Двухимпульсный регулятор частоты вращения дизель-генератора

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 02 0 29/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4 с

00 фь.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4875330/06 (22) 19.10.90 (46) 23.11.92. Бюл. М 43 (71) Харьковский политехнический институт им. В.И.Ленина (72) А.Н.Борисенко (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1206459, кл. F 02 0 1/10, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N. 323564, кл. F 02 0 31/00, 1972.

Крутов В.И. Автоматическое регулиро-. вание двигателей внутреннего сгорания. М.:

Машиностроение, 1979, с. 320-321. (54) ДВУХИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА,,5U,, 1776847 А1 (57) Использование; стабилизация частоты вращения дизель-генераторов переменного тока в переходных режимах. Сущность изобретения: для повышения топливной экономичности и точности поддержания частоты вращения дизеля в переходных режимах регулятор снабжен селектором 15 импульсов по длительности, электромагнитным реле

24 с размыкающими контактами 19, 21, 23, тремя парами встречно-параллельно включенных тиристоров 5-10 и резисторами 18, 20, 22. При набросах нагрузки, близкой к полной, реле 24 срабатывает, анодный ток тиристоров 5-10 уменьшается и прием нагрузки облегчается. 1 ил.

1776847

Изобретение относится к системам регулирования энергетических установок и может быть использовано для стабилизации частоты вращения дизель-генераторов перемен ного тока в переходн ых режимах.

Известно устройство регулирования дизель-генератора, содержащее вспомогательную нагрузку с дополнительной корректирующей нагрузкой, переключатель, добавочную регулирующую нагрузку в виде реостата, связанную с подвижным сердечником соленоида, причем добавочная регулирующая нагрузка при помощи тяги с рычагом связана с рейкой топливного насоса и центробежным измерителем скорости.

При набросе нагрузки рычаг тягой перемещает рейку топливного насоса в сторону увеличения топливоподачи и одновременно тягой перемещает ползунок реостата в сторону увеличения сопротивления нагрузки, что снижает приращение нагрузки на дизельь-генераторе. -Поскольку увеличение топливоподачи дизель-генератора происходит после появления реакции измерителя скорости на уменьшение частоты вращения

ДВС; вызванное набросом нагрузки, быстродействие системы недостаточно. Следствием этого является неудовлетворительное протекание переходных процессов.

Известен также двухимпульсный регулятор скорости для двигателя, содержащий центробежный измеритель скорости с пружиной, одна из опор которой связана с подвижным элементом электромагнита, снабженного обмоткой для управления оборотами двигателя при помощи органа задания, а другой — с заложником гидроусилителя для управления исполнительным органом, причем подвижный элемент снабжен дополнительной обмоткой, соединенной с триггерным устройством, управляемым датчиком производной от нагрузки для подачи на исполнительный орган исчезающего импульса при изменении нагрузки;

По сравнению с предыдущими данное устройство обеспечивает более высокие показатели переходных процессов при изменении нагрузки, поскольку регулирование топливоподачи осуществляется сразу же после изменения нагрузки еще до изменения частоты вращения вала. Однако достичь раздельной регулировки длительности импульса управления при набросе нагрузки и длительности такового при сбросе нагрузки в таком устройстве невозможно, что препятствует получению оптимальных длительностей управляющих импульсов в переходных

55 режимах и является недостатком устройства.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является двухимпульсный регулятор скорости дизель-генератора, содержащий первый и второй трансформаторы тока, первичные цепи которых связаны с линией связи генератора и нагрузки, а вторичные — связаны через промежуточные трансформаторы со входом выпрямителя с фильтром, канал управления топливоподачей при набросе нагрузки, выполненный в виде связанных между собой первого дифференцирующего трансформатора и первого триггерного устройства, канал управления топливоподачей при сбросе нагрузки, выполненный в виде связанных между собой второго дифференцирующего трансформатора и второго триггерного устройства. входы каналов управления топливоподачей соединены с выходом выпрямителя, выходы каналов управления топливоподачей через первый и второй электродинамические преобразователи связаны с входами механизма перемещения рейки топливного насоса, выполненного в виде связанных между собой золотника и сервомотора регулятора скорости.

