1
Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для равномерного распределения нагрузки между несколькими параллельно работающими генераторами постоянного тока .
Известна электроэнергетическая установка, содержащая генераторы;, включенные параллельно через вентили защиты от обратного тока, регуляторы напряжения генераторов, один вход каждого из которых включен на напряжение генератора и знакочувствительные органы, предназначенные для равномерного-распределения нагрузки между генераторами 1.
Однако указанное устройство практически не может обеспечить устойчивости параллельной работы генераторов и достаточной точности распределения нагрузок.
Цель изобретения - повышение точности и устойчивости равномерного распределения нагрузки между параллельно работающими генераторами.
, Для этого предлагаемая электроэнергетическая установка, содержащая генераторы постоянного тока, включенные параллельно через вентили защиты от обратного тока, причем одни
якорные зажимы генераторов соединены между собой, и регуляторы напряжения каждого генератора, один вход каждого из которых йключен на напряжение соответствующего генератора, снабжена резисторами, включенными последовательно в якорную цепь каждого генератора, двумя блоками сравнения напряжений на каждую пару генераторов,
0 при этом следующая пара генераторов содержит генератор предыдущей пары, причем первый вход первого блока сравнения включен на зажим якорной обмотки первого генератора пары ге5нераторов, второй вход - на зеиким якорнсй обмотки второго генератора, первый вход второго блока сравнения включен на зажим якорной второго генератора, второй вход - на зажим
0 якорной обмотки первого генератора, а выходы первого и второго блоков сравнения включены на вторые входы регуляторов напряжения соответственно первого и второго генераторов.
5 При этом каждый блок сравнения напряжений может содержать транзистор, к базовому выводу которого подсоединен ограничительный резистор а к коллекторному выводу - анод дио0да, причем первым входом блока является свободный конец базового резистора, вторим - эммитер транзистора, а выходом - катод диода.
того, каждый из регуляторов напряжения генераторов может содержать триггер Шмидта, вход которого (Подключен к резисторному делителю, и резистивно-диодную цепочку причем анод диода соединен к той точке входного резисторного делителя триггера/ потенциал которой ближе к потенциалу минусового зажима,а катод диода пслсоединен к одному из концов резистора и одновременно является вторым входом регулятора а второй конец резистора подсоединен к тому же минусовому зажиму триггера.
На показана функциональная схема предлагаемой установки; на фиг 2 - принципигшьная схема бесконтактного регулятора напряжения генератора; на фиг, 3 - принципиальная схема блока сравнения.
Устройство содержит три генератора 1, 2, 3с якорями 4, 5, 6 и .соответствующийи обмотками возбуждения 7, 8, 9, Минусовые зажимы всех якорей генераторов объединены и подключены к нижнему из зажимов нагрузки
10,а каждый из плюсовых зажимов всех якорей 4, 5, 6 соответственно через цепочки, содержащие резисторы
11,12, 13 и диоды 14, 15, 16 (якорь 4 имеет цепочку - резистор 11 и диод 14; якорь 5 - резистор 12 и диод 15; якорь б - резистор 13 и диод 16) подключен к плюсу нагрузки 10,
Цараллельно каждому якорю 4, 5, 6 подключен вход контроля напряжения бесконтактного регулятора 17, 18, 19 напряжения соответственно. Выходы регуляторов 17, 18, 19 подключены к соответствуюгдам обмоткам возбуждения 7, 8, 9 генераторов 1, 2, 3.
М&кду плюсами якорей кг|ждой пары соседних генераторов включены по два блока сравнения: между плюса ш якорей 4 и 5 - входы блоков 20 и 21, а плюсгида якорей 5 и б - входы блоков 22 и 23. Выход измерительного блока 20 подключен ко второму входу блока регулятора напряжения 17, выходы блоков 21 и 22 - ко второму входу регулятора напряжения 18, а вцход измерительного блока.23 - ко второму входу регулятора напряжения 19,
В показанной на фиг. 1 последовательности может быть подключено на параллельную работу любое количество генераторов совместно с соотвётствуюЬцими регуляторами напряжения и измерительными блоками.
