Устройство для автоматического управления автономной электроэнергетической установкой

Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл З Н 02 Р 90 22) Заявленоприсоедиие23) ПриоритеОпублик 0280 (21) 2883444/24 ем заявк Государственный ноиитет СССР яо делам изобретений я открытий, Бюллетень М 53) УДК 621.313.12025621.316 . 726 (088,8) Дата опубликования описа 0711 В 1 2) Авторыизобретения Н,Г В,П н, С.М,Литвиноронков.Ф. Дробязкоовский: пович, К,М, Рдепаненко, В,Аи В,П,ресада,А.Ф. Пет Киевский ордена Лени им, 50-летия Великой революции, Иркутскоеи Киевский зав политехническийктябрьской социалонструкторское бюр(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ иты и статочзи с цепочеккоторымр, низобмотки исполни О Изобретение относится к областиэлектротехники, а более конкретно к,устройствам для автоматического управления автономной электроэнергетической установкой с первичным двигателемвнутреннего сгорания, и может бытьиспользовано для стабилизации частоты выходного напряжения в автономных электроэнергетических установках,Известны устройства для управленияавтономной злектроэнергетической ус"тановкой с генератором переменноготока и приводным карбюраторныМ двигателем 1, содержащие электромагнит"ный исполнительный орган подачи топлива, магнитные усилители, датчик нагрузки, фазочувствительный выпрямитель с контуром последовательного резонанса,Известные устройства, выполненныена магнитных элементах, имеют низкиединамические свойства, низкий КПД,большие габариты и вес, присущие магнитным элементам, Кроме того, с цельюуменьшения влияния инерционности управляющей обмотки электромагнитногоисполнительного органа подачи топлива на динамику системы в силовую цепьвыходного магнитного усилителя включен добавочный резистор, сопротивле" ние которого в несколько раз превышает сопротивление обмотки управленияэлектромагнитного исполнительного органа подачи топлива, что резко снижает КПД устройства.Известно устройство для управленияавтономной электроэнергетической установкой, выполненное на полупроводниковых элементах, содержащее син"1 О хронный генератор с.приводным карбюраторным двигателем, электромагнитныйисполнительный орган подачи топлива,двухполупериодный кольцевой демодулятор (фазочувствительный выпрямитель)35 с контуром последовательного резонанса, несимметричный триггер с эмиттерной резистивной связью, генератор пилообразного сигнала, импульсный усилитель, пассивную дифференцирующую20 цепочку, двухполупериодный выпрямитель на тиристорах 2, Известноеустройство обеспечивает высокое быстродействие, имеет малые габарвес. Однако оно обладает недо25 ной помехозащищенностью в свяприменением дифференцирующихв системе с источником помех,является кольцевой демодулятоким КПД из-за наличия в цепи3 управления электромагнитноготельного органа добавочного резистора. Кроме того, в известном устройстве затруднительно введение корректирующих связей, например положительной компенсирующей обратной связи по нагрузке, в результате чего в 2-3 раза увеличивается статическая ошибка в системе при набросе нагрузки. Для надежной работы устройства в широком диапазоне изменения температур требуется термостатирование, либо применение специальных мер для повышения температурной стабильности широтно- импульсного преобразователя, состоящего из генератора пилообразного сигнала и несимметричного триггера.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для управления автономной электроэнергетической установкой, содержащей синхронный генератор с приводным карбюраторным двигателем. Устройство содержит электромагнитный исполнительный орган подачи топлива, вход которого соединен с выходом двухполупериодного кольцевого демодулятора с контуром последовательного резонанса, несимметричный триггер с эмиттерной реэистивной связью, генератор пилообразного сигнала, силовой импульсный усилитель 3Известное устройство имеет достаточную помехозащищенность, однако также является не экономичным из-за наличия дополнительного резистора в цепи обмотки управления электромагнитного исполнительного органа подачи топлива, не обеспечивает получение высокой статической точности регулирования, тре" буемого быстродействия из-за трудности введения корректирующих связей и имеет недостаточную термостабильность.Целью изобретения является повышение экономичности, статических и динамических свойств автономной электроэнергетической установки.Эта цель достигнута .