Астатический регулятор электрических параметров с переменной структурой

 

Изобретение относится к судовому электрооборудованию и, в частности, к судовым электроэнергетическим системам подчиненного управления. Регулятор содержит датчики тока и напряжения, электронный или решающий усилитель, охваченный обратной связью с корректирующими звеньями интегрально-пропорционального типа и дифференциально-пропорционального типа, а также два компаратора. Каждый компаратор сравнивает измеряемую электрическую величину с ее эталонным значением и осуществляет переключения в цепи обратной связи усилителя. При переключениях в схеме обеспечивается перевод регулятора из режима подчиненного управления по нагрузке с корректирующим звеном интегрально-пропорционального типа в аналогичный режим с корректирующим звеном интегрально-пропорционально-дифференциального типа. Таким образом, устройство характеризуется переменной структурой и обладает расширенными функциональными возможностями. 1 ил.

Изобретение относится к судовому электрооборудованию, в частности к судовым электроэнергетическим системам, и может использоваться в других областях.

Известно устройство для параллельной работы валогенераторов, выбранное в качестве прототипа, включающее регуляторы напряжения и задатчики сигнала - задающего и обратной связи по напряжению. В нем для повышения устойчивости параллельной работы валогенераторов за счет обеспечения настройки одинакового времени регулирования в системе управления валогенераторов и одновременной подаче сигнала обратной связи по напряжению на входы регуляторов напряжения обоих валогенераторов в обратную связь регуляторов напряжения введено корректирующее звено интегрально-пропорционального типа (авт. св. СССР N 1657451 заявл. 07.03.89, N 465929/27-11/034077).

Недостатком известной схемы является то, что в этом устройстве для регулирования напряжения используются регуляторы напряжения интегрально-пропорционального типа (ИП - регуляторы), а для регулирования тока главной цепи необходимо использовать другие регуляторы - интегрально-пропорционально-дифференциального типа (ИПД - регуляторы) [1, 2, 3].

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей действующих регуляторов напряжения и тока, путем применения астатических регуляторов электрических параметров с переменной структурой.

Принципиальная схема регулятора показана на чертеже.

Поставленная цель достигается тем, что в действующий астатический регулятор вводятся компараторы напряжения 1 и 2 [4], входы которых соединены с выходами датчиков напряжения 4 и тока 3, выходы соединены с входом электронного или решающего усилителя 5, охваченного цепью обратной связи, в которую включены корректирующие звенья интегрально-пропорционального 6 и пропорционально-дифференциального 7 типа с использованием резисторов 8 и конденсаторов 9. Структура регулятора может изменяться путем переключений в схеме таким образом, что с течением времени регулятор может быть либо интегрально-пропорциональным, либо интегрально-пропорционально-дифференциальным. Переключения схемы производятся в зависимости от характера переходного процесса напряжения или тока.

Этим достигается универсальность астатических регуляторов, заключающаяся в том, что один и тот же регулятор может быть использован и при регулировании переходного процесса напряжения (одна постоянная времени электрического генератора в ИП-регуляторе) и при регулировании переходного процесса тока (две постоянных времени - генератора и двигателя в ИПД-регуляторе). Этот же регулятор является пропорциональным в установившихся режимах напряжения и тока. Электрическая схема универсального астатического регулятора электрических параметров с переменной структурой показана на чертеже.

Астатический регулятор электрических параметров с переменной структурой работает следующим образом.

В результате внешних воздействий на гребной винт и, соответственно, на гребной вал судна напряжение валогенератора отклоняется от заданной номинальной величины. При этом сигнал, пропорциональный действительной величине напряжения, по цепи 10 поступает на первый вход датчика напряжения 4, на второй вход которого по цепи 11 поступает задающий сигнал. С выхода датчика напряжения сигнал рассогласования поступает на вход компаратора 2, выход которого соединен с входом усилителя 5, имеющегося в схеме регулятора напряжения валогенератора. Далее начинает действовать астатический регулятор напряжения, реализующий принцип подчиненного управления по нагрузке за счет наличия в схеме корректирующего звена 6 интегрально-пропорционального типа с резисторами 8 и конденсаторами 9. Сигнал, поступающий с выхода регулятора, приводит к восстановлению номинальной величины напряжения валогенератора, которая подается на шины главного распределительного щита 12.