На фиг, 2 показана одна из возможных схем регулятора напряжений генератора. Регулятор содержит входную измери тельную цепь контроля напряжения якоря, состоясцую из резисторов 24, 25, 26 и стабилитрона 27, катод которого соединен с входом триггера Шмидта, содержащего транзисторы 28, 29, резисторы 30-33, диод 34 и цепочку обратной связи, содержащую резистор 35 и конденсатор 36.
Выход триггера подключен к обмотке возб ждения (ОВ) генератора, напряжение которого должно регулироваться регулятором. Параллельно обмотке возбуждения подключен обратный диод 37 для предотвращения перенапряжения на концах обмотки возбуждения в мс 1енты выключения транзистора
5 29.
Таким образом, первым входом регулятора являются зажимы и -, подключаемые непосредственно к якорным зажимам генератора. Это же
0 напряжение использовано для питания самого триггера. Вторым входным зажимом регулятора, куда подключается выход блока (или блоков) сравнения 20,21 и т.д.,является обшая точка катода диода 38 и нижнего конца резистора 39,верхний конец которого подсоединен к общему минусу.
Анод диода 38 подсоединён к общей точке резисторов 25 и 26. Блоки
сравнения 20-23 представляет собой усилители, собранные на одном транзисторе 40. Резистор 41 предназначен для ограничения базового тока. Коллекторной нагрузкой усилителя служит резистор 39, Входными зажимами блока сравнения Я1зляются: эмиттер транзистора 40 и левый зажим резистора 41. (На фиг. 1 и 3 входной зажим блока сравнения, являющийся эмиттером транзистора, обозначен буквой Э),
0 Выходньоли зажимаМ) блока сравнения
(см. фиг, 3) являются катод диода 42 анод которого подключен к коллектору транзистора 40, Диод 42 необходим для того, чтобы исключить взаим5 ное влияние двух блоков сравнения, вторые выходные зажимы которых (катоды диодов 42) подключены к одному и тому же вторсхму входу регулятора напряжения (например, ко второму
0 входу блока регулятора напряжения 18 подключены выходные зажимы блоков сравнения 21 и 22),
Как только якорь генератора начинает вргицаться, из-за остаточного
5 магнетизма в статоре на зажимах якоря возникает небольшая ЭДС (порядка 10% от нс14инального напряжения) .Это напряжение будет приложено к зажимам + и - регулятора, Поскольку эта ЭДС меньше величины установки, транзистор 28 заперт, следовательно, транзис1ор 29 открыт, и поэтсжу в омботку возбуждения потечет ток по следующей цепи: плюс
5 якоря, резистор 31, диод 34, эммитерколлекторный переход открытого транзистора 29, обмотка возбуждения н минус якоря. Этот ток создает магнитное поле в статоре, что приводит к еще большему увеличению ЭДС якоря. Как только ЭДС на якоре и, следовательнО|на зажимах + и - регулатора становится чуть .выше напряжения уставки регулятора, то по цепи: резистор 31, эммитер-баэовыЯ переход транзистора 28, ста илитрон 27, резисторы 25, 26 и 39 (че рез диод 38) проходит ток пробоя стабилитрона 27, транзистор 28 приоткроется, а транзистор 29 начинает запираться, и благодаря наличию положительной обратной связи между тра:- зисторс1ми 28 и 29 в виде резистора 31, происходит лавинообразный процесс открывания транзистора 28 и закрывания транзистора 29. Вследствие этого в цепь возбуждения вводит ся резистор 33, в результате чего ток возбуждения начинает уменьщатьс Это, в свею очередь, приводит к уменьшению ЭДС якоря и, следовательно, к уменьшению базового тока тран зистора 28. Как только ЭДС генератора становится чуть меньше нижнего порога уставки (коэффициент возврата регулятора равен приблизительно 0,99) триггер Шмидта опрокидывается, т.е. транзистор 28 запирается, а транзис тор 29 - открывается. Это приводит .к увеличению тока возбуждения и, еле довательно, к увеличению ЭДС якоря. Далее весь процесс регулирования повторяется снова. Таким образом ре поддерживает постоянство на пряжения генератора при значительны изменениях оборотов якоря и тока на грузки. В целом устройство работает следующим образом. Предполагают вначале,что напряжения на всех якорях генераторов един ковы, т.