Устройство для автоматического управления автономной электроэнергетической установкой

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для автоматического регулирования напряжения генераторов, приводимых от двигателей внутреннего сгорания, в составе автономных электроэнергетических установок. Целью изобретения является повышение надежности автономной электроэнергетической установки путем улучшения динамической точности токоограничения. Устройство содержит двигатель 1 внутреннего сгорания, двухкаскадный синхронный генератор 2, который приводится во вращение двигателем, датчик 3 тока якорных обмоток, датчик 4 напряжения якорных обмоток, выход которого соединен с вычитающим входом регулятора 9 напряжения, выход которого соединен с вычитающим входом нелинейного элемента и выходом пропорционального звена 10, вход которого подключен к выходу датчика 3 тока. Выход нелинейного элемента соединяется с суммирующим входом регулятора 6 тока и выходом датчика 3 тока. К вычитающему входу регулятора 6 тока подключен выход датчика 7 тока возбуждения возбудителя, обмотка 5 возбуждения которого соединена с выходом регулятора 6 тока. Данное техническое решение предполагает переключающуюся структуру, причем система всегда остается двухконтурной. Во всех режимах работы системы внутренним контуром регулирования является контур тока возбуждения возбудителя с релейным регулятором. Внешним контуром в режиме стабилизации напряжения является контур регулирования напряжения, а в режиме токоограничения - контур регулирования тока нагрузки. При этом достигается повышение быстродействия контура регулирования тока, а следовательно, повышается точность токоограничения. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s Н 02 P 9/04, 9/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ вЂ” e 1 (21) 4375129/07 (22) 10.02.88 (46) 07.07.91. Бюл. KL 25 (71) Киевский политехнический институт им,50-летия Великой Октябрьской ссциалистической революции и Киевский завод

"Стройдормаш" им,50-летия Советской Украины (72) Н,Г.Попович, С.M.Ïåðåñàäà, С.В,Божко, В.Н,Хрущев, В.В.Мержиевский и Ю.И.Пузырев (53) 621.313.12.024.07(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 320005, кл. Н 02 Р 9/04, 1971, Заявка Японии N 49 — 38492, кл. Н 02 P

9/30, 1974, Авторское свидетельство СССР

М 1001424, кл. H 02 P 9/04, 1981.

Авторское свидетельство СССР

М 1568199, кл. Н 02 P 9/04, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для автоматического регулирования напряжения генераторов, приводимых от двигателей внутреннего сгорания, в составе автономных электроэнергетических установок.

Целью изобретения является повышение надежности автономной электроэнергетической установки путем улучшения динамической точности токоограничения.

„„Я2„„1661963 А1

Устройство содержит двигатель 1 внутреннего сгорания, двухкаскадный синхронный генератор 2, который приводится во вращение двигателем, датчик 3 тока якорных обмоток, датчик 4 напряжения якорных обмоток, выход которого соединен с вычитающим входом регулятора 9 напряжения, выход которого соединен с вычитающим входом нелинейного элемента, и выходом пропорционального звена 10, вход которого подключен к выходу датчика 3 тока. Выход нелинейного элемента соединяется с суммирующим входом регулятора 6 тока и выходом датчика 3 тока, К вычитающему входу регулятора 6 тока подключен выход датчика 7 тока возбуждения возбудителя, обмотка 5 возбуждения которого соединена с выходом регулятора 6 тока. Данное техническое решение предполагает переключающуюся структуру, причем система всегда остается двухконтурной, Во всех режимах работы системы внутренним контуром регулирования является контур тока возбуждения возбудителя с релейным регулятором. Внешним контуром в режиме стабилизации напряжения является контур регулирования напряжения, а в режиме токоограничения — контур регулирования тока нагрузки. При этом достигается повышение быстродействия контура регулирования тока, а следовательно, повышается точность токоограничения. 4 ил.

1661963

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для автоматического регулирования напряжения генераторов, приводимых от двигателей внутреннего сгорания, в составе автономных электроэнергетическихустановок, и может быть использовано для регулирования напряжения генераторов автономных источников энергии с повышенными требованиями к надежности и к качеству выходного напряжения, например, электроагрегатов для наземного обслуживания летательных аппаратов.

Цель изобретения — повышение надежности электроэнергетической установки за счет повышения динамической точности токоограничения.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 — его принципиальная схема; на фиг,3 — внешняя характеристика электроэнергетической установки; на фиг.4 — диаграммы процесса наброса нагрузки при использовании устройства, собранного по каскадной схеме (кривая 1) и по переключающейся структуре (кривая 2).

Устройство для автоматического управления автономной электроэнергетической установкой содержит приводной двигатель

1, приводящий во вращение вал двухкаскадного синхронного генератора 2, в выходную цепь которого включен датчик 3 тока якорных обмоток генератора и датчик 4 напряжения якорных обмоток, Обмотка 5 возбуждения возбудителя генератора 2 подключена к выходу релейного регулятора

6 тока возбуждения. возбудителя через датчик 7 тока возбуждения возбудителя, Вычитающие входы релейного регулятора 6 тока возбуждения возбудителя подсоединены к выходам датчика 3 тока генератора и датчика 7 тока возбуждения возбудителя, а его суммирующий вход — к выходу нелинейного элемента 8. Суммирующие входы нелинейного элемента 8 подключены к выходу регулятора 9 напряжения с ограничением и к пропорциональному звену 10, вход которого соединен с выходом датчика 3 тока генератора. Регулятор 9 напряжения с ограничением вычитающим . входом связан с выходом датчика 4 напряжения.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства задающее напряжение поступает на вход регулятора 9 напряжения с ограничением, который под действием этого напряжения переходит в режим насыщения и выдает на вход нелинейного элемента постоянный задающий сигнал, равный уровню ограничения регунзад

U k é) 50 где k< — коэффициент передачи генератора

2 от тока возбуждения возбудителя до ЭДС. а — угловая скорость вращения вала генератора 2, которая может быть принята равной постоянной, 55

Для поддержания выходного напряжения генератора на заданном уровне 0 »д лятора 9. Этот сигнал через. нелинейный элемент 8 поступает на контур регулирования тока возбуждения возбудителя, являясь для него сигналом задания, Контур регули5 рования тока возбуждения возбудителя . представляет собой систему стабилизации с релейным регулятором 6, который работает в автоколебательном режиме и обеспечивает стабилизацию тока возбуждения возбу10 дителя на уровне, определяемом сигналом задания по току возбуждения возбудителя, с нелинейного элемента 8. Благодаря применению регулятора 6 тока возбуждения возбудителя формируются такие динамиче15 ские свойства возбудителя, что эквивалентная постоянная времени замкнутого контура регулирования тока возбудителя уменьшается в десятки раз по сравнению с собственной постоянной времени обмотки

20 возбуждения возбудителя, в зависимости от величины коэффициента форсировки

k$ = Upp/1»И», где Uro — напряжение холостого хода генератора 2, 1» — ток возбуждения возбудителя, R» — сопротивление цепи

25 возбуждения возбудителя, Для существующих двухкаскадных генераторов коэффициент форсировки Кф таков, что эквивалентная постоянная времени контура регулирования тока возбуждения возбудителя состав30 ляет (0,05...0,1)Tee, где Tee — постоянная времени обмотки возбуждения возбудителя.

Под действием тока возбуждения возбудителя при работающем двигателе 1 генера35 тор 2 возбуждается до уровня напряжения, соответствующего задающему напряжению

Цн»д, Регулятор 9 напряжения выходит из состояния ограничения. При этом напряжение.на выходе генератора Ue>< равно напря40 жению 0нзад, поскольку регулятор 9 содержит интегральную составляющую (пропорционально-интегральный регулятор), Напряжение на выходе регулятора 9 напряжения пропорционально требуемому

45 значению тока возбуждения возбудителя генератора 2. При отсутствии тока нагрузки ток возбуждения возбудителя равен

1661963 при увеличении тока нагрузки 1н потребляется увеличение тока возбуждения генератора 2 до значения

Онзад + Is Ra . вв— где Я - суммарное внутреннее сопротивление силовой цепи генератора 2.

