Система генерирования и распределения электрической энергии

О РЕТЕНИЯ АНИЕ АТЕНТ 4, 15,лель 11 йшнеймсимот АСПРЕИЯЕ аст с сти к управ.1 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) СИСТЕМА ГЕНЕРИРОВАДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ Э(57) Изобретение относиэлектротехники, в части ляемым системам для генерированияи распределения электрической энергии. Цель изобретения - повышениенадежности. В качестве блоков 116 управления для каждого парално работающего генератора 1, 2,использованы микропроцессорные блоки. Система содержит также микропроцессорный блок 23 управления питанием шины 8 для определения условийработы системы распределения энергии. Блок 23 взаимодействует с блоками 14, 5, 16, осуществляя корреляцию работы этих блоков. Надежностьповышена в результате исключениямножественных средств связи междублоками управления. 8 ил.1351524 оставител ехред А.К ректор Н,Король етраш кто ираж 618ВНИИПИ Государственпо делам изобрете035, Москва, Ж,Заказ 5302 Подписноого комитета СССРий и открытийаушская наб., д,4 13 жгор оизводственно-пол Риг.в К.фотина авчук фическое предприятие л.Проектная,1524 10 15 20 ления. 35 40 45 50 1 135Изобретение относится к управлению для системы генерирования и распределения электрической энергии.Цель изобретения - повышение надежности,На фиг. изображена схема системы; на фиг.2 - блок-схема генератора с приводом от двигателя, применяемого в данной системе; на фиг.3 блок-схема части блока управления генератором; на фиг.4 - схема, показывающая измерительные преобразователи тока в системе, соединенные с блоком управления .генератором и блоком регулирования мощности в шине; на фиг.5 - блок-схема, аналогичная фиг.З, с дополнительными деталями; на фиг. 6 - блок-схема системы, аналогичная фиг,1,показывающая дополнительные детали блока регулирования мощности в шине. и его внутреннее соединение с системой распределения; на фиг,7 - блок-схема регулятора напряжения генератора; на фиг.8 - блок-схема, иллюстрирующая функции микропроцессора, связанные с регулятором напряжения.Система генерирования и распределения электрической энергии описывается применительно к двухдвигательному атмосферному летательному аппарату с вспомогательной силовой установкой. Характерные особенности управления могут использоваться в других системах генерирования и распределения электрической энергии для атмосферных летательных аппаратов. В системе (фиг.1) одна линия может обозначать многократные соединения между элементами, Система содержит генераторы 1 и 2, которые имеют выводы, обращенные к общему обратному проводу или корпусу (чземле") и соединенные через автоматические выключатели 4 и 5 с нагрузками 6 и 7 соответственно. Электро- распределительная шина 8 может селективно соединяться с нагрузками .6 и 7 через выключатели 9 и 10 связи с шиной.Вспомогатепьный генератор 11 также имеет вывод, обращенный к корпусу 3 и соединенный через выключатель 12 вспомогательной мощности с электрораспределительной шиной 8. Внешний источник энергии (не показан) может соединяться с электросистемой, когда атмосферный летательный аппарат находится на земле, черезконтактор 13. Электросистема атмосферного летательного аппарата представляет собой трехфазную систему, работающую при частоте 400 Гц с четырехпроводной системой распределения,Соответственно этому однолинейные соединения и одноконтактные контакторы представляют собой четыре провода и трехполюсные реле, причем нейтраль остается непрерываемой. Каждый из генераторов имеет блок 14-16 управления. Блоки управления генераторами контролируют рабочие состояния связанных с ними генераторов и управляют работой источников 17-19 токов возбуждения и реле 20-22 управления генераторами соответственно. Источник тока возбуждения и реле управления генератором могут составлять часть блока управРазмерные стрелки на каждом конце линий, взаимосоединяющих блок управления генератором со связанными источником тока возбуждения и реле управления генератором, показывают, что информация для состояния и управления передается в обоихнаправлениях. Линии с одной размерной стрелкой между схемой генератора и выключателями связи с шиной и блоком управления генератором показывают, что состояние выключателя или информация состояния представляет входной сигнал к блоку управления генератором.