УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ С ВЫРАВНИВАНИЕМ НАГРУЗОК ПАРАЛЛЕЛЬНО РАБОТАЮЩИХ ГЕНЕРАТОРОВ Российский патент 2009 года по МПК H02J3/46 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для автоматического регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллельно работающих электромашинных генераторов, например судовых.

Известно устройство, для автоматического регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллельно работающих генераторов, содержащее датчики нагрузки и ключевые элементы по числу генераторов, первые входы ключевых элементов подключены к выходу релейного элемента, выполненного с входом для подключения к шинам и уставке заданного напряжения, вторые входы ключевых элементов соединены с выходом блока выбора экстремального тока нагрузки, а их выходы соединены с выводами для подключения обмоток возбуждения генераторов, причем первый вход блока выбора экстремального тока нагрузки соединен с выходом релейного элемента, а второй - с выходом блока датчиков нагрузки [1].

Метод экстремального генератора с настройкой на максимум и минимум, реализуемый в данном устройстве, увеличивает в два раза частоту автоколебаний и, как следствие, уменьшает их амплитуду.

Недостатком известного устройства является то, что частота автоколебаний в релейной системе определяется в основном объектом регулирования. Для релейной системы с инерционным объектом регулирования такой способ коррекции частоты автоколебаний является не эффективным из-за низкой частоты собственных автоколебаний, что является недостатком устройства.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является устройство для регулирования напряжения и распределения нагрузки 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 импульсного 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 [2].

Недостатком известного устройства является его недостаточная точность, что ограничивает область его применения и делает невозможным его применения вовсе в системах, к которым предъявляются повышенные требования, например в системах управления генераторами питания систем обнаружения подводных и надводных объектов.

Целью изобретения является повышение точности работы устройства

Поставленная цель достигается тем, что релейный элемент выполнен с коррекцией сигнала управления, причем выход генератора линейно изменяющегося напряжения соединен с входом коррекции сигнала управления релейного элемента, выходы первого и третьего, второго и четвертого элементов И соединены соответственно с входами первого и второго ключевых элементов.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - схема релейного элемента.

Устройство содержит генераторы 1 и 2 с датчиками 3 и 4 нагрузки, элемент 5 сравнения, генератор 6 линейно изменяющегося напряжения, релейный элемент 7 с уставкой заданного напряжения, блок 8 коррекции, блок 9 выбора экстремального тока нагрузки, куда входят элементы И 10-13 и инвертор 14, ключевые элементы 15 и 16, шины 17, где выходы датчиков 3 и 4 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 с входом блока 8 коммутации, замыкающий контакт 23 реле времени которого включен параллельно резистору 24, соединенному последовательно с обмоткой 25 импульсного трансформатора 20, подключенного к выходу генератора 6 линейно изменяющегося напряжения, причем выход триггера элемента 5 сравнения соединен с входом инвертора 14 и вторым и первым входами элементов И 10 и 13, выход инвертора 14 соединен с вторым и первым входами элементов И 11 и 12, первые входы элементов И 10 и 11 соединены с прямым выходом релейного элемента 7, инверсный выход которого соединен с вторыми входами элементов И 12 и 13, выходы элементов И 10 и 12, 11 и 13 соединены соответственно попарно с входами ключевых элементов 15 и 16, выходы которых подключены к входу генераторов 1 и 2, причем первый вход релейного элемента 7 соединен с шиной 17, а второй вход подключен к выходу генератора 6 линейно изменяющегося напряжения.

Релейный элемент (фиг.2) содержит схему Ларионова, электролитический конденсатор, столб стабилитронов, переменный и постоянный резисторы и триггер Шмидта. Текущее трехфазное напряжение питающих шин выпрямляется с помощью схемы Ларионова. Выпрямленное напряжение с пульсацией f=300 Гц фильтруется электролитическим конденсатором и сравнивается с напряжением задания U_зад столба стабилитронов. Ток пробоя столба стабилитронов контролируется переменным резистором. Постоянный резистор осуществляет коррекцию сигнала управления релейного элемента 7. Через постоянный резистор протекает дополнительный ток от генератора 6 линейно изменяющегося напряжения и вызывает на нем падение напряжения. Сигнал отклонения текущего и заданного значений напряжений суммируется с падением напряжения на постоянном резисторе от генератора линейно изменяющегося напряжения и подается на вход триггера Шмидта, на выходе которого снимаются две последовательности импульсов для управления поддержанием напряжения на шинах 17.

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_гл=t_u+t_n, которые обуславливают переключение триггера, выполненного на операционном усилителе 22, причем время импульса t_u равно времени паузы t_n. Выход триггера есть выход элемента 5 сравнения, реализующего пороговую функцию P_J

где

А - текущее значение выходного сигнала генератора 6;

А_о - максимальное значение выходного сигнала генератора 6;

К - коэффициент пропорциональности, определяющий скорость нарастания напряжения генератора 6;

t - текущее время;

Δi=i₁-i₂ - текущее отклонение по входным сигналам;

ε₁ - ширина 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 Δi токов нагрузки генераторов 2 и 1.

