Устройство для преобразования электроэнергии при нагрузочных испытаниях тепловозов

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5I)5 В 60 L 7 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМЪ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 465353 (21) 4384778/27-11 (22) 25.02.88 (46) 23.01.90. Бюл. № 3 (71) Производственное объединение «Ворошиловградский тепловозостроительный завод им. Октябрьской революции» (72) Е. Н. Шапран, И. Ф. Чернушкин;

П. С. Попельский и Л. П. Титов (53) 625.282-843.6:620.97 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 465353, кл. В 60 L 7/02, 1973.

„„Я0„„1537578 А 2

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИ НАГРУЗОЧНЫХ ИСПЫТАНИЯХ ТЕПЛОВОЗОВ (57) 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

1537578

55 нагрузки (соsy) 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 и обмотки 12, !3 возИзобретение относится к области преоб1)азования и использования электроэнергии постоянного тока, вырабатываемой дизельгенераторами тепловозов при их нагрузочных испытаниях, и является усовершенствованием устройства по авт. св. Х 465353. ф

Lle,".ü изобретения — повыщение коэфициента нагрузки и стабилизация напря>Кения в сети.

На фиг. 1 представлена функциональная блок-схема устройства; на фиг. 2 пример выполнения блока измерения коэффициентаа на грузки, сумматора и подклк>ченного 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 блок!з измерения коэффициента нагрузки; на фиг. 6 — характеристика усилителя с пере-менным коэффициентом передачи.

Тепловозныи генератор 1 подключен к наг1 узочным электродвигателям 2 и 3. На обп(ем валу с нагрузочными электродвигаTf nÿìè 2 и 3 закреплен синхронный генератор 4 и. его возбудитель 5. Обмотки

6 и 7 возбуждения нагрузочных электрод игателей 2 и 3 подключены к возбудителям 8 и 9, которые имеют независимые обмотки 0 и 11 основного возбуждения и независимые обмотки 12 и 13 возбуждения подпитки. Блок 14 ручного возбуждения возбудителей и блок 15 автоматического возбуждения возбудителей соединены с обмотками IO и 1 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 обмоткам 22 и 23 дополнительных полюсов нагрузочных электродвигателей ? и 3 соотве гст вен но.

В цепь нагрузки синхронного генератора

4 (силовую цепь) включены датчик 24 тока и датчик 25 напряжения, выходы котобуждения подпитки, блоки 14, 15 ручного и автоматического 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. 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 уси20 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 выполнен на переменном резисторе 37 (фиг. 2) .

Усилитель 29 с переменным коэффициентом усиления выполнен на операционном

30 усилителе 38, резисторах 39 и 40 и стабилитроне 41 и резисторе 42 (фиг. 3). Напряжение стабилизации стабилитрона определяет величину ограничения сигнала

К,;. на выходе усилителя 29 (фиг. 6).

Усилитель 28 мощности выполнен на транзистора х.

Дифференциальный усилитель 19 и пороговые элементы 20 могут быть выполнены соответственно на опера ционном 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 напряже45 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 I

50 нагружается током

U — Еii U — E ! =1; i+!: = — t

Яд, Rw где /. и I. — ток якоря нагрузочных двигателей I и 3;

U — напряжение на якоре тепловозного генератора 1;

EJ(, E.2 — соответственно ЭДС электродвигателей 2 и 3;

1537578

5 l0

R i, R.г — 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 IO и 11 которых получают питание либо от блока 14 ручного возбуждения либо от блока 15 автоматического возбуждения, регулируется ток / нагрузки тепловозного генератора 1, и он загружается мощностью

Р = U/t, В свою очередь, нагрузочные электродвигатели 2 и 3 развивают вращение моменты на общем валу

М. =СФ /.,. М; =СФ /,, где С вЂ” конструктивная постоянная двигателей;

Ф, Ф вЂ” магнитные потоки двигателей 2 и 3, которые передаются синхронному генератору 4.

При этом происходит преобразование механической энергии электродвигателей 2 и

3 Р =М..н,>+Мi<,> в электрическую. Р.. =

=3U,/,cosy, где V,, /,, <,> — 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 возбудитеяей

8 и 9, подключены к усилителям 17 и 18 мощности. Управление усилителями 17 и 18 осуществляется от фазочу.вствительного 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 резистивными 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 мошности. В этом случае ток возбуждения возбудителей 8 и 9 только определяется током обмоток 10 и !1, заданным от блока 14 ручногд 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 о). Это приводит к включению порогового элемента 20, который, в свою очередь, включает усилитель 17 мошности. 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 воздействие получает система возбуждения электродвигателя 3, если его ток нагрузки превышает ток нагрузки электродвигателя 2.

При отдаче электроэнергии в сеть синхронным генератором 4 измеряются его ток /, датчиком 24 тока и напряжение !., датчиком 25. Эти сигналы подаются в блок 26 измерения коэффициента нагрузки, на выходе которого появляется сигнал ,I

U, соответствующий углу сдвига фаз между током /, и напряжением U,. Затем сигнал ъ" в сумматоре 27 сравнивается с сигналом задания /., поступаюшим от задатчика 28 коэффициента нагрузки, и подается на усилитель 29 с переменным коэффи циентом передачи для его ограничения (фиг. 3 и 6).

Сформированный суммарный сигнал управления /. усиливается в усилителе 30 мощности и подается на обмотку 31 возбуждения возбудителя 5 синхронного генератора 4. Таким образом, при уменьшении коэффициента нагрузки cosy (увеличение сдвига фаз между током /, и напряжением U,) автоматически увеличивается ток возбуждения синхронного генератора 4, так как при уменьшении cos(f, растет сигнал AU на выходе сумматора 27, сигнал управления

U; на выходе усилителя 29 и сигнал на выходе усилителя 30 мощности. Это приводит к росту коэффициента мощности и поддерживает нормальный уровень напряжения сети. Фактически, система автоматического регулирования коэффициента нагрузки поддерживает заданное от задатчика 28 его значение.

Использование предлагаемого устройства для преобразования энергии при нагрузочных испыпганиях тепловозов позволяет за счет автоматического регулирования тока возбуждения синхронного генератора повысить коэффициент нагрузки и стабилизировать уровень напряжения сети из-за компенсации реактивных токов. !,;и э-ом 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, также способствуют уменьшению суммарных токов в сети (при заданной мощности) и снижению потерь энергии в линиях электропередач.

j 537578

50

ФРГ. Z

Фиг.5!

Утих

C05 rP

Составитель Л. Резникова

Редактор В. Данко Техред И. Верес Корректор М. Шароши

Заказ 140/89 Тираж 381 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», r Ужгород, ул. Гагарина, 101

Формула изобретения

У"тройство для преобразования электроэнергии при нагрузочных испытаниях, тепловозов по авт. св. № 465353, отличаю eecs! 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, задатчиком 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 reнератора.