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, может быть использовано для регулирования напряжения генераторов автономных источников энергии при повышенных требованиях к их надежности и к качеству регулирования выходного напряжения, например в электроагрегатах для наземного обслуживания летательных аппаратов. Целью изобретения является повышение надежности автономной электроэнергетической установки путем улучшения статических и динамических показателей при астатическом токоограничении. Устройство содержит двигатель внутреннего сгорания, генератор , приводимый во вращение двигателем, датчик тока, регулятор тока с ограничением, регулятор напряжения с ограничением, регулируемый усилитель-ограничитель, релейный регулятор тока возбуждения возбудителя, шунт и выпрямитель, причем обмотка возбуждения возбудителя двухкаскадного вентильного генератора через шунт подключена к выходу релейного регулятора тока возбуждения возбудителя. За счет применения регулируемого усилителяограничителя полученная структура обладает адаптивностью в зависимости от режима работы устройства при сохранении астатического принципа регулирования, 3 ил. Ј Х| Ю 00 СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ss)s Н 02 P 9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPVI ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4464017/07 (22) 21.07,88 (46) 23.03,92. Бюл. ¹ 11 (71) Киевский политехнический институт им.

50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Н,Г.Попович, С.М.Пересада, С.В.Божко и А;В.Бакалов (53) 621.313.12.024,07 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1150727, кл. Н 02 P 9/18, 1985, Авторское свидетельство СССР

¹ 11666611996633, кл. Н 02 Р 9/04, 1988.

Авторское свидетельство СССР

N 1568199, кл, Н 02 P 9/04, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНОЙ ЭЛЕКТРОЭ Н Е РГЕТИЧ Е СКОЙ 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, может быть использовано для регулирования напряжения генераторов автономных исИзобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для автоматического регулирования напряжения генераторов, приводимых от двигателей внутреннего сгорания в составе автономныхх электроэнергетических установок, и может быть использовано для регулирования напряжения генераторов автономных источников энергии при повышенных требованиях к надежности электроагрегата и.к

„„. Ж„„1?21785 А1 точников энергии при повышенных требованиях к их надежности и к качеству регулирования выходного напряжения, например в электроагрегатах для наземного обслуживания летательных аппаратов.. Целью изобретения является повышение надежности автономной электроэнергетической установки путем улучшения статических и динамических показателей при астатическом токоограничении. Устройство содержит двигатель внутреннего сгорания, генератор, приводимый во.:вращение двигателем. датчик тока, регулятор тока с ограничением, регулятор напряжения с ограничением, регулируемый усилитель-ограничитель, релейный регулятор тока возбуждения возбудителя, шунт и выпрямитель, причем обмотка возбуждения возбудителя двухкаскадного вентильного генератора через шунт подключена к выходу релейного регулятора тока возбуждения. возбудителя. За счет применения регулируемого усилителяограничителя полученная структура обладает адаптивностью в зависимости от режима работы устройства при сохранении астатического принципа регулирования. 3 ил. качеству его выходного напряжения, например злектроагрегатов для наземного обслуживания летательных аппаратов.

Цель изобретения — повышение надежности электроэнергетической установки путем улучшения динамических показателей токоограничения при сохранении его астатического характера.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2—

1721785 и рин ци пйиал ьная схема устройства; на фиг.3 — внешняя характеристика электроэнергетической установки, Устройство содержит двигатель 1 внутреннего сгорания, который приводит во вращение вал двухкаскадного синхронного генератора 2, выходы якорных обмоток которого через датчик 3 тока якорных обмоток генератора поступают на выпрямитель 4.

Обмотка 5 возбуждения возбудителя генератора 2 подключена к выходу релейного регулятора 6 тока возбуждения возбудителя через датчик тока возбуждения возбудителя 7. Яычитающий вход релейного регулятора 6 тока возбуждения возбудителя подсоединен к датчику тока возбуждения. возбудителя (шунту) 7, à его суммирующий вход — к выходу регулируемого усилителяограничителя 8. Усилитель-ограничитель 8 первым суммирующим входом подключен к выходу пропорционально-интегрального регулятора 9 напряжения с ограничением, а вторым — к выходу пропорционально-интегрального регулятора 10 тока с ограничением. Регулятор 9 напряжения с ограничением своим суммирующим входом подключен к источнику задающего сигнала по напряжению, а вычитающий — к выходным зажимам датчика 11 напряжения якорных обмоток генератора через выпрямитель

4. Регулятор 10 тока с ограничением своим суммирующим входом подключен к источнику задающего сигнала по току, а вычитающим — к выходу датчика 3 тока, который включен между выходными зажимами генератора 2 и входными зажимами выпрямителя 4.

Устройство работает следующим образом.

При подаче задающих сигналов по току 40 и по напряжению регулятор 10 тока и регулятор 9 напряжения переходят в режим на. сыщения. При этом параметры регуляторов

9 и 10 выбраны таким образом, что уровень. ограничения регулятора 9 напряжения ни- 45 . же, чем уровень ограничения регулятора .10 тока. Выходной сигнал регулятора 9 U> через регулируемый усилитель-ограничитель 8 поступает на вход контура регулирования тока возбуждения возбудителя, 50 являясь для него сигналом задания. Контур регулирования тока возбуждения возбудителя представляет собой систему стабилизации с релейным регулятором 6, который работает в автоколебательном режиме и. обеспечивает стабилизацию тока возбуждения возбудителя на уровне, определяемом выходным напряжением Ua усилителя-ограничителя 8. Благодаря применению регулятора 6 тока возбуждения возбудителя формируются такие динамические свойства возбудителя, что эквивалентная постоянная времени замкнутого контура регулирования тока возбуждения возбудителя уменьшается в десятки раз по сравнению с собственной постоянной.времени обмотки возбуждения возбудителя, в зависимости от величины. коэффициента

Uro форсировки Кф =, где Ого - напряже вв в ние холостого хода генератора 2; les — ток возбуждения возбудителя; Res — сопротивление цепи возбуждения возбудителя. Для существующих двухкаскадных генераторов коэффициент форсировки Raa таков, что эквивалентная постоянная времени контура регулирования тока возбуждения возбудителя составляет (0,05...0,1)Таа, где Tes — постоянная времени обмотки возбуждения возбудителя генератора 2.