е. Тогда токи в резисторах 11, 12 и 13 тоже будут одинаковы. Действительно )() (2)(15) Uoc-Iw li- (0 токи соответст I12-)/ lU венно в резисто рах 11, 12, 13 или токи соотве ственно в якоря 1, 2 и 3; R(13) - величины резис(Ю I (12 V торов II, 12 и 13; uU(i),&U( - прямые падения напряжений соответственио в диодах f 15 и 16 , Поскольку UOB Uoc f а дU(4) , (падения напряжения H.J диодах почти одинаковы независимо от протекающего тока), получается что 1(„ R (10 1(12) R(i2 ) R(,,, . Поскольку величины сопротивлений резисторов 11, 12 и 13 равны между собой, равны и токи протекаю1цие через них, т,е, 1({) i(i7) I () . Эти токи - токи соответствующих генераторов, а поскольку они равны между собой и равны также напряжения генераторов, то и мощности всех генераторов равны, т,е, они нагружены одинаково. К блокам сравнения 20 и 21 приложена разность напряжений UOA UOB, а к блокам сравнения 22 и 23 - разность напряжений UQJ- OQC« Поскольку эти разности равны нулю, то и базовые токи в блоках сравнения 20-23 равны нулю, вследствие чего транзисторы в эти.х блоках заперты и потому коллекторные токи в HHk отсутствуют. Следовательно, диод 38 (см. фиг, 2) открыт падением напряжения на резисторе 26, Таким образом резистор 39 через диод 38 оказывается подключенным параллельно резистору 26. В этом случае во входной цепи регулятора делитель напряжения состоит из резисторов 24, 25 и параллельно включенных резисторов 26, 39. При этом регулятор обеспечивает номинальное напряжение на генераторе, Пусть по какой-либо причине ток в цепи якоря 4 стал меньше, чем токи в якорях 5 и 6, причем полагают. что эти токи одинаковы. Раз ток I меньше тока 1( , то и напрязкение UOA меньше напряжения U{jg. Тогда под действием разности напряжений ирд Uoft-UoAf приложенный к эммитербазовой цепи транзистора в блоке сравнения 20, транзистор отпирается через его коллекторную нагрузку (резистор 39) протекает ток, создавая на нем падение напряжения, равное . ,.-тио) TJ Rti) к (г9) где и„,,„ - напряжение на резисторе 39; - ток коллектора транзистора 40 блока сравнения 20; сопротивление резистора 39, Если нашряжение ) больше напряжения на резисторе 26 хотя бы на I - 1,5 В, то диод 38 запирается ирезистор 39 как бы агсоединяется от резистора 26, что соответствует увеличению уставки напряжения регулято Вследствие этого напряжение якоря 4 генератора 1 поднимается, что приводит к увеличению тока его нагрузки, т.е. происходит выравнивани нагрузок генераторов (при этом оба тока lyf, и 1(6, уменыиаются, посколь ку в данный момент общий ток нагрузки постоянен). В процессе выравнивания ток , становится больше токов 1(5) и 1,,, поскольку, как только напряжение Uo станет равным напряжению и,а (а также UQC)/ транзистор 40 в Слокв сравнения 20 запирается, прекращается . коллекторный ток через резистор 39 и последний снова оказывается соединенным параллельно резистору 26, вследствие чего уставка регулятора уменьшается и это приводит к уменьшению напряжения якоря 4. Ток 1(4) становится чуть меньше токов 1(5) и I (6) / и тогда весь процесс регулирования повторяется. Пусть теперь ток I g) генератора 2меньше токов I (4i и I ( , котсчэые равны между, собой. Тогда UQB UOA и и03 иос f и ОД действием разности напряжений идв Цол - UOB транзистор в блоке сравнения 21 открывается и появляется коллекторный ток 1ц . Аналогично под действием разности напряжений UCB UDC ов транзистор в блоке 22 открывается и Появляется коллекторный ток . Оба тока и I складываются и текут через резистор 39 регулятора напряжения 18 генератора 2. Как и в предыдущем случае, на резисторе 39 появляется падение напряжения, равное (I -t-l )Tl (j которое