Автономная электроэнергетическая установка

СОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ СПУБЛИК(19) (1) 773 51)4 Н 02 Р НЫЙ КОМИТЕТИЯМ И ОТНРЫТИЯ ГОСУДАРСТПО ИЗОБРЕТЕПРИ ГКНТ СС ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ н(54) АВТОНОМНАЯ ЭЛЕКАЯ УСТАНОВКА(57) Изобретение отротехнике и может бв электроагрегатах КТРОЭНЕРГЕТИЧЕСносится к электыть использовано приводными т(56) Авторское свидетельство СССРМф 466600, кл. Н 02 Р 9/46, 1971Авторское свидетельство СССРУ 877771, кл. Н 02 Р 9/04, 1981. ловыми, двигателями, работающими припеременной частоте вращения. Цельизобретения - повышение качествагенерируемой электроэнергии и экономичности, Установка содержит при,водной двигатель 2, генератор 1,регулятор частоты 3, датчики напряжения 11 и активной мощности 10,функциональный преобразователь 7 активной мощности нагрузки в сигнал,пропорциональный оптимальной частотевращения двигателя, суммирующий усилитель 9, задатчик номинального напряжения 12 и сумматор 13. В установке обеспечивается работа приводного двигателя на скоростных режимах близких к оптимальным, что снижает расход топлива. 7 ил.Изобретение относится к электротехнике, в частности к области автономных электроэнергетических систем, и может быть использовано вэлектроагрегатах с приводным тепловым двигателем и электрическим генератором, работающих при переменнойчастоте вращения, например в дизельэлектрических агрегатах с асинхронизированными синхронными генераторамиЦель изобретения " повышение качества генерируемой электроэнергиии экономичности,На фиг. 1 представлена функциональная схема установки; на Фиг.2 -оптимальная скоростная характеристика дизельного приводного двигателя,на фиг.3 - пример выполнения электрической схемы Функционального преобразователя активной мощности нагрузки в сигнал, пропорциональныйчастоте вращения двигателя, и задатчика функции оптимального регулирования на фиг.4 - статическая 25характеристика суммирунцего усилителя; на фиг.5 - функциональная схема датчика активной мощности; наФиг.6 - диаграммы сигналов на элементах устройства;на фиг. 7 - графи Оки зависимости выходных сигналовфункционального преобразователя,суммирующего усилителя и сумматорав функции от частоты вращения при1007 нагрузки.Автономная электроэнергетическаяустановка содержит электрическийгенератор 1 (фиг. 1), механическисвязанный с приводным двигателем 2,регулятор 3 частоты, состоящий издатчика 4 частоты вращения, связан-ного с валом приводного двигателя 2,устройства 5 сравнения и,исполнительного органа 6, выход которогосвязан с органом управления подачитоплива приводного двигателя 2,функ ,циональный преобразователь 7, соединенный с задатчиком 8 функции оптимального регулирования, и суммирующий усилитель 9 с инвертирующим инеинвертирующим входами. Установкасодержит также датчик 10 активной;мощности и датчик 11 напряжения,подключенные входами к выходу электрического генератора 1, задатчик 12номинального напряжения и сумматор13, причем выход сумматора подключенк входу устройства 5 сравнения регулятора 3 частоты, выход датчика 10 активной мощности соединен с входом функционального преобразователя 7, выходы задатчика 12 номинального напряжения и датчика 11 напряжения подключены соответственно к инвертирующему и .неинвертирующему входам суммирующего усилителя 9, выход которого и выход Функционального преобразователя 7 соединены с входами сумматора 13, а суммирующий усилитель выполнен с зоной нечувствительности. Датчик 1 О активной мощности (фиг.5) состоит из трех идентичных блоков 14-16 измерения мгновенной полной мощности, В состав каждого из данных блоков входят датчик 17 тока фазы, датчик 18 Фазного напряжения, аналоговый блок 19 умножения.Выходы блоков 14-16 подключены к входам сумматора 20. На выходе сумматора 20 установлен фильтр 21.Установка работает следующим образом.В установившемся режиме с выхода датчика 10 активной мощности на вход Функционального преобразователя 7 поступает постоянный сигнал, пропорциональный величине активной мощности нагрузки в сигнал, пропорциональный оптимальной частоте. вращения двигателя 22 активной мощности нагрузки. С выхода функционального преобразователя 7 снимается напряжение, величина которого соответствует требуемой для данной нагрузки (в соответствии с оптимальной функцией регулирования) частоте вращения приводного двигателя 2. Выходное напряжение электрического генератора 1 находится в установленных допустимых пределах. Поскольку в этом случае разность между выход" ными сигналами датчика 11 напряжения и задатчика 12 номинального напряжения лежит внутри зоны нечувствительности суммирующего усилителя 9, напряжение на выходе послед" него отсутствует. Напряжение на выходе сумматора 13, поступающее на первый вход устройства 5 сравнения регулятора 3 .частоты, определяется. только выходным сигналом функционального преобразователя 7. На второй вход устройства 5 сравнения поступает сигнал, снимаемый с датчика 4 частоты. Разностный сигнал. присутствующий на выходе устройства 5 сравнения, удерживает шток испол10 15 20 25 30 40 45 50 55 з 146773 нительного органа 6 в определенном положении, которое соответственно определяет положение органа управления подачи топлива.В режиме холостого хода, когда нагрузка отсутствует, приводной- двигатель 2 работает на минимальной частоте п, обеспечивающей устойчивый режим работы. Это определяется нижним уровнем сигнала с функционального преобразователя активной мощности нагрузки в сигнал, пропорциональный оптимальной частоте вращения двигателя, который присутствует на входе устройства сравненчя регулятора частоты и при некоторых значениях нагрузки (десятые или сотые доли от номинальной нагрузки электроагрегата) имеет постоянное значение, В режиме холостого хода напряжение электрического генератора 1 находится в допустимых пределах,В момент времени С (Фиг.6) происходит наброс нагрузки. Это приводит к мгновенному провалу напряжений на выходе генератора, кото-. рый фиксируется датчиком напряжения (сигнал 11 ,). На выходе элемента 9 (фиг.1) Формируется сигнал 11, пропорциональный разности сигналов О, и Б где О, - сигнал на выходе эадатчика 12 номинального напряжения. В момент времени С 0 ток нагрузки еще не изменился, т.