Автономная дизель-электрическая установка Советский патент 1989 года по МПК H02P9/04 

а 1

Cd 1чЭ

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повьапение качества генерируемой электрической энергии и экономичности. Установка содержит двигатель внутреннего сгорания 2, генератор 1,датчики активной мощности 9 и частоты 3, функциональный преобразователь 6 активной мощности нагрузки в сигнал, пропорциональный -оптимальной частоте вращения двигателя, устр-во сравнения 8, усилитель-ограничитель 10, исполнительный орган 4, орган управления подачей топлива 5. Повышение экономичности обеспечивается более точной установкой и подцержа.шем оптимальных скоростных режимов, соответствующих нагрузке. 7 ил.

Фиг. 1

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в электроэнергетических установках автономного типа.

Цель изобретения - повьшение качества генерируемой электрической энергии и экономичности.

На фиг.1 представлена функциональная схема автономной дизель- электрической установки; на фиг.2 - функциональная схема датчика активной мощности; на фиг.З - оптимальная скоростная характеристика дизельного двигателя} на фиг.4 - принципиальная схема функционального преобразовате- °ля активной мощности нагрузки в сигнал, пропорциональный оптимальной частоте вращения, и задатчик функции

оптимального регулирования-, на фиг.5-20 |Теля 6 активной мощности нагрузки

конструкция исполнительного органаj на фиг.6 - функциональная схема усилителя-ограничителя j на фиг,7 - статическая, характеристика усилителя- ограничителя.

Автономная дизель-электрическая установка содержит электрический генератор 1 (фиг.1), механически свя- занньй с двигателем 2 внутреннего сгорания, датчик 3 частоты, связан- ньй с валом двигателя 2 внутреннего сгорания, исполнительный орган 4, выход которого связан с органом 5 управления подачи топлива двигателя 2 внутреннего сгорания, функциональный преобразователь 6 активной мощности нагрузки в сигнал пропорциональный оптимальной частоте вращения двигателя, соединенньй первым входом с задатчиком 7 функции оптимального регулирования, и устройство 8 сравнения, соединенное первым входом с выходом функционального лреобразова- теля 6.

Устройство содержит также датчик 9 активной мощности, подключенный к выходу электрического генератора 1, и усилитель-ограничитель 10, вход которого связан с вькодом устройства 8 сравнения, а выход - с входом исполнительного органа 4. Выход датчика 9 активной мощности соединен с вторым входом функционального преобразователя 6. Выход датчика 3 частоты вращения подключен к второму входу устройства 8 сравнения. При этом линейньй участок (по входному сигналу) характеристики усшштеляограничителя 10 выбран минимально допустимым по условиям устойчивости. Датчик 9 активной мощности состо- ит (фиг.2) из трех идентичных блоков 11-13 измерения мгновенной полной мощности. В состав каждого блока входят датчик 14 мгновенного значения тока фазы, датчик 15 мгновенного значения фазного напряжения, аналоговый блок 16 умножения. Выходы блоков 11-13 подключены к входам сумматора 17, на выходе которого может быть включен фильтр 18.

Устройство работает следующим образом.

В установившемся режиме с выхода датчика 9 активной мощности (фиг.) на вход функционального преобразова5

0

5

0

5

0

5

в сигнал, пропорциональньй оптимальной частоте вращения двигателя, поступает сигнал, пропорциональньй текущему значению активной мощности нагрузки. Выходной сигнал функционального преобразователя 6, соответствующий оптимальной для данной нагрузки частоте вращения дизельного двигателя 2, поступает на вход устройства 8 сравнения. На второй вход устройства сравнения поступает напряжение с выхода датчика 3 частоты вращения, npot порхщональное текущему значению частоты вращения вала. В установившемся режиме выходной сигнал устройства сравнения представляет собой статическую ошибку регулятора. Величина этого сигнала находится в пределах линейного участка статической характеристики (фиг.7) усилителя-ограничителя 10. Под действием выходного напряжения усилителя-ограничителя шток исполнительного органа 4 и связанный с ним орган 5 управления подачи топлива находятся в некотором положении, соответствукнцем данному уста- новившемс режиму.