По сравнению с техническим решением устройство-прототип обеспечивает более высокое качество переходных процессов, поскольку изменение топливоподачи при изменении нагрузки происходит раньше, чем изменяется частота вращения ДВС и появляется реакция измерителя скорости.

По сравнению с регулятором прототип обеспечивает более высокое качество протекания переходных. процессов за счет того. что в нем возможность раздельной регулировки длительности импульса управления топливоподачей при наборе нагрузки и длительности импульса управления топливоподачей при сбросе нагрузки.

В то же время известное устройствопрототип при набросках нагрузки, близкой к полной (номинальной). обеспечивает недостаточную точность поддержания оборотов дизель-генератора и неудовлетворительную топливную экономичность агрегата вследствие перерасхода топлива.

Цель изобретения — повышение топливной экономичности и точности поддержания частоты вращения в переходных режимах.

Указанная цель достигается тем, что в отличие от известного устройства. содержащего первый и второй трансформаторы тока, первичные цепи которых связаны с линией связи генератора и нагрузки. а вторичные подключены к входу выпрямителя с

1776847

30

40

55 фильтром, канал управления топливоподачей при набросе нагрузки и канал управления топливоподачей при сбросе нагрузки, входы которых соединены с выходом выпрямителя, выход канала управления топливоподачей при набросе нагрузки через первый электродинамический преобразователь связан с первым входом механизма перемещения рейки топливного насоса, выход канала управления топливоподачей при сбросе нагрузки через второй электродинамический преобразователь связан со вторым входом механизма перемещения рейки топливного насоса, в него введены селектор импульсов по длительности три пары встречно-параллельно соединенных тиристоров, три резистора одинакового сопротивления и электромагнитные реле с тремя парами размыкающих контактов, анодные цепи первой, второй и третьей тиристорных пар включены в разрывы соответственно первого, второго и третьего проьодов линий связи генератора и нагрузки, управляющие электроды в первой, второй и третьей парах тиристоров соединены друг с другом соответственно через первый, второй и третий резисторы, зашунтированные соответственно первой, второй и третьей парами размыкающих контактов реле, обмотка реле подключена к выходу селектора импульсов по длительности. а.вход селектора i импульсов по длительности подключен к выходу канала управления топливоподачей при набрасе нагрузки.

Новым является совокупность отличительных признаков предлагаемого устройства и сочетание их с.известными признаками. Благодаря введению селектора импульсов по длительности, вход которого подключен к выходу канала управления топливоподачей при набросе нагрузки, на вход этого селектора импульсы подаются при набросе нагрузки, а на выходе появляются импульсы только тогда, когда приращение нагрузки близко к номинальной мощности дизель-генератора. Благодаря введению реле, обмотка которого соединена с выходом селектора импульсов по длйтельности, это реле срабатывает только тогда, когда приращение нагрузки дизель-генератора близко к номинальной нагрузке. Благодаря введению трех пар встречно-параллельно соединенных тиристоров, анодные цепи которых включены в разрыв проводов линии связи генератора и нагрузки, появляется возможность регулировать ток, а значит и мощность, потребляемую нагрузкой. Благодаря тому, что управляющие электроды в первой, второй и третьей парах тиристоров соединены друг с другом соответственно через первый, второй и третий резисторы зашунтированы первой, второй и третьей парами размыкающих контактов реле, ток управления тиристоров максимален и тиристоры насыщены в течение всего периода переменного напряжения генератора с установившемся режиме дизель-генератора, при сбросах нагрузки и при малых набросах нагрузки, благодаря чему тиристоры не уменьшают ток, потребляемый нагрузкой. При набросах нагрузки, близкой к номинальной, реле срабатывает. его контакты размыкаются, ток управления тиристоров уменьшается. что приводит к уменьшению среднего и действующего значений анодного тока тиристоров и уменьшению мощности, потребляемой нагрузкой. Благодаря этому приращение нагрузки при ее набросе уменьшается, что обеспечивает более легкий прием нагрузки агрегатом.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Дизель-генератор 1 с помощью линии связи 2 связан с нагрузкой 3, причем в разрывы проводов линии 2 связи включены первый трансформатор тока 4, второй трансформатор тока 2, первая пара тиристоров 5 и 6, вторая пара тиристоров 7 и 8, а также третья парэ тиристоров 9 и 10. Первые отводы вторичных обмоток трансформаторов 4 и 5 тока соединены между собой и подключены к первому входу выпрямителя

