Устройство для регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллельно работающих генераторов Советский патент 1988 года по МПК H02J3/46 

00

О5

ел го

4

rs3

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для автоматического регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллельно работающих электромашинных генераторов, например, судовых.

Цель изобретения - повьппение точности работы устройства.

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 коррекдии, 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 входньщи 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 и подключенного к выходу генератора 6 линейно изменяющегося напряжения, причем выход триггера элемента 5 сравнения соединен с входом инвертор 14 и вторым и первым входами элементов И 10 и 13, выход инвертора 14 соединен с вторым и 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 И10и12, 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. Текущие трехфазное

напряжение питающих шин выпрямляются с помощью схемы Ларионова. Выпрямленное напряжение с пульсацией f

300 Гц фильтруется электролитическим конденсатором и сравнивается с напряжением задания столба стабилитронов. Ток пробоя столба стабилитронов контролируется переменным

резистором. Постоянный резистор осуществляет коррекцию сигнала управления релейного элемента 7. Через постоянный резистор протекает дополни- тельньш ток от генератора 6 линейно

Г изменяющегося напряжения и вызывает на нем падение напряжения. Сигнал отклонения текущего и заданного значений напряжений суммируется с падением напряжения на постоянном резис0 торе от генератора линейно изменяющегося напряжения и подается на вход триггера Шмидта, на выходе которого снимаются две последовате- , льности импульсов для управле5 ния поддержанием напряжения на шинах 17

Устройство работает следующим образом.

0 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 об5 мотку 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

0 18 и 19 импульсного трансформатора 20, равны и направлены встречно. Вычитание магнитных, потоков входных сигналов в импульсном трансформаторе приводит к взаимной компенсации пос5 ледних. Тогда величина суммарного магнитного потока в ферритовом сердечнике импульсного трансформатора определяется только магнитньм потоком обмотки 25, что приводит к перио50 дическому перемагничиванию сердечника трансформатора. На выходной обмотке 21 наводятся импульсы ЭДС с периодом Tj.ty+t, которые обусливливают переключение триггера, вьшолненного на

gg операционном усилителе 22, причем время импульса t равно времени паузы t. Выход триггера есть выход элемента 5 сравнения, реализирующего пороговую функцию р.)

о,

1365242 (ii+A)t -5,/2;

О, E,/2Xui+A) -f,/2;

f,/2 (л1+А);

i Oj f,/2 (,/2

де A

Kt sign(A-Aj;

-Kt- sign(A+Ao) , A - текущее значение выходного сигнала,генератора 6;

Aj - максимальное значение выходного сигнала генератора 6;

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

t - текущее время;

Д1

1( текущее отклонение по входньм

сигналам;

f, - иширна 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 зависимост от их разности и знака в текущий момент времени происходит перемагничи- вание феррито вого сердечника импульсного трансформатора, появление импульсов ЭДС на выходных обмотках 21 и соответствующее Переключение триггера. На выходе элемента 5 присутствуе последовательность импульсов, скважность которых зависит от соотношения амплитуды линейно изменяющегося напряжения А с выхода генератора 6 и сигнала разности ui токов нагрузки генераторов 2 и 1.

1

Одновременно с этим другие сигна

0

5

0

6 - 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 RJ и PU.. Элементы И 10- 13 блока 9 реализуют собой со- 5 ответственно логические уравнения, записанные в виде системы уравнений F, Р„ Л PV, , F, Р„ Л РЗ ,

Л PI, F,P, Л РЗ , где F, - переключающая функция на

уменьшение возбуждения генератора 4; F, - инверсная переключающая

функция на увеличение возбуждение генератора 1; FJ - переключающая функция на

уменьшение возбуждения генератора 2; f - инверсная переключающая

функция на увеличение возбуждения генератора 2.

При подаче на входы элементов И 10- 13 блока 9 последовательностей

0

5

0

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для автоматического регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллельно работающих злектромашинных генераторов, например, судовых. Целью изобретения является повышение точности работы устройства. Б устройство, содержащее генераторы 1 и 2, датчики нагрузки 3 и 4, элемент сравнения 5, генератор линейно изменяющегося напряжения 6, релейный элемент 7, блок коррекции 8, блок выбора з1Л:тремаль- ного тока нагрузки 9 с элементами И 10, 11, 12, 13 и инвертором 14, ключевые элементы 15 и 16 и шины 17, дополнительно введены связь между выходом генератора линейно изменяющегося напряжения 6 и входом релейного элемента 7, а выходы элементов И 10 и 12, 11 и 13 попарно соединены с первыми и вторыми входами ключевых элементов 15 и 16. Это позволит повысить точность автоколебаний в устройстве, которые идут с необходимостью, определяется генератором линейно изменяющегося напряжения. Выбором определенной амплитуды и частоты генератора линейно изменяющегося напряжения можно практически свести к нулю амплитуду автоколебаний в системе. 2 ил. е (Л

лы, пропорциональные разности текуще- g импульсов, соответствующих прямым пого напряжения на питающих шинах 17 и заданного значения и,,д , а также сигнал с выхода генератора 6, пода- ;Ются на входы релейного элемента 7, реализирующего пороговую функцию Ра :.

(ли+А)

€,/2 (uU+A)-f,/2: е,/2 (ли+А) ;

роговым функциям Р и Р( и инверсным пороговым функциям P.J и PIJ , получают на выходе схем И также последовательности прямоугольных импульсов, соот- 50 ветствующих прямым переключающим функциям F( и инверсным переклю раю- щим функциям F, и F, которые вызывают коммутацию ключевых элементов 15 и 16 так, что напряжение на шинах и

роговым функциям Р и Р( и инверсным пороговым функциям P.J и PIJ , получают на выходе схем И также последовательности прямоугольных импульсов, соот- 50 ветствующих прямым переключающим функциям F( и инверсным переклю раю- щим функциям F, и F, которые вызывают коммутацию ключевых элементов 15 и 16 так, что напряжение на шинах и

f/2 (&U+A)-f /255 равняется и токи генераторов

1 и 2 равны друг другу. Причем комму- отклонение напря- тация ключевых элементов 15 и 16 про- жения на шинах 17 исходит вынуждено с частотой работы от ;генератора 6, что соответствует выроговым функциям Р и Р( и инверсным пороговым функциям P.J и PIJ , получают на выходе схем И также последовательности прямоугольных импульсов, соот- ветствующих прямым переключающим функциям F( и инверсным переклю раю- щим функциям F, и F, которые вызывают коммутацию ключевых элементов 15 и 16 так, что напряжение на шинах и

равняется и токи генераторов

полнению следующих условии захвата автоколебаний:

fr

3;

AC.S Л„вг

овт,

и А

а ВТ,

где f и АО - частота и максимальная амплитуда генератора 6 - частота и амплитуда автоколебаний в системе.

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

PU PU РТ

При набросе и сбросе больших нагрузок возможен срыв широтно-импульс- ной модуляции элемента 5 сравнения. Это связано с прекращением перемагни- чивания ферритового кольца импульсного трансформатора 20, так как величи- на разности магнитных потоков от обмоток 18 и 19 становится больше магнитного потока обмотки 25. Для восстановления процесса перемегничивания импульсного трансформатора элемента 5 необходимо увеличить магнитный до- ток обмотки 25, что достигается уче- личением 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 вьщержку времени на отпуск реле времени отпус

кает, если срыва модуляции после это- зв ного трансформатора, выходная обмотка

го 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, уве45 изменяющегося напряжения, причем выход триггера элемента сравнения соединен с входом инвертора и вторым и первым входами первого и четвертого элементов И, выход инвертора соедине

личение напряжения на шинах 17.

При сбросе нагрузки всплеск напряжения на шинах 17 приводит к увеличе- 50 вторым и первым входами второго и нию тока, протекающего через столб третьего элементов И, первые входы стабил итронов релейного элемента 7. В случае превышения данным током макпервого и второго элементов И соединены С прямым выходом релейного элемента, инверсный выход которого сое- 55 динен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, отлича ющееся тем, что, с целью повышения точности работы устройства, ре лейный элемент выполнен с коррекцией

симальной амплитуды А линейно изме0

няющегося напряжения генератора 6 происходит также срыв широтно-им- . пульсной модуляции выходных импульсов релейного элемента 7. На его выходе появляются постоянные уровни напряже

ний, соответствующих пороговым функциям . 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 выполня лись условия захвата автоколебаний по релейному элементу 7.

Предлагаемое устройство повьппает точность поддержания напряжения на шинах, уменьшает уравнительный ток и обменную мощность между генератора.ми.

Формула изобретения

Устройство для регулирования напряжения с вьфавниванием 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 импульсньпй трансформатор,и триггер, блок выбора

экстремального тока нагрузки, включающий в себя инвертор и четыре двух- вхЬдовых элемента И, датчики нагрузки, выходы которых соединены с первой и второй входными обмотками импульскоторого соединена с входом триггера, выполненного на базе операционного усилителя, выход которого соединен с входом блока коррекции, замыкающий

40 контакт реле времени которого включен параллельно резистору, соединенному последовательно с- третьей обмоткой импульсного трансформатора, подключенной к выходу генератора линейно

45 изменяющегося напряжения, причем выход триггера элемента сравнения соединен с входом инвертора и вторым и первым входами первого и четвертого элементов И, выход инвертора соединен

50 вторым и первым входами второго и третьего элементов И, первые входы

0 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 сое- 55 динен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, отличающееся тем, что, с целью повышения точности работы устройства, релейный элемент выполнен с коррекцией

сигнала управления, причем выход ге-та, выходы первого и третьего, второнератора линейно изменяющегося напря-го и четвертого элементов И соединены

жения соединен с входом коррекциисоответственно с входами первого и

сигнала управления релейного элемен-второго ключевых элементов.

Ота

Л i 4

Фиг. 2