Блок 23 регулирования мощности в шине соединяется для передачи информации о состоянии, системы, взаимно соединяется с каждым блоком управления генератором и управляетработой выключателей .связи с шиной,чтобы поддерживать оптимальное распределение энергии от источников,доступных нагрузкам 6 и 7. Каждыйблок управления использует микропроцессор, чтобы обеспечивать сбор иорганизацию информации, относящейся к работе. генератора и состояниюсхемы, и для выделения и распределения соответствующих сигналов управления.Согласно другой схеме электро- системы атмосферного летательного аппарата (фиг2) двигатель 24 при 3 1водит во вращение привод 25 постоянных оборотов, который обеспечивает подводимый крутящий момент к генератору 26, включающему генератор27 с постоянными магнитами, генератор 28 возбуждения и трехфазныйсиловой генератор 29. Привод можетобъединяться с генератором в одномкорпусе. Таким образом, роторы каждого генератора (с постоянными магнитами, возбуждения и трехфазногосилового) монтируются на общий валпроводимый во вращение приводом25 постоянных оборотов. Генераторс постоянными магнитами имеет вывод,который снабжает энергией блокиуправления и возбудитель 28. Последний имеет фиксированные электромагниты и вращающийся якорь, причемвыходной ток якоря выпрямляется иподается к вращающимся электромагнитам силового генератора 29, который, в свою очередь, имеет отдаваемую мощность, снимаемую от фиксированных обмоток. Ток возбуждениядля возбудителя 28 обеспечивается отгенератора с постоянными магнитамичерез контакты реле 20-22 управления генератором и регулятор напряжения. Выход генератора соединяется с цепью нагрузки через три контакта автоматического выключателя4 (5, 12) генератора,На Фиг.З иллюстрируются вводысистемы распределения и главногогенератора к блоку управления генератором. Выходное напряжение генератора для каждой из трех Фаз снимается в точке регулирования, которая может быть клеммой автоматического выключателя 4 (5, 12) генератора. Фазные напряжения через схемы 30 ограничения пиков подаются кмультиплексору 31.1 аналоговых сигналов и преобразователю 312 из аналоговой Формы в цифровую. Эти фазныенапряжения вместе с другими входными сигналами последовательно выбираются мультиплексором, преобразуются в цифровую информацию и подаются к микропроцессору 32 через информационную шину и окна ввода-выводаФазные токи воспринимаются трансформаторами тока (не показаны нафиг,З) и через схемы 33 ограниченияпиков, подаются к мультиплексору31.1 и преобразователю 31.2 из ана 4351524логовой формы в цифровую. Линейныетоки схемы распределения также воспринимаются трансформаторами тока 5и вместе с сигналами генератора тока подаются к дифференциальномукомпаратору 34 токов, который обеспечивает соответствующий входнойсигнал к микропроцессору в случаепоявления, разбаланса избыточноготока.Выходной сигнал генератора с постоянными магнитами воспринимаетсядетекторами 35 и 36 недостаточнойи избыточной частот, которые, еслиючастота находится вне выбранных пре"делов, обеспечивают сигналы к микропроцессору. Альтернативно выходной сигнал генератора с постояннымимагнитами может преобразовыватьсяв сигнал в цифровой форме и подаваться непосредственно к микропроцессорам. Блок электромагнитногоизмерительного преобразователя,связанный с приводом 25 постоянныхоборотов, обеспечивает сигнал кдетекторной схеме 37 недостаточногочисла оборотов, которая также обеспечивает ввод информации к микро пРоцессору. Другие сигналы состояния генератора обеспечиваются оттумблера включения генератора, органа управления в кабине летательного аппарата, обеспечивающего возможность функционирования реле управления генератором, когда запускается двигатель, и от вспомогательных контактов автоматическоговыключателя генератора и выключателя связи с шиной.