Устройство для автоматического управления автономной электроэнергетической установкой Советский патент 1992 года по МПК H02P9/04 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для автоматического регулирования напряжения генераторов, приводимых от двигателей внутреннего сгорания в составе автономных электроэнергетических установок, и может быть использовано для регулирования напряжения генераторов автономных источников энергии при повышенных требованиях к надежности электроагрегата и к

качеству его выходного напряжения, например электроагрегатов для наземного обслуживания летательных аппаратов.

Цель изобретения - повышение надежности электроэнергетической установки путем улучшения динамических показателей токоограничения при сохранении его астатического характера.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 принципиальная схема устройства; на фиг.З - внешняя характеристика электроэнергетической установки.

Устройство содержит двигатель 1 внутреннего сгорания, который приводит во вращение вал двухкаскадного синхронного генератора 2, выходы якорных обмоток которого через датчик 3 тока якорных обмоток генератора поступают на выпрямитель 4. Обмотка 5 возбуждения возбудителя генератора 2 подключена к выходу релейного регулятора 6 тока возбуждения возбудителя через датчик тока возбуждения возбудителя 7. Вычитающий вход релейного регулятора 6 тока возбуждения возбудителя подсоединен к датчику тока возбуждения возбудителя (шунту) 7, а его суммирующий вход - к выходу регулируемого усилителя- ограничителя 8. Усилитель-ограничитель 8 первым суммирующим входом подключен к выходу пропорционально-интегрального регулятора 9 напряжения с ограничением, а вторым - к выходу пропорционально-интегрального регулятора 10 тока с ограничением. Регулятор 9 напряжения с ограничением своим суммирующим входом подключен к источнику задающего сигнала по напряжению, а вычитающий - к выходным зажимам датчика 11 напряжения якорных обмоток генератора через выпрямитель 4. Регулятор 10 тока с ограничением своим суммирующим входом подключен к источнику задающего сигнала по току, а вычитающим - к выходу датчика 3 тока, который включен между выходными зажимами генератора 2 и входными зажимами выпрямителя 4.

Устройство работает следующим образом.

При подаче задающих сигналов по току и по напряжению регулятор 10 тока и регулятор 9 напряжения переходят в режим насыщения. При этом параметры регуляторов 9 и 10 выбраны таким образом, что уровень ограничения регулятора 9 напряжения ниже, чем уровень ограничения регулятора .10 тока. Выходной сигнал регулятора 9 Ui через регулируемый усилитель-ограничитель 8 поступает на вход контура регулирования тока возбуждения возбудителя, являясь для него сигналом задания. Контур регулирования тока возбуждения возбудителя представляет собой систему стабилизации с релейным регулятором 6, который работает в автоколебательном режиме и обеспечивает стабилизацию тока возбуждения возбудителя на уровне, определяемом выходным напряжением UB усилителя-ограничителя 8. Благодаря применению регулятора 6 тока возбуждения

возбудителя формируются такие динамические свойства возбудителя, что эквивалентная постоянная времени замкнутого контура регулирования тока возбуждения возбудителя уменьшается в десятки раз по сравнению с собственной постоянной времени обмотки возбуждения возбудителя, в зависимости от величины коэффициента

форсировки Кф --2-, где Uro - напряже- .1вв г ав

ние холостого хода генератора 2; IBB - ток возбуждения возбудителя; RBB - сопротивление цепи возбуждения возбудителя. Для существующих двухкаскадных генераторов

коэффициент форсировки RBB таков, что эквивалентная постоянная времени контура регулирования тока возбуждения возбудителя составляет (0,05...0,1)ТВв, где ТВв - постоянная времени обмотки возбуждения

возбудителя генератора 2.

Под действием тока возбуждения возбудителя при работающем двигателе 1 генератор 2 возбуждается до напряжения на выходе выпрямителя 4, соответствующего

сигналу задания по напряжению ии.зад. Регулятор 9 напряжения выходит из ограничения. При этом напряжение на выходе выпрямителя 4 точно соответствует напряжению 11н.зад. поскольку регулятор 9

содержит интегральную составляющую (пропорционально-интегральный регулятор).

Напряжение U3 на выходе усилителя- ограничителя пропорционально требуемому значению тока возбуждения возбудителя. При отсутствии тока нагрузки ток возбуждения возбудителя равен

40

IBBO -

Цн.зад

Кг-Кв-й

где Кг - коэффициент передачи генератора 2 возбуждения возбудителя до ЭДС; Кв - коэффициент передачи выпрямителя 4,

зависящий от выбранной схемы выпрямления; (О - угловая скорость вращения вала генератора 2, которую можно принять равной постоянной.