Под действием тока возбуждения возбудителя при работающем двигателе 1 генератор 2 возбуждается до напряжения на выходе выпрямителя 4, соответствующего сигналу задания по напряжению UH.asä, Регулятор 9 напряжения выходит иэ ограничения. При этом напряжение на выходе выпрямителя 4 точно соответствует напряжению UH.seä, поскольку регулятор 9 содержит интегральную составляющую (пропорционально-интегральный регулятор).

Напряжение U> на выходе усилителяограничителя пропорционально требуемому значению тока возбуждения возбудителя.

При отсутствии тока нагрузки ток возбуждения возбудителя равен

0н.аад вво = где Kr — коэффициент передачи генератора

2 оттока возбуждения возбудителя до ЗДС;

Ка — коэффициент передачи выпрямителя 4, зависящий от выбранной схемы выпрямления; N — угловая скорость вращения вала генератора 2, которую можно принять равной постоянной. Для поддержания на выходе выпрямителя 4 на требуемом уровне UH.aeä при увеличении тока нагрузки ь потребуется увеличение тока возбуждения возбудителя генератора 2 до значения н.зад +1н Rg

Кг Кв ц где R — суммарное внутреннее сопротивление цепи генератор 2 — выпрямитель 4. Тре1721785

10

0н.зад + Il Rg "- — —

25

50 буемое увеличение тока возбуждения возбудителя будет обеспечиваться увеличением выходного напряжения регулятора 9 напряжения; а значит, и сигнала задания по току возбуждения возбудителя 0> с выхода усилителя-ограничителя. Формируется участок

А-В внешней характеристики электроэнергетической установки (фиг.З).

При токе нагрузки 11, соответствующем максимально допустимой мощности электроэнергетической установки Рмахв - 0н.зад. l, регулятор 9 напряжения насыщается и ток возбуждения возбудителя ограничивается на уровне

Дальнейшее увеличение тока нагрузки

1н > 11 пРи неизменном токе возбУжДениЯ возбудителя Iвв = 1вв1 = coAst приведет к снижению выходного напряжения по закону

0вых = 0н.эад R (1н 11), причем для системы двухкаскадный генератор — выпрямитель величина R > такова, что закон изменения выходного напряжения близок к гиперболе постоянной мощности.

Формируется участок Б — В внешней характеристики электроэнергетической установки (фиг.З).

До тех пор, пока ток нагрузки IH меньше величины тока 12, задаваемого сигналом задания по току, регулятор 10 тока находится в состоянии ограничения и на работу схемы влияния не оказывает. При этом усилитель-ограничитель 8 работает как повторитель сигнала 01. При 0н «12 регулятор 10 тока выходит из насыщения и его выходное напряжение Ь, поступающее на управляющий вход усилителя-ограничителя 8, резко уменьшается. При этом сигнал

0з задания по току возбуждения возбудителя определяется уже не выходным сигналом U< регулятора 9 напряжения, а выходным сигналом Uz регулятора 10 тока, т,е. происходит изменение структуры устройства. При этом осуществляется астатическое токоограничение, поскольку регулятор 10 тока содержит интегральную составляющую (так же, как и регулятор 9 напряжения, выполнен пропорциональноинтегральным). Высокое быстродействие системы токоограничения обеспечивается исключением в режиме токоограничения контура регулирования напряжения. Формируется участок В-Г внешней характеристики электроагрегатэ, соответствующий постоянству тока.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает быстродействующее астатическое токоограничение в злектроэнергетической установке с двухкаскадным вентильным генератором, что повышает надежность установки.

Формула изобретения

Устройство для автоматического управления автономной электроэнергетической установкой с двухкаскадным синхронным генератором, содержащее пропорционально-интегральные с ограничением регуляторы тока и напряжения, релейный регулятор тока возбуждения возбудителя, датчики тока и напряжения якорных обмоток генератора и датчик тока возбуждения возбудителя, причем выход датчика тока возбуждения возбудителя соединен с вычитающим входом релейного регулятора тока возбуждения, выходы датчиков тока и напряжения якорных обмоток генератора соединены соответственно с управляющими входами пропорционально-интегральных с ограничением регуляторов тока и напряжения, а выход релейного регулятора тока возбуждения возбудителя соединен с обмоткой возбуждения возбудителя, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности путем улучшения динамических показателей при астатическом токоограничении, дополнительно введен регулируемый усилитель-ограничитель с двумя суммирующими входами, первый из которых соединен с выходом, пропорционально-интегрального с ограничением регулятора напряжения, второй — с выходом пропорционально-интег-. рального регулятора тока с ограничением,.а выход усилителя-ограничителя подключен к суммирующему входу релейного. регулятора тока возбуждения возбудителя.

1721785

1721785

Составитель А. Лебедев

Техред М.Моргентал Корректор О, Кравцова

Редактор Н. Тупица

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

Заказ 962 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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