Устройство для преобразования электроэнергии при нагрузочных испытаниях тепловозов Советский патент 1990 года по МПК B60L7/02 

Изобретение относится к области преобразования и использования электроэнергии Постоянного тока, вырабатываемой дизель- Венера горами тепловозов при их нагрузочных испытаниях, и является усовершенствованием устройства по авт. св. № 465353.

Це.ь изобретения - повышение коэффициента нагрузки и стабилизация напряжения в сети.

На фиг. 1 представлена функциональная блок-схема устройства; на фиг. 2 - Пример выполнения блока измерения коэффициента нагрузки, сумматора и подключенного к нему задатчика коэффициента нагрузки; на фиг. 3 - выполнение усилителя с переменным коэффициента передачи; на фиг. 4 - векторная диаграмма тока и напряжения синхронного генератора; на фиг. 5 -- характеристика бло- к|а измерения коэффициента нагрузки; на фиг. 6 - характеристика усилителя с переменным коэффициентом передачи.

| Тепловозный генератор 1 подключен к нагрузочным электродвигателям 2 и 3. На общем валу с нагрузочными электродвигателями 2 и 3 закреплен синхронный гене- рфтор 4 и, его возбудитель 5. Обмотки 6 и 7 возбуждения нагрузочных электродвигателей 2 и 3 подключены к возбудителям 3 и 9, которые имеют независимые обмотки 10 и 11 основного возбуждения и независимые обмогки 12 и 13 возбуждения подпитки. Блок 14 ручного возбуждения возбудителей и блок 15 автома тического возбуждения возбудителей соединены с обмотками 10 и 11 через переключатель 16 режимов возбуждения возбудителей.

Усилители 17 и 18 мощности системы выравнивания токов соединены с обмотками 12 и 13, а также с дифференциальным усилителем 19 через пороговые элементы 20 и 21. Входы дифференциального усилителя 19 соединены с обмотка - MI- 22 и 23 дополнительных полюсов нагрузочных электродвигателей 2 и 3 соответственно.

В цепь нагрузки синхронного генератора 4 (силовую цепь) включены датчик 24 тока и датчик 25 напряжения, выходы кото5

- рых соединены с входами блока 26 измерения коэффициента нагрузки (cosy). Последний соединен с первым входом сумматора 27. К второму входу сумматора 27 подключен задатчик 28 коэффициента нагрузки, а к выходу сумматора 27 - вход уси- 0 лителя 29 с переменным коэффициентом передачи, который через усилитель 30 мощности соединен с обмоткой 31 независимого возбуждения возбудителя 5 синхронного генератора 4.

Сумматор 27 выполнен на операционном усилителе 32 и резисторах 33-36 (фиг. 2).

Задатчик 28 коэффициента нагрузки вы- полнен на переменном резисторе 37 (фиг. 2).

Усилитель 29 с переменным коэффициентом усиления выполнен на операционном 0 усилителе 38, резисторах 39 и 40 и стабилитроне 41 и резисторе 42 (фиг. 3). Напряжение стабилизации стабилитрона определяет величину ограничения сигнала 1/„мам на выходе усилителя 29 (фиг. 6). Усилитель 28 мощности выполнен на тран- 5 зисторах.

Дифференциальный усилитель 19 и пороговые элементы 20 могут быть выполнены соответственно на операционном усилителе - триггере Шмидта.

Блок 26 измерения коэффициента нагрузки выполнен на трансформаторах 43 и 44, транзисторе 45, резисторах 46 и 47, конденсаторе 48 и диодах 49-52.

Устройство работает следующим образом.

От тепловозного генератора 1 напряже- 5 ние подается на два включенных параллельно нагрузочных электродвигателя 2 и 3, вращающих синхронный генератор 4 и возбудитель 5 синхронного генератора. При этом синхронный генератор 4 отдает энергию в сеть, а тепловозный генератор 1 0 нагружается током

.... U-E.U-Еч /,/д,

где/.и,/Д9 - ток якоря нагрузочных двигателей 1 и 3;

5U - напряжение на якоре тепловозного генератора I;

Ei, Ел2 - соответственно ЭДС электродвигателей 2 и 3;

0

, суммарные сопротивления якоря и добавочных полюсов электродвигателей 2 и 3. Следовательно, при изменении возбуждения нагрузочных электродвигателей 2 и 3 от возбудителей 8 и 9, обмотки 10 и II которых получают питание либо от блока 14 ручного возбуждения либо от блока 15 автоматического возбуждения, регулируется ток /г нагрузки тепловозного генератора 1, и он загружается мощностью

Я, 1//г.

В свою очередь, нагрузочные электродвигатели 2 и 3 развивают вращение моменты на общем валу

Мд,СФ,/д,;Л4д2 СФ2/.,2,

где С-конструктивная постоянная двигателей;

Ф|, Ф2 - магнитные потоки двигателей 2 и 3, которые передаются синхронному генератору 4.

При этом происходит преобразование механической энергии электродвигателей 2 и 3 . в электрическую. Рэл 3UiI,, где U,, L, w - напряжение и ток в трехфазной электрической сети, а также угловая скорость вращения нагрузочных электродвигателей.

