Электроэнергетическая установка

 

нзная о п - м -й -й-к

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советским

Социалистическим публ

< >687531

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ает. сеид-ву (22) Заввлеио1307,77 (21) 2507519/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)М. Кл.2

Н 02 7 3/46

Госуяарстмннмй ноинтет

СССР о яелаи нзобретеннй н открытнй (53) УДК 621. 313. .36.072.85 (088.8) Опубликовано 2509.79 Бюллетень Йо 35

Дата опубликования описания 2609.79 (72) Авторы изобретения

С.Г. Муравский, В,Р. Симонян, A,А. Шавидзе и М.А. Вайсман (71) Заявитель (5 4) ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для равномерного распределения нагрузки между несколькими параллельно работающими генераторами постоянного тока.

Известна злектроэнергетическая установка, содержащая ген ерат оры, включенные параллельно через вентили защиты от обрати ого тока, регул яторы напряжения генераторов, один вход каждого из которых включен на напряжение генератора и знакочувствительные органы, предназначенные для равномерного распределения нагрузки между генераторами (1), Однако указанное устройство практически не мажет обеспечить устойчивости параллельной работы генераторов и достаточной точности распределения нагрузок.

Цель изобретения — повышение точности и устойчивости равномерного распределения нагрузки между параллельно работающими генераторами.

Для этого предлагаемая электроэнергетическая установка, содержащая генераторы постоянного тока, включенные параллельно через вентили защиты от обратного тока, причем одни якорные зажимы генераторов соединены мюкду собой, и регуляторы напряжения каждого генератора, один вход каждого из которых включен на напряжение соответствующего генератора, снабжена резисторами, включенными последовательно в якорную цепь каждого генератора, двумя блоками сравнения напряжений на каждую пару генераторов, при этом следующая пара генераторов содержит генератор предыдущей пары причем первый вход первого блока сравнения включен на зажим якорной обмотки первого генератора пары генераторов, второй вход — на зажим якорнсй обмотки второго генератора, первый вход второго блока сравнения включен на зажим якорной второго генератора, второй вход — на зажим якорной обмотки первого генератора, а выходы первого и второго блоков сравнения включены на вторые входы регуляторов напряжения соответственно первого и второго генераторов °

При этом каждый блок сравнения напряжений может содержать транзистор, к базовому выводу которого подсоединен ограничительный резистор а к коллекторному выводу - анод дио30 да, причем первым входом блока явля687531 ется свободный конец базового резистора, вторым - эммитер транзистора, а выходом - катод диода.

Кроме того, каждый из регуляторов напряжения генераторов может содержать триггер Шмидта, нход которого подключен к резисторному делителю, и резистивно-диодную цепочку, причем анод диода соединен к той точке входного резисторного делителя триггера, потенциал которой ближе к потенциалу мннусоного зажима,а катод диода подсоединен к одному иэ концов резистора и одновременно является вторым входом регулятора, а второй конец резистора подсоединен к тому же минусовому зажиму триггера, На фиг, 1 показана функциональная схема предлагаемой установки; на фиг 2 - принципиальная схема бесконтактного регулятора напряжения генератора на фиг. 3 - принципиальная схема блока сравнения, Устройство содержит три генератора 1, 2, 3 с якорями 4, 5, б и соответствующими обмотками возбуждения

7, 8, 9. Иинусоные зажимы всех якорей генераторов объединены и подключены к нижнему из зажимов нагрузки

10, а каждый из плюсовых зажимов всех якорей 4, 5, б соответственно через цепочки, содержащие, резисторы

ll l2, 13 и диоды 14, 15, 16 (якорь

4 имеет цепочку - резистор ll и диод 14> якорь 5 - резистор 12 и диод 15> якорь 6 - резистор 13 и диод

16) подключен к плюсу нагрузки 10, Цараллельно каждому якорю 4, 5, 6 подключен вход контроля напряжения бесконтактного регулятора 17, 18, 19 напряжения соответственно, Выходы регуляторов 17, 18, 19 подключены к соответствующим обмоткам возбуждения.

7, 8, 9 генераторов 1, 2, 3.

Между плюсами якорей каждой пары соседних генераторов включены по два блока сравнения: между плюсами якорей 4 и 5 - входы блоков 20 и 21, а межДу плюсами якорей 5 и 6 - входы блоков 22 и 23. Выход измерительного блока 20 подключен ко второму входу блока регулятора напряжения 17, выходы блоков 21 и 22 - ко второму входу регулятора напряжения 18, а вы ход измерительного блока, 23 — ко второму входу регулятора напряжения

19 °

В показанной на фиг. 1 последовательности может быть подключено на парадлельную работу любое количестно генераторов совместно с соответствуюМими регуляторами напряжения и измерительныьы блоками, На фиг, 2 показана одна иэ возмсяк ных схем регулятора напряжений генератора, Регулятор содержит входную измерительную цепь контроля напряжения якоря, состоящую из резисторов

24, 25, 26 и стабилитрона 27, катод которого соединен с входом триггера

Шмидта, содержащего транзисторы 28, 29, резисторы 30-33, диод 34 и це5 почку обратной связи, содержащую резистор 35 и конденсатор 36 .

Выход триггера подключен к обмотке возбуждения (ОВ) генератора, напряжение которого должно регулиро(О наться регулятором, Параллельно обмотке возбуждения подключен обратный диод 37 для предотвращения перенапряжения на концах обмотки возбуждения в моменты выключения транзистора

15 29 °

Таким образом, первым входом регулятора являются зажимы + и подключаемые непосредственно к якорным зажимам генератора, Это же

2О напряжение использовано для питания самого триггера. Вторым входным зажимом регулятора, куда подключается выход блока (или блоков) сравнения

20,21 и т .д.,является общая точка ка25 тода диода 38 и нижнего конца резистора 39,верхний конец которого подсоединен к общему минусу .

Анод диода 38 подсоединен к общей точке резисторов 25 и 26, Блоки сравнения 20-23 представляет собой усилители, собранные на одном транзисторе 40. Резистор 41 предназначен для ограничения базового тока, Коллекторной нагрузкой усилителя служит резистор 39. Входными зажимами блока сравнения являются: эмиттер транзистора 40 и левый зажим резистора

41. (На фиг. 1 и 3 входной зажим блока сравнения, являю1щийся змиттером транзистора, обозначен буквой Э) .

Выходными эажимамн блока сравнения (см. фиг. 3) являются катод диода 42 анод которого подключен к коллектору транзистора 40. Диод 42 необходим для того, чтобы исключить взаим45 ное влияние двух блокон сравнения, вторые выходные зажимы которых (катоды диодов 42) подключены к одному и тому же второму входу регулятора напряжения .(например, ко нторому

50 входу блока регулятора напряжения 18 подключены выходные зажимы блоков сравнения 21 и 22) .

Как только якорь генератора начинает вращаться, иэ-эа остаточного

55 магнетизма в статоре на зажимах якоря возникает небольшая ЭДС (порядка

10% от номинального напряжения) .Это напряжение будет прилскено к зажимам + и - регулятора. По () скольку эта ЗДС меньше величины установки, транзистор 28 заперт, следовательно, транзистор 29 открыт, и поэтому в омботку возбуждения потечет ток по следующей цепи: плюс, якоря, резистор 31, диод 34, эьватер687531 коллекторный ITpреход открытого транзистора 29, обмотка возбуждения и минус якоря, Этот ток создает магнитное поле н статоре, что приводит к еще большему увеличению ЭДС якоря. Как только ЭДС на якоре и, следовательно,на зажимах + и регулятора становится чуть выше напряженйя уставки регулятора, то по цепи: резистор 31, эммитер-базовый переход транзистора 28, стабилитрон 27, резисторы 25, 26 и 39 (через диод 38) проходит ток пробоя стабилитрона 27, транзистор 28 приоткроется, а транзистор 29 начинает запираться, и благодаря наличию полсвкительной обратной связи между транзисторами 28 и 29 в ниде резистора 31, происходит лавинообразный процесс открывания транзистора 28 и закрывания транзистора 29. Вследствие этого в цепь возбуждения вводится резистор 33, в результате чего ток возбуждения начинает уменьщаться.

Это, в свою очередь, приводит к уменьшению ЭДС якоря и, следовательно, к уменьшению базового тока транзистора 28.

Как только ЭДС генератора становится чуть меньше нижнего порога уставки (коэффициент возврата регулятора ранен приблизительно 0,99), триггер Шмидта опрокидывается, т,е. транзистор 28 запирается, а транзис тор 29 - открывается ° Это приводит к увеличению тока нозбуждения и, следовательно, к увеличению ЭДС якоря.

