Автономный источник электроэнергии Советский патент 1992 года по МПК H02P9/14 H02P9/04 

V|

сл о о го

Изобретение относится к электротехние и может быть использовано в электронергетических установках, а также в епловозах, дизель-электрических карьерных автосамосвалах и других транспортных редствах с электрическими передачами мощности от автономных источников энергии.

Известен автономный источник электроэнергии, содержащий приводной двигаель в виде дизеля с системой управления; синхронный генератор, сочлененный своим валом с валом приводного двигателя и подсоединенный своими выводами к измерителям тока .и напряжения схемы датчика мощности; сумматор, подсоединенный своим первым входом к выходу датчика мощности; источник опорного напряжения (сигнал задания мощности), подсоединенный своим выходом к второму входу сумматора: серводвигатель, подсоединенный своим входом к выходу сумматора и своим исполнительным органом к обмотке возбуждения синхронного генератора.

Недостатками указанного устройства являются устойчивые колебания системы около положения равновесия, обусловленные релейной характеристикой регулятора мощности с сервоприводом, указанные колебания снижают качество выходного напряжения автономного источника энергии; недостаточная надежность, обусловленная возможностью перегрузки приводного двигателя (дизеля) при изменении условий экс-- плуатации, ведущая к перегреву двигателя и. в дальнейшем, к возможной аварии.

Наиболее близким к предлагаемому является автономный источник электроэнергии, содержащий приводной двигатель внутреннего сгорания, генератор электроэнергии, связанный с валом приводного двигателя, датчик активной мощности, подключенный входом к силовым выводам электрогенератора, сумматор (звено сравнения), к первому (прямому) входу которого подключен датчик активной мощности, источник опорного напряжения (задатчик активной мощности), подключенный к второму (инвертирующему) входу сумматора, обмотку возбуждения электрогенератора, включенную на выходе сумматора через промежуточный блок возбуждения.

Недостатками этого устройства являются невысокая надежность, обусловленная тем, что возможна перегрузка теплового двигателя, которая ведет к его перегреву и в дальнейшем к аварии.

Перегрузка теплового двигателя может быть вызвана следующими факторами: атмосферными условиями, а именно тем, что

при отклонении метеорологических условий от нормальных максимальная величина мощности теплового двигателя, например дизеля, заметно меняется. Так, мощность

двигателя 2Д100 снижается приблизительно на 2,5 кВт с повышением температуры воздуха на 1°С и на 5 кВт с уменьшением атмосферного давления на 10 мм рт.ст.; неполадками в топливной аппаратуре, ведущими к уменьшению вырабатываемой тепловым двигателем мощности. В этом случае устройство, стремящееся поддержать мощность теплового двигателя на прежнем уровне, перегрузит его. Кроме того, к недостаткам известного устройства относится невозможность использования максимальной мощности теплового двигателя.

Для исключения возможности перегрузки теплового двигателя при неблагоприятных атмосферных условиях необходимо, например, дизель-генераторной установке тепловоза мощностью 1470 кВт иметь Запас свободной мощности 200-250 кВт.

Цель изобретения - повышение надежности автономного источника электроэнергии путем исключени-я перегрузки приводного двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в автономный источник электроэнергии, содержащий генератор электроэнергии, вал которого связан с валом приводного двигателя, а силовые выводы - с входом датчика

активной мощности, подключенного выходом к первому прямому входу сумматора, второй инвертирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход связан с обмоткой возбуждения генератора электроэнергии, введены датчик частоты вращения приводного двигателя и функциональный преобразователь, а сумматор выполнен с третьим прямым входом, подключенным к выходу функционального

преобразователя, связанного входом с выходом датчика частоты вращения приводного двигателя. При этом функциональный преобразователь реализует функцию:

UBWX А(п0 - п) при п п0: ивых 0 при п п0,

где Увых - выходное напряжение функционального преобразователя: 5 А - коэффициент;

п -частота вращения приводного двигателя;

- частота вращения, соответствующая максимально допустимой нагрузке приводного двигателя.

На чертеже приведена функциональная схема автономного источника электроэнергии.

Предлагаемый источник содержит приводной двигатель 1, связанный с валом 5 электрического генератора 2. К силовым выводам генератора 2 подсоединен датчик 3 активной мощности (нагрузка генератора указана пунктиром).

С выхода датчика 3 мощности подается 10 сигнал мощности на первый (прямой) вход сумматора 6. на второй (инвертирующий) вход которого поступает сигнал от источника 8 опорного напряжения, являющегося задатчиком мощности.15

На третий (прямой) вход сумматора Ј подается выходной сигнал функционального преобразователя 5.

На вход функционального преобраз ова- теля 5 поступает сигнал датчика частоты 20 вращения приводного двигателя 4, для которого входным сигналом о частоте вращения приводного двигателя служит частота напряжения генератора 2 электроэнергии.

Характер зависимости, реализуемой 25 функциональным преобразователем 5. показан графически внутри обозначения этого элемента на чертеже.

Регулирование мощности генератора 2 осуществляется изменением тока в обмотке 30 7 возбуждения генератора, которая подключена к выходу сумматора 6.

Источник работает следующим образом.

В нормальном режиме работы, когда 35 момент нагрузки генератора 2 электроэнергии не превышает момент приводного двигателя 1. в автономном источнике электроэнергии осуществляется стабилизация мощности на выходе генератора 2 в 40 соответствии с опорным сигналом источника 8. Соответствующее опорному сигналу быходное напряжение датчика 3 мощности в виде обратной связи по мощности алгебраически суммируется с опорным сигналом. 45 Разность этих сигналов через сумматор 6 регулирует ток в обмотке 7 возбуждения и поддерживает заданную мощность на выходе генератора 2.

В этом режиме напряжение на выходе 50 функционального преобразователя 5 отсутствует.

В случае увеличения нагрузки генератора 2 и превышения момента на его валу над аксимальна допустимым значением мо- 55 мента приводного даигателя 1 происходит снижение частоты вращения приводного вигателя (работа с максимально - допустимым моментом соответствует частоте вращения приводного двигателя п0, показанной на характеристике функционального преобразователя 5 внутри обозначения этого элемента на функциональной схеме). При снижении частоты вращения приводного двигателя ниже значения п0 на выходе функционального преобразователя 5 появляется напряжение, величина которого пропорциональна разности между текущей частотой вращения приводного двигателя и значением п0.

Выходное напряжение функционального преобразователя 5 вычитается из опорного сигнала, уменьшая тем самым выходное напряжение сумматора б, а следовательно, и ток в обмотке возбуждения генератора 7. Тем самым уменьшается мощность, отдаваемая генератором 2 электроэнергии и исключается дальнейшее снижение частоты вращения приводного двигателя 1.

Таким образом, за счет частичной автоматической разгрузки по мощности электрогенератора при снижении частоты вращения первичного двигателя ниже определенного уровня исключается режим перегрузки первичного двигателя и тем самым обеспечивается повышение надежности работы автономного источника электроэнергии.

Изобретение выполняется следующим образом.

В качестве приводного двигателя 1 может быть использован двигатель внутренне го сгорания: дизель, карбюраторный и другие типы, в качестве генератора 2 электроэнергии возможно использовать любой тип электрического генератора переменного тока с электромагнитным возбуждением, например синхронный явнополюсный с обмоткой возбуждения.

Датчик 3 активной мощности выполнен по схеме умножения мгновенных значений сигналов тока и напряжения генератора 2.

Сумматор 6 реализуется в виде мощного транзисторного усилителя с тремя входами, нагруженного выходом на обмотку 7 возбуждения генератора

В качестве измерителя частоты вращения приводного двигателя 4 может быть использован преобразователь частота-напряжение.

Функциональный преобразователь 5 можетбыть выполнен на операционном усилителе.

Источник 8 опорного сигнала (задатчик мощности) представляет делитель напряжения на переменном резисторе.

Наряду с повышением надежности работы автономного источника электроэнергии за счет исключения перегрузок приводного двигателя изобретение позволяет применять в электроустановке приводной двигатель и генератор с близкими мощностями (без учета запаса мощности на возможное изменение атмосферных условий), что обеспечивает максимальное использование установленной мощности приводного двигателя и улучшает технико- экономические показатели автономного источника электроэнергии.

Ф ормула изобретения Автономный источник электроэнергии, содержащий генератор электроэнергии, вал которого связан с валом приводного двигателя, а силовые выводы - с входом датчика активной мощности, подключенного выходом к первому прямому входу сумматора, второй инвертирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход связан с обмоткой возбуждения генератора электроэнергии, отличаю щ и й- с я тем, что, с целью повышения надежности путем исключения перегрузки приводного двигателя, введены датчик частоты вращения приводного двигателя, функциональный преобразователь, реализующий функцию

11вых - А(ПО-П) при п UBMX - 0 при п S О,

По;

где Квых - выходное напряжение функционального преобразователя;

А - коэффициент;

п -частота вращения приводного двигателя,

п0 - частота вращения, соответствующая максимально допустимой нагрузке приводного двигателя,

сумматор выполнен с третьим прямым входом, подключенным к выходу функционального преобразователя, связанного входом с выходом датчика частоты вращения приводного двигателя.

Сущность изобретения: устройство со- держитхенератор 2 электроэнергии, вил которого связан с валом приводного двигатели 1, а, силовые выводы - с входом датчика 3 активной мощности, подключенного выходом к первому прямому входу сумматора 6, второй инвертирующий вход которого соединен с источником 8 опорного напряжения, а выход связан с обмоткой 7 возбуждения генератора электроэнергии, датчик 4 частоты вращения приводного двигателя, функциональный преобразователь 5, реализующий функцию: ивых А (п0-п) при n n0Ueux 0 при , где п - частота вращения приводного двигателя; п0-частота вращения, соответствующая максимально допустимой нагрузке приводного двигателя; Овых - выходное напряжение функционального преобразователя; А - коэффициент. 1 ил. w Ё