Устройство для регулирования частоты с выравниванием нагрузок параллельно работающих дизель-генераторов Советский патент 1985 года по МПК H02J3/46 

размыкающий контакт этого реле - с выходом второго релейного элемента, второй вход четвертого элемента И соединен через второй замыкающий кон такт третьего реле с выходом третьего элемента сравнения и через второй размыкающий контакт, этого реле - с выходом второго релейного элемента, первый вход пятого элемента И соединен через первый замыкакящй контакт третьего реле с выходом второго инвертора и через первьА размыкакяций контакт этого реле - с выходом второ го релейного элемента, второй вход пятого элемента И соединен через пер вый замыкакнций контакт первого реле с выходом первого элемента сравнения и через первый размыкающий контакт этого реле - с выходом второго релей ного элемента, первый вход шестого 78 элемента И соединен через второй замыкающий контакт первого реле с выходом третьего инвертора и через второй размыкающий контакт этого реле - с выходом второго релейного элемента, второй вход шестого элемента И соединен через второй замыкающий контакт второго реле с выходом второго элемента сравнения и через второй размыкающий контакт этого реле с выходом второго релейного элемента, выходы первого и четвертого элементов И соединены с входами ключевого элемента первого дизель-генератора, выходы третьего и пятого элементов И соединены с входами ключевого элемента второго дизель-генератора, а выходы третьего и шестого элементов И подключены к входам ключевого элемента третьего дизель-генератора.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ С ВЫРАВНИВАНИЕМ НАГРУЗОК ПАРАЛЛЕЛЬНО РАБОТАЮЩИХ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРОВ, подключенных через линейные контакторы на питакяцие шины, содержащее ключевые элементы по числу дизель-генераторов, выходы которых подключены к дизель-генераторам, блок датчиков активных нагрузок, входы которого соединены .с выходами дизель-генераторов, датчик частоты с уставкой заданной частоты, подключенный к питающим шинам, выход которого соединен с входом первого релейного элемента с петлей гистерезиса, блок выбора экстремального тока нагрузки, первый вход которого подключен к выходу блока датчиков активной нагрузки, второй вход соединен с выходом релейного элемента с петлей гистерезиса, а выходы подключены к входам ключевых элементов, отличающееся тем, что, с целью увеличения ресурса работы дизель-генераторов и экономии топлива путем устранения автоколебаний в системе регулирования, оно снабжено дифференциатором и вторым релейным элементом с петлей гистерезиса и зоной нечувствительности, а блок выбора экстремального тока нагрузки содержит ,три элемента сравнения, три инвертора, шесть трехвходовых элементов И, три реле, причем входы дифференциатора и второго релейного элемента подключены к выходу датчика частоты, выход дифференциатора соединен с входами первого и второго релейных элементов, входы элементов сравнения соединены по схеме треугольника, верпшны которого связаны с выходом блока датчиков активной нагрузки, входы )9 реле соединены через замыкающие блок(П контакты линейных контакторов первого, второго и третьего дизель-генераторов соответственно с источником питания, первые входы первых трех элементов И соединены с выходом первого релейного элемента, а третьи taoA. входы вторых трех элементов И - с О выходом второго релейного элемента, со о выход первого элемента сравнения соединен с вторым входом первого элемента И и через первый инвертор - с 00 третьим входом второго элемента И, выход второго элемента сравнения соединен с вторым входом второго элемента И и через второй инвертор - с третьим входом третьего элемента И, выход третьего элемента сравнения соединен с вторым входом третьего элемента И и через третий инвертор с третьим входом первого элемента И, причем первый вход четвертого элемента И соединен через первь замыкакяций контакт второго реле с выходом первого инвертора и через первый

1

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматического регулирования частоты с вьфавниванием активных нагрузок при управлении параллельной работой ди-зель-генераторов постоянного и переменного тока автономных электростанций, например, .судовых.

Цель изобретения - увеличение ресурса работы дизелей и экономии (топлива путем устранения автоколебаний в системе регулирования.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства трех параллельно работакяцих дизель-генераторо,в| на фиг 2 - релейный элемент, образованный двумя релейными элементами j на фиг. 3 - нереверсивная хара теристика с зоной нечувствительности релейного элемента.

Устройство содержит дизель-генераторы 1-3. На выходы дизель-генераторов подключены датчики активного тока нагрузки,, которые объединены в блок 4 датчиков нагрузки. На входе дизель-генераторов установлены ключевые элементы 5-7 для управления серводвигателями реек топливныхнасосов зёлей.Управление ключевых элементов 5-7 осуществляется с выхода блока 8 выбора экстремального

тока нагрузки. Входы блока 8 подключены к выходу блока 4 датчиков нагрузки к выходам релейных элементов 9 и 10, входы которых подключены к датчику 11 частоты, подсоединенному к питакщим шинам 12. Дополнительно выход датчика 11 частоты подается на вход дифференциатора 13, выход которого подключен к входам реле иных элементов 9 и 10 . Блок 8 выбора экстремального тока нагрузки содержит реле 14- 16, элементы сравнения 17-19 и дешифратор с инверторами 20-22, элементами И 23-28 на три входа. Управление реле 14-16 выполняется замыкакяцимися блок-контактами 29-31 линейных контакторов 1-3.

Первые входы элементов И 23-25 соединены с выходом релейного элемента 9, а третьи входы элементов 26-28 подключены к выходу релейного элемента 10, Выход элемента 17 сравнения соединен с вторым входом элемента 23, через замыкающий контакт 32, реле 14 - с вторым входом элемента 27, через инвертор 20 - с третьим входом элемента 24,а также через инвертор 20 и замыкающий контакт 33 реле 15 с первым входом элемента 26. Выход элемента 18 сравнения подключен

к второму входу элемента 24, через замыкающий контакт 34 реле 15 к второму входу элемента 28, через инвертор 21 - к третьему,входу элемента 25, а также через инвертор 21 и замыкающий контакт 35 реле 16 к первому входу элемента 27 Выход элемента 19 сравнения подключен с вторым входом элемента 25, через замыкающий контакт 36 реле 16 - со вторым входом элемента 26, через инвертор 22 - с третьим входом элемента 23, а также через инвертор 22 и замыкающий контакт 37 реле 14 с первым входом элемента 28. Дополнительно выход релейного элемента 10 соединен через размыкающий контакт 38 реле 14 с вторым входом элемента 27, через размыкающий контакт 39 реле 15с первым входом элемента 26, через размыкающий контакт 40 реле 15 с вторым входом элемента 28, через размыкающий контакт 41 реле 16 - с первым входом элемента 27, через размыкающий контакт 42 реле 16 - с вторым входом элемента 26, через размыкающий контакт 43 реле 14 - с. первым входом элемента 28, Выходы элементов 23и 26, 24 и 27, 25 и 28 соединены соответственно с первыми и вторыми входами ключевых элементов 5-7. Выходы элементов 23-25 дешифратора на максимум вьщают сигналы на уменьшение подачи топлива в дизели . Выходы элементов 26-28 дешифратора на минимум вьщают сигналы на увеличение подачи топлива в дизели.

Релейный элемент 44 (фиг. 2), образованный релейными элементами 9 и 10, содержит операционные усилители 45 и 46, переменные резисторы 4751, постоянные резисторы 52-55 и диоды 56-59, где резистор 50 задает уровень Pf, резистор 51 - уровень Р , резистор 47 задает ширину петли гистерезиса Е релейного элемента 9, резистор 48 - ширину петли гистерезиса Ej релейного элемента 10, а резистор 49 - ширину зоньгнечувствительности d релейного элемента 10.

Сигнал с выхода датчика 11 частоты и дифференциатора 13 через постоянные резисторы 60 и 61 подаются на прямой вход операционного усилителя 62, выход которого связан с входами релейных элементов 9 и 10.

На фиг. 3 изображена нереверсивная характеристика с зоной нечувст- i

вительности релейного элемента 44, который реализует пороговую функцию Р J

Г 1,( df + af): ( Af - df)- -|о, ( 2f -ь 4f) (сЛ- -|А),

Г

fr .1, (f + Л() (J-+ -|2-),

где Е - ширина петли гистерезиса

релейного элемента 9{ FJ, - ширина петли гистерезиса

релейного элемента 10; сГ - зона нечувствительности релейного элемента 10. Устройство работает следующим образомо

При параллельной работе дизельгенераторов 1-3, включенных на шинах 12, замкнуты блок-контакты 29-3 линейных контакторов (см фиг. 2). Включены реле 14-16, а их контакты коммутируют цены в блоке 8. Блок 4 датчиков вьщает сигналы в аналоговой форме на выход блока 8, При частоте на шинах 12 больше заданной

((fjg эсгл ) 5 свыхода релейного элемента 9 на блок 8 входа поступает сигнал Pf 1. При этом дешифратор блока 8 выявляет дизельгенератор с максимальным активным током нагрузки.

В случае ( - f) ( еЛ+ | ) с выхода релейного элемента 10 следует 1. Дешифратор блока 8 выявляет дизель-генератор с минимальным активным током нагрузки. Сигналы с выхода блока 8, соответствующие выявленным генераторам, управляют ключевыми элементами 5-7, которые в зависимости от текущей частоты на шинах 12 управляют серводвигателями реек топливных насосов дизельгенераторов 1-3 с целью равномерного распределения активного тока нагрузки между дизель-генераторами и поддерживания частоты на шинах 12.

