Способ управления дизель-инерционным агрегатом гарантированного питания с асинхронизированной синхронной электрической машиной Советский патент 1993 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к энергетике, а именно к области автономной энергетики с дизельным приводом, в частности к дизель- инерционным агрегатам гарантированного питания с асинхронизированной- синхрон- - ной электрической машиной.

Цель изобретения - повышение качества электрической энергии в динамических режимах работы системы гарантированного питания.

На чертеже приведена схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Здесь приняты следующие обозначения:

1 - сетевой ввод;

2 - трансформатор сетевого ввода;

3 - быстродействующий тиристорный выключатель сетевого ввода;

4 - шины гарантированного питания;

5 - выключатель асинхронизированного синхронного генератора;

6 - асинхронизированный синхронный генератор;

7 - маховик;

8 - разобщительная муфта;

9 - приводной двигатель;

10 - генератор начального возбуждения;

11 - датчик частоты вращения приводного двигателя;

12 - преобразователь частоты;

00

о ч

ф.

чх

4

13 - регулятор частоты вырабатываемого переменного тока, амплитуды тока ротора и фазы результирующего вектора поля ротора асинхронизированного синхронного генератора;

14 - регулятор частоты вращения приводного двигателя;

15 - выключатель преобразователя частоты;

16 - первый электронный ключ;

17 - второй электронный ключ;

18 - задатчик синхронной частоты вращения приводного двигателя;

19 - функциональный задатчик частоты вращения приводного двигателя;

20 - электромагнит отключения выключателя асинхронизированного синхронного генератора;

21 - датчик нагрузки асинхронизированного синхронного генератора;

22 - датчик нагрузки системы гарантированного питания;

23 - тиристорный ключ;

24 - измеритель напряжения асинхронизированного синхронного генератора;

25 - первая схема НЕ;

26 - электромагнит отключения выключателя преобразователя частоты;

27 - нуль-орган;

28 - вторая схема НЕ;

29 - сетевой задатчик частоты вырабатываемого тока;

30 - сетевой задатчик частоты вращения ротора генератора;

31 - автономный задатчик частоты вырабатываемого тока;

32 - третий электронный ключ;

33 - блок коммутации тиристорного выключателя сетевого ввода;

34 - трансформатор тока датчик активной нагрузки генератора;

35 - трансформатор тока датчика активной нагрузки системы гарантированного питания;

36-электромагнитвключения выключателя генератора;

37 - электромагнит включения преобразователя частоты;

3fc - одновибратор;

39 - выявитель наличия напряжения внешней сети.

Система гарантированного питания состоит из сетевого ввода 1, трансформатора сетевого ввода 2, включенного через тиристорный выключатель 3 на шины гарантированного питания 4, асинхронизированного синхронного генератора 6 с маховиком 7, подключенного через выключатель 5 к шинам гарантированного питания и механически связанного с помощью разобщительной

муфты 8 с приводным двигателем 9, На одном валу с «(синхронизированным синхронным генератором 6 расположен генератор начального возбуждения 10, а на одном валу

с приводным двигателем размещен датчик 11 частоты вращения приводного двигателя. Преобразователь частоты 12 по входу подключен через выключатель 15 к цепям якоря асинхронизированного синхронного гене0 ратора, а цепи его индуктора подключены к выходу преобразователя частоты непосредственно и через тиристорный ключ 23 к выходу генератора начального возбуждения 10. Управляющий вход преобразователя ча5 стрты присоединен к выходу регулятора 13 частоты вырабатываемого переменного тока, амплитуды тока ротора и фазы результирующего вектора поля ротора, первый вход регулятора 13 подключен на выходное на0 пряжения асинхронизированного синхронного генератора, второй вход регулятора 13 подключен к выходу сетевого задатчика частоты вращения генератора, а шестой вход регулятора 13 подключен к выходу третьего

5 32 электронного ключа, информационный вход которого подключен к выходу автономного задатчика частоты 31, а управляющий вход этого ключа через вторую схему НЕ 28 подключен к выходу нуль-органа 27, вход

0 нуль-органа 27 и входы задатчиков 29 и 30 подключены к выходу датчика 22 нагрузки системы гарантированного питания, подключенному к трансформатору тока 35. Первый вход регулятора 14 частоты вращения

5 приводного двигателя подключен к выходу датчика 11 частоты вращения, второй вход регулятора 14 подключен к выходу выявителя 39 наличия напряжения внешней сети, третий и четвертый входы регулятора 14

0 подключен к выходам первого 16 и второго 17 электронных ключей и информационный вход первого 16 электронного ключа подключен к выходу задатчика 18 синхронной частоты вращения, управляющий вход этого

