Устройство для регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллельно работающих генераторов

(51) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ К 2 ил,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Пермский политехнический институт(53) 62 1,313. 12.024,07(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР В 1003244, кл, Н 02 Л 3/46, 1983.Авторское свидетельство СССР Ф 1206884, кл, Н 02 ) 3/46, 1986, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ С ВЬРАВНИВАНИЕМ НАГРУЗОК ПАРАЛЛЕЛЬНО РАБОТАЮШИХ ГЕНЕРАТОРОВ (57) Изобретение относится к области электротехники и предназначено для автоматического регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллельно работающих электромашинных генераторов, например, судовых, Целью изобретения является повышение точности работы устройства. В устройство, содержащее генераторы 1 и 2, датчики 8013652 фнагрузки 3 и 4, элемент сравнения 5, генератор линейно изменяющегося напряжения 6, релейный элемент 7, блок коррекции 8, блок выбора экстремального тока нагрузки 9 с элементами И 10, 11, 12, 13 и инвертором 14, ключевые элементы 15 и 16 и шины 17, дополнительно введены связь между выходом генератора линейно изменяющегося напряжения 6 и входом релейного элемента 7, а выходы элементов И 10 и 12, 11 и 13 попарно соединены с первыми и вторыми входами ключевых элементов 15 и 16. Это позволит повысить точность автоколебаний в устройстве, которые идут с необходимостью, определяется генератором линейно изменяющегося напряжения. Выбором определенной амплитуды и частоты генератора линейно изменяющегося напряжения можно практически свести к нулю амплитуду автоколебаний в системенапряжение питающих шин выпрямляютсяс помощью схемы Ларионова. Выпрямленное напряжение с пульсацией Г- 300 Гц фильтруется электролитическим конденсатором и сравнивается снапряжением задания П столба стабилитронов, Ток пробоя столба стабилитронов контролируется переменнымрезистором. Постоянный резистор осуществляет коррекцию сигнала управления релейного элемента 7. Через постоянный резистор протекает дополнительный ток от генератора 6 линейноизменяющегося напряжения и вызываетна нем падение напряжения. Сигналотклонения текущего и заданного значений напряжений суммируется с падением напряжения на постоянном резисторе от генератора линейно изменяющегося напряжения и подается на входтриггера Шмидта, на выходе которого снимаются две последовательности импульсов для управления поддержанием напряжения нашинах 17. Изобретение относится к областиэлектротехники и предназначено дляавтоматического регулирования напряжения свыравниванием нагрузок параллельно работающих электромашинныхгенераторов, например, судовых,Цель изобретения - повьппение точности работы устройства.На фиг.1 представлена структурная 10схема устройства; на фиг.2 - схемарелейного элемента,Устройство содержит генераторы 1и 2 с датчиками 3 и 4 нагрузки, элемент 5 сравнения, генератор 6 линейно изменяющегося напряжения, релейный элемент 7 с уставкой заданногонапряжения, блок 8 коррекции, блок 9выбора экстремального тока нагрузки,куда входят элементы И 10 - 13 и инвертор 14, ключевые элементы 15 и16, шины 17, где выходы датчиков 3 и4 нагрузки соединены с входными обмотками 18 и 19 импульсного трансформатора 20, выходная обмотка 21 которого соединена с входом триггера, выполненного на базе операционного усилителя 22, выход которого соединен свходом блока 8 коммутации, замыкающийконтакт 23 реле времени которого ЗОвключен параллельно резистору 24,соединенному последовательно с обмоткой 25 импульсного трансформатора 20и подключенного к выходу генератора6 линейно изменяющегося напряжения,причем выход триггера элемента 5сравнения соединен с входом инвертора14 и вторым и первым входами элементов И 10 и 13, выход инвертора 14соединен с вторым и первым входами 4 рэлементов И 11 и 12, первые входыэлементов И 10 и 11 соединены с прямым выходом релейного элемента 7,инверсный выход которого соединен свторыми входами элементов И 12 и 13, 45выходы элементов И 10 и 12, 11 и 13соединены соответственно попарнос входами ключевых элементов 15 и 16,выходы которых подключены к входу генераторов 1 и 2, причем первый вход 50релейного элемента 7 соединен с шиной 17, а второй вход подключен к выходу генератора 6 линейно изменяющегося напряжения.