11 с фильтром, а вторые отводы этих обмоток подключены к другим входам этого выпрямителя. Выходные зажимы выпрямителя 11 соединены со входами канала 12 управления топливоподачей при набросе нагрузки и канала 13 управления топливоподачей при сбросе нагрузки. Выход канала 12 подключен к обмотке электродинамического преобразователя 14 напряжения в перемещение и к входу селектора 15 импульсов по длительности, выход канала 13 подключен к обмотке второго электродинамического преобразователя 16 напряжения 6 перемещение. Подвижные части преобразователей 14 и 16, явля ащиеся выходами этих преобразователей, связаны с механизмом 17 перемещения рейки топливного насоса. Управляющие электроды первой пары тиристоров 5 и,6 соединены друг с другом через первый резистор 18, зашунтированный первой парой размыкающих контактов 19. Управляющие электроды второй пары тиристоров 7 и 8 соединены друг с другом через второй резистор 20, зашунтированный второй парой размыкающих контактов 21. Управляющие электроды третьей пары тиристоров 9 и 10 соединены

1776847 друг с другом через третий резистор 22, зашунтированный третьей парой размыкающих контактов 23 электромагнитного реле

24, обмотка которого соединена с выходом селектора 15.

Техническая реализация устройства.

Трансформаторы 4 и 5 тока выбираются в зависимости от типа дизель-генератора. В частности, при мощности агрегата 2000 кВт и напряжении l0/6 кВт эти трансформаторы могут быть типов ТПЛМ 10/300-5, ТПЛ

10/300-5. или др. Тиристоры 5...10 могут быть типов Т500, ТВ500 и т.д; Выпрямитель

f1 может быть выполнен на полупроводниковых диодах, например..типа Д226, по схеме трехфазного двухполупериодного выпрямителя с активно-емкостным или индуктивно-емкостным Г-образным фильтром.

Резисторы 18, 20. 22 могут быть типов МЛТ, ПЭ В, B С и др. В качестве узлов 14 и 16 могут быть использованы приборы типа М-977, ЭТ526. ЭТ546 и др.

Реле 24 может быть типа РЭС9. Р3С22 или др. Селектор 15 представляет собой селектор импульсов, длительность которых превышает заданное значение, и реализуется по известной схеме. описанной на.стр, 377-378, с формирователем прямоугольных импульсов на выходе(см. Ерофеев Ю.Н. Импульсная техника. М.: Высшая школа, 1984).

Селектор 15 вырабатывает импульс только в том случае, когда импульс на его входе превышает некоторое заданное значение (например, длительность импульса. вырабатываемого каналом 12 при набросе нагрузки, составляющей 85...100ф, номинальной). Механизм 17 перемещения рейки, каналы 12 и 13 управления топливоподачей реализуются точно также. как и в прототипе (3). Механизм 17 представляет собой золотники, гидравлически связанныв с силовым поршнем серводвигателя гидромеханического регулятора скорости и штоками связанные с подвижной частью узлов l4 и 16 (один золотник связан с узлом 14, а другой узлом (6), При срабатывании узла 14 переме; щается один золотник и силовой сервомотор перемещает рейку топливного насоса на увеличение подачи топлива, при срабатывании узла l6 движется другой золотник и подача топлива уменьшается. Канал 12 (13) представляет собой связанные друг с другом первый (второй) дифференцирующий трансформатор и первое (второе) триггерное устройство(см. рис. 193 в(3). Первичные обмотки дифференцирующих трансформаторов через резисторы подключены к выходу выпрямителя (узел 11 в данной заявке), вторичная обмотка одного дифф; трансформатора соединена со входом одного триггерного устройства, вторичная обмотка другого дифф. трансформатора соединена со входом другого три ггерного устройства. В ыходы триггерных устройств являются выхо5 дами узлов 12 и 13. Узел 12 вырабатывает прямоугольный импульс, длительность которого пропорциональна положительному приращению нагрузки дизель-генератора. а узел 13- отрицательному. Между вторичны10 ми обмотками трансформаторов 4 и 5 тока и входами выпрямителя 11 с фильтром могут быть включены промежуточные трансформаторы напряжения (не показаны на блоксхеме регