Электроэнергетическая установка

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1i 11 8И40 5

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.11.78 (21) 2688344/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.03.81. Бюллетень № 9 (45) Дата опубликования описания 07.03.81 (51) М. К..

Н 02J 3/46

Государственный комитет (53) УДК 621.313.2. .016.32 (088.8) по делам изобретений и открытий т"-е (72) Авторы изобретения

А. M. Гривко и В. T. Пилец и (54) ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к управлению электрическими генераторами при их параллельной работе на общую нагрузку и может быть использовано в системах регулирования электрических и магнитных величин, в которых переменной величиной является постоянный ток.

Известны электроэнергетические установки для питания потребителей постоянного тока, содержащие два или более источников питания, например генераторов, соединенных параллельно с нагрузкой.

Нагрузками таких источников могут быть потребители большой мощности, например 15 электродвигатели прокатных станов, потребители автономных систем электроснабжения самолетов и морских судов. Параллельное соединение генераторов в таких системах питания применяется для увеличения 20 общей мощности источников и увеличения надежности систем.

Основная сложность при построении систем параллельно работающих генераторов постоянного тока заключается в том, что 25 распределение тока между ними происходит неравномерно. В случае параллельного включения однотипных генераторов необходимо в системе управления напряжением генераторов обеспечить равномерную за- 30 грузку каждого из них, т. е. выравнять их токи.

Токораспределенпе между источниками питания в этом случае определяется вольтамперными характеристиками якорных цепей, а также параметрами соединительных и коммутационных элементов силовой цепи каждого генератора. При различных ЭДС и сопротивлениях электрических цепей генераторов их токи распределяются неравномерно, что уменьшает коэффициент использования агрегатов и может привести к электрической перегрузке и перегреву одного из них и тем самым к снижению надежности системы энергопитания.

Известны электроэнергетические установки с выравниванием токов между параллельно соединенными генераторами, содержащие силовые уравнительные обмотки, которые разделены на две части и подсоединены к якорям генераторов перекрестно и встречно таким образом, что часть обмотки одного генератора создает магнитный поток, направленный против основного магнитного потока, а часть обмотки этого же генератора, через которую протекает ток другого генератора, создает магнитный поток, совпадающий с основным потоком генератора (1).

811405

Такое соединение силовых обмо"îê»0зволяет выравнивать нагрузки, 10 опо требует специального выполнения генераторов.

Кроме того, по силовым уравнительным обмоткам протекает ток нагрузки, что увеличивает нагрев электри IecKIIx машин, cHIIжает пх коэффициент полезного действия.

При этом точность выравнивания нагрузок низка.

Известны электроэнергетические установки, в которых выравнивание э ieKTpllчсских нагрузок осуществляется специальными схемами (2).

В этом случае генераторы выполняют с двумя шунтовыми обмотками возбуждения, одна из которых называется уравнительной. Уравнительные Обмотки соединяют последовательно и подключают к усигштелю таким образом, !тос,ы для генератора, ток силовой цепи которого больше, магнитное поле vp3BI>IITLëüIIOII обмотки было направлено встречно магнитному полю Основной обмотки. Такое соединение обмоток вызывает уменьше! ие >ДС генератора и его тока. >1,>!5! Другого генератора действие будет обратным. Прп этом напряжение на выходе усилителя пропорционально разности якорных токов.

Точность выравнивания нагрузок прп таком управлении выше, однако для реализации указанных устройств требуются генераторы специального исполнения, что сужает область !la практического iipiiuel!CIIII>I.

Известны электроэнергетические установки (3J для питания нагрузки, у. которых с целью получения рàBHîмерного распределения токов нагрузки между источниками il0следовательно с ка)кдым пз иих coegIII(CII вентильный разделительный блок с согласующим трансформатором (так называемый «вольтодобаво и!Ы1!», Исп! «бустсриый. 5, вспомогательный источник питания) . Выравнивание токов в устройстве осуществляется за счет «вольтодобавкп» вспомогательных источников.

К недостаткам таких устройств слс.!уст отнести: возможность применения лишь>рп наличии вспомогательного источника переменного напряжения; наличие согласу!ощих трансформаторов; протекание во всех первичных обмотках трансформаторов тока, что вызывает существенные потери.

Известна также электроэнергетичесеая установка, содержащая генераторы постоянного тока, якори которых соединены с нагрузкой параллельно и оснащены п!у»товыми обмотками возбуждения, регу i5«<>p напряжения генераторов и регулятор выравнивания нагрузок электрических машин, на вход которого от датчиков подается сигнал, пропорциональный разности токов генераторов (41.

Регулирование тока возбуждения и напряжения каждого генератора в таких устройствах осуществляется возбудителями3 и

15 >

>.) . ()

3 > !

О

-!

3 > .;(1 об регуляторамп как В функции за;(аипя, так и В функции ура!3И!пс Il>11010 тока, т. е. разHocTlI якорных токов.

Обла. !ая хорошим качecTi30.;i в IpaBHIIB3нпя нагрузок, рассматриваемое устройство имеет большой вес li занимает большую пло!ца!ь, тае как для своей реализации

Т р С Й, e T I I 2;I I I 11151, I !3 C (р С 1 у:I 51 T 0 р 0 B - В 0 3 О > Д Итслсй, ITÎ снижает тех:1пко-экономические

1юказателп установки.

I13è00c!ee Олпзкпм !и> тс>п!пчсской c", ii!iloстп к настоя>цему пзобрстс Ию является электроэнергстпчесеая установка (5), содержащая генераторы постоянного тока, подключенные к шинам 113p331>!åëi HÎ наI рузке, регулятс>р напряжс, Вход которого через элсх:снт сравнения по,ц(»0>ICH к

ДВТ 1ИЕУ 113ilP515KCilll51, Р< > ;i51TOP 1311РВБНИВ2ш!я нагрузок генераторов, ко в. 0,!у котороIo подключен выход второго элсмс!па сравiочс1 i;iaT III K3 1 ТОКс! ГСilePÇTOPOB, KO>131> T3TOPI>l, ОДИН

l3Ы ВÎ;I, Е!15K. !ОГО ilЗ Е(> ГОРI>IХ ПО;1К.!K) IСН К первому Выводу соответствую,цсй обмотки возбуждения, !!pl!>leii к i прав 15IIOIHI!)I Вхо,! (! М ЕОМ. i> C" BTОРОВ ПО!!(I!0»el! Ь1 13Ь!.Х0.1,i>l РеГ 3 T 5! Т 0 Р 3 I3 1>l P 3 13111113 3 I I I I 5I .

У э!c>é устанoB>KII пс,!остаточно высокое качество стабилизации ll <:.ыстродействия.

Kpo),1e тогr>, устройс Il.ьч> дс>стат01110 сложш .

Цель изобретения — i;OBûøåH!!e быстродействия и упрощение устройства.

31à цс Il;10cTHã(!ута в электр<>энсргетп сской установке, co„eð«I(2ùe;"I 1спсраторы

I!ocT0HHHîã0 тока, подк IIO÷åí!Iûå к шинам

lI 2P3,1ЛЕ. Il>liO П 3 ГРУЗКС, РС! УЛ 5!ТОР ппя, вход которог0 через элемент cравпенпя Ilîäê.Hî !еп к даT и!ку Hапря)Kсппя, регулятор выравнивания нагрузок re»ep3Toров, ко входу которого Гк>;!К IIO«CII выход

l3T0ðîã0 элемента сразпенпя, Входы которого подключены к, атчпкам тока генератоРÎ!3, KОХI:>1УTЗТОРЫ, ОДИН ВЫВОД КВЖДОГО ИЗ

K0TOPI>1>: ПОДЕ.1:0 1 Ii !(I.CPBO)IÚ ВЬ! 130;!>> СООТ-!

3СТС I В>,!ОЩСII ООМОТКП ВОЗО> >!(ДСП!1и, ПРПчем е управляющим в: одам коммутаторов подкл!о !сны вь(хо;!1(регулятора Выравни-!

3анпя.

110!3ым 13 устрОЙстВС 5!Влястс5! ТО, !то BTÎрые выводы коммутаторов соединены между собой, причем второй вывод регулятора напряжения il вторые выводы оомоток возбуждения подк.почены соответственно к шш!ам генераторов.

При этом регулятор выравнивания нагрузок содержит триггер, широтно-импульсный модулятор и промежуточный усилитель, соединенные iþcc!C,TOB3тельно, причем вход промежуто lllhI0 усилителя присоединен ко второму элементу сравнения, а прямой и инверсный вы: оды триггера соответственно соединены со «ходамп коммутатора.

На чертеже приведена схема устройства согласно изобретсншо.

811405

Якорные цепи двух генераторов постоянного тока 1 присоединены к общей нагрузке

2, в силовую цепь каждого генератора включены датчики тока 3. Цепь возбуждения каждого генератора содержит шунтовую обмотку 4 и последовательно соединенный с ней коммутатор 5. В свою очередь, цепи возбуждения генераторов соединены между собой параллельно, а с общим для двух генераторов регулятором напряжения

6 — последовательно, и подключены к шинам генераторов. Цепь управления коммутаторами 5 содержит элемент сравнения 7, подсоединенный входом к датчикам тока 3, а выходом — к регулятору выравнивания якорных токов 8, который состоит из последовательно соединенных промежуточного усилителя 9, широтно-импульсного модулятора 10 и триггера 11, который прямым и инверсным выходами подключен к соответствующим входам коммутаторов 5.

Регулятор напряжения 6 соединен с выходом другого элемента сравнения 7, который входом подключается к датчику напряжения 12 и устройству задания (на чертеже не показан).

Устройство обеспечивает регулирование и стабилизацию напряжения на шинах генераторов и выравнивание нагрузок между электрическими машинами.

Регулирование и стабилизация напряжения на шинах осуществляется регулятором

6, например, непрерывного действия. Действие регулятора эквивалентно введению в цепь обмоток возбуждения активного сопротивления, что приводит к изменению тока, протекающего по обмоткам.

Пусть, например, нагрузки генераторов равны, т. е. регулятор выравнивания 8 не оказывает влияния на изменение токов возбу>кдения генераторов. В этом случае коммутаторы 5 будут поочередно подключать и отключать обмотки возбуждения к шинам генераторов с тактовой частотой, определяемой параметрами коммутаторов и регулятора выравнивания. При этом времена подключенного и отключенного состояний обмоток равны, т. е. обмотки подключаются к шинам поочередно (одна подключена, другая отключена) на одно и то же время, и токи в обмотках устанавливаются одинаковыми.

При изменении напряжения на шинах элемент сравнения 7 вырабатывает сигнал, который подается на вход регулятора напряжения 6. Регулятор может быть выполнен с регулированием как по отклонению, так и по производной. Действие регулятора направлено на одновременное повышение (понижение) возбуждения обоих генераторов на одинаковую величину и тем самым на стабилизацию напряжения на шинах.

Аналогично действует регулятор напряжения и при изменении задания на входе

65 элемента сравнения 7. В этом случае производится регулирование напряжения на шинах генераторов.

Согласование действия регулятора выравнивания 8 и регулятора напряжения 6 осуществляется выбором регуляторов. Основным параметром регуляторов является тактовая частота. Для регулятора напряжения этот параметр должен быть на порядок больше (в пределе тактовая частота должна быть равна бесконечности, т. е. регулятор должен быть непрерывного действия, как в нашем примере).

Регулятор напряжения 6 непрерывно стабилизирует напряжение на шинах генераторов за счет регулирования общего тока возбуждения, а регулятор выравнивания 8 (дискретного типа) поочередно с заданной тактовой частотой подключает с помощью коммутаторов обмотки возбуждения к шинам, причем при равенстве нагрузок обеспечивается равенство токов возбуждения ген ер а тор о в.

Если же произойдет изменение соотношения нагрузок между генераторами, то время включенного состояния обмотки менее нагруженного генератора увеличится, а более нагруженного — уменьшится.

Таким образом, в установке обеспечены инвариантность регулирования напряжения на шинах генераторов и выравнивание нагрузок.

При неравномерной загрузке генераторов широтно-импульсный модулятор 10 через триггер 11 изменит время (например, увеличит) подключенного состояния обмотки возбуждения 4 того генератора, у которого ток в якорной цепи меньше, и наоборот— на столько же уменьшит время включенного состояния обмотки генератора, нагрузка которого больше. При неизменной тактовой частоте широтно-импульсного модулятора

11 за счет изменения скважности импульсов тока, протекающего по обмоткам, произойдет изменение тока возбуждения, и в одной из них средняя величина тока возрастет, а в другой — уменьшится, что приведет к выравниванию нагрузок.

В случае, если токи в якорных цепях равны и сигналы с выхода элемента сравнения на вход усилителя 9 нет, широтноимпульсный модулятор 10 на выходе формирует прямоугольные импульсы с выбранной тактовой частотой, причем в этом случае скважность, т. е. отношение длительности импульса к периоду следования импульсов, равна 0,5.

Широтно-импульсный модулятор 10 подсоединен на вход триггера 11, на выходе которого формируются сигналы двух типов: на прямом выходе сигналы повторяют входные, а на инверсном — инвертируются. Так как выходы триггера 11 подсоединены к разным коммутаторам 5, то, например, при положительном импульсе один из коммута811405

НПО «Поиск» Заказ 365/12 Изд. Ма 202 Тираж 694 Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2 торов будет включен, а на другой в это время импульс не подается, т. е. он будет отключен. Этим самым обеспечивается синхронизация работы коммутаторов.

Наличие одного общего регулятора напряжения позволяет уменьшить габариты электроэнергетической установки, ее вес и стоимость, à его последовательное соединение с обмотками обеспечивает надежную работу установки в случаях, когда отсутствуют отдельные источники электрической энергии переменного или постоянного тока для питания обмоток возбуждения генераторов, что расширяет область в использовании установки.

Установка согласно изобретению может быть широко использована на предприятиях металлургической, машиностроительной и горной промышленности, а также в автономных системах электропитания морских судов и летательных аппаратов (самолеты, вертолеты, ракеты и др.) .

Формула изобретения

1. Электроэнергетическая установка, содержащая генераторы постоянного тока, подключенные к шинам параллельно нагрузке, регулятор напряжения, вход которого через элемент сравнения подключен к датчику напряжения, регулятор выравнивания нагрузок генераторов, ко входу которого подключен выход второго элемента сравнения, входы которого подключены к датчикам тока генераторов, коммутаторы, один вывод каждого из которых подключен к первому выводу соответствующей обмотки возбуждения, причем к управляющим входам коммутаторов подключены выходы регулятора выравнивания, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, вторые выводы коммутаторов соединены между собой и подключены к одному из выводов регулятора напряжения, вторые выводы обмоток возбуждения соединены между собой, причем второй вывод регулятора напряжения и вторые выводы обмоток возбуждения подключены соответственно к шинам генераторов.

2. Установка по п, 1, отличающаяся тем, что регулятор выравнивания нагрузок содержит триггер, широтно-импульсный»одулятор и промежуточный усилитель, соединенные последовательно, причем вход промежуточного усилителя присоединен ко второму элементу сравнения, а прямой и

20 инверсный выходы триггера соответственно соединены со входами коммутаторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дружинин Н. Н. Электрооборудование прокатных станов, М., Металлургия, 1956, с. 222.

2. Слежановский О. В. Электропривод

30 реверсивных станов горячей прокатки, М., Металлургия, 1961, с. 284, 285.

3. Лвторское свидетельство СССР

М 444167, кл. G 05F 1/46, 1972.

4. Саппро Д. Н. Электрооборудование

;15 самолетов, М., Машиностроение, 1977, с. 109.

5. Лвторское свидетельство СССР

М 536566, кл. Н 02J 3/46, 1972 (прототпп).