Устройство для автоматического управления автономной электроэнергетической установкой

(5)5 Н 02 Р 9 АНИЕ И Я ЕТЕ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Киевский политехнический институтим,50-летия Великой Октябрьской ссциалистической революции и Киевский завод(56) Авторское свидетельство СССРМ 320005, кл, Н 02 Р 9/04, 1971,Заявка Японии М 49 - 38492, кл. Н 02 Р9/30, 1974,Авторское свидетельство СССРМ 1001424, кл. Н 02 Р 9/04, 1981.Авторское свидетельство СССРМ 1568199, кл. Н 02 Р 9/04, 1987.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ(57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для автоматического регулирования напряжениягенераторов, приводимых от двигателейвнутреннего сгорания, в составе автономных электроэнергетических установок,Целью изобретения является повышениенадежности автономной электроэнергетической установки путем улучшения динамической точности токоограницения. Устройство содержит двигатель 1 внутреннего сгорания, двухкаскадный синхронный генератор 2, который приводится во вращение двигателем, датчик 3 тока якорных обмоток, датчик 4 напряжения якорных обмоток, выход которого соединен с вычитающим входом регулятора 9 напряжения, выход которого соединен с вычитающим входом нелинейного элемента, и выходом пропорционального звена 10, вход которого подключен к выходу датчика 3 тока, Выход нелинейного элемента соединяется с суммирующим входом регулятора 6 тока и выходом датчика 3 тока, К вычитающему входу регулятора 6 тока подключен выход датчика 7 тока возбуждения возбудителя, обмотка 5 возбуждения которого соединена с выходом регулятора б тока. Данное техническое решение предполагает переключающуюся структуру, причем система всегда остается двухконтурной, Во всех режимах работы системы внутренним контуром регулирования является контур тока возбуждения возбудителя с релейным регулятором. Внешним контуром в режиме стабилизации напряжения является контур регулирования напряжения, а в режиме токоограничения - контур регулирования тока нагрузки, При этом достигается повышение быстродействия контура регулирования тока, а следовательно, повышается точность токоограничения. 4 ил.Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для автоматического регулирования напряжения генераторов, приводимых от двигателей внутреннего сгорания, в составе автономных электроэнергетическихустановок, и может быть использовано для регулирования напряжения генераторов автономных источников энергии с повышенными требованиями к надежности и к качеству выходного напряжения, например, электроагрегатов для наземного обслуживания летательных аппаратов,Цель изобретения - повышение надежности электроэнергетической установки за счет повышения динамической точности токоограничения.На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг,2 - его принципиальная схема; иа фиг,З - внешняя характеристика электроэнергетической установки; на фиг.4 - диаграммы процесса наброса нагрузки при использовании устройства, собранного по каскадной схеме (кривая 1) и по переключающейся структуре (кривая 2),Устройство для автоматического управления автономной электроэнергетической установкой содержит приводной двигатель 1, приводящий во вращение вал двухкаскадного синхронного генератора 2, в выходную цепь которого включен датчик 3 тока якорных обмоток генератора и датчик 4 напряжения якорных обмоток, Обмотка 5 возбуждения возбудителя генератора 2 подключена к выходу релейного регулятора 6 тока возбуждения, возбудителя через датчик 7 тока возбуждения возбудителя, Вычитающие входы релейного регулятора 6 тока возбуждения возбудителя подсоединены к выходам датчика 3 тока генератора и датчика 7 тока возбуждения возбудителя, а его суммирующий вход - к выходу нелинейного элемента 8. Суммирующие входы нелинейного элемента 8 подключены к выходу регулятора 9 напряжения с ограничением и к пропорциональному звену 10, вход которого соединен с выходом датчика 3 тока генератора, Регулятор 9 напряжения с ограничением вычитающим.входом связан с выходом датчика 4 напряжения,Устройство работает следующим образом.При включении устройства задающее напряжение поступает на вход регулятора 9 напряжения с ограничением, который под действием этого напряжения переходит в режим насыщения и выдает иа вход нелинейного элемента постоянный задающий сигнал, равный уровню ограничения регу нзадО1,50 где Ь - коэффициент передачи генератора 2 от тока возбуждения возбудителя до ЭДС.а - угловая скорость вращения вала генератора 2, которая может быть принята равной постоянной,55 Для поддержания выходного напряжения генератора на заданном уровне Онзад лятора 9, Этот сигнал через. нелинейный элемент 8 поступает на контур регулирования тока возбуждения возбудителя, являясь для него сигналом задания, Контур регули рования тока возбуждения возбудителя,представляет собой систему стабилизации с релейным регулятором 6, который работает в автоколебательном режиме и обеспечивает стабилизацию тока возбуждения возбу дителя на уровне, определяемом сигналомзадания по току возбуждения возбудителя, с нелинейного элемента 8. Благодаря применению регулятора 6 тока возбуждения возбудителя формируются такие динамиче ские свойства возбудителя, что эквивалентная постоянная времени замкнутого контура регулирования тока возбудителя уменьшается в десятки раз по сравнению с собственной постоянной времени обмотки 20 возбуждения возбудителя, в зависимостиот величины коэффициента форсировки 1 ф = Ого/1 авйвв, где Ог 0 - напряжение холостого хода генератора 2, 1 ав - ток возбуждения возбудителя, Ва - сопротивление цепи 25 возбуждения возбудителя, Для существующих двухкаскадных генераторов коэффициент форсировки Кф таков, что эквивалентная постоянная времени контура регулирования тока возбуждения возбудителя состав ляет (0,05".0,1)Таз, где Т,а - постояннаявремени обмотки возбуждения возбудите- ля.Под действием тока возбуждения возбудителя при работающем двигателе 1 генера тор 2 возбуждается до уровня напряжения,соответствующего задающему напряжению Онзад, Регулятор 9 напряжения выходит из состояния ограничения. При этом напряжение.на выходе генератора Овых равно напря жению Онзад, поскольку регулятор 9содержит интегральную составляющую (пропорционально-интегральный регулятор), Напряжение на выходе регулятора 9 напряжения пропорционально требуемому 45 значению тока возбуждения возбудителя генератора 2. При отсутствии тока нагрузки ток возбуждения возбудителя равенпри увеличении тока нагрузкин потребляется увеличение тока возбуждения генератора 2 до значенияОнзад+ 1 н Яа,1 вв -где Я- суммарное внутреннее сопротивление силовой цепи генератора 2.Требуемое увеличение тока воэбужде ния возбудителя обеспечивается увеличением выходного напряжения регулятора 9 напряжения, Сигнал положительной обратной связи по току нагрузки, поступающий на вход нелинейного элемента 8 типа "насы щение" с выхода пропорционального звена 10 компенсируется сигналом отрицательной обратной связи по току нагрузки, поступающим с выхода датчика 3 тока генератора на вычитающий вход релейного 20 регулятора 6 тока возбуждения возбудителя эа счет выбора коэффициента передачи пропорциОнального звена 10 К 2 = 1/К 1, где К 1 - коэффициент передачи нелинейного элемента 8 на линейном участке его характери стики. Формируется участок А - Б внешней характеристики электроэнергетической установки, соответствующий постоянству вы- ходного напряжения.При токе нагрузки 11, соответствующем 30 максимально допустимой мощности электро- . энергетической установки Рвах = Онзад 11 регулятор 9 напряжения насыщается и ток возбуждения ограничивается на уровне35Онзад + 12 Яввв -Дальнейшее увеличение тока нагрузки 1 н 1 при неизменном токе возбуждения 40 возбудителя 1 вв = 1 вв 1 = сопв 1 приведет к снижению выходного напряжения по законуОвых = Онзад (1 н 11)ЯДля двухкаскадных генераторов величина Ятакова, что закон изменения выходного напряжения близок к гиперболе постоянной мощности. Формируется участок Б - В внешней характеристики установки, соответствующий постоянству выходной мощности электроэнергетического агрегата,До тех пор, пока ток нагрузки 1 Н меньше 55 величины тока 12 задаваемом уровнем ограничения нелинейного элемента 8, нелинейный элемент 8 находится на линейном участке своей характеристики, При н12 он заходит в зону насыщения, положительная обратная связи по току генератора(с выхода 10), не работает, и начинает действовать отрицательная обратная связь по току нагрузки. воздействующая на релейный регулятор б тока возбуждения возбудителя таким образом, что формируется крутоспадающий участок В - Г внешней характеристики установки, близкий к постоянству тока: 1 н =сопэт. Для компенсации падения напряжения в соединительных кабелях, включаемых между электроэнергетической установкой и нагрузкой, в устройстве возможно получение внешней характеристики, содержащей вместо участка постоянного напряжения А - Б участок поднимающегося напряжения А-Б (фиг.З изображено пунктиром). Это достигается выбором К 21 Ь 1 Принципиальных отличий в работе устройства с такой внешней характеристикой по сравнению с описанным нет,Таким образом, устройство обеспечивает требуемую внешнюю характеристику электроэнергетической установки и обеспечивает более высокие динамические показатели токоограничения (фиг.4, кривая 2), чем система с каскадной структурой (там же, кривая 1), а значит, повышается надежность электроэнергетической установки.Формула изобретения Устройство для автоматического управления автономной электроэнергетической установкой с приводным двигателем и двух- каскадным синхронным генератором, содержащее датчик тока якорных обмоток генератора, датчик напряжения якорных обмоток, датчик тока возбуждения возбудителя, релейный регулятор тока возбуждения возбудителя и регулятор напряжения с ограничением, вычитающий вход которого подключен к выходу датчика напряжения якорных обмоток, обмотка возбуждения возбудителя через датчик тока возбуждения возбудителя подключена к выходу релейного регулятора тока возбуждения возбудителя, вычитающий вход которого соединен с датчиком тока возбуждения возбудителя, от л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности электроэнергетической установки за счет повышения динамической точности токоограничения, оно снабжено нелинейным элементом и пропорциональным звеном, выполненным с коэффициентом передачи, обратно пропорциональным коэффициенту передачи нелинейного элемента на линейном участке его характеристики, причем выход датчика тока якорных обмоток генератора соединен с входом пропорционального зве1661963 Составитель А.Лебедеведактор С.Патрушева Техред М.Моргентал Корректор М.дем Заказ 2135 Тираж 35 Т Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина на и вычитающим входом релейного регулятора тока возбуждения возбудителя, суммирующий вход которого подключен к выходу нелинейного элемента, суммиХ Фи 8. Ярующие входы которого соединены с выходом регулятора напряжения с ограничением и с выходом пропорционального звена,