Отдаваемая мощность генератора с постоянными магнитами также используется для внутренних источников питания блока 38 управления генератором. Эти источники питания питаютсяэнергией от шины аккумуляторной батареи летательного аппарата, когдагенератор не работает.Фазные напряжения генератора отточки регулирования подаются к регулятору 39 напряжения, в котором получается среднее напряжение трехФаз, которое подается через мультиплексор и преобразователь из аналоговой Формы в цИфровую к микропроцессору. Сигнал рассогласования напряжения, образованный микропроцессором, выдается через преобразова 5 13тель 40 из цифровой формы в аналоговую к регулятору напряжения. Регулируемый ток возбуждения для возбудителя подается через реле 41 управления генератором к обмотке возбуждения возбудителя 28. Детектор42 короткого замыкания вращающегосявыпрямителя, соединенный со схемойвозбуждения, обеспечивает дополнительный входной сигнал к микропроцессору.фаэные токи в различных точкахсистемы воспринимаются, например,трансформаторами тока и подаются кблокам управления генераторами иблоку регулирования мощности в шине.Эти входные сигналы относительносостояний системы и генераторов кблокам управления дают основаниедля функций управления и обеспечивают избыточную информацию, используемую в проверке работы системы.На фиг,4 иллюстрируется расположениетрансформаторов тока, обеспечивающих информацию относительно состояния системы и генератора для блока14 управления генератором 1 и блока 23 регулирования мощности в шине, Токи от генератора измеряютсятрансформатором 43 тока генератора,. подсоединенным между генератором и эталоном потенциала "земли" 3.Ток нагрузки измеряется трансформатором 44 тока в фидере 45,нагрузки. Зти входные сигналы токовдодаются к блоку 14.управления генератором 1. Токи в шине 8 связивоспринимаются на соединении с выключателем 9 связи с шиной трансформатором 4 б тока. Ток, текущийв фидере 47 между выключателем 9связи с шиной,и соединением с фидером 45 нагрузки, воспринимаетсятрансформатором 48 тока, соединеннымс блоком 23 регулирования мощностив шине,На фиг.5 показаны входные и выходные сигналы блока управления .ге 1нератором. Различные аналоговые. сигналы, представляющие состояниегенератора, подаются через мультиплексор 31.1 и преобразователь 31,2из аналоговой формы в цифровую кмикрокомпьютеру 49. Таковые включают фазные напряжения точки регулирования, воспринимаемые схемами 30ограничения пиков, и линейные и генераторные токи от соответствующих 51524 6трансформаторов тока, воспринимаемыесхемами ЗЗ ограничения пиков. Сигналчисла оборотов для привода 25 посто-янных оборотов от электромагнитногоизмерительного преобразователя подается через преобразователь 50 частоты в напряжение. Аналогично сигналчисла оборотов от генератора 21 спостоянными магнитами подается че рез преобразователь 51 частоты внапряжение, Температура масла, используемого в приводе постоянных оборотов и для охлаждения генератора,воспринимается как на входе, так и 15 на выходе общего корпуса генератораи привода. Аналоговые сигналы температуры предусматривают дополнительные мультиплексорные блоки. Под управлением микрокомпьютера аналоговый 20 мультиплексор 31. 1 последовательносканирует входные сигналы состояниягенератора, и эти сигналы через преобразователь 31,2 аналоговой формы вчисловую подаются к входу данного 25 микрокомпьютера. Сигналы числа оборотов от блока электромагнитного измерительного преобразователя и генератора с постоянными магнитамимогут преобразовываться непосредст венно в цифровую форму и подаватьсяк микрокомпьютеру 49 (показанопунктирными линиями).Цифровые устройства ввода, например переключатели, соединяются 35 через входные буферы 52 с микрокомпьютером 49. Зти.устройства вводавключают вспомогательные контактына реле управления генератором, автоматическом выключателе генерато ра и выключателе связи с шиной.Тумблер включения генератора, расположенный в кабине летательного аппарата орган управления, обеспечиваетдискретные входные сигналы как в 45 замкнутом, так и в разомкнутом положении. Контактный измерительныйпреобразователь давления масла обеспечивает еще один входной сигнал,показывающий доступность масла для 50 приведения в действие привода постоянных оборотов и охлаждения генератора.