отсоединяет этот резистор от резистора 26 регулятора. Уставка регулятора меняется в большую сторону, и в результате напряжение и ток генератора 2 повышаются, токи генераторов 1 и 3 уменьшаются и происходит выравнивание нагг зок генераторов. ПОСКОЛЬКУ в данном случае функционируют блоки сравнения 22, блоки сравнения 20 и 23 заперты и н функционируют, ввиду того, что по отношению к их транзисторам разности напряжений и являются за пирающими (плюсовые потенциешы этих разностей приложены к базам соответ ствующих транзисторов). Может оказаться, что все три нагрузочных тока генераторов Отличают ся друг от друга. Пусть 1(4) ( Тогда под действием разности напряжений идв Оод - UOB действует блок сравнения 21, в результате регулятор 18 подтягивает напряжение генератора 2 к напряжению генератора 1, а под действием разности напряжений UBC UOB - Uoc действует esnoK сравнения 23, в результате регулятор 19 подтягивает напряжение генератора 3 к напряжению генератора 2. Таким образом, величины напряжений генераторов с меньшими нагрузочными токами стремятся к напряжению генератора, у которого ток нагрузки наибольший. Как видно из фиг. 1, блоки сравнения включены между каждыми из двух рядов расположенных генераторов, образуя как бы цепную схему. Поэтому предлагаемое устройство особенно удобно применять в злектроподвижном составе.(на электропоездах и электровозах). Неравномерность распределения нагрузки не хуже 3%. Использование предлагаемого устройства в электроподвижном составе позволит повысить надежность питания нагрузок цепей управления и избежать перегрузок генераторов тех секций подвижного состава, на которых нагрузка больше, и тем самым увеличить срок их службы. Формула изобретения 1. Электроэнергетическая установка, содержащая генераторы постоянного тока, включенные параллельно через вентили защиты от обратного тока, причем одни якорные зажимы генераторов соединены между собой, и регуляторы напряжения каждого генератора, один вход каждого из которых включен на напряжение соответствующего генератора, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и устойчивости равномерHoro распределения нагрузки между параллельно работающими генераторами, установка снабжена резисторами,включенными последовательно в якорную цепь каждого генератора, двумя блоками сравнения напряжений на каждую пару генераторов, при этом следующая пара генераторов содержит генератор предыдущей пары, причем первый вход первого блока сравнения включен на зажим якорной обмотки первого генератора пары генераторов, второй вход - на зажим якорной обмотки второго генератора, первый вход второго блока сравнения включен на зажим якорной обмотки второго генератора, второй вход - на зажим якорной обмотки первого генератора, а выходы первого и второго блоков сравнения включены на вторые входы регуляторов соответственно первого и второго reHepaiTopoB. 2.Установка по п. 1, о т л и чающаяся тем, что каждый блок сравнения напряжений содержит транзистор, к базово) выводу которого подсоединен ограничительный резистор, а к коллекторному выводу анод диода, причем первым входом блока является свободный конец базо вого резистора, вторым входом зммитер транзистора, а выходом - ка тод диода. 3.Установка по пп 1 и 2, о т личающаяся тем, что каждый из регуляторов напряжения генераторов содержит триггер Шмитта,вход ко торого подключен к резисторному делителю, и резистивно-диодную цепочку,причем анод диода соединен к той точке входного резисторного делителя триггера, потенциал которой ближе к потенцчалу минусового зажима, а катод диода подсоединен к одному из концов резистора и одновременно является вторым входом регулятора, а второй конец резистора подсоединен к тому же минусовому эгжиму триггера. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 394891, кл. Н 02 I 3/46, 1969.
