Устройство для преобразования электроэнергии при нагрузочных испытаниях тепловозов

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИ НАГРУЗОЧНЫХ ИСПЫТАНИЯХ ТЕПЛОВОЗОВ (57) Изобретение относится к преобразованию и использованию электроэнергии, вырабатываемой дизель-генераторами тепловозов при их нагрузочных испытаниях, и обеспечивает повышение коэффициента нагрузки и стабилизации напряжения в сети. Устройство позволяет за счет автоматического регулирования тока возбуждения синхронного генератора повысить коэффициент ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Производственное объединение Ворашиловградский тепловозостроительный завод им. Октябрьской революции1537578 55 нагрузки (сокр) и стабилизировать уровень напряжения в сети, а также уменьщить потери энергии в линиях электропередач. Устройство для преобразования электроэнергии при нагрузочных испытаниях тепловозов содержит нагрузочные электродвигатели 2, 3, синхронный генератор 4, возбудители 5, 8, 9, независимые обмотки 1 О и 11 основного возбуждения и обмотки 12, 3 возИзобретение относится к области преоб)азования и использования электроэнергии гостоянного тока, вырабатываемой дизель"операторами тепловозов при их нагрузочных испытаниях, и является усовершенстцованием устройства по авт. св. Хо 465353. фЦель изобретения - повыщение коэфициента нагрузки и стабилизация напряжения в сети.На фиг. 1 представлена функциональная блок-схема устройства; на фиг. 2 пример выполнения блока измерения коэффициента нагрузки, сумматора и подклк- ченного к нему задатчика коэффициента нагрузки; на фиг. 3 - выполнение усилите.я с переменным коэффициента передачи; на фиг. 4 -- векторная диаграмма тока и напряжения синхронного генератора; на фиг. 5 -- характеристика блокз измерения коэффициента нагрузки; на фиг. 6 - характеристика усилителя с переменным коэффициентом передачи.Тепловозный генератор 1 подключен к наг 1 узочным электродвигателям 2 и 3. На обЦем валу с нагрузочными электродвигатлями 2 и 3 закреплен синхронный генератор 4 и. его возбудитель 5. Обмотки 6 и 7 возбуждения нагрузочных электродигателей 2 и 3 подключены к возбудителям 8 и 9, которые имеют независимые обмотки0 и 11 основного возбуждения н независимые обмотки 12 и 13 возбуждения подпитки. Блок 14 ручного возбужления возбудителей и блок 15 автоматического возбуждения возбудителей соединень с обмотками 10 и1 через переключатель6 режимов возбуждения возбудителей.Усилители 17 и 18 мощности системы выравнивания токов соединены с обмотка. ми 12 и 13, а также с дифференциальным усилителем 19 через пороговые элементы 20 и 21. Входы дифференциального усилителя 19 соединены с обмоткам 22 и 23 дополнительных полюсов нагрузочных электродвигателей 2 и 3 соотве гствен но.В цепь нагрузки синхронного генератора 4 (силовую цепь) включены датчик 24 тока и дагчик 25 напряжения, выходы котобуждения подпитки, блоки 14, 15 ручного и автоматического возбуждения, переключатель 16 режимов, усилители мощности 17 и 18. Дифференциальный усилитель 9, пороговые элементы 20, 21 обмотки дополнительных полюсов 22, 23, датчики 24, 25 тока и напряжения, блок 26 измерения коэффициента нагрузки, сумматор 27, задатчик 28, усилители 29 и 30. 6 ил. рых соединены с входами блока 26 измерения коэффициента нагрузки (сояср). Последний соединен с первым входом сумматора 27. К второму входу сумматора 27подключен задатчик 28 коэффициента нагрузки, а к выходу сумматора 27 - вход уси 20 лителя 29 с переменным коэффициентомпередачи, который через усилитель 30мощности соединен с обмоткой 31 независимого возбуждения возбудителя 5 синхронного генератора 4.Сумматор 27 выполнен на операционномусилителе 32 и резисторах 33 - 36 (фиг. 2).Задатчик 28 коэффициента нагрузки выполнен на переменном резисторе 37 (фиг. 2),Усилитель 29 с переменным коэффициентом усиления выполнен на операционном30 усилителе 38, резисторах 39 и 40 и стабилитроне 41 и резисторе 42 (фиг, 3). Напряжение стабилизации стабилитрона определяет величину ограничения сигналаК нзкс на выходе усилителя 29 (фиг. 6) .Усилитель 28 мощности выполнен на транзисторах,Дифференциальный усилитель 19 и пороговые элементы 20 могут быть выполненысоответственно на опера ционном усилителе - триггере Шмидта.Блок 26 измерения коэффициента нагрузки выполнен на трансформаторах 43 и 44,транзисторе 45, резисторах 46 и 47, конденсаторе 48 и диодах 49 - 52.Устройство работает следующим образом.От тепловозного генератора 1 напряже 45 ние подается на два включенных параллельно нагрузочных электродвигателя 2 и 3,вращающих синхронный генератор 4 и возбудитель 5 синхронного генератора. Приэтом синхронный генератор 4 отдает энергию в сеть, а тепловозный генератор 150 нагружается током(/ - Елс/ - Ел 2l 2= + Я, Ра,где / l2 - ток якоря нагрузочных двигателей 1 и 3; Ь - напряжение на якоре тепловозного генератора 1; Е., Е.2 - соответственно ЭДС электродвигателей 2 и 3;Яд, Йвг - суммарные сопротивления якоря и добавочных полюсовэлектродвигателей 2 и 3.