В результате включения мощных судовых потребителей электроэнергии происходят броски тока главной цепи большой амплитуды. При этом сигнал, пропорциональный действительной величине тока по цепи 13, поступает на первый вход датчика тока 3, на второй вход которого по цепи 14 поступает задающий сигнал. С выхода датчика тока сигнал рассогласования поступает на вход компаратора 1, выход которого соединен с входом усилителя 5, имеющегося в схеме регулятора напряжения валогенератора. Далее начинает действовать астатический регулятор тока, реализующий принцип подчиненного управления по нагрузке за счет наличия в схеме корректирующих звеньев 6 и 7, образующих корректирующее звено интегрально-пропорционально-дифференциального типа с резисторами 8 и конденсаторами 9. Сигнал, поступающий с выхода регулятора, приводит к восстановлению номинальной величины тока главной цепи, которая подается на шины главного распределительного щита 12.

Переключения в схеме регулятора в зависимости от изменений параметров переходного процесса (величина перерегулирования, колебательность, степень затухания) осуществляются с помощью компараторов, действующих на основании сравнения измеряемой электрической величины с ее эталонным значением. Целесообразно в нелинейных системах регулирования использовать компараторы, выполненные на микроэлектронных схемах. При этом элемент сравнения компаратора подключается к сигналу действительной величины регулируемого параметра (напряжения, тока) и реагирует на его максимальное значение (положительное или отрицательное). В качестве усилителя используется электронный усилитель действующего регулятора напряжения или тока СЭЭУ.

Упомянутые астатические регуляторы напряжения и тока были исследованы в натурных условиях эксплуатации на судах в районе промысла и показали хорошие результаты по оптимизации эксплуатационных режимов - обеспечение требуемых параметров качества переходного процесса в условиях нестабильности частоты вращения гребного вала, устранение автоколебательных режимов тока и напряжения нелинейных систем стабилизации СЭЭУ, обеспечение использования оптимальных по расходу топлива режимов работы ВГУ при снижении частоты вращения вала и одновременного увеличения угла разворота лопастей винта регулируемого шага.

Проведено в большом объеме математическое моделирование и разработаны математические модели автономно и параллельно работающих валогенераторов, а также гребных электродвигателей с подчиненным управлением, определены области их устойчивой работы при изменении параметров генераторов и нагрузки, а также при изменении параметров корректирующих звеньев ИП-регуляторов напряжения и ИПД-регуляторов тока [2].

Предлагаемый универсальный астатический регулятор с переменной структурой может применяться как в автоматических системах стабилизации электрических параметров, так и в автоматических следящих системах, выполненных как на переменном, так и на постоянном токе для улучшения качества управления в переходных и стационарных режимах функционирования СЭЭУ.

Источники информации 1. Баранов А.П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы. - М.: Транспорт, 1988. - 328 с.

2. Богомолов В.С. Судовые электроэнергетические установки подчиненного управления. Калининград: Кн. изд-во, 1996. - 240 с.

3. Богомолов В. С. Оптимизация параметров и структур судовых электроэнергетических установок. Калининград: изд-во КГТУ, 1997. - 146 с.

4. Щербаков В.И., Грездов Г.И. Электронные схемы на операционных усилителях: Справочник. - Киев: Техника, 1983. - 213 с.

Формула изобретения

Астатический регулятор электрических параметров, содержащий два датчика, входы каждого из которых соединены с цепями действительного и задающего сигналов, электронный или решающий усилитель, охваченный обратной связью с корректирующим звеном интегрально-пропорционального типа, выполненным с возможностью регулировки, отличающийся тем, что в него введены два компаратора и корректирующее звено пропорционально-дифференциального типа, при этом вход каждого компаратора соединен с выходом соответствующего датчика с возможностью сравнения измеряемой электрической величины с ее эталонным значением, а выход - со входом упомянутого усилителя, при этом корректирующее звено пропорционально-дифференциального типа включено в цепь обратной связи усилителя с обеспечением перевода регулятора при переключениях в схеме из режима подчиненного управления по нагрузке с корректирующим звеном интегрально-пропорционального типа в аналогичный режим c корректирующим звеном интегрально-пропорционально-дифференциального типа.

РИСУНКИ

Рисунок 1