5 ключа подключен к выходу первой 26 схемы НЕ, параллельно этому входу подключены вход электромагнита 20 отключения выключателя генератора, вход электромагнита 26 отключения выключателя преобразователя

0 частоты и управляющий электрод тиристорного ключа 23. Информационный вход этой, схемы подключен к выходу функционального задатчика 19 частоты вращения приводного двигателя, а управляющий вход

5 второго 17 ключа подключен к выходу измерителя 24 напряжения асинхронизированного синхронного генератора 6, параллельно этому входу подключены вход первой 25 схемы НЕ, один из входов блока 33 коммутации тиристорного выключателя,

вход одновибратора 38 и вход электромагнита 37 включения преобразователя частоты 12. Выход одновибратора 38 подключен ко входу электромагнита 36 включения выключателя 5 генератора 6. Первый вход фун- кционального задатчика 19 частоты вращения приводного двигателя подключен к выходу датчика 11 частоты вращения, а второй вход задатчика 19 подключен к выходу датчика 21 нагрузки генератора, подключенному к трансформатору тока 34. Второй вход блока 33 коммутации подключен на напряжение сетевого ввода между трансформатором сетевого ввода 2 и тири- сторным выключателем 3. Вход выявителя 39 наличия напряжения внешней сети подключен к статорным цепям генератора 6.

Устройство работает следующим образом.

При пуске асинхронизированного синхронного генератора напряжение на его зажимах меньше номинального значения и на выходе измерителя 24 напряжения сигнала нет. В связи с этим есть сигнал на выходе первой 25 схемы НЕ, а значит сработали электромагниты 20 и 26 и выключатели 5 и 15 выключены, а тиристорный ключ 23 включен, что обеспечивает подключение генератора 10 начального возбуждения к роторным цепям асинхронизированного синхронного генератора 6. В связи с тем, что есть сигнал на управляющем входе первого. 16 электронного ключа, управление регулятором 14 частоты вращения приводного двигателя осуществляется от задатчика синхронной частоты вращения. При этом регулятор 14 обеспечивает включение разобщительной муфты 7 и разворот с помощью приводного двигателя 9 генератора 6 до синхронной частоты вращения. Возбуждение генератора 6 осуществляется от,генератора начального возбуждения 10, напряжение на выходе которого увеличивается по мере роста частоты вращения приводного двигателя. Тем самым асинхро- низированный синхронный генератор 6 переводится в синхронный режим работы, в котором питание цепей его ротора осуществляется напряжением постоянного тока, вырабатываемым генератором 10 начального возбуждения. При появлении на зажимах генератора 6 номинального напряжения появляется сигнал на выходе измерителя 24 напряжения, срабатывает электромагнит 37 включения выключателя 15 преобразователя частоты 12, запускается одновибратор 38, регулятор 14 частоты вращения приводного двигателя переводится на управление от функционально задатчика 19 частоты вращения, а роторные цепи генератора 6

начинают получать питание с выхода преобразователя частоты 12. Управление преобразователем частоты 12 осуществляется регулятором 13, который в зависимости от

того включен сетевой ввод или нет изменяет режим работы преобразователя частоты 12. Если сетевой ввод отключен, то на выходе нуль-органа 27 сигнала нет и регулятор 13 через третий 32 электронный ключ управля0 ется автономным задатчиком 31 частоты вырабатываемого тока. Если сетевой ввод включен, то на выходе нуль-органа 27 сигнал есть, автономный задатчик 31 отключен и регулятор 13 управляется сетевым задат5 чиком 29 частоты вырабатываемого тока и сетевым задатчиком 30 частоты вращения ротора генератора. Спустя время, равное времени срабатывания одновибратора 38, появляется сигнал на входе электромагнита

0 36 и включается выключатель 5 генератора 6. Выдержка времени йа включение выключателя 5 генератора 6 необходима для перевода генератора б в синхронное и синфазное по отношению к .напряжению

5 шин гарантированного питания 4 состояние, т.е. в такое состояние, при котором включение генератора 6 на параллельную работу осуществляется без провала напряжения и без броска уравнительного тока

0 между генератором и шинами, При наличии напряжения на сетевом вводе генератор 6 переходит в двигательный режим. Этот факт фиксируется выявителем 39, который отключает регулятор 14 приводного двигателя

5 9. Отключение регулятора 14обеспечит прекращение подачи топлива в двигатель 9, отключение разобщительной муфты 8 и остановку приводного двигателя.