тем, что устройство для автоматического управления автономной электроэнергетической установкой с синхронным генератором переменногб тока и приводным двигателем внутреннего сгорания, содержащее электромагнитный исполнительный орган подачи топлива, вход которого соединен с выходом силового импульсного полупроводникового усили" теля, измерительный орган частоты в составе двухполупериодного кольцевого демодулятора с контуром последовательного резонанса, широтно-импульсный преобразователь, выход ко торого соеДинен с входом силового импульсного полупроводникового усилителя, снабжено пропорционально-интегральным корректирующим усилителем, датчиком активной нагрузки, источником смещения, шунтом, включенным в силовую цепь электромагнитного исполиительного органа, Т-образными Фильтрами и датчиком тока на операционном усилителе.При этом выход корректирующегоусилителя подключен к входу широтноимпульсного преобразователя, а входэ соединен с источником смещения, через датчик тока на операционном усилителе - с шунтом, через первый Т-образный Фильтр - с выходным зажимом измерительного органа частоты, а черезвторой Т"образный фильтр - с выходомдатчика активной нагрузки.При этом широтно-импульсный преобразователь выполнен на однопереход-ном транзисторе с отсекающим диодом,в цепь разряда времязадающей емкостикоторого включены регулирующий и коммутирующий и-р-и транзисторы, причембаза коммутирующего транзистора соединена с первой базой однопереходноготранзистора, коллектор - с катодом2 О отсекающего диода, а эмиттер этоготранзистора подключен к коллекторурегулирующего транзистора, база которого совместно с резистивным делите-.,лем образуют вход преобразователя.Я На чертеже представлена электрическая принципиальная схема предлагаемого устройства,Синхронный генератор 1 переменноготока приводится во вращение с помощью двигателя 2 внутреннего сгорания, регулирующий орган подачи топлива которого через тягу связан с выходным рычагом электромагнитного исполнительного органа 3 подачи топлйва, пружина которого пытается уменьшить подачу топлива, а электромагнитный исполнительный орган 3 при наличии тока в его обмотке управления уве"личивает подачу топлива в двигатель 2,Обмотка управления электромагнит 40 ного исполнительного органа 3 является нагрузкой силового импульсногоусилителя 4 и подключена к его выходным зажимам. К входу силового импульсного усилителя 4 через шунт 54 подключен широтно-импульсный преобразователь б на однопереходном 7 и двухИ-Р-И 8, 9 транзисторах, Входная цепьширотно-импульсного преобразователяб соединена с выходом пропорциональщ но"интегрального корректирующего усилителя 10, один вход которого подключен к источнику 11 смещения, другой к выходу датчика 12 тока, входкоторого соединен с шунтом 5, а вцепь обратной связи включена фильтрующая емкость 13, Третий вход корректирующего усилитеЛя 10 через Т-образный фильтр на резисторах 14, 15 и емкости 16 подключен к выходу измерительного органа 17 частоты в соста 60 ве двухполупериодного кольцевого демодулятора и последовательного резонансного контура, входные зажимзизмерительного органа 17 частоты подсоединены к зажимам синхронного гене 45 ратора 1. Четвертый вход корректирующего усилителя 10 через Т-образ- вызывая увеличение его выходного наный Фильтр на резисторах 18, 19 и пряжения и связанное с ним пропорциемкости 20 подключен к датчику актив- ональное увеличение скважности импульной нагрузки генератора 1 в составе сов прямоугольной Форель на выходе выпрямителя 21 и трехфазного трансфор- широтно-импульсного преобразоватематора 22 тока, 5 ля б и силового усилителя 4, а слеЭмиттер однопереходного транзис- довательно, увеличение тока в обмоттора 7 подключен к общей точке резис- ке управления электромагнитного истора 23 и аноду отсекающего диода 24. полнительного органа 3 подачи топлиКатод отсекающего диода 24 подсоеди- ва и увеличение подачи топлива в двинен к одному из выводов емкости 25 о гателе 2 внутреннего сгорания, Момент времязадающей цепи и коллектору ком- двигателя возрастает на величину, мутирующего транзистора 9. База это- необходимую для устранения причины, го транзистора подключена к первой вызывающей уменьшение скорости. В слубазе однопереходного транзистора 7, чае увеличения частоты напряжения а эмиттер - к коллектору регулирую- синхронного генератора 1 система упщего транзистора 8. Причем своим эмит равления аналогично воздействует на тером регулирующий транзистор 8 че- топливоподающую систему, уменьшая порез резистор 26 подключен к отрица- дачу топлива и момент двигателя, тельному полюсу источника питания, а Нагрузкой силового импульсного усибазовой через делитель напряжения на лителя 4 является обмотка управления резисторах 27, 28, 29 - к выходу про электромагнитного исполнительного орпорционально-интегрального корректи- гана 3, оторая, с целью повышения рующего усилителя 10. экономичности устройства, непосредУстройство работает следующим об- ствеиио подключена к усилителю 4 черазом, реэ шунт 5, иьающяй малое сопротивлеКогда скорость вращения двигате Я ние. Для уиеныения влияния постьянля 2 внутреннего сгорания равна задан- иой времени обмотки управления элекиой, т.