Для поддержания на выходе выпрямителя 4 на требуемом уровне Кн.зад при увеличении тока нагрузки ы потребуется увеличение тока возбуждения возбудителя генератора 2 до значения

I -Цн.зад.+ 1вв Кг-Кв-fi)

где R -суммарное внутреннее сопротивление цепи генератор 2 - выпрямитель 4. Требуемое увеличение тока возбуждения возбудителя будет обеспечиваться увеличением выходного напряжения регулятора 9 напряжения, а значит, и сигнала задания по току возбуждения возбудителя U3 с выхода уси- лителя-ограничителя. Формируется участок А-В внешней характеристики электроэнергетической установки (фиг.З).,

При токе нагрузки И, соответствующем максимально допустимой мощности элект- роэнергетической установки Рмакс ин.зад. 1, регулятор 9 напряжения насыщается и ток возбуждения возбудителя ограничивается на уровне

ин.зад + lrrV

вв

Кг-Кв-Ш

Дальнейшее увеличение тока нагрузки н li при неизменном токе возбуждения возбудителя 1Вв 1вв1 const приведет к снижению выходного напряжения по закону

Uebix ин.зад R (н И),

4

причем для системы двухкаскадный генератор - выпрямитель величина R такова, что закон изменения выходного напряжения близок к гиперболе постоянной мощности. Формируется участок Б-В внешней харак- теристики электроэнергетической установки (фиг.З).

До тех пор, пока ток нагрузки 1Н меньше величины тока la, задаваемого сигналом задания по току, регулятор 10 тока нахо- дится в состоянии ограничения и на работу схемы влияния не оказывает. При этом усилител ь-о гра н ичител ь 8 ра ботает ка к повторитель сигнала Ui. При UH регулятор 10 тока выходит из насыщения и его выходное напряжение 12, поступающее на управляющий вход усилителя-ограничителя 8, резко уменьшается. При этом сигнал Уз задания по току возбуждения возбудителя определяется уже не выходным сиг- налом Ui регулятора 9 напряжения, а выходным сигналом IJ2 регулятора 10 тока, тче. происходит изменение структуры устройства. При этом осуществляется астатическое токоограничение, поскольку

регулятор 10 тока содержит интегральную составляющую (так же, как и регулятор 9 напряжения, выполнен пропорционально- интегральным). Высокое быстродействие системы токоограничения обеспечивается исключением в режиме токоограничения контура регулирования напряжения. Формируется участок В-Г внешней характеристики электроагрегата, соответствующий постоянству тока.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает быстродействующее астатическое токоограничение в электроэнергетической установке с двухкаскадным вентильным генератором, что повышает надежность установки.

Формула изобрет е н и я Устройство для автоматического управления автономной электроэнергетической установкой с двухкаскадным синхронным генератором, содержащее пропорционально-интегральные с ограничением регуляторы тока и напряжения, релейный регулятор тока возбуждения возбудителя, датчики тока и напряжения якорных обмоток генератора и датчик тока возбуждения возбудителя, причем выход датчика тока возбуждения возбудителя соединен с вычитающим входом релейного регулятора тока возбуждения, выходы датчиков тока и напряжения якорных обмрток генератора соединены соответственно с управляющими входами пропорционально-интегральных с ограничением регуляторов тока и напряжения, а выход релейного регулятора тока возбуждения возбудителя соединен с обмоткой возбуждения возбудителя, отличающее- с я тем, что, с целью повышения надежности путем улучшения динамических показателей при астатическом токоограничении, дополнительно введен регулируемый усилитель-ограничитель с двумя суммирующими входами, первый из которых соединен с выходом, пропорционально-интегрального с ограничением регулятора напряжения, второй - с выходом пропорционально-интег-. рального регулятора тока с ограничением, а выход усилителя-ограничителя подключен к суммирующему входу релейного регулятора тока возбуждения возбудителя.

ит.зад

WYФиз.1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для автоматического регулирования напряжения генераторов, приводимых от двигателей внутреннего сгорания в составе автономных электроэнергетических установок, может быть использовано для регулирования напряжения генераторов автономных источников энергии при повышенных требованиях к их надежности и к качеству регулирования выходного напряжения, например в электроагрегатах для наземного обслуживания летательных аппаратов. Целью изобретения является повышение надежности автономной электроэнергетической установки путем улучшения статических и динамических показателей при астатическом токоограничении. Устройство содержит двигатель внутреннего сгорания, генератор, приводимый во вращение двигателем, датчик тока, регулятор тока с ограничением, регулятор напряжения с ограничением, регулируемый усилитель-ограничитель, релейный регулятор тока возбуждения возбудителя, шунт и выпрямитель, причем обмотка возбуждения возбудителя двухка- скадного вентильного генератора через шунт подключена к выходу релейного регулятора тока возбуждения возбудителя. За счет применения регулируемого усилителя- ограничителя полученная структура обладает адаптивностью в зависимости от режима работы устройства при сохранении астатического принципа регулирования, 3 ил. Ј Х| Ю 00 СП

2tr

s :M ЗГ 3 3

иг.г

$

ь ь

ҐР Ь

Вы.

+6

;

..%

/ .О

Г

Juxc

Фиг.З