еостается неизменным. Поскольку датчик активной мощности (фиг.5) предполагает перемножение сигналов, характеризующих ток и напряжение, то в момент времени с 0 провал напряжения будет повторен на выходе датчика 10 активной мощности (сигнал Б, ). Функциональный преобразователь 7 активной мощности нагрузкив сигнал,пропорциональный оптимальной частотевращения двигателя, преобразует сигнал Бв сигнал Б в соответствиисо своей статической характеристикойНа сумматоре 13 сигналы Б з и 11 суммируются. По мере набора оборотоввала дизеля напряжение и ток на выходе электрического генератора возрастают почти прямо пропорциональночастоте вращения. Поэтому в последующие моменты времени с )с, сигнал,Пз начинает убывать, а сигнал Би Н 1 возрастать более круто (в результате перемножения возрастающих 14сигналов по току и напряжению в датчике 10 активной мощности, фиг5).Суммирование этих сигналов на сумматоре 13 приводит к образованиюпрактически неизменного и близкогок ступенчатому сигнала на выходесумматора (сигнал Б ), При набросахбольших нагрузок этого сигнала достаточно для удержания рейки топливного насоса в положении убора (максимальной подачи топлива), чем и достигается форснровка двигателя. Принезначительных набросах (сбросах)нагрузки, когда отклонение выходногонапряжения находится в допустимыхпределах, определяемых зоной нечувствительности элемента 9 (фиг.4),элементы 9, 11, 12 на процесс регулирования воздействия не оказывают,так как сигнал П равен О.В случае сбросов нагрузки, прикоторых имеют место мгновенные всплески выходного напряжения, временныедиаграммы сигналов на выходе элементов 9 и 11 и всплеск сигнала 0будут иметь место лишь в течение времени, определяемого постоянными времени цепи возбуждения.Использование в установке (дляформирования управляющего воздействия на регулятор частоты) сигнала,пропорционального активной мощности(а не току нагрузки), позвОляетуменьшить отклонение реального значения управляющего воздействия оттребуемого. При этом величина этогоотклонения определяется лишь погрешностью датчика активной мощности.Наличие в установке основной отрицательной обратной связи позволяетосуществить управление приводным двигателем непосредственно по отклонению частоты вращения от оптимальногодля данной нагрузки значения, Врезультате этого статическая ошибкасистемы уменьшается.Таким образом, уменьшение погрешности формирования управляющего воздействия и повышение точности его готработки позволяют предлагаемойустановке значительно приблизитьрежимы работы приводного двигателяэлектроагрегата к оптимальным,При сбросах (набросах) нагрузкипрактически мгновенно (в момент начала изменения напряжения) в установке формируется ступенчатое (ане монотонно нарастающее или убы б 346773 вающее как в прототипе) управляющее воздействие, уровень которого определяется суммарной номинальной мощностью подключенных электроприемников. Такой тип воздействия наБ орган управления подачи топлива сокращает время перехода приводного двигателя на новый скоростной режим нри изменениях нагрузки. 10Таким образом, установка обеспечивает работу приводного двигателя электроагрегата иа скоростных режимах близких к оптимальным, что снижает расход топлива, т.е. повышает экономичность. За счет высокого бы,стродействия установки значительно уменьшается время переходного процесса при изменениях нагрузки, что сокращает промежутки времени, в течение которых отклонение выходного напряжения генератора от номинального значения превышает установленные допуски. Это обусловливает улучшение качества генерируемой элект рической энергии. Формула изобретенияАвтономная электроэнергетическая установка, содержащая электрический генератор, механически связанный с приводным двигателем, регулятор частоты, состоящий из датчика частоты вращения, связанного с валом привод ного двигателя, устройства сравнения и исполнительного органа, выход которого связан с органом управленияподачи топлива приводного двигателя,функциональный преобразователь активной мощности нагрузки в сигнал,пропорциональный оптимальной частотевращения двигателя, и суммирующийусилитель с инвертирующим и неинвертирующим входами, о т л и ч а ю -щ а я с я тем, что, с целью повышения качества генерируемой электроэнергии и экономичности электроагрегата, введены датчик активной мощности и датчик напряжения, подключенные входами к выходу электрического генератора, задатчик номинального напряжения и сумматор, причемвыход сумматора подключен к входуустройства сравнения регуляторачастоты, выход датчика активной мощности соединен с входом функционального преобразователя активной мощности нагрузки в сигнал, пропорциональный оптимальной частоте вращениядвигателя, выходы задатчика номинального напряжения и датчика напряженияподключены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам ссуммирующего усилителя, выход которого и выход функционального преобразователя активной мощности нагрузки в сигнал, пропорциональныйоптимальной частоте вращения двигателя, соединены с входами сумматора,а суммирующий усилитель выполнен сзоной нечувствительности.изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,Заказ 1211/54 Тираж 548 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и от113035, Москва, Ж, Раущская наб.тиям при ГКНТ ССС4/5