессе работы генераторов 1 и 2 их токи нагрузки постоянно меняются. Это приводит к изменению токов во входных обмотках 18 и 19 импульсного трансформатора 20. В зависимости от их разности и знака в текущий MQмент времени происходит перемагничивание ферритового сердечника импульсного трансформатора, появление импульсов ЭДС на выходных обмотках 21 и соответствующее переключение триггера. На выходе элемента 5 присутствует последовательность импульсов, скважность которых зависит от соотношения амплитуды линейно изменяющегося напряжения А с выхода генератора 6 и сигнала разности hi токов нагрузки генераторов 2 и 1.

Одновременно с этим другие сигналы, пропорциональные разности текущего напряжения на питающих шинах 17 и заданного значения U *, а также сигнал с выхода генератора 6, подаются на входы релейного элемента 7, реализирующего пороговую функцию P.„:.

О, (а U+A) < — Ер/2; с1дБ

О, при — -)О, Я;/2 (лье+А)) — Е;/2:

Р„=

1, E,/2 с (лье+А);

1, при --- 0, fà/2 ) (AU+A) ) Ег 2, daU где 6 Б= 1,л -U — отклонение напряжения на шинах 17

ОТ 1 QÐ, Š— ширина петли гистерезиса релейного элемента 7

При этом на прямом выходе релейного элемента 7 формируется последовательность прямоугольных импульсов, скважность которых также зависит от соотношения амплитуды линейно изменяющегося напряжения А с выхода генератора 6 и сигнала разности между заданным и текущим напряжениями на шинах 17. Периоды следования разных по скважности импульсов в выходных сигналах; элемента 5 сравнения и релейного элемента 7 всегда равны, так как они определяются только генератором

6, частота которого постоянна. С выхода инвертора 14 блока 9 и плеча

Zp триггера релейного элемента 7 следуют инверсные последовательности импульсов, соответствующие инверсным пороговым функциям Р и Ри. Элементы

И 10 - 13 блока 9 реализуют собой со-2б ответственно логические уравнения, записанные в виде системы уравнений

Г< =Є P), F,=P Л Р, р =р„лр, 30 7г РчЛР3, где Р, — переключающая функция на уменьшение возбуждения генератора 4;

F, — инверсная переключающая функция на увеличение возбуждение генератора 1;

F — переключающая функция на уменьшение возбуждения генератора 2;

F, — инверсная переключающая функция на увеличение возбуждения генератора 2.

При подаче на входы элементов

И 10 — 13 блока 9 последовательностей импульсов, соответствующих прямым пороговым функциям Р1 и Р> и инверсным пороговым функциям Р и P, получают

« на выходе схем И также последовательности прямоугольных импульсов, соответствующих прямым переключающим функциям Р< и Р и инверсным переключающим функциям F< и F, которые вызывают коммутацию ключевых элементов 15 и 16 так, что напряжение на шинах

55 1 7 равняется U jpp и токи генераторов

1 и 2 равны друг другу. Причем коммутация ключевых элементов 15 и 16 происходит вынуждено с частотой работы генератора 6, что соответствует вы1365242

10 теме.

Время включения и выключения .(скважность) ключевых элементов 15 и 16 определяются значениями функций

Ри1 Риэ Рз 9 РЭ °

При набросе и сбросе больших нагрузок возможен срыв широтно-импульсной модуляции элемента 5 сравнения.

Это связано с прекращением перемагничивания ферритового кольца импульсного трансформатора 20, так как величи- 20 на разности магнитных потоков от обмоток 18 и 19 становится больше магнитного потока обмотки 25. Для восстановления процесса перемегничивания импульсного трансформатора элемента

5 необходимо увеличить магнитный поток обмотки 25, что достигается учеличением тока в ней, протекающего за счет шунтирования резистора 24 контактом 23 реле времени блока 8 коррекции. Ток через обмотку 25 увеличивается, и процесс модуляции восстанавливается вновь. Через выдержку времени на отпуск реле времени отпускает, если срыва модуляции после это- 3 го нет, то работа блока 8 прекращается, если есть, то работа последнего повторяется автоматически.

Аналогично при набросе больших нагрузок провал напряжения на шинах 40

17 приводит к снижению тока, протекающего через столб стабилитронов релейного элемента 7. Это, в свою очередь, вызывает изменение скважности выходных импульсов с его выхода в 45 сторону увеличения возбуждения генераторов 1 и 2 и, как следствие, увеличение напряжения на шинах 17.

При сбросе нагрузки всплеск напряжения на шинах 17 приводит к увеличе- 50 нию тока, протекающего через столб стабилитронов релейного элемента 7, В случае превышения данным током максимальной амплитуды А, линейно изменяющегося напряжения генератора 6 5В происходит также срыв широтно-импульсной модуляции выходных импульсов релейного элемента 7. На его выходе появляются постоянные уровни напряжеУстройство для регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллельно работающих, генераторов, содержащее ключевые элементы по числу генераторов с выходами для подключения на входы генераторов, релейный элемент с первым входом для подключения к питающим шинам, элемент сравнения, включающий в себя импульсный трансформатор и триггер, блок выбора экстремального тока нагрузки, включающий в себя инвертор и четыре двухвходовых элемента И, датчики нагрузки, выходы которых соединены с первой и второй входными, обмотками импульс" ного трансформатора, выходная обмотка которого соединена с входом триггера, выполненного на базе операционного усилителя, выход которого соединен с входом блока коррекции, замыкающий контакт реле времени которого включен параллельно резистору, соединенному последовательно с третьей обмоткой импульсного трансформатора, подключенной к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения, причем выход триггера элемента сравнения соединен с входом инвертора и вторым и первым входами первого и четвертого элементов И, выход инвертора соединен с вторым и первым входами второго и третьего элементов И, первые входы первого и второго элементов И соединены с прямым выходом релейного элемента, инверсный выход которого соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, о т л и ч а — . ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности работы устройства, релейный э.пемент выполнен с коррекцией полнению следующих условий захвата автоколебаний: — — — »3 А >А гл о. aST - 0BT В где f,„ и A, — частота и максимальная амплитуда генератора 6;

f овт и А»т частота и амплитуда автоколебаний в сисний, соответствующих пороговым функ-, циям Ри =0; Р =1; Это вызывает уменьшение возбуждения генераторов 1 и 2 и, как следствие, уменьшение напряжения на шинах 17.

Применение предлагаемого устрбйства по сравнению с известным позволяет исключить субгармонические автоколебания в системе, которые шли там с необходимостью, так как не выполнялись условия захвата автоколебаний по релейному элементу 7.

Предлагаемое устройство повышает точность поддержания напряжения на шинах, уменьшает уравнительный ток и обменную мощность между генераторами.

Формула изобретения

1365242 второго ключевых элементов.

0m

Составитель О.Наказная

Техред Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Редактор Л.Зайцева

Заказ 6649/50 Тираж 649 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 сигнала управления, причем выход генератора линейно изменяющегося напряжения соединен с входом коррекции сигнала управления релейного элемента, выходы первого и третьего, второго и четвертого элементов И соединены соответственно с входами первого и