Система генерирования и распределения электрической энергии Советский патент 1987 года по МПК H02J3/46 

Изобретение относится к управлению для системы генерирования и распределения электрической энергии.

Цель изобретения - повышение надежности.

На фиг.1 изображена схема систе мы; на фиг.2 - блок-схема генератора с приводом от двигателя, применяемого в данной системе; на фиг.З - блок-схема части блока управления генератором; на фиг.4 - схема, показывающая измерительные преобразователи тока в системе, соединенные с блоком управления генератором и блоком регулирования мощности в шине; на фиг.5 - блок-схема, аналогич- ная фиг.З, с дополнительными деталями; на фиг. 6- блок-схема системы, аналогичная фиг, 1, показывающая дополнительные детали блока регулирования мощности в шине, и его внутреннее соединение с системой распределения; на фиг.7 - блок-схема регулятора напряжения генератора; на фиг.8 - блок-схема, иллюстрирующая функции микропроцессора, связанные с регулятором напряжения.

Система генерирования и распределения электрической энергии описывается применительно к двухдвигатель- ному атмосферному летательному аппарату с вспомогательной силовой установкой. Характерные особенности управления могут использоваться в других системах генерирования и распределения электрической энергии для амосферных летательных аппаратов.

В системе (фиг.1) одна линия может обозначать многократные соединения между элементами. Система содержит генераторы 1 и 2, которые имеют выводы, обращенные к общему обратному проводу или корпусу (земле) и соединенные через автоматические выключатели 4 и 5 с нагрузка ми 6 и 7 соответственно. Электрораспределительная шина 8 может селетивно соединяться с нагрузками -6 и 7 через выключатели 9 и 10 связи с шиной.

Вспомогательный генератор 11 также имеет вывод, обращенный к корпусу 3 и соединенный через выключател 12 вспомогательной мощности с .элек- трораспределительной шиной 8. Внешний источник энергии (не показан) может соединяться с электросистемой, когда атмосферный летательный аппарат находится на земле, через контактор 13.

Электросистема атмосферного ле-

тательного аппарата представляет

собой трехфазную систему, работающую при частоте 400 Гц с четырех- проводной системой распределения.

Соответственно этому однолинейные соединения и одноконтактные контакторы представляют собой четыре провода и трехполюсные реле, причем нейтраль остается непрерываемой.

Каждый из генераторов имеет блок 14-16 управления. Блоки управления генераторами контролируют рабочие состояния связанных с ними генераторов и управляют работой источников 17-19 токов возбуждения и реле 20-22 управления генераторами соответственно. Источник- тока возбуждения и реле управления генератором могут составлять часть блока управления.

Размерные стрелки на каждом конце линий, взаимосоединяющих блок управления генератором со связанными источ ником тока возбуждения и

реле управления генератором, показывают, что информация для состояния и управления передается в обоих направлениях. Линии с одной размерной стрелкой между схемой генератора и выключателями связи с шиной и блоком управления генератором показывают, что состояние выключателя или информация состояния представляет входной сигнал к .блоку управлеНИН генератором.

Блок 23 регулирования мощности в шине соединяется для передачи информации о состоянии .системы, взаимно соединяется с каждым блоком управления генератором и управляет работой выключателей .связи с шиной, чтобы поддерживать оптимальное распределение э нергии от источников, доступных нагрузкам 6 и 7. Каждый блок управления использует микропроцессор, чтобы обеспечивать сбор и организацию информации, относящейся к работе, генератора и состоянию схемы, и для выделения и распределения соответствующих сигналов управления. Согласно другой схеме электросистемы атмосферного летательного аппарата (фиг.2) двигатель 24 при

