Автономный источник электроэнергии
Сущность изобретения: устройство содержитхенератор 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
СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических
РЕСПУБЛИК
<в> И <и> 1 750021 А1 (з1)з Н 02 Р 9/14, 9/04
ГОсудАРстВЕнный кОмитет
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 (21) 4788602/07 . (57) Сущность изобретения: устройство со(22) 01.02.90 .. : держит,генератор 2 электроэнергии, вал ко(46) 23.07.92; баюл, 1 к 27 ...,. .:: . -- : торого связан с валом и рив одного (71) Научно-исследовательский, проектно- двигателя 1, а силовые выводы — с входом конструкторский и технологическйй инсти- датчика 3 активной мощности, подключентут комплексного электропривода: - -: ного. выходом к первому прямому входу сум(72) Г.В. Лебедь, А.Ю. Смирнов и Т.П. Шуг-.. матора 6, второй инвертирующий вход рина . ; - которого соединен с источником 8 опорного. напряжения, а выход связан с обмоткой 7 (56) Степанов А,Д. Автоматическое регули- " возбуждения генератора электроэнергии, рование мощности в тепловозах и газотур- датчик 4 частоты вращения приводного двибовозах.-M.: Машиностроение, 1964,с, 241, гателя. функциональный преобразователь
242.::::..- .." . ;":..; " 5, реализующий .функцию: О =А(п -n) при
Писарик Л.С. Система регулйрования - n
1977, N. 9, с. 28-30, - . мально допустимой нагрузке "приводного двигателя; (4 — выходное напряжение (54) АИТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРО- функционального преобразователя; А — коЭНЕРГИИ, " -,": . -:::: эффициент. 1 ил.
1750021
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано s электроэнергетических установках. а также в тепловозах. дизель-электрических карьерных автосамосвалах и других транспортных средствах с электрическими передачами мощности от автономных источников энергии, Известен автономный источник электроэнергии, содер>кащий приводной двигатель в виде дизеля с системой управления, синхронйый генератор, сочлененный Своим валом с валом приводного двигателя и подсоединенный своими выводами к измерите - лям 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: сер" водвигатель, подсоединенный своим входом . к выходу сумматора и своим исполнительным органом к обмотке возбуждения сйнхронногр генератора.
- Недостатками указанного устройства являются устойчивые колебания системы около положения равновесия, обусловленные релейной характеристикой регулятора мощности с сервоприводом, укаэанные колебанйя снижают качества выходного напряжения автономного источника энергии; недостаточная надежность. Обусловленная возможностью перегрузки приводного дви- гателя (дизеля) при измененийусловий экс-. плуатации, ведущая к перегреву двигателя и, в дальнейшем, к возможной аварии.
Наиболее близким к предлагаемому является автономный источник электроэнергии, содержащий приводной двигатель внутреннега 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, ис:точник опорного напряжения (задатчик активной мощности), подключенный к второму (инвертирующему) входу сумматора, обмотку возбуждения электрогенератора, включенную на выходе сумматора через промежуточйый блок возбуждения.
Недостаткамй 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 усл вий от нормальных максимальная величина мощности теплового двигателя, например дизеля, заметно меняется. Так, мощность
5 двигателя 2Д100 снижается приблизительно на 2,5 кВт с повышением температуры воздуха на I C и на 5 кВт с уменьшением атмосферного давления на 10 мм рт.ст.; неполадками в топливной аппаратуре, веду10 щими к уменьшению вырабатываемой тепловым двигателем мощности. В этом случае устройство. стремящееся поддержать мощность теплового двигателя на прежнем уровне, перегрузит его, Кроме того, к недо15 статкам известного устройства относится невозможность использования максимальной мощности теплового двигателя.
Для исключению воэможности перегрузки тейлового двигателя при небла20 гоприятных атмосферных условиях необходимо, например, дизель-генераторной установке тепловоза мощностью
1470 кВт иметь запас свободной мощности
200-250 кВт.
Цель изобретения — повйшенйе надежностй автономного источника электроэнергии путем исключения перегрузки приводного двйгателя.
ЗО 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
35 активной мощности, подключенного выходом к первому прлмому входу сумматора, второй инвертирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход связай с обмоткой возбуждения ге40 нератора электроэнергии,. введены датчик частоты вращения приводного двигателя и функциональный преобразователь, а сумматор выполнен с третьим прямым входом, подключенным к выходу функционального
45 преобразователя, связанного входом с выходом датчика частоты вращения приводного двигателя. При этом функциональный преобразователь реализует функцию:
50 Us x=-А(по- и) при n < no.
Ua x Оприп «и>, где 0вых — выходное напряжение функционального преобразователя:
55 А — коэффициент; и -частота вращения приводного двигателя:
n, — частота вращения. соответствующая максимально допустимой нагрузке приводного двигателя, 1750021
На чертеже приведена функциональная схема автономного источника электроэнергии.
Предлагаемый источник содержит приводной двигатель 1, связанный с валой 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 эадатчиком мощности, .::..15
На третий (прямой) вход сумматора 6 подается выходйой сигнал функциойального преобразователя 5.
На вход функционального преобраэова20
40
55 теля 5 поступает сигнал датчика частоты вращенйя приводного двигателя 4, для которого входным сигналом о частоте враще- ния приводного двигателя служит частота напряжения генератора 2 электроэнергии, Характер зависимости, реализуемой 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 соответствии с опорным сигналом источника. 8. Соответствующее опорному сигналу выходное 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 функционального преобразователя 5 отсутствует;
В случае увеличения нагрузки генератора 2 и превышения момента на его валу над максимально-pohyctuMvM значением момента приводного двигателя 1 происходит снижение частоты вращения приводного двигателя (работа с максимально - допустимым моментом соответствует частоте вращения приводного двигателя по, пока1 занной на характеристике функционального преобразователя 5 внутри обозначения . этого элемента на функциональной схеме), При снижении частоты вращения приводного двигателя ниже значения по на вы-. ходе функционального" преобразователя 5 . появляется напряжение, величина которого пропорциональна разности между текущей частотой вращения приводного двигателя и значением ио.
Выходное найряжение функционального преобразователя 5 вычитается из опорного сигнала, уменьшая тем самым выходное напряжение сумматора 6, а следовательно, и ток в обмотке возбуждения генератора 7.
Тем самым уменьшается мощность, отдаваемая генератором 2 электроэнергии и исключается дальнейшее снижение частоты вращейия приводного двигателя 1.
Таким образом, за счет частичной автоматической разгрузки йо мощности электрогенератора при снижении частоты вращения первичного двигателя ниже определенного уровня.йсключается режим перегрузки первичного двигателя и тем самым обеспечивается повышение надежности работы автономного источника электроэнер. гии.
Изобретение выполняется следующим образом.
В качестве приводного двигателя 1 мо- жет быть использован двигатель внутреннего сгорания: дизель, карбюраторный и другие типы. в качестве генератора 2 элект роэнергии возможно использовать любой тип электрического генератора переменно- го тока с электромагнитным возбуждением, например, синхронный явнополюсный с обмоткой возбуждения,:
Датчик 3 активной мощности выполнен по схеме умножения мгновенных значений сигналов тока и напря>кейия генератора 2.
Сумматор 6 реализуется в виде мощ- ного 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 может быть 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 позво1750021
Составитель Г.Лебедь
Техред М.Моргентал Корректор Э.Лойчакова
Редактор Е.Папп
Ь
Заказ 2603 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035. Москва. Ж-35, Раушская наб,. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. ул.Гагарина, 101
7 8 ляет применять в электроустановке привод- сти путем исключения перегрузки приводной двигатель и генератор с близкими мощ- нога .двигателя, введены датчик частоты ностями (без учета запаса мощности на вращения приводного двигателя, функциовозможное изменение атмосферных усло- . нальный преобразователь, реализующий вий), что обеспечивает максимальное ис- 5 функцию пользование установленной моЩности приводного двигателя и улучшает техйико- — 0»)(- A(n -n) при n < no, экономические показатели автономного ис- U»> - О при n > О, точника электроэнергии..
10 где О цх — выходное напряжение функцио-Ф о р м у л а и з о б р е т е н и:я . " нального преобразователя, Автономный. йсточник электроэнергии. А — коэффициент содержащий генератор электроэнергии; вал n — частота вращения приводного двигакоторого связан с валом прйводноrî двига- теля теля, а силовые выводы — с входом датчика 15 " n< = чаСтота вращения, соответствуЮ - - активной мощности, подключенного выхо- .щая максимально допустимой нагрузка при-. дом к первому прямому входу сумматора, водного двйгателя, второй инвертирующий вход которого . сумматор выполнен с третьим прямым вхо- соединен с источником ойорного напряже- дом; подключенным к выходу функциойаль= ния. а выход связан с обмоткой возбуждения 20 ного преобразователя, связанйого входоМ с генератора электроэнергии, о т л и ч à io щ и й- выходом датчика частоты вращения привод- с я тем, что, с целью повышения надежно-: ного двигателя".