При работе генератора 6 в двигатоль0 ном режиме частота вращения его вала регулируется в зависимости от нагрузки системы гарантированного питания, Изменение частоты вращения вала осуществляется изменением частоты тока в цепи его

5 индуктора. Выбор величины частоты вращения производится таким образом, чтобы она при данном значении нагрузки системы гарантированного питания была бы больше значения частоты вращения в автономном

0 режиме работы и аналогичной нагрузке на величину, равную снижению частоты вращения за время пуска приводного двигателя. Величина амплитуды тока и фаза результирующего поля в цепи индуктора оп5 ределяются величиной реактивной нагрузки шин гарантированного питания.

Предлагаемое изобретение позволяет в отличие от прототипа обеспечить функциональное регулирование величин амплитуды и частоты тока в цепи индуктора АСГ при

изменении нагрузки системы гарантированного питания, что способствует повышению качества электрической энергии в динамических режимах работы при сохранении оптимального соотношения между вырабатываемой генератором мощностью и потребляемым двигателем топливом.

Технические преимущества изобретения по сравнению с прототипом состоят в том, что система гарантированного питания оказывается подготовленной к приему нагрузки в случае исчезновения напряжения сетевого ввода/процесс перехода в режим автономной работы не сопровождается возмущениями, что позволяет избежать в динамических режимах ухудшение показателей качества электрической энергии. Мощность, необходимая для питания роторных цепей асинхронизированного синхронного генератора, существенным образом зависит от режима нагрузки и частоты вращения ротора.

Из данных, приведенных в таблице, следует, что для режима холостого хода и синхронной частоты вращения ротора генератора мощность, требуемая для обеспечения возбуждения, минимальна.

Очевидно, что для возбуждения генератора в режиме холостого хода при синхронной частоте вращения его вала п 1500 возможно использовать генератор начального возбуждения/Для этой цели необходимо, чтобы были отключены выключатель генератора и выключатель преобразователя частоты, а ротор генератора вращался с частотой вращения, равной синхронной.

Достоверность достижения цели изобретения подтверждается следующими соображениями. По предлагаемому способу обеспечивается поддержание функциональной зависимости частоты вращения вала асинхронизированного синхронного генератора, величины тока и результирующей фазы поля в цепи его индуктора от активной и реактивной нагрузки системы гарантированного питания. При этом система оказывается подготовленной к возможному исчезновению напряжения сетевого ввода, а значит динамические режимы работы системы не будут сопровождаться ухудшением качества электрической энергии на шинах гарантированного питания. Формула изобретения Способ управления дизель-инерционным агрегатом гарантированного питания с асинхронизированной синхронной электрической машиной, по которому измеряют величину и частоту напряжения на шинах гарантированного питания, величину и частоту напряжения на выводах якорной цепи статора асинхронизированной синхронной электрической машины, частоту вращения ротора асинхронизированной синхронной электрической машины и измеряют частоту,

амплитуду тока и фазу результирующего поля возбуждения ротора так, чтобы асинхро- низированная синхронная электрическая машина работала в двигательном режиме, отличающийся тем, что, с целью

повышения качества электрической энергии в динамических режимах работы системы гарантированного питания, дополнительно измеряют величины активной мощности на шинах гарантированного питания, по измеренным ранее значениям частоты вращения ротора, параметрам инерционной массы ротора и маховика вычисляют величину запасенной агрегатом энергии, по заданным значениям времени обеспечения гарантированного питания при отключении от шин гарантированного питания внешней сети, запуске приводного двигателя, и включении муфты, соединяющей маховик с валом приводного двигателя, и величине измеренной

активной мощности на шинах гарантиро ванного питания вычисляют необходимую для указанного обеспечения величину тре буемой энергии, сравнивают величину запасенной агрегатом энергии с требуемой, по

полученному значению определяют предполагаемую величину изменения частоты на выводах якорной цепи асинхронизированной синхронной электрической машины и изменяют частоты поля возбуждения ротора асинхронизированной синхронной электрической машины на полученную величину, после чего изменяют до получения номинального значения напряжения амплитуду тока и фазу результирующего поля возбуждения ротора.

Зависимость параметров цепи ротора генератора от частоты вращения

и режима нагрузки

Сущность изобретения: для обеспечения заданного качества энергии на шинах гарантированного питания в течение заданного времени обеспечения энергии, в закон управления полем возбуждения ротора асинхронизирован- ной синхронной машины дополнительно вводят значение предполагаемого изменения частоты, на выводах асинхронизи- рованной синхронной машины при ее автономной работе на нагрузки в течение этого времени. Требуемая величина предполагаемого изменения частоты вычисляется в функции от времени работы, величины запасенной агрегатом энергии, величины-текущей активной мощности, потребляемой нагрузкой, и необходимого времени на запуск приводного двигателя и включения муфты, соединяющей маховик с валом приводного двигателя. 1 ил., 1 табл. Ј