Рассмотрим работу устройства, когда частота на шинах 12 меньше заданной, т.е. Pf 1« Пусть активные токи нагрузки генераторов 1-3, находятся в следующих соотношениях;

«-) irti ва iti3

1«1

яа

На выходе элементов 17-19 сравнения формируется соответственно дискретная информация 1, О, 0. При этом на первые входы элементов 23-25 поступает логический О от релейного элемента 9. На вторые входы элементов 23-25 поступает информация 1, О, О, а на вторые входы элементов 26-28 соответственно О, 1, 0 На третьи входы элементов 23-25 поступает информация 1, О, 1, а на первые входы элементов 26-28 аналогично О, 1, 1. При этом на выходах элементов 23-28 формируется следующая последовательность: О, О, О, О, 1,0.

Таким образом, выбран дизельгенератор 2 с минимальным активным током. Срабатывает ключевой элемент 6 (фиг. 1), который включает серводвигатель рейки топливного насоса дизель-генератора 2 в направлении увеличения подачи топлива в цилиндры дизеля. По мере увеличения подачи топлива в дизель-генератор 2, частота вращения увеличивается, а генератор набирает активную мощность. Это будет происходить до тех пор, пока блок 8 не выявит следующий дизельгенератор с минимальным током нагрузки, например 3. Серводвигатель дизель-генератора 2 останавливается, а серводвигатель дизель-генератора 3 включается и т.д.

Частота на шинах 12 будет увеличиваться. При превышении частоты выше з«А9 на величину /2, формируются пороговые сигналы Pfv 1 с выхода релейного элемента 9 и О с выхода релейного элемента 10. Аналогичным образом, на выходах элементов 23-25 будут сформированы сигналы в зависимости от выбранного дизель-генератора с максимальным током нагрузки, которые через ключевые элементы 5-7 включат соответствующие им серводвигатели на уменьшение подачи топлива в цилиндры дизелей.

В случае отключения, например, дизель-генератора 1 размьжается блокконтакт 29, отключается реле 14, ijoторое замыкающими контактами 37 и 32 отключит пороговый вход 28 и второй вход 27. Одновременно с помощью размыкающихся контактов 43 и 38 этог

реле данные входы подключатся к выходу релейного элемента 10 с пороговой функцией Р{2 1- Принудительное формирование 1 по первому входу элемента 38 и второму входу элемента 27 исключает влияние отключенного дизель-генератора на параллельную работу оставшихся включенными дизельгенераторов по управлению, т.е. обеспечивает нормальную работу дешифратора с настройкой на минимум в случае параллельной работы дизель-генераторов 2 и 3. Теперь в зависимости от того, какой из этих дизель-генераторов будет иметь минимальньй ток нагрузки на выходе элемента 27 или элемента 28 будет сформирована 1 и подана команда на увеличение подачи топлива в их дизели. Аналогично будет выполнена перестройка дешифратора с настройкой на минимум при отключении дизель-генератора 2 или 3. Отключенный дизель-генератор для дешифратора с настройкой на максимум есть дизель-генератор с минимальной (нулевой) нагрузкой и на работу его не влияет.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет сэкономить топливо и увеличить ресурс дизелей за счет срыва автоколебаний в системе регулирования. Это достигается введением в систему поддержания частоты и распределения активной мощности между генераторами релейного элемента с нереверсивной релейной характеристикой и зоной нечувствительности.

Автоколебания в системе регулирования могут быть и не быть. Если автоколебаний нет, в случае малых постоянных времени дизель-генераторов, то переключения (реверс) серводвигателей выполняется только по мере необходимости. При наличии автококолебаний. в системе регулирования в устройстве предусмотрена коррекция за счет введения гибкой обратной связи с помощью дифференциатора 13. Путем выбора коэффициента передачи по каналу (гибкой обратной связи с помощью резистора 61 всегда можно сорвать автоколебания. При работе системы без автоколебаний уменьшается износ дизелей, осуществляется экономия топлива, более равномерно подается топливо в цилиндры дизелей.

7 1

обеспечивая их мягкую работу, В противном случае дизели работают с постоянной динамикой, приводящей к быстрому износу поршней и цилиндров дизелей, а также к возможным разрушениям коленчатых валов при пиковых нагрузках. Применение предлагаемого устройства к совокупности с серводвигателями топливных насосов дизель-генераторов позволяет реализовать астатическое регулиро-

690788

ванне, имеющее известное преимущество перед статическим {)егулированием, а также реализовать экономически наивыгоднейший режим работы 5 электроэнергетической установки.

Кроме того, устройство позволяет включать дизель-генераторы на параллельную работу в любой последовательности, что повьшгает надежность электроснабжения.