Среднее фазное напряжение генератора (фиг,5) образуется в схеме 55 53 считывания среднего значения ичерез фильтр 54 подается к,аналоговому мультиплексору. Сигнал рассогласования через преобразователь 40 из7 ,1 цифровой формы в аналоговую подается к суммирующему переходу 55, где он суммируется со средним фазным напряжением, и эта сумма подается к широтно-импульсному модулятору 56, который управляет выходным усилите 351524каждого цикла информация системы об" менивается и проверяется связью че" рез канал передачи данных.Внутренний генератор синхрониэирующих импульсов (не показан) обе" спечивает синхронизацию для микро40 45 50 55 лем 57, обеспечивающим ток возбуждения к обмотке возбуждения возбудителя. Энергия схемы возбуждения подается генератором с постоянными магнитами через реле 41 управления генератором. Выходные сигналы преобразователя 40 из цифровой формы в аналоговую и выходного усилителя 57 подаются к входам аналогового мультиплексора 31. 1 и сравниваются микрокомпьютером 49 с желаемыми величинами в случае проверки работы системы. Детектор 42 короткого замыкания воспринимает несрабатывание диодаи обеспечивает входной сигнал к микрокомпьютеру, чтобы приводить в действие реле 41 управления генератором.Выходные сигналы от микрокомпьютера 49 подаются через выходные буферы 58, Главные выходные сигналы включают сигналы, управляющие работой реле управления генератором и замыканием и размыканием автоматических выключателей блока управления генератором и связи с шиной. Выходной сигнал "Выключить световой сигнал" обеспечивает визуальную индикацию в кабине летчика состояния, в котором генератор должен выключаться. При необходимости дополнительной проверки работы системы сигналы выходных буферов через многожильный кабель 59 подаются к входному мультиплексору 31. 1 аналоговых сигналов.Связь с блоком регулирования мощности в шине обеспечивается через промежуточное устройство 60 связи и последовательный канал 61 передачи данных (информационная шина), который может содержать двухпроводную скрученную пару. Когда данные передаются между блоками управления последовательным образом, необходима только двухпроводная линия, даже в том случае, если данные могут представлять многие различные состояния системы или сигналы управления.В трехгенераторной системе блок регулирования мощности в шине можетиметь период цикла 4 мс. В течение 1 О 15 20 25 30 35 компьютера, мультиплексора и демультиплексора и других схем синхронизирующего устройства. Сигналы синхронизации, передаваемые через информационную шину 61 от блока регулирования мощности в шине, координируют работу блоков управления системой. Эти синхронизирующие сигналы считаются, чтобы устанавливать точные периоды синхронизации, которые могут иметь общий начальный момент времени, или пусковой период.Взаимосвязь блока 23 регулирования мощности в шине с данной системой, иллюстрирующая взаимный обмен данными с блоками 14 и 15 управления генераторами и вводы от автоматических выключателей 4 и 5 генераторов и выключателей 9 и 10 связи с шиной, иллюстрируются на фиг.6. Для левого генератора 1 вспомогательный контакт автоматического выключателя 4 обеспечивает ввод к блоку регулирования мощности в шине. Другой вспомогательный контакт обеспечивает ввод к блоку 14 управления левым генератором, а этот автоматический выключатель контролируется блоком управления генератором,Выключатель связи с шиной имеет вспо-могательные контакты, которые обеспечивают вводы к блоку 14 управления левым генератором и блоку 23 регулирования мощности,в шине, а автоматический выключатель связи управляется блоком управления левымгенератором в соответствии с информацией, образованной в блоке управления левым генератором, иинформацией, принятой от блока регулирования мощности в шине. Аналогичные схемы обеспечиваются для автоматического выключателя 5 генеф ратора и выключателя 10 связи с шиной для правого генератора 2. Блоки 14 и 15 управления генераторами соединяются через информационные шины 61 и 62 соответственно с блоком регулирования мощности в шине.