Требуемое увеличение тока воэбужде- 10 ния возбудителя обеспечивается увеличением выходного напряжения регулятора 9 напряжения. Сигнал положительной обратной связи по току нагрузки, поступающий на вход нелинейного элемента 8 типа "насы- 15 щение" с выхода пропорционального звена

10 компенсируется сигналом отрицательной обратной связи по току нагрузки, поступающим с выхода датчика 3 тока генератора на вычитающий вход релейного 20 регулятора 6 тока возбуждения возбудителя эа счет выбора коэффициента передачи пропорциОнального звена 10 kz = 1/k1, где kl— коэффициент передачи нелинейного элемента 8 на линейном участке его характери- 25 стики. Формируется участок А — Б внешней характеристики электроэнергетической установки, соответствующий постоянству выходного напряжения.

При токе нагрузки II, соответствующем 30 максимально допустимой мощности электро. энергетической установки Pmax = Оазад 11 регулятор 9 напряжения насыщается и ток возбуждения ограничивается на уровне

Онзад +12 Яа вв—

Дальнейшее увеличение тока нагрузки

4> li при неизменном токе возбуждения возбудителя 1вв = last = const приведет к снижению выходного напряжения по закону

Овых = Онзад (1н It)Rg

Для двухкаскадных генераторов величина Я такова, что закон изменения выходного напряжения близок к гиперболе постоянной мощности. Формируется участок Б — В внешней характеристики установки, соответствующий постоянству выходной мощности электроэнергетического агрегата.

До тех пор, пока ток нагрузки IH меньше 55 величины тока lz задаваемом уровнем ограничения нелинейного элемента 8, нелинейный элемент 8 находится на линейном участке своей характеристики, При 4 > Iz он заходит в зону насыщения, положительная обратная связи по току генератора (с выхода

10), не работает, и начинает действовать отрицательная обратная связь по току нагрузки. воздействующая на релейный регулятор 6 тока возбуждения возбудителя таким образом, что формируется крутоспадающий участок  — Г внешней характеристики установки, близкий к постоянству тока: I =const. Для компенсации падения напряжения в соединительных кабелях, включаемых между электроэнергетической установкой и нагрузкой, в устройстве возможно получение внешней характеристики, содержащей вместо участка постоянного напряжения А — Б участок поднимающегося напряжения А-Б (фиг.3 изображено пунктиром). Это достигается выбором kz > 1/k1.

Принципиальных отличий в работе устройства с такой внешней характеристикой по сравнению с описанным нет, Таким образом, устройство обеспечивает требуемую внешнюю характеристику электроэнергетической установки и обеспечивает более высокие динамические показатели токоограничения (фиг.4, кривая 2), чем система с каскадной структурой (там же, кривая 1), а значит, повышается надежность электроэнергетической установки.

Формула изобретения

Устройство для автоматического управления автономной электроэнергетической установкой с приводным двигателем и двухкаскадным синхронным генератором, содержащее датчик тока якорных обмоток генератора, датчик напряжения якорных обмоток, датчик тока возбуждения возбудителя, релейный регулятор тока возбуждения возбудителя и регулятор напряжения с ограничением, вычитающий вход которого подключен к выходу датчика напряжения якорных обмоток, обмотка возбуждения возбудителя через датчик тока возбуждения возбудителя подключена к выходу релейного регулятора тока возбуждения возбудителя. вычитающий вход которого соединен с датчиком тока возбуждения возбудителя, от л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности электроэнергетической установки за счет повышения динамической точности токоограничения, оно снабжено нелинейным элементом и пропорциональным звеном, выполненным с коэффициентом передачи, обратно пропорциональным коэффициенту передачи нелинейного элемента на линейном участке его характеристики, причем выход датчика тока якорных обмоток генератора соединен с входом пропорционального зве1661963

Составитель А.Лебедев

Редактор С.Патрушева Техред М.Моргентал КоРРектоР М.Демчик

Заказ 2135 Тираж 351 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 на и вычитающим входом релейного регулятора тока возбуждения возбудителя, суммирующий вход которого подключен к выходу нелинейного элемента, суммирующие входы которого соединены с выходом регулятора напряжения с ограничением и с выходом пропорционального звена.