Далее весь процесс регулирования повторяется снова, Таким образом регулятор поддерживает постоянство напряжения генератора при значительных изменениях оборотов якоря и тока нагрузки.

В целом устройство работает следующим образом.

Предполагают вначале,что напряжения на всех якорях генераторов одинаковы, т. е.

0 =(.) од ов ос.

Тогда токи в резисторах 11, 12 и 13 тоже будут одинаковы; Действительно, од о А («) («) (14) оВ ((2) (12) () ) ос (13) )З (46) где Т(„), 1(12)l 1(1з) - токи соответственно в резисторах 11, 12 13 или токи соответстненно в якорях

1, 2 и Зр

Пусть по какой-либо причине ток в цепи якоря 4 стал меньше, чем токи в якорях 5 и 6, причем полагают, что эти токи одинаковы. Раэ ток I(+>

45 меньше тока I(+), то и напряжение

UoA меньше напряжения Uoö. Тогда под действием разности найряжений

UgA= UoQ-UoA t приложенный к эммитербаэовой цепи транзистора в блоке сравнения 20, транзистор отпирается через его ксллекторную нагрузку (резистор 39) протекает ток, создавая .на нем падение напряжения, равное .

1(о) R

"щ р) к (зр) >, где U - напряжение на резисторе 39

I - ток коллектора тран(2О) к зистора 40 блока сравнения 20;

R(g ) - сопротивление резистора 39.

Если напряжение U)(() больше напряжения на резисторе 26 хотя бы на

I - 1,5 В, то диод 38 запирается и45 резистор 39 как бы отсоединяется от!

О (5

В(„), R()2)p R(g3) - величины резисторов 11, 12 и

13; ьU«<),дП(„„AU(«) - прямые падения напряжений соответственно в диодах 14, 15 и 16.

Поскольку U д = цов= Uoo а

nU(q) = AU(>) = AU« > (падения напряжения на диодах почти одинаковы независимо от протекающего тоха), получается что 1(g() R (qg) 1(.р) R (y2) =

= ?«,) R()g) ° Поскольку величины сопротивлений резисторов ll, 12 и 13 равны между собой, равны и токи, протекающие через них, т.е, I(q() 1(2)

1«ю °

Эти токи — токи соответствующих генераторов, а поскольку они равны между собой и равны также напряжения генераторов, то и мощности всех генераторов равны, т.е. они нагружены одинаково. K блокам сравнения 20 и 21 приложена разность напряжений

UoA- Uo8 а к блокам сравнения 22 и

23 - разность напряжений Uoi- Uoq

Поскольку эти разности равны нулю, то и базовые токи в блоках сравнения

20-23 равны нулю, вследствие чего транзисторы в этих блоках заперты и потому коллекторные токи в ни1(отсутствуют, Следовательно, диод 38 (см. фиг. 2) открыт падением напряжения на резисторе 26. Таким образом резистор 39 через диод 38 оказывается подключенным параллельно резистору 26. В этом случае во входной цепи регулятора делитель напряжения состоит из резисторов 24, 25 и параллельно включенных резисторов 26, 39. При этом регулятор обеспечивает номинальное напряжение на генерато ре, 687531

Формула изобретения

1. Электроэнергетическая установка, содержащая генераторы постоянного тока, включенные параллельно через вентили защиты от обратного тока, причем одни якорные зажимы генераторов соединены между собой, и регуляторы напряжения каждого генератора, один вход каждого из которых включен на напряжение соответствующего генератора, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и устойчивости равномер,ного распределения нагрузки между параллельно работающими генераторами, установка снабжена резисторами,включенными последовательно в якорную цепь. каждого генератора, двумя блоками сравнения напряжений на каждую пару генераторов, при этом следующая пара генераторов содержит генератор предыдущей пары, причем первый вход первого блока сравнения включен на зажим якорной обмотки первого генератора пары генераторов, второй вход - на зажим якорной обмотки второго генератора, первый вход второго блока сравнения включен на зажим якорной обмотки второго генератора, второй вход - на зажим якорной обмотки первого генератора, а выходы первого и второго блоков сравнения включены на вторые входы регуляторов соответственно первого и второго генераторов. резистора 26 что соответствует увеличенню уставки напряжения регулятора °

Вследствие этого напряжение якоря 4 генератора 1 поднимается, что приводит к увеличению тока его нагрузки, т.е. происходит выравнивание 5 нагрузок генераторов (при этом оба тока I и I(q уменьшаются, поскольку в данный момент общий ток нагрузки постоянен) .