Состояние вспомогательных контактов, соединенных сблоками управ ления генератором и регулированияэнергии соединяется через контактор 13 внешней энергии с шиной 8. Вспомогательный контакт на контакторе вешней энергии обеспечивает ввод к блоку 23 регулирования мощности в шине, а этот блок управления, в свою очередь, управляет контактором внеш 3 кей энергии, Фазкые напряжения источника внешней энергии обеспечивают дополнительный входной сигнал в блоке регулирования мощности в шине.Другие ввоцы для блока регулирования мощности в шине включаот органы управления в кабине летчика, представляющие передаточный переключатель шины, переключатель внешнего источника энергии и автоматические выключатели связи с шиной. Выходные сигналы в дополнение к информации, передаваемой к вспомогательным блокам управления через информационные шины и управляющие контактором 13 внешней энергии, включают сигналы из кабины летчика, показывающие отказ системы шины и доступность внешней энергии. При необходимости могут обеспечиваться другие выходные сигналы иэ кабины летчика.Когда атмосферный летательный аппарат находится в приземленном 45 50 55 мощности в шине, обеспечивает избыточную информацию, которая проверяется на точность блоками управления по каналам передачи данных. Измерение напряжений и токов добавляет дополнительные уровни избыточной информации.Вспомогательный генератор 26 соединяется с шиной связи через выключатель 12 вспомогательной мощности, 1который имеет вспомогательные контакты, обеспечивающие вводы к блоку 23 регулирования мощности в шине и блоку 16 управления ваномогательным генератором, Этот выключатель вспомогательной мощности управляется выходным сигналом блока 16 управления вспомогательным генератором. Последовательная информационная шина 63 обеспечивает связь между блоком 16 управления вспомогательным генератором и блоком 23 регулирования мощности в шине.Источник 64 внешней энергии может использоваться, когда атмосферный лелетательный аппарат находится в приземленном состоянии. Этот источник 5 10 15 20 250 5 состоянии, электрическая энергия обеспечивается от внешнего источника 64 энергии или от вспомогательного генератора 11. При подаче в систему внешней энергии контактор 13 внешней энергии и выключатели 9 и 10 связи с шиной замыкаются, подавая энергию через нагрузки 6 и 7 (фиг. 1). При использовании вспомогательного генератора 11 выключатель 12 вспомогательной мощности и выключатели 9 и 10 связи с шиной замыкаются,Когда запускаются двигатели атмосферного летательного аппарата в порядке подготовки для взлета, генераторы 1 и 2 обеспечивают снабжение системы энергией после достижения соответствующего числа оборотов двигателя. В этот момент времени электрические нагрузки передаются от источника внешней энергии или вспомогательного генератора к приводимым в действие двигателями генераторам путем размыкания выключателей 9 и 10 связи с шиной и замыкания автоматических выключателей 4 и 5 генераторов. В случае отказа двигателя или генератора в полете все нагрузки могут обеспечиваться энергией от одного из приводимых в действие двигателем генераторов или от комбинации из одного приводимого в действие двигателем генератора и вспомогательного генератора 11 путем соответствующей манипуляции выключателями связи с шиной и автоматическими выключателями генераторов.Рассмотрим комбинацию обработки аналогового сигнала и сигнала микропроцессора в регуляторе напряжения. Напряжения трех Фаз А, В и С(фиг.7) подаются к схеме 53 считывания среднего значения, и аналоговыйсредний сигнал подается через фильтр65 нижних частот, Фильтр 54 и преобразователь 31,2 аналоговой Формы в цифровую к микрокомпьютеру.Для нормального регулирования генераторов (фиг.8) среднее напряжениетрех фаз сравнивается с опорным усуммирующего перехода 66, Разностьинтегрируется в интеграторе 67,обеспечивающем ошибку напряжения, подаваемую через логическую схему 68,преобразователь 40.