При набросах (сбросах) нагрузки выходной сигнал датчика 9 активной мощности, а следовательно, и выходной сигнал преобразователя 6 начинают изменяться. На начальном участке времени переходного процесса скорость изменения напряжения и тока генератора значительно выше скорости изменения частоты вращения, так как постоянная времени генератора и нагрузки намного меньше постоянной времени двигателя внутреннего сгорания. По этой причине в начале переходного процесса увеличение абсолютного значения выход-. НОГ9 сигнала устройства 8 сравнения будет практически полностью соответствовать изменению выходного напряжения функционального преобразователя . В результате выходной сигнал устройства сравнения за корот- кий промежуток времени достигнет уровня, соответствующего релейной части статической характеристики усилителя-ограничителя 10. Выходное напряжение усилителя-ограничителя станет максимальным (по модулю). Это приведет к перемещению штока исполнительного органа 4 и связанного с ним органа управления подачи топлива в крайнее положение, соответст- вующее максимальной или минимальной подачам (в зависимости от знака выходного напряжения ус шителя-огра- ничителя). Исполнительный орган будет находиться в крайнем положении до тех пор, пока выходной сигнал устройства 8 сравнения вследствие изменения частоты вращения не уменьшится до уровня, которому соответствует линейньй участок статической харак- теристики усилителя-ограничителя 10 После чего, под воздействием этого сигнала шток исполнительного органа займет положение, обеспечивающее значение частоты вращения, близкое к оптимальному. Таким образом, в устройстве регулирование осуществляется посредством установки и поддержания предельно возможных (т;е. максимальных или минимальных) уровней подачи топлива в течение большего отрезка времени переходного процесса. Это обеспечивает форсиро- ванньш перевод двигателя внутреннего сгорания из одного скоростного режима в другой за минимальный промежуток времени.

В режиме холостого хода, когда нагрузка отсутствует, приводной двигатель 2 работает на минимальной частоте, обеспечивающей устойчи- вость электроагрегата при неожиданных набросах нагрузки. Значение этой частоты вращения определяется нижним уровнем сигнала, поступающего с функционального преобразователя 6 при нулевом сигнале на его входе.

Повьш1ение экономичности устройства обусловлено более точной уста

Q 5 0 5 О

0 5

5

0

5

новкой и поддержанием оптимальных скоростных режимов, соответствующих нагрузке

Использование в устройстве (для управляющего воздействия) сигнала, пропорционального активной мощн ости, позволяет уменьшить отклонение ре ального значения управляющего воздействия от требуемого. При этом величина этого отклонения определяется лишь погрешностью датчика активной мощности.

Наличие в устройстве основной отрицательной обратной связи позволяет осуществить управление приводным двигателем непосредственно по отклонению частоты вращения от оптимального для данной нагрузки значения. В результате этого статическая ошибка системы уменьшается.

Таким образом, уменьшение погрешности формирования управляющего воздействия и повышение точности его отработки позволяет в устройстве значительно приблизить режимы работы приводного двигателя дизель-элект- рической установки к оптимальным.

Сокращение времени перехода дизель-электрической установки из одного скоростного режима в другой при изменении нагрузки уменьшает время переходного процесса по напряжению. Вследствие этого в процессе работы дизель-электрической установки сокращается длительность интервалов времени, в течение которых напряжение не соответствует предельно допустимым значениям. Таким образом, повышается качество генерируемой электрической энергии на выходе генератора установки.

Формула изобретения

Автономная дизель-электрическая установка, содержащая электрический генератор, механически связанный с двигателем внутреннего сгорания, датчик частоты, связанньй с валом двигателя внутреннего сгорания, исполнительный орган, выход которого связан с органом управления подачи топлива двигателя внутреннего сгорания, функциональньй преобразователь активной мощности нагрузки в сигнал, пропорциональный оптимальной частоте вращения двигателя, соединенный с первым входом устройства сравнения, отличающаяся тем.

что, с целью повышения качества генерируемой электрической энергии и экономичности, введены датчик активной мощности, подключенньй к выходу электрического генератора, и усилитель-ограничитель, вход которого связан с выходом устройства сравнения, а выход - с входом исполнительного органа, выход датчика активной мощности соединен с входом функцио(Л

Щ

16

ил

15

нального преобразователя активной мощности нагрузки в сигнал, пропорциональный оптимальной частоте вращения двигателя, выход датчика частоты вращения подключен к второму входу устройства сравнения, причем линейный участок (по входному сигналу) характеристики усилителя-ограничителя выбран минимально допустимым по условиям устойчивости.

IA. л л Л Л

N

т V V у

FT

и-1

ко; Mj)z

сЬ

-тЛ А А

Тг//,

J V V V

/ i

фиг 5 Я2

Фиг. 6

0ife.7

/

ли