3

водит во врап1;ение привод 25 постоянных оборотов, который обеспечивает подводимый крутящий момент к генератору 26, включающему генератор 27 с постоянными магнитами, генератор 28 возбуждения и трехфазный силовой генератор 29, Привод может объединяться с генератором в одном корпусе. Таким образом, роторы каждого генератора (с постоянными магнитами, возбуждения и трехфазного силового) монтируются на общий вал. проводимьш во вращение приводом 25 постоянных оборотов. Генератор с постоянными магнитами имеет вывод который снабжает энергией блоки управления и возбудитель 28. Последний имеет фиксированные электромагниты и вращающийся якорь, причем выходной ток якоря выпрямляется и подается к вращающимся электромагнитам силового генератора 29, который, в свою очередь, имеет отдаваемую мощность, снимаемую от фиксированных обмоток. Ток возбуждения для возбудителя 28 обеспечивается о генератора с постоянными магнитами через контакты реле 20-22 управления генератором и регулятор напряжения. Выход генератора соединяется с цепью нагрузки через три контакта автоматического выключателя 4 (5, 12) генератора.

На фиг.З иллюстрируются вводы системы распределения и главного генератора к блоку управления генератором. Выходное напряжение генератора для каждой из трех фаз снимается в точке регулирования, которая может быть клеммой автоматического выключателя 4 (5, 12) генератора. Фазные напряжения через схемы 30 ограничеАия пиков подаются к мультиплексору 31.1 аналоговых сигнлов и преобразователю -31 ,2 из ан-ало говой формы в цифровую. Эти фазные напряжения вмест е с другими входными сигналами последовательно выбираются мультиплексором, преобразуются в цифровую информацию И подаются к микропроцессору 32 через информационную шину и окна ввода-вывода.

Фазные токи воспринимаются трансформаторами тока (не показаны на фиг.З) и через схемы 33 ограничения пиков, подаются к мультиплексору 31.1 и преобразователю 31.2 из ана. 5

515244

логовой формы в цифровую. Линейные токи схемы распределения также воспринимаются трансформаторами ток а и вместе с сигналами генератора тока подаются к дифференциальному компаратору 34 токов, который обеспечивает соответствующий входной сигнал к микропроцессору в случае 1Q появления, разбаланса избыточного тока.

Выходной сигнал генератора с постоянными магнитами воспринимается детекторами 35 и 36 недостаточной 5 и избыточной частот, которые, если частбта находится вне выбранных прв делов, обеспечивают сигналы к микропроцессору. Альтернативно выходной сигнал генератора с постоянными 20 магнитами может преобразовываться в сигнал в цифровой форме и подаваться непосредст-венно к микропроцессорам. Блок электромагнитного измерительного преобразователя, 25 связанный с приводом 25 постоянных оборотов, обеспечивает сигнал к детекторной схеме 37 недостаточного числа оборотов, которая также обеспечивает ввод информации к микро- од процессору. Другие сигналы состояния генератора обеспечиваются от тумблера включения генератора,.ор- .гана управления в кабине летательного аппарата, обеспечивающего возможность функционирования реле управления генератором, когда запу - скается двигатель, и от вспомога- тельнык контактов автоматического выключателя генератора и выключате- .,, ля связи с шиной.

Отдаваемая мощнос ть генератора с постоянными магнитами также используется для внутренних источников питания блока 38 управления генератором. Эти источники питания питаются энергией от шины аккумуляторной батареи летательного аппарата, когда генератор не работает.

Фазные напряжения генератора от точки регулирования подаются к регулятору 39 напряжения, в котором получается среднее напряжение трех фаз, которое подается через мультиплексор и преобразователь из анало- говой. формы в цифровую к микропроцессору. Сигнал рассогласования напряжения, образованный микропроцессором, вьщается через преобразова-

35

45

50

тель 40 из цифровой формь в аналоговую к регулятору напряжения. Регулируемый ток возбуждения для возбудителя подается через реле 41 управления генератором к обмотке возбуждения возбудителя 28. Детектор 42 короткого замыкания вращающегося выпрямителя, соединенный со схемой возбуждения, обеспечивает дополнительный входной сигнал к микропро-, цессору.

Фазные токи в различных точках системы воспринимаются, например, трансформаторами тока и подаются к блокам управления генераторами и блоку регулирования мощности в шине Эти входные сигналы относительно состояний системы и генераторов к блокам управления дают основание для функций управления и обеспечивают избыточную информацию, используемую в проверке работы системы. На фиг.4 иллюстрируется расположени трансформаторов тока, обеспечивающих информацию относительно состояния системы и генератора для блока 14 управления генератором 1 и бло ка 23 регулирования мощности в шине. Т-оки от генератора измеряются трансформатором 43 тока генератора,, подсоединенным между генератором и эталоном потенциала земли 3 Ток нагрузки измеряется трансформатором 44 тока в фидере 45 .нагрузки.. Эти входные сигналы токов додаются к блоку 14.управления генератором 1. Токи в шине 8 связи воспринимаются на соединении с выключателем 9 связи с шиной транс-- форматором 46 тока. Ток, текущий в фидере 47 между вьжлючателем 9 связи с шиной, и соединением с фидером 45 нагрузки, воспринимается трансформатором 48 тока, соединенны с блоком 23 регулирования мощности в шине.

На фиг.5 показаны входные и выходные сигналы блока управления .генератором. Различные аналоговые . сигналы, представляющие состояние генератора, подаются через мультиплексор 31.1 и преобразователь 31.2 из аналоговой формы в цифровую к микрокомпьютеру 49. Таковые включают фазные напряжения точки регулирования, вocпpинтiмaeмыe схемами 30 ограничения пиков, и линейные и генераторные токи от соответствующих

трансформаторов тока, воспринимаемые схемами 33 ограничения пиков. Сигнал числа оборотов для привода 25 постоянных оборотов от электромагнитного

измерительного преобразователя подается через преобразователь 50 частоты в напряжение. Аналогично сигнал числа оборотов от генератора 27 с постоянными магнитами подается че-

рез преобразователь 51 частоты в напряжение. Температура масла, используемого в приводе постоянньк обо- ротов и для охлаждения генератора, воспринимается как на входе, так и

на выходе общего корпуса генератора и привода. Аналоговые сигналы температуры предусматривают дополнительные мультиплексорные блоки. Под управлением микрокомпьютера аналоговый

мультиплексор 31.1 последовательно сканирует входные сигналы состояния генератора, и эти сигналы через преобразователь 31.2 аналоговой формы в числовую подаются к входу данного

микрокомпьютера. Сигналы числа оборотов от блока электромагнитного измерительного преобразователя и генератора с постоянными магнитами могут преобразовываться непосредственно в цифровзпо форму и подаваться к микрокомпьютеру 49 (показано пунктирными линиями).

Цифровые устройства ввода, например переключатели, соединяются

через входные буферы 52 с микрокомпьютером 49. Эти.устройства ввода вк.лючают вспомогательные контакты на реле управления генератором, автоматическом выключателе генератора и выключателе связи с шиной.Тумблер включения генератора, расположенный в кабине летательного -аппа- . рата орган управления, обеспечивает дискре.тные входные сигналы как в

замкнутом, так и в разомкнутом положении. Контактный измерительный преобразователь давления масла обеспечивает еще один входной сигнал, показывающий доступность масла для

приведения в действие привода постоянных оборотов и охлаждения генератора.

Среднее фазное напряжение генератора (фиг.5) образуется в схеме

53 считывания среднего значения и через фильтр 54 подается к .аналоговому мультиплексору. Сигнал рассогласования через преобразователь 40 из

7.

цифровой формы в аналоговую подается к суммирующему переходу 55, где он суммируется со средним фазным напряжением, и эта сумма подается к широтно-импульсному модулятору 56, который управляет выходным усилителем 57, обеспечивающим ток возбуждения к обмотке возбуждения возбудителя. Энергия схемы возбуждения подается генератором с постоянными магнитами через реле 41 управления генератором. Выходные сигналы преобразователя 40 из цифровой формы в аналоговую и выходного усилителя 57 подаются к входам аналогового мультиплексора 31.1 и сравниваются микрокомпьютером 49 с желаемыми величи- нами в случае проверки работы системы. Детектор 42 короткого замыкания воспринимает несрабатывание диода и обеспечивает входной сигнал к микрокомпьютеру, чтобы приводить в действие реле 41 управления генератором.

Выходные сигналы от микрокомпьютера 49 подаются через выходные буферы 58. Главные выходные сигналы включают сигналы, управляющие работой реле управления генератором и замыканием и размыканием автоматических выключателей блока управления генератором и связи с шиной. Выходной сигнал Выключить световой сигнал обеспечивает визуальную индикацию в кабине летчика состояния, в котором генератор должен выключаться. При необходимости доцолнитель- ной проверки работы системы сигналы выходных буферов через многожильный кабель 59 подаются к входному мультиплексору 31.1 аналоговых сигналов .

Связь с блоком регулирования мощности в шине обеспечивается через промежуточное устройство 60 связи и последовательньй канал 61 передачи данных (информационная шина), который может содержать двухпроводную скрученную пару. Когда данные передаются между блоками управления последовательным образом, необходима только двухпроводная линия, даже в том случае, если данные могут представлять многие различные состояния системы или сигналы управления. В трехгенераторной системе блок регулирования мощности в шине может иметь период цикла 4 мс. В течение

51524S

каждого цикла информация системы обменивается и проверяется связью через канал передачи данных. J- Внутренний генератор синхрони- .зирующих импульсов (не показан) обеспечивает синхронизацию для микрокомпьютера мультиплексора и де- мультиплексора и других схем синхро10 низирующего устройства. Сигналы синхронизации, передаваемые через информационную шину 61 от блока регулирования мощности в шине, координируют работу блоков управления

15 системой. Эти синхронизирующие сигналы считаются, чтобы устанавливать точные периоды синхронизации, которые могут иметь общий начальный момент времени, или пусковой период.

20 Взаимосвязь блока 23 регулирования мощности в шине с данной системой, иллюстрирующая взаимный обмен данными с блоками 14 и 15 управления генераторами и вводь от авто-

25 маТических выключателей 4 и 5 генераторов и выключателей 9 и 10 связи с шиной, иллюстрируются на фиг.6. Для левого генератора 1 вспомогательный контакт автоматического вы30 ключателя 4 обеспечивает ввод к блоку регулирования мощности в шине. Другой вспомогательный контакт обеспечивает ввод к блоку 14 управления левым генератором, а этот автома35

тическии выключатель контролируется

блоком управления генератором.Выключатель связи с шиной имеет вспо- могательные контакты, которые обе- .спечивают вводы к блоку 14 управ 40 ления левым генератором и блоку 23 регулирования мощности ,в шине, а автоматический выключатель связи управляется блоком управления левым генератором в соответствии с инфор-

4g мацией, образованной в блоке управления левым генератором, и информацией, принятой от блока регулирования мощности в шине. Аналогичные схемы обеспечиваются для автоматического выключателя 5 гене ратора и выключателя 10 связи с шиной для правого генератора 2. Блоки 14 и 15 управления генераторами соединяются через информационные шины 61 и 62 соответственно с блоком

50

55

peгvлиpoвaния мощности в шине.

Состояние вспомогательных контактов, -соединенных с блоками управ ления генератором и регулирования

9

мощности в шине, обеспечивает избыточную информацию, которая проверяется на точность блоками управления по каналам передачи данных Измерение напряжений и токов добавляет дополнительные уровни избыточной информации.

Вспомогательный генератор 26 соединяется с шиной связи через выключатель 12 вспомогательной мощности, который имеет вспомогательные контакты, обеспечивающие вводы к блоку 23 регулирования мощности в шине и блоку 16 управления вспомогательным генератором. Этот выключатель вспомогательной мощности управляетс выходным сигналом блока 16 управлен вспомогательньм генератором. Последовательная информационная шина 63 обеспечивает связь между блоком 16 управления вспомогательным генератором и блоком 23 регулирования мощности в шине.