из цифровой формы в аналоговую и аналоговый переключатель 69 к входу суммирующего30 11 1351 перехода 55, Среднее фазное напряжение от фильтра 65 через аналоговый переключатель 70 к другому вводу суммирующего перехода 55. Выход5 суммирующего перехода 55 через фильтр 71 соединяется с широтно-импульсным модулятором 56 и выходным усилителем 57 (фиг.5), чтобы обеспечивать регулируемый ток к обмотке возбуждения возбудителя.Данный микрокомпьютер имеет дополнительные вводы, представляющие самый большой фазный ток 72,самое высокое фазное напряжение 73 и самое низкое фазное напряжение 74, которые обеспечивают возможность дополнительных режимов работы регулятора напряжения, чтобы справляться с ненормальными состояниями. Большой фазный ток и функция самого высокого фазного напряжения, устанавливаемая функциональным блоком 75, суммируются на переходе 76, обеспечивая предел тока обмотки возбуждения. 25В случае отказа одной фазы в генераторе средний фазный сигнал от фильтра 65 включает гармоники, которые не должны подаваться к регулятору тока возбуждения возбудителя. Это состояние также дает в результате большой фазный ток, детектируемый компаратором 77, который обеспечивает синал регулирования режима, чтобы размыкать аналоговый переключатель 70. Это снимает входной сигнал среднего напряжения с суммирующего перехода 55. Система продолжает функционировать при сигнале ошибки напряжения от суммирующего перехода 76, регулирующего ток возбуждения.В случае, если напряжение одной фазы является низким, регулятор будет пытаться установить избыточный ток возбуждения. Это состояние вос принимается путем сравнения самого высокого фазного напряжения с опорным в суммирующем переходе 78, обеспечивающем сигнал к логической схеме 68 и ограничивающем сигнал управления к обмотке возбуждения возбудителя.Самое высокое и самое низкое фазные напряжения сравниваются в суммирующем переходе 79. Когда разность является избыточной, и выходной сигнал компаратора 80 размыкает аналоговый переключатель 69, уменьшая усилие для сигнала рассогласования 524 12напряжения путем подсоединения в эту схему резистора 81. Это предупреждает регулятор от попыток устанавливать избыточный ток возбуждения.Блоки управления генератором и регулирования мощности в шине на базе микропроцессора более полно и более точно коррелируют информацию, относящуюся к состоянию генератора и системы распределения, чем на практике с управлением на трудномонтируемых проводных схемах. В результате электрическая система эксплуатируется при меньшей циклической работе выключателей и меньшем числе перерывов в работе, чем это достигалось при использовании известных систем.Формула изобретенияСистема генерирования и распределения электрической энергии,включающая по крайней мере два генератора, в цепи по крайней мере одного генератора имеется цепь нагрузки и генераторный выключатель для соединения цепи нагрузки с генератором, электрическую шину и шинный выключатель для соединения цепи нагрузки через шину с другим генератором, блок управления для каждого из генераторов, средство соединения схемы каждого из генераторов с входами блока управления для определения условий работы генератора, средства для соединения выходов блока управления для каждого из генераторов для управления работой соответствующего генератора, а также генераторным и шинным выключателями, о т л и - ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повьппения надежности, в качестве блока управления для каждого генератора использован микропроцессорный блок, а система снабжена микропроцессорным блоком управления питанием шины, средствами для соединения входов микропроцессорного блока управления питанием шины с системой распределения энергии для определения условий работы системы распределения, информационными шинами для обеспечения взаимодействия микропроцессорного блока управления питанием шины с каждым из микропроцессорных блоков управления генератором для передачи информации об условиях13 1351524 14работы генератора и системы распре- равления для корреляции работы этих деления и выходных сигналов блока уп- блоков управления.