Следовательно, при изменении возбуждения нагрузочных электродвигателей 2 и 3от возбудителей 8 и 9, обмотки 10 и 11 которых получают питание либо от блока 14ручного возбуждения либо от блока 15автоматического возбуждения, регулируетсяток нагрузки тепловозного генератора 1,и он загружается мощностьюРв = (//в,В свою очередь, нагрузочные электродвигатели 2 и 3 развивают вращение моменты на общем валуМв =СФ /в , М;,г=СФг(. г,где С - конструктивная постоянная двигателей;Ф, Фг - магнитные потоки двигателей 2 и 3,которые передаются синхронномугенератору 4.При этом происходит преобразование механической энергии электродвигателей 2 и3 Рм=Мло+Мвгь) в электрическую. Рэв==ЗК/всок(р, где К, 7 ь - напряжение иток в трехфазной электрической сети, атакже угловая скорость вращения нагрузочных электродвигателей.Для исключения перегрузки по токуодного из нагрузочных электродвигателейобмотки 12 и 13, в качестве которых используются сериесные обмотки возбудитеяей8 и 9, подключены к усилителям 17 и 18мощности. Управление усилителями 17 и 18осуществляется от фазочувствительного дифференциального усилителя 19 через пороговые элементы 20 и 21. Причем сигналрассогласования токов нагрузочных электродвигателей 2 и 3 снимается с обмоток22 и 23 (являющихся резистивными датчиками тока) дополнительных полюсов иподается на вход дифференциального усилителя 19, При отсутствии рассогласованиятоков нагрузочных электродвигателей 2 и 3разность потенциалов на входе дифференциального усилителя 19 равна нулю (таккак потенциалы точек а и б равны),Это соответствует выключенному состояниюпороговых элементов 20 и 21 и усилителей17 и 18 мошности. В этом случае токвозбуждения возбудителей 8 и 9 только определяется током обмоток 1 О и 11, заданным от блока 14 ручногд возбуждения илиблока 15 автоматического возбуждения (в зависимости от положения переключателя 16режимов возбуждения).Если ток нагрузочного электродвигателя2 больше, чем ток нагрузочного электродвигателя 3, то на вход дифференциального усилителя 19 поступает сигнал положительной полярности (потенциал точки авыше чем точки о). Это приводит к включению порогового элемента 20, который,в свою очередь, включает усилитель 17 мош 5 10 45 50 55 15 20 25 30 35 40 ности. Обмотка 12 в этом случае получает питание, что увеличивает магнитный поток возбуждения возбудителя 8. Соответственно увеличивается магнитный поток возбуждения нагрузочного электродвигателя 2 и его ЭДС. Увеличение ЭДС электродвигателя 2 приводит к уменьшению его тока нагрузки. Аналогичное воздействие получает система возбуждения электродвигателя 3, если его ток нагрузки превышает ток нагрузки электродвигателя 2. При отдаче электроэнергии в сеть синхронным генератором 4 измеряются его ток I, датчиком 24 тока и напряжение К датчиком 25. Эти сигналы подаются в блок 26 измерения коэффициента нагрузки, на выходе которого появляется сигнал ,/взвыв, соответствующий углу сдвига фаз между током , и напряжением К. Затем сигнал Ь-. в сумматоре 27 сравнивается с сигналом задания К, поступаюгцим от задатчика 28 коэффициента нагрузки, и подается на усилитель 29 с переменным коэффициентом передачи для его ограничения (фиг. 3 и 6).Сформированный суммарный сигнал управления Ь усиливается в усилителе 30 могцности и подается на обмотку 31 возбуждения возбудителя 5 синхронного генератора 4. Таким образом, при уменьшении коэффициента нагрузки гоу (увеличение сдвига фаз между током (, и напряжением К) автоматически увеличивается ток возбуждения синхронного генератора 4, так как при уменьшении сов растет сигнал Л 1.) на выходе сумматора 27, сигнал управления С/, на выходе усилителя 29 и сигнал на выходе усилителя 30 мощности. Это приводит к росту коэффициента мощности и поддерживает нормальный уровень напряжения сети. Фактически, система автоматического регулирования коэффициента нагрузки поддерживает заданное от задатчика 28 его значение. Испол ьзова н не предлагаемого устройства для преобразования энергии при нагрузочных испыпганиях тепловозов позволяет за счет автоматического регулирования тока возбуждения синхронного генератора повысить коэффициент нагрузки и стабилизировать уровень напряжения сети из-за компенсации реактивных токов. 1, и э-ом уменьшаются потери энергии в линиях электропередач, так как уменьшается суммарный ток. Кроме того, повышается стабильность напряжения сети из-за уменьшения падения напряжения в генераторах электростанций, что, в конечном счете, также способствуют уменьшению суммарных токов в сети (при заданной мощности) и снижению потерь энергии в линияхэлектропередач.. Шароши ГКНТ СССР рина, 1 О формула изобретенияУ"тройство для преобразования электроэнергии при нагрузочных испытаниях, тепловозов по авт. св,465353, отличаюи 4 еес тем, что, с целью повышения коэффициента нагрузки и стабилизации напряжения в сети, оно снабжено датчиками тока и напряжения, включенными в силовую цепь синхронного генератора, соединенными входами с их выходами, блоком измерения коэффициента нагрузки, задатчиком коэффициента нагрузки, усилителями и сумматором, соединенным входами с выходом блока измерения коэффициента нагрузки и с выходом задатчика коэффициента нагрузки, а выходом через усилители - с обмоткой независимого возбудителя синхронного генератора.