Автономная электроэнергетическая установка

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроагрегатах с приводными тепловыми , двигателями, работакнцими при переменной частоте вращения. Цель изобретения - повышение качества генерируемой электроэнергии и экономичности . Установка содержит при- ; водной двигатель 2, генератор 1, регулятор частоты 3, датчики напряжения 11 и активной мощности 10, функциональный преобразователь 7 активной мощности нагрузки в сигнал, пропорциональный оптимальной частоте вращения двигателя, суммирующий усилитель 9, задатчик номинального напряжения 12 и сумматор 13. В установке обеспечивается работа приводного двигателя на скоростных режимах близких к оптимальным, что сни- « жает расход топлива. 7 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„» 1467731 (51)4 Н 02 Р 9 04

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНЯТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4232012/24-07 (22) 20.04.87 (46) .23.03.89. Бюл. 9 !1 (72) М.Е.Кущев, И.М.Эренбург, В.Ю.Гречуха, В.В.Ершов, Н.К.Колесников, A.Â.Êîðåíåâ и В.М.Комаров (53) 621.316.729:621.313.322.843.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 466600, кл. Н 02 Р 9/46, 1971 °

Авторское свидетельство СССР

И 877771, кл. Н 02 P 9/04, 1981. (54) АВТОНОМНАЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроагрегатах с приводными тепловыми, двигателями, работающими при переменной частоте вращения. Цель изобретения — повышение качества генерируемой электроэнергии и экономичности. Установка содержит при;водной двигатель 2, генератор 1, регулятор частоты 3, датчики напряжения 11 и активной мощности 10 функциональный преобразователь 7 активной мощности нагрузки в сигнал, пропорциональный оптимальной частоте вращения двигателя, суммирующий усилитель 9, задатчик номинального напряжения 12 и сумматор 13. В установке обеспечивается работа приводного двигателя на скоростных режимах близких к оптимальным, что снижает расход топлива. 7 ил.

1467731.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области ав» тономных электроэнергетических систем, и может быть использовано в электроагрегатах с приводным тепловым двигателем и электрическим генератором, работакпцих при переменной частоте вращения, например в дизельэлектрических агрегатах с асинхронизированными синхронными генераторами..

Цель изобретения - повышение качества генерируемой электроэнергии и экономичности.

На фиг. 1 представлена функциональная схема установки; на фиг.2— оптимальная скоростная характеристика дизельного приводного двигателя, на фиг.3 — пример выполнения электрической схемы функционального преобразователя активной мощности нагрузки В сигналу пропорциональный частоте вращения двигателя, и задатчика функции оптимального регулирования на фиг.4 — статическая характеристика суммирун»цего усилителя; на фиг.5 — функциональная схема датчика активной мощности; на фиг.6 - диаграммы сигналов на элементах устройства;на фиг. 7 — графи- 30 ки зависимости выходных сигналов функционального преобразователя, суммирующего усилителя и сумматора в функции от частоты вращения при

1007 нагрузки.

Автономная электроэнергетическая установка содержит электрический генератор 1 (фиг. 1), механически связанный с приводным двигателем 2, регулятоР 3 частоты, состоящий из 40 датчика 4 частоты вращения, связан- ного с валом приводного двигателя 2, устройства 5 сравнения и,исполни тельного органа 6, вьиод которого связан с органом управления подачи топлива приводного двигателя 2,функ, циональный преобразователь 7, соединенный с задатчиком 8 функции оптимального регулирования, и суммирующий усилитель 9 с инвертирующим и неинвертирующим входами. Установка содержит также датчик 10 активной; мощности и датчик 11 напряжения, подключенные входами к выходу электрического генератора 1, задатчик 12 номинального напряжения и сумматор

13, причем выход сумматора подключен к входу устройства 5 сравнения регулятора 3 частоты, выход датчика 10 активной мощности соединен с входом функционального преобразователя 7, вьиоды задатчика 12 номинального напряжения и датчика 11 напряжения подключены соответственно к инвертирующему и .неинвертирующему входам суммирующего усилителя 9, выход которого и выход функционального преобразователя 7 соединены с входами сумматора 13, а суммирующий усилитель выполнен с зоной нечувствительности. Датчик 10 активной мощности (фиг.5) состоит из трех идентичных блоков 14-16 измерения мгновенной полной мощности. В состав каждого из данных блоков входят датчик 17 тока фазы, датчик 18 фазного напряжения, аналоговый блок 19 умножения.