Для исключения перегрузки по току одного из нагрузочных электродвигателей обмотки 12 и 13, в качестве которых используются сериесные обмотки возбудителей 8 и 9, подключены к усилителям 17 и 18 мощности. Управление усилителями 17 и 18 осуществляется от фазочувствительного дифференциального усилителя 19 через пороговые элементы 20 и 21. Причем сигнал рассогласования токов нагрузочных электродвигателей 2 и 3 снимается с обмоток 22 и 23 (являющихся резистивн ыми датчиками тока) дополнительных полюсов и подается на вход дифференциального усилителя 19. При отсутствии рассогласования токов нагрузочных электродвигателей 2 и 3 разность потенциалов на входе дифференциального усилителя 19 равна нулю (так как потенциалы точек а и б равны). Это соответствует выключенному состоянию пороговых элементов 20 и 21 и усилителей 17 и 18 мощности. В этом случае ток возбуждения возбудителей 8 и 9 только определяется током обмоток 10 и 11, заданным от блока 14 ручногй возбуждения или блока 15 автоматического возбуждения (в зависимости от положения переключателя 16 режимов возбуждения).

Если ток нагрузочного электродвигателя 2 больше, чем ток нагрузочного электродвигателя 3, то на вход дифференциального усилителя 19 поступает сигнал положительной полярности (потенциал точки а выше чем точки б). Это приводит к включению порогового элемента 20, который, в свою очередь, включает усилитель 17 мощ0

ности. Обмотка 12 в этом случае получает питание, что увеличивает магнитный поток возбуждения возбудителя 8. Соответственно увеличивается магнитный поток

возбуждения нагрузочного электродвигателя 2 и его ЭДС. Увеличение ЭДС электродвигателя 2 приводит к уменьшению его тока нагрузки. Аналогичное воздейст-вие получает система возбуждения электродвигаQ теля 3, если его ток нагр.узки превышает ток нагрузки электродвигателя 2.

При отдаче электроэнергии в сеть синхронным генератором 4 измеряются его ток /, датчиком 24 тока и напряжение

5 U, датчиком 25. Эти сигналы подаются в блок 26 измерения коэффициента нагрузки, на выходе которого появляется сигнал 6 вы, соответствующий углу сдвига фаз между током /, и напряжением 6. Затем сигнал О выч в сумматоре 27 сравнивается с сигналом задания L , поступающим от задатчика 28 коэффициента нагрузки, и подается на усилитель 29 с переменным коэффициентом передачи для его ограничения (фиг. 3 и 6).

5 Сформированный суммарный сигнал управления 6 усиливается в усилителе 30 мощности и подается на обмотку 31 возбуждения возбудителя 5 синхронного генератора 4. Таким образом, при уменьшении коэффициента нагрузки cosy (увеличение

0 сдвига фаз между током /, и напряжением L) автоматически увеличивается ток возбуждения синхронного генератора 4, так как при уменьшении coscp растет сигнал AU на выходе сумматора 27, сигнал управления ЈЛ на выходе усилителя 29 и сигнал на

С

выходе усилителя 30 мощности. Это приводит к росту коэффициента мощности и поддерживает нормальный уровень напряжения сети. Фактически, система автоматического регулирования коэффициента нагруз0 ки поддерживает заданное от задатчика 28 его значение.

Использование предлагаемого устройства для преобразования энергии при нагрузочных испытаниях тепловозов позволяет за

5 счет автоматического регулирования тока возбуждения синхронного генератора повысить коэффициент нагрузки и ста бил и ™ ровать уровень напряжения сети ш-за компенсации реактивных токов. При эгом уменьшаются потери энергии в линиях электропередач, так как уменьшается суммарный ток. Кроме того, повышается стабильность напряжения сети из-за уменьшения падения напряжения в генераторах электростанций, что, в конечном счете, так5 же способствуют уменьшению суммарных токов в сети (при заданной мощности) и снижению потерь энергии в линиях электропередач.

Формула изобретения Устройство для преобразования электроэнергии при нагрузочных испытаниях, тепловозов по авт. св. № 465353, отличающееся тем, что, с целью повышения коэффициента нагрузки и стабилизации напряжения в сети, оно снабжено датчиками тока и напряжения, включенными в силовую цепь синхронного генератора, соединенными входами с их выходами, блоком измерения коэффициента нагрузки, задатчи- ком коэффициента нагрузки, усилителями и сумматором, соединенным входами с выходом блока измерения коэффициента нагрузки и с выходом задатчика коэффициента нагрузки, а выходом через усилители - с обмоткой независимого возбудителя синхронного генератора.

Изобретение относится к преобразованию и использованию электроэнергии, вырабатываемой дизель-генераторами тепловозов при их нагрузочных испытаниях, и обеспечивает повышение коэффициента нагрузки и стабилизации напряжения в сети. Устройство позволяет за счет автоматического регулирования тока возбуждения синхронного генератора повысить коэффициент нагрузки (COS φ) и стабилизировать уровень напряжения в сети, а также уменьшить потери энергии в линиях электропередач. Устройство для преобразования электроэнергии при нагрузочных испытаниях тепловозов содержит нагрузочные электродвигатели 2, 3, синхронный генератор 4, возбудители 5, 8, 9, независимые обмотки 10 и 11 основного возбуждения, переключатель 16 режимов, усилители мощности 17 и 18. Дифференциальный усилитель 19, пороговые элементы 20, 21, обмотки дополнительных полюсов 22, 23, датчики 24, 25 тока и напряжения, блок 26 измерения коэффициента нагрузки, сумматор 27, задатчик 28, усилители 29 и 30. 6 ил.

Фие.З

ых I

Фие.5

Составитель Л. Резникова

Редактор В. ДанкоТехред И. ВересКорректор М. Шароши

Заказ 140/89Тираж 381Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат «Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Фие-k

VL

У

U,

Умах

Фиг. 6