В процессе выравнивания ток 34,не становится больше токов I(в и (6) > поскольку, как только напряжение ()вд станет равным напряжению U в (a также Uzq ), транзистор 40 в блоке сравнения 20 запирается, прекращается. коллекторный ТоК через Резистор

39 и последний снова оказывается соединенным параллельно резистору

26, вследствие чего уставка регулятора уменьшается и это приводит к уменьшению напряжения якоря 4. Ток

I(4) становится чуть меньше токов

I(» и I «> и тогдавесь процесс регулирования повторяется.

Пусть теперь ток I (z генеРатоРа

2 меньше токов I (4> и I q+ которые равны между собой. Тогда U ù < U и U < Оос, и под действием разности йапРЯжений Удв= Под 1)ов тРанэистор s блоке сравнения 21 открывается и появляется коллекторный ток

Аналогично под действием разности напряжений Ucâ " "() ос — Оов транзистор в блоке 22 открывается и появляется каллекторный ток

Оба тока Х(" и I(" складываются и текут через резистор 39 регулятора напряжения 18 генератора 2 °

Как и в предыдущем случае, на резисторе 39 появляется падение напря(г 1 (гг) .4О жеиия Равное U (pcs) (1 g + Т g 1М (q). которое отсоединяет этот резистор от резистора 26 регулятора. Уставка регулятора меняется в большую сторону, и в результате напряжение и ток генератора 2 повышаются, токи генераторов 1 и 3 уменьшаются и происходит выравнивание наг1 зок генераторов. Поскольку в данном случае функционируют блоки сравнения 21 и 22, 5О блоки сравнения 20 и 23 заперты и не функционируют, ввиду того, что по. отнсмению к их транзисторам разности напряжений Бдв и UA являются запирающими (плюсовые потенциалы этих щ разностей приложены к базам соответствующих транзисторов) .

Может оказаться, что все три нагрузочных тока генераторов отличаются друг от друга. Пусть I(4) Ъ Т(,И(„1, Тогда под действием разности напряжений UAg = ()од - 1)ов действует блок сравнении 21, в результате регулятор 18 подтягивает напряжение генератора 2 к напряжению генератора 1, а под действием разности напряжений Uв = Бов - U(x; действует блок сравнения 23, в результате регулятор 19 подтягивает напряжение генератора 3 к напряжению генератора 2. Таким образом, величины напряжений генераторов с меньшими нагруэочнымн токами стремятся к напряжению генератора, у которого ток нагрузки наибольший.

Как видно из фиг. 1, блоки сравнения включены между каждыми иэ двух рядов расположенных генераторов, образуя как бы цепную схеI I му . Поэтому предлагаемое устройство особенно удобно применять в электроподвижном составе (на электропоездах и электровозах) .

Неравномерность распределения нагрузки не хуже 3%, Использование предлагаемого устройства в электроподвнжном составе позволит повысить надежность питания нагрузок цепей управления и избежать перегрузок генераторов тех

"екций подвижного состава, на которых нагрузка больше, и тем сажам увеличить срок их службы °

687531

1О

2. Установка по п. 1, о т л и ч аю ma я с я тем, что каждый блок сравнения напряжений содержит транзистор, к базовому выводу которого подсоединен ограничительный резистор, а к коллекторному выводу анод диода, причем первым входом блока является свободный конец базового резистора, вторым входом— эммитер транзистора, а выходом — катод диода.

3. Установка по пп 1 и 2, о т л и ч а ю ш а я с я тем, что каждый иэ регуляторов напряжени я генераторов содержит триггер Шмитта,вход которого подключен к резисторному делителю,и реэистивно-диодную цепочку,причем анод диода соединен к той точке входного резисторного делителя триггера, потенциал которой ближе к по5 тенциалу минусового зажима, а катод диода подсоединен к одному из концов резистора и одновременно является вторым входом регулятора, а второй конец резистора подсоединен к

10 тому же минусовому заживу триггера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 394891, кл. Н 02 Т 3/46, 1969 ° б87531

Г

t

I

)1I

ЦНИИПИ Заказ 5739/49 Гираж 857 Подписное

Филиал ППП Патент,;. г. Ужгород, ул. Проектная, 4