е, частота напряжения генера- тромагиитиого исполнительного органа тора 1 равна резонансной частоте са подачи топлива на динамические свой- тура последовательного резонанса, ства систеваи стабилизации на один из напряжение на выходе измерительного ЗО входов корректирующего усилителя 10 органа 17 частоты отсутствует. Ири через датчик 12 тока подключена отэтом напряжение на выходе корретирув- рицательная обратная связь но току щего усилителя 10 определяется тольо электромагнитного исполнительного орнапряжением источника 11 смещения, гана 3 подачи топлива, а корректируюпри помощи которого на выходе широт З 5 щий усилитель 10 имеет пропорционально-импульсного преобразователя б и ноиите 1;рирующую передаточную функцию, силового усилители 4 устанавливается что позволяет ракти Фески исключить определенная скважность импульсов, влияние этой постоянной на динамику необходимая для создания начального .системы, Этим удается не только потока в обмотке управления электро-. высить экономичность устройства пумагнитного исполнительного органа 3 46 тем исключения дополнительных потерь подачи топлива, обеспечивающего пода- энергии в силовой цепи исполннтельночу топлива в двигатель 1 внутреннего го органа 3 подачи топлива, но и увесгорания, соответствующую работе личить возможный по"усяовиям устой- двигателя 1 внутреннего сгорания с чивости коэффициент усиления системы заданной скоростью вращения при ве стабилизации, а следовательно, полу- личине нагрузки, равной примерноо- чить более высокую статическую точловине номинальной ность поддержания частоты, Кроме тогоПри изменении частоты выходного применение пропорционально-интегральнапряжения синхронного генератора 1 ного корректирующего усилителя 10 в . измерительный орган 17 частоты выра 5 О контуре регулирования тока исполнибатывает напряжение, полярность кото- тельного органа 3 делает этот контур рого зависит от знака отклонения астатическим по задающему воздействию, частоты от заданной, а величина опре- и следовательно, исключает флуктуации деляется значением отклонения. допус- тока исполнительного органа, вызвантим, скорость вращения двигателя 2 ные возможными изменениями питающего внутреннего сгорания уменьшилась, что напряжения, нестабильность р55о тью ха акте-, привело к уменьшению частоты выходно- ристик элементов (в том числе и темго напряжения синхронного генерато- пературной и другими случайными возра 1 по сравнению с требуемой, На вы- действиями.ходе измерительного органа 17 частоты Для увеличения статической точносвырабатывается пропорциональное от ти поддержания частоты, а также улучклонению частоты напряжение положи- шения динамических показателей систетельной полярности, которое через Т" ьы при резком приложении нагрузки образный фильтр на резисторах 14, 15 применена положительная компенсирую-, и емкости 16 поступает на один из щая обратная связь по нагрузке гене- входов корректирующего усилителя 10, 65 ратора, заведенная черая че ез Т-образныйфильтр на один из входов корректирующего усилителя 10, Поскольку нагрузка в автономных электроэнергетических установках в основном являетсяактивной, то в качестве датчика нагрузки используется датчик активноготока синхронного генератора 1, состоя"щий из трехФазного выпрямителя 21 итрехфазного трансформатора 22 тока.Положительная обратная связь понагрузке не только уменьшает статическую ошибку поддержания частоты эасчет компенсации естественного статизма регулятора, работающего по отклонению, но и значительно уменьшаетмаксимальные отклонения частоты приступенчатом приложении нагрузки исокращает время регулирования посредством упреждающего воздействия сигнала положительной обратной связи поактивной нагрузке на практически беэинерционный контур регулирования тока исполнительного органа 3 подачитоплива,Фильтры, установленные между измерительным органом 17 частоты, датчиком нагрузки и корректирующим усилителем 10 служат для повышения помехоэащищенности устройства на высокихчастотах,Широтно-импульсный преобразовательб, выполненный на однопереходномтранзисторе 7, коммутирующем 9 и регулирующем 8 транзисторах, обладаетвысокой температурной стабильностью,присущей устройствам на однопереходных транзисторах.