Выходы блоков 14-16 подключены к входам сумматора 20. На выходе сумматора 20 установлен фильтр 21.

Установка работает следующим образом.

В установившемся режиме с вьиода датчика 10 активной мощности на вход функционального преобразователя 7 поступает постоянный сигнал, пропорциональный величине активной мощности нагрузки в сигнал, пропорциональный оптимальной частоте. вращения двигателя 22 активной мощности нагрузки. С выхода функционального преобразователя 7 снимается напряжение, величина которого соответствует требуемой для данной нагрузки (в соответствии с оптимальной функцией регулирования) частоте вращения приводного двигателя 2. Выходное напряжение электрического генератора 1 находится в установленных допустимых пределах. Поскольку в этом случае разность между вьиодными сигналами датчика 11 напряжения и задатчика 12 номинального напряжения лежит внутри зоны нечувствительности суммирующего усилителя 9, напряжение на выходе последнего отсутствует. Напряжение на выходе сумматора 13, поступающее на первый вход устройства 5 сравнения регулятора 3 .частоты, определяется. только вьиодным сигналом функционального преобразователя 7. На второй вход устройства 5 сравнения поступает сигнал, снимаемый с датчика 4 частоты. Разностный сигнал. присутствующий на выходе устройства

5 сравнения, удерживает шток испол10

20

30

45

55 з 146773 нительного органа 6 в определенном положении, которое соответственно определяет положение органа управления подачи топлива.

В режиме холостого хода, когда нагрузка отсутствует, приводнойдвигатель 2 работает на минимальной частоте п обеспечивающей устойчивый режим работы. Это определяется нижним уровнем сигнала с функционального преобразователя активной мощности нагрузки в сигнал, пропорциональный оптимальной частоте вращения двигателя, который присутствует на входе устройства сравненчя регулятора частоты и при некоторых значениях нагрузки (десятые или сотые доли от номинальной нагрузки электроагрегата) имеет постоянное значение. В режиме холостого хода напряжение электрического генератора 1 находится в допустимых пределах.

В момент времени t (фиг.6) происходит наброс нагрузки. Это приводит к мгновенному провалу напряжений на выходе генератора, кото-. рый фиксируется датчиком напряжения (сигнал U „,). Ha выходе элемента 9 (фиг.1) формируется сигнал U> пропорциональный разности сигналов V« и U z, где U z — сигнал на выходе эадатчика 12 номинального напряжения. В момент времени t(> ток нагрузки еще не изменился, т.е ° остается неизменным. Поскольку датчик активной мощности (фиг.5) предполагает перемножение сигналов, характеризующих ток и напряжение, то в момент времени tо провал напряжения будет повторен на выходе датчика 10 активной мощности (сигнал U ). Функ циональный преобразователь 7 активной мощности нагрузки в сигнал,пропорциональный оптимальной частоте вращения двигателя, преобразует сигнал U „ в сигнал U в соответствии со своей статической характеристикой

На сумматоре 13 сигналы U > и U суммируются. По мере набора оборотов вала дизеля напряжение и ток на выходе электрического генератора возрастают почти прямо пропорционально частоте вращения. Поэтому в последующие моменты времени t ) t, сигнал .

U начинает убывать, а сигнал U « и U возрастать более круто (в результате перемножения возрастающих

4 сигналов по току и напряжению в датчике 10 активной мощности, фиг ° 5).