Источник 64 внешней энергии може использоваться, когда атмосферный л летательный аппарат находится в приземленном состоянии. Этот источник энергии соединяется через контактор 13 внешней энергии с шинрй 8. Вспомогательный контакт на контакторе вешней энергии обеспечивает ввод к блоку 23 регулирования мощности в шне, а этот блок управления, в свою очередь, управляет контактором внешней энергии. Фазные напряжения ис- -точника внешней энергии обеспечивают дополнительный входной сигнал в блоке регулирования мощности в шин

Другие вводы для блока регулирования мощности в шине включа1.от органы управления в кабине летчика, представляющие передаточньй переключатель шины, переключатель, внешнего источника энергии и автоматические выключатели связи с шиной . Выходные сигналы в дополнение к информации, передаваемой к вспомгательным блокам управления через информационные шины и управляющие контактором 13 внешней энергии, вкчают сигналы из кабины летчика, показывающие отказ системы шины и доступность внешней энергии. При неоходимости могут обеспечиваться дргие выходные сигналы из кабины летчика.

Когда атмосферный летательньй аппарат находится в приземленном

0

5

0

5

1524

10

состоянии, электрическая энергия обеспечивается от внешнего источника 64 энергии или от вспомогательного генератора 11. При подаче в систему внешней энергии контактор 13 внешней энергии и выключатели 9 и 10 связи с шиной замыкаются, подавая энергию через нагрузки 6 и 7 (фиг.1). При использовании вспомогательного генератора 11 выключатель 12 вспомогательной мощности и выключатели 9 и 10 связи с шиной замыкаются.

Когда запускаются двигатели атмосферного летательного аппарата в по.рядке подготовки для взлета, генераторы 1 и 2 обеспечивают снабжение системы энергией после достижения соответствующего числа оборотов двигателя. В этот момент времени электрические нагрузки передаются от источника внешней энергии или вспомогательного генератора к приводимым в действие двигателями генераторам путем размыкания выключателей 9 и 10 связи с шиной и замыкания автоматических выключателей 4 и 5 генераторов. В случае отказа двигателя или генератора в полете все нагрузки могут обеспечиваться энергией от одного из приводимых в действие -двигателем генераторов или от комбинации из одного приводимого в действие двигателем генератора и вспомогательного генератора 11 путем соответствующей манипуляции . выключателями связи с шиной и автоматическими выключателями генераторов.

Рассмотрим Комбинацию обработки аналогового сигнала и сигнала микропроцессора в регуляторе напряже- ния. Наг1ря7кения трех фаз А, В и С

(фиг. 7) подаются к схеме 53 считыв-а- .„ ния среднего значения, и аналоговый средний сигнал подается через фильтр 65 нилсних часто т, фильтр 54 и преобразователь 31.2 аналоговой формы в цифровую к микрокомпьютеру. Для нормального регулирования генераторов (фиг,8) среднее напряжение трех фаз сравнивается с опорным у суг мирующего перехода 66v Разность интегрируется в интеграторе 67,обеспечивающем ошибку напряжения, подаваемую через логическую .схему 68, преобразователь 40. из цифровой формы в аналоговую и аналоговый переключатель 69 к входу суммирующего

30

35

40

50

55

11

перехода 55. Среднее фазное напряжение от фильтра 65 через аналоговый переключатель 70 к другому вводу суммирующего перехода 55. Выход суммирующего перехода 55 через фильтр 71 соединяется с широтно-им- пульсным модулятором 56 и выходным усилителем 57 (фиг.5), чтобы обеспечивать регулируемый ток к обмотке возбуждения возбудителя.

Данный микрокомпьютер имеет дополнительные вводы, представляющие самый большой фазный ток 72,самое высокое фазное налряжение 73 и само низкое фазное напряжение 74, которые обеспечивают возможность дополнительных режимов работы регулятора напряжения, чтобы справляться с ненормальными состояниями. Большой фазный ток и функция самого высокого фазного напряжения, устанавливаемая функциональным блоком 75, суммируются на переходе 76, обеспечивая предел тока обмотки возбуждения.

В случае отказа одной фазы в генераторе средний фазный сигнал от фильтра 65 включает гармоники, которые не должны подаваться к регулятору тока возбуждения возбудителя. Это состояние также дает в результате большой фазный ток, детектируемый компаратором 77, который обеспечивает синал регулирования режима, чтобы размыкать аналоговый переключатель 70. Это снимает входной сигнал среднего -напряжения с суммирующего перехода 55. Система продолжает функционировать при сигнале ошибки напряжения от суммирующего перехода 76, регулирующего ток возбуждения.

В случае, если напряжение одной фазы является низким, регулятор будет пытаться установить избыточный ток возбуждения. Это состояние воспринимается путем сравнения самого высокого фазного напряжения с опорным в суммирующем переходе 78, обеспечивающем С1тгнал к логической схеме 68 и ограничивающем сигнал управления к обмотке возбуждения возбудителя.

Самое высокое и самое низкое фазные напряжения сравниваются в сум-- мирующем переходе 79. Когда разность является избыточной, и выходной сигнал компаратора 80 размыкает аналоговый переключатель 69, уменьшая усилие для сигнала рассогласования

51524 12

напряжения путем пйдсоединения в эту схему резистора 81. Это предупреждает регулятор от попыток ус та- навливать избыточный ток возбуждения.

Блоки управления генератором и регулирования мощности в шине на базе микропроцессора более полно и более точно коррелируют информацию,

10 относящуюся к состоянию генератора и системы распределения, чем на . практике с управлением на трудномок- тируемых проводных схемах. В результате электрическая система эксплуа15 при меньшей циклической работе выключателей и меньшем числе перерывов в работе, чем это достигалось при использовании известных систем.

20

Формула изобретения

Система генерирования и распределения электрической энергии,вклю25 чающая по крайней мере два генератора, в цепи по крайней мере одного генератора имеется цепь нагрузки и генераторный выключатель для соединения цепи нагрузки с генератором,

30 электрическую шину и шинный выключатель для соединения цепи нагрузки через шину с другим генератором, блок управления для каждого из генераторов, средство соединения схемы

-(- каждого из генераторов с входами блока управления для определения условий работы генератора, средства для соединения выходов блока .управления для каждого из генераторов для

40 управления работой соответствующего генератора, а также генераторным и шинным выключателями, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, в качестве бло4g ка управления для каждого генератора использован микропроцессорный блок, а система снабжена микропроцессорным блоком управления питанием шины, средствами для соединения

Q входо-в микропроцессорного блока управления питанием шины с системой распределения энергии для определения условий работы системы распределения, информационными шинами для

g обеспечения взаимодействия микропроцессорного блока управления питанием шины с каждым из микропроцессорных блоков управления генератором для передачи информации об условиях

13 . 1351524 1

работы генератора и системы распре- равления для корреляции работы этих деления и выходных сигналов блока уп- блоков улравления.

Фиг. 2

(ffJ2)

Изобретение относится к области электротехники, в частности к управляемым системам для генерирования и распределения электрической энергии. Цель изобретения - повышение надежности. В качестве блоков 14, 15, 16 управления для каждого параллельно работающего генератора 1, 2, 11 использованы микропроцессорные блоки. Система содержит также микропроцессорный блок 23 управления питанием шины 8 для определения условий работы системы распределения энергии. Блок 23 взаимодействует с блоками 14, 15, 16, осуществляя корреляцию работы этих блоков. Надежность повьш1ена в результате исключения множественных средств связи между блоками управления. 8 ил. §

От измери milHlll

тельного лре- образова/ле л лрибода пос/паяиных oUapomoB

32

От

- ши/4- SJfepo 8мю- чеиия

seHepgmof «Г5;//) - ПЮ) -

(PU2.3

Л/ 5ломам 7,15,16

сриг.5

пд

ев

во

(риг.8

Составитель К.Фотина Редактор В.Петраш Техред А.Кравчук Корректор Н,Король

Заказ 5302/59 Тираж 618Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4