Одновременно с этим другие сигналы, пропорциональные разности текущего напряжения на питающих шинах 17 и заданного значения U_зад, а также сигнал с выхода генератора 6, подаются на входы релейного элемента 7, реализующего пороговую функцию Р_u:

где ΔU=U_зад-U_тек - отклонение напряжения на шинах 17 от U_зад;

ε₂ - ширина петли гистерезиса релейного элемента 7.

При этом на прямом выходе релейного элемента 7 формируется последовательность прямоугольных импульсов, скважность которых также зависит от соотношения амплитуды линейно изменяющегося напряжения А с выхода генератора 6 и сигнала разности между заданным и текущим напряжениями на шинах 17. Периоды следования разных по скважности импульсов в выходных сигналах элемента 5 сравнения и релейного элемента 7 всегда равны, так как они определяются только генератором 6, частота которого постоянна. С выхода инвертора 14 блока 9 и плеча триггера релейного элемента 7 следуют инверсные последовательности импульсов, соответствующие инверсным пороговым функциям и Элементы И 10-13 блока 9 реализуют собой соответственно логические уравнения, записанные в виде системы уравнений

F₁=P_uΛP_J,

где F₁ - переключающая функция на уменьшение возбуждения генератора 4;

- инверсная переключающая функция на увеличение возбуждения генератора 1,

F₂ - переключающая функция на уменьшение возбуждения генератора 2;

- инверсная переключающая функция на увеличение возбуждения генератора 2.

При подаче на входы элементов И 10-13 блока 9 последовательностей импульсов, соответствующих прямым пороговым функциям P_j и Р_u и инверсным пороговым функциям и получают на выходе схем И также последовательности прямоугольных импульсов, соответствующих прямым переключающим функциям F₁ и F₂ и инверсным переключающим функциям и которые вызывают коммутацию ключевых элементов 15 и 16 так, что напряжение на шинах 17 равняется U_зад и токи генераторов 1 и 2 равны друг другу. Причем коммутация ключевых элементов 15 и 16 происходит вынужденно с частотой работы генератора 6, что соответствует выполнению следующих условий захвата автоколебаний:

A_o≥A_авт,

где f_гл и А_о - частота и максимальная амплитуда генератора 6;

f_авт и А_авт - частота и амплитуда автоколебаний в системе.

Время включения и выключения (скважность) ключевых элементов 15 и 16 определяется значениями функций

При 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 перемагничивания импульсного трансформатора элемента 5 необходимо увеличить магнитный поток обмотки 25, что достигается увеличением тока в ней, протекающего за счет шунтирования резистора 24 контактом 23 реле времени блока 8 коррекции. Ток через обмотку 25 увеличивается, и процесс модуляции восстанавливается вновь. Через выдержку времени на отпуск реле времени отпускает, если срыва модуляции после этого нет, то работа блока 8 прекращается, если есть, то работа последнего повторяется автоматически.

Аналогично при набросе больших нагрузок провал напряжения на шинах 17 приводит к снижению тока, протекающего через столб стабилитронов релейного элемента 7. Это, в свою очередь, вызывает изменение скважности выходных импульсов с его выхода в сторону 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 столб стабилитронов релейного элемента 7. В случае превышения данным током максимальной амплитуды А_о линейно изменяющегося напряжения генератора 6 происходит также срыв широтно-импульсной модуляции выходных импульсов релейного элемента 7. На его выходе появляются постоянные уровни напряжений, соответствующих пороговым функциям Р_u=0; Это вызывает уменьшение возбуждения генераторов 1 и 2 и, как следствие, уменьшение напряжения на шинах 17.

Применение предлагаемого устройства по сравнению с известным позволяет исключить субгармонические автоколебания в системе, которые шли там с необходимостью, так как не выполнялись условия захвата автоколебаний по релейному элементу 7.

Предлагаемое устройство повышает точность поддержания напряжения на шинах, уменьшает уравнительный ток и обменную мощность между генераторами.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1003244, кл. H02J 3/46, 1983.

2. Авторское свидетельство СССР №1206884, кл. H02J 3/46, 1986.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для автоматического регулирования напряжения с выравниванием реактивных нагрузок параллельно работающих генераторов. Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно релейный элемент выполнен с коррекцией сигнала управления, причем выход генератора линейно изменяющегося напряжения соединен с входом коррекции сигнала управления релейного элемента, выходы первого и третьего, второго и четвертого элементов И соединены соответственно с входами первого и второго ключевых элементов. Технический результат - повышение точности работы устройства. 2 ил.

Устройство 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 импульсного 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, отличающееся тем, что дополнительно релейный элемент выполнен с коррекцией сигнала управления, причем выход генератора линейно изменяющегося напряжения соединен с входом коррекции сигнала управления релейного элемента, выходы первого и третьего, второго и четвертого элементов И соединены соответственно с входами первого и второго ключевых элементов.