Суммирование этих сигналов на сумматоре 13 приводит к образованию практически неизменного и близкого к ступенчатому сигнала на выходе сумматора (сигнал U z). При набросах больших нагрузок этого сигнала достаточно для удержания рейки топливного насоса в положении yrtopa (максимальной подачи топлива), чем и достигается форснровка двигателя. При незначительных набросах (сбросах) нагрузки, когда отклонение выходного напряжения находится в допустимых пределах, определяеми зоной нечувствительности элемента 9 (фиг.4), элементы 9, 11, 12 на процесс регулирования воздействия не оказывают, так как сигнал U> равен О.

В случае сбросов нагрузки, при которых имеют место мгновенные всплески выходного напряжения, временные диаграммы сигналов на выходе элементов 9 и 11 и всплеск сигнала 0 будут иметь место лишь в течение времени, определяемого постоянными времени цепи возбуждения.

Использование в установке (для формирования управляющего воздействия на регулятор частоты) сигнала, пропорционального активной мощности (а не току нагрузки), позволяет уменьшить отклонение реального значения управляющего воздействия от требуемого. При этом величина этого отклонения определяется лишь погрешностью датчика активной мощности.

Наличие в установке основной отрицательной обратной связи позволяет осуществить управление приводным двигателем непосредственно по отклонению частоты вращения от оптимального для данной нагрузки значения. В результате этого статическая ошибка системы уменьшается.

Таким образом, уменьшение погрешности формирования управляющего воздействия и повышение точности его г отработки позволяют предлагаемой установке значительно приблизить режимы работы приводного двигателя электроагрегата к оптимальным.

При сбросах (набросах) нагрузки практически мгновенно (в момент начала изменения напряжения) в установке формируется ступенчатое (а не монотонно нарастающее или убыб 146773 вающее„как в прототипе) управляющее воздействие, уровень которого определяется суммарной номинальной мощностью подключенных электроприемников. Такой тип воздействия на

5 орган управления подачи топлива сокращает время перехода приводного двигателя на новый скоростной режим нри изменениях нагрузки. 10

Таким образом, установка обеспечивает работу приводного двигателя электроагрегата иа скоростных режимах близких к оптимальным, что снижает расход топлива, т.е. повьппает экономичность. За счет высокого бы,стродействия установки значительно уменьшается время переходного процесса при изменениях нагрузки, что сокращает промежутки времени, в течение которых отклонение выходного напряжения генератора от номинального значения превыпает установленные допуски. Это обусловливает улучшение качества генерируемой электрической энергии.

Формула изобретения

Автономная электроэнергетическая установка, содержащая электрический генератор, механически связанный с приводным двигателем, регулятор частоты, состоящий из датчика частоты вращения, связанного с валом привод ного двигателя, устройства сравнения и исполнительного органа, выход которого связан с органом управления подачи топлива приводного двигателя, функциональный преобразователь активной мощности нагрузки в сигнал,пропорциональный оптимальной частоте вращения двигателя, и суммирующий усилитель с инвертирующим и неинвертирующим входами, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что, с целью повышения качества генерируемой электроэнергии и экономичности электроагрегата, введены датчик активной мощности и датчик напряжения, подключенные входами к выходу электрического генератора, задатчик номинального напряжения и сумматор, причем выход сумматора подключен к входу устройства сравнения регулятора частоты, выход датчика активной мощности соединен с входом функционального преобразователя активной мощности нагрузки в сигнал, пропорциональный оптимальной частоте вращения двигателя, выходы задатчика номинального напряжения и датчика напряжения подключены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам с суммирующего усилителя, выход которого и выход функционального преобразователя активной мощности нагрузки в сигнал, пропорциональный оптимальной частоте вращения двигателя, соединены с входами сумматора, а суммирующий усилитель выполнен с зоной нечувствительности.

1467731

Фиг.

1467731

Составитель А.Бабак

Редактор Л.Зайцева Техред Л.Сердюкова Корректор М.Шароши

Заказ 1211/54 Тираж 548 Подписное

ВЯИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101