Преобразователь работает следующимобразом,При подаче напряжения питания емкость 25 в цепи эмиттера однопереходного транзистора начинает заряжатьсячерез отсекающий диод 24, Однопере Оходный транзистор закрыт. При достижении на нижней по схеме обкладкеконденсатора 25 напряжения, равногонапряжению включения, однопереходныйтранзистор 7 открывается и ток в егобазовой цепи увеличивается, Одновременно с включением однопереходноготранзистора 7 запирается отсекающийдиод 24 и включается коммутирующийтранзистор 9, Емкость 25 начинает раэ"ряжаться по цепи: переход коллектор -эмиттер открытого транзистора 9, переход коллектор - эмиттер регулирующего транзистора 8, малое сопротивление резистора 26. Время разрядаемкости 25 определяет время включенно го состояния однопереходного транзис"тора 7 и в основном зависит от сопротивления перехода коллектор.- эмиттеррегулирующего транзистора 8, котороеизменяется пропорционально входному щонапряжению преобразователя, Когда впроцессе разряда напряжение на емкости 25 уменьшится до значения напряжения выключения, однопереходный транзистор 7 закрывается, отпирается ди- д од 24 и закрывается коммутирующийтранзистор 9, предотвращая в процессе начавшегося вновь заряда емкости25 процесс ее разряда.Далее описанные процессы повторяются. В результате периодического переключения однопереходного транзистора 7 в цепи его баз генерируется токпрямоугольной Формы со скважностью,определяемой величиной входного напряжения, Благодаря наличию в цепиразряда времязадающей емкости 25коммутирующего транзистора 8, в процессе заряда емкости 25 исключаетсяее разряд, что расширяет диапазон уп.равления широтно-импульсного преобразователя и повышает линейность егорегулировочных характеристик при достижении высокой термостабильностиустройства. Изменяя входное напряжение преобразователя можно линейнорегулировать скважность выходных импульсов от 0 до 1. Частота следования импульсов выбирается на 1-2 порядка больше частоты среза контурарегулирования тока исполнительногооргана, что позволяет пренебречь дискретностью управления,Устройство может быть использовано для автоматического управления автономной электроэнергетической установкой с первичным тепловым двигателем для достижения высокой точностиподдержания частоты и малого временирегулирования при работе установки вшироком диапазоне изменения темпера"тур,Формула изобретения1, Устройство для автоматического управления автономной электроэнергетической установкой с синхронным гене.ратором переменного тока и приводным двигателем внутреннего сгорания, содержащее электромагнитный исполнительный орган подачи топлива, вход которого соединен с выходом силового импульсного полупроводникового усилителя, измерительный орган частоты в составе двухполупериодного кольцевого демодулятора с контуром последовательного резонанса, широтно-импульсный преобразователь, выход которого соединен с входом силового импульсного полупроводникового усилителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения экономичности устройства, повышения статических и динамических свойств установки, оно снабжено пропорционально-интегральным корректирующим усилителем, датчиком активной нагрузки, источником смещения, шунтом, включенным в силовую цепь электромагнитного исполнительно" го органа, Т-образными Фильтрами и датчиком тока на операционном усилителе, причем выход корректирующего879727 10 ВНИИПИ Заказ 9737/26 ТиРаж 733 Подписно ал ППП "Патент",г,ужгород,ул,Проектная усилителя подключен к входу. широтно- импульсного преобразователя, а.вход соединен с источником смещения, через датчик тока на операционном усилителе - с шунтом, через первый Т-образный фильтр - с выходным зажимом измерительного органа частоты, а через второй Т-образный фильтр - с выходом датчика активной. нагрузки.2. Устройство по и. 1, о.т л и.- ч а ю щ е е с я тем, что широтно- импульсный преобразователь выполнен на однопереходном транзисторе с отсе кающим диодом, в цепь разряда времяадакщей емкости которого включены егулирукзций и коммутирующий И И транзисторы, причем база коммутирующего транзистора соединена с первойф базой однопереходного транзистора,коллектор - с катодом отсекающего диода, а эмиттер этого транзистора подключен к коллектору регулирующеготранзистора, база .которого совместно5 с резистивным делителем образует вхожпреобразователя,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРО В 262229, кл Н 02 Р 7/34, 19772. Авторское свидетельство СССР9 281073, кл. Г.02 В 7/00, 1966,3. "Реферативная информация о законченных научно-исследовательскихработах в вузах Украинской ССРф .се рия электротехника, вып. Ч, Киев,фВнща школаф, 1973, с 21 а