Релейный элемент (фиг,2) содержит 55схему Ларионова, электролитическийконденсатор, столб стабилитронов,переменный и постоянный резисторы,итриггер Шмидта. Текущие трехфазное Устройство работает следующим образом. Сигналы, пропорциональные нагрузкам генераторов 1 и 2, с датчиков 3 и 4 поступают на входные обмотки 18 и 19 импульсного трансформатора 20 элемента 5 сравнения. На входную обмотку 25 через резистор 24 поступает линейно изменяющийся сигнал от генератора 6, В случае равенства токов нагрузки генераторов 1 и 2 магнитные потоки, созданные входными обмотками 18 и 19 импульсного трансформатора 20, равны и направлены встречно. Вычитание магнитных. потоков входных сигналов в импульсном трансформаторе приводит к взаимной компенсации последних, Тогда величина суммарного магнитного потока в ферритовом сердечнике импульсного трансформатора определяется только магнитным потоком обмотки 25, что приводит к периодическому перемагничиванию сердечника трансформатора. На выходной обмотке 21 наводятся импульсы ЭДС с периодом Т=й+й, которые обусливливают переключение триггера, выполненного на операционном усилителе 22, причем время импульса йц равно времени паузы . Выход триггера есть выход элемента 5 сравнения, реализирующего пороговую функцию Р-К 1 зддп(А+Ао) ф А - текущее значение выходногосигнала генератора 6; А - максимальное значение выходного сигнала генератора 6; К - коэффициент пропорциональности, определяющий скорость нарастания напряжения генератора 6; - текущее время; Ддс д,-д - текущее отклонение по входнымсигналам; с, - иширна петли гистерезиса элемента 5 сравнения.В процессе работы генераторов 1 и 2 их токи нагрузки постоянно меняются. Это приводит к изменению токов во входных обмотках 18 и 19 импульсного трансформатора 20. В зависимости от их разности и знака в текущий момент времени происходит перемагничивание ферритового сердечника импульсного трансформатора, появление импульсов ЭДС на выходных обмотках 21 и соответствУющее переключение триггера. На выходе элемента 5 присутствует последовательность импульсов, скважность которых зависит от соотношения амплитуды линейно изменяющегося напряжения А с выхода генератора 6 и сигнала разности Ьд токов нагрузки генераторов 2 и 1.Одновременно с этим другие сигналы, пропорциональные разности текущего напряжения на питающих шинах 17 и заданного значения Б , а также сигнал с выхода генератора 6, подаются на входы релейного элемента 7, реализирующего пороговую функцию Р,:. О, (д У+А)- Я 2/2;с 1 дБО, при - -)О, Я,/2 ) (дую+А - Е;/2: Р= 11 ,/2(ДП+А); 1, при (О, Г,/2 ) (ЬБ+А - Е /2,с 1 ь 3 где ДБ=О -П - отклонение напряжения на шинах 17 ОТ 1. яоА 1 Е - ширина петли гистерезиса релейногоэлемента 7.5При этом на прямом выходе релейного элемента 7 формируется последовательность прямоугольных импульсов,скважность которых также зависит Отсоотношения амплитуды линейно изменяющегося напряжения А с выхода генератора 6 и сигнала разности между заданным и текущим напряжениями на шинах 17. Периоды следования разных поскважности импульсов в выходных сиг 15 налах; элемента 5 сравнения и релейного элемента 7 всегда равны, так какони определяются только генератором6, частота которого постоянна. С выхода инвертора 14 блока 9 и плеча20 триггера релейного элемента 7 следуютинверсные последовательности импульсов, соответствующие инверсным пороговым функциям Р и Рм. ЭлементыИ 10 - 13 блока 9 реализуют собой со-25 ответственно логические уравнения,записанные в виде системы уравненийР,=РВ Р,Г:Р"Л Р"30 Г - Р Л Ргде Р, - переключающая функция науменьшение возбуждения генератора 4;Г, - инверсная переключающаяфункция на увеличение возбуждение генератора 1;Р - переключающая функция науменьшение возбуждения генератора 2;Р, - инверсная переключающаяфункция на увеличение возбуждения генератора 2.При подаче на входы элементовИ 10 - 13 блока 9 последовательностей импульсов, соответствующих прямым пороговым функциям Р и Р и инверсным пороговым функциям Р и Р , получаютц фна выходе схем И также последовательности прямоугольных импульсов, соответствующих прямым переключающим функциям Г, и Р и инверсным переключающим функциям Р, и Р , которые вызывают коммутацию ключевых элементов 15 и 16 так, что напряжение на шинах 55 1 7 равняется 0 цд и токи генераторов1 и 2 равны друг другу. Причем коммутация ключевых элементов 15 и 16 происходит вынуждено с частотой работы генератора 6, что соответствует вы,(скважность) ключевых элементов 15и 16 определяются значениями функцийР, Р, Р, РПри набросе и сбросе больших нагрузок возможен срыв широтно-импульсной модуляции элемента 5 сравнения.Это связано с прекращением перемагничивания Ферритового кольца импульсного трансформатора 20, так как величина разности магнитных потоков от обмоток 18 и 19 становится больше магнитного потока обмотки 25, Для восстановления процесса перемегничиванияимпульсного трансформатора элемента5 необходимо увеличить магнитный поток обмотки 25, что достигается учеличением тока в ней, протекающего засчет шунтирования резистора 24 контактом 23 реле времени блока 8 кор- З 0рекции. Ток через обмотку 25 увеличивается, и процесс модуляции восстанавливается вновь. Через выдержкувремени на отпуск реле времени отпускает, если срыва модуляции после это- ЗБго нет, то работа блока 8 прекращается, если есть, то работа последнегоповторяется автоматически,Аналогично при набросе большихнагрузок провал напряжения на шинах 4017 приводит к снижению тока, протекающего через столб стабилитронов релейного элемента 7, Это, в свою очередь, вызывает изменение скважностивыходных импульсов с его выхода в 45сторону увеличения возбуждения генераторов 1 и 2 и, как следствие, увеличение напряжения на шинах 17.При сбросе нагрузки всплеск напряжения на шинах 17 приводит к увеличению тока, протекающего через столбстабилитронов релейного элемента 7,В случае превышения данным током максимальной амплитуды А, линейно изменяющегося напряжения генератора 6 5 Впроисходит также срыв широтно-импульсной модуляции выходных импульсоврелейного элемента 7. На его выходепоявляются постоянные уровни напряжеУстройство для регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллельно работающих, генераторов, содержащее ключевые элементы по числу генераторов с выходами для подключения на входы генераторов, релейный элемент с первым входом для подключения к питающим шинам, элемент сравнения, включающий в себя импульсный трансформатор и триггер, блок выбора экстремального тока нагрузки, включающий в себя инвертор и четыре двухвходовых элемента И, датчики нагрузки, выходы которых соединены с первой и второй входными, обмотками импульс" ного трансформатора, выходная обмотка которого соединена с входом триггера, выполненного на базе операционного усилителя, выход которого соединен с входом блока коррекции, замыкающий контакт реле времени которого включен параллельно резистору, соединенному последовательно с третьей обмоткой импульсного трансформатора, подключенной к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения, причем выход триггера элемента сравнения соединен с входом инвертора и вторым и первым входами первого и четвертого элементов И, выход инвертора соединен с вторым и первым входами второго и третьего элементов И, первые входы первого и второго элементов И соединены с прямым выходом релейного элемента, инверсный выход которого соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, о т л и ч а - ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности работы устройства, релейный э.пемент выполнен с коррекцией полнению следующих условий захватаавтоколебаний:- , - 3 А Ллгло . - аВГ- ОВт 6где Г, и А, - частота и максимальнаяамплитуда генератора 6;й , и А, - частота и амплитудаавтоколебаний в сисний, соответствующих пороговым функ-,циям Рц =О; Р =1; Это вызывает уменьшение возбуждения генераторов 1 и 2и, как следствие, уменьшение напряжения на шинах 17,Применение предлагаемого устрбйства по сравнению с известным позволяет исключить субгармонические автоколебания в системе, которые шли там снеобходимостью, так как не выполнялись условия захвата автоколебанийпо релейному элементу 7,Предлагаемое устройство повышаетточность поддержания напряжения нашинах, уменьшает уравнительный ток иобменную мощность между генераторами. формула изобретения1365242 сигнала управления, причем выход генератора линейно изменяющегося напряжения соединен с входом коррекциисигнала управления релейного элеменвторого ключевых элементов. Ол 17 оставитель 0 .Наказнаехред Л.Сердюкова Редакто рректор С.Ч аи аказ 66 ираж 649 твенного сно комитета СССРоткрытийская наб., д, 4/ етени 35, Р дственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная Про 50ВНИИПИ Госудапо делам изо035, Москва,та, выходы первого и третьего, второго и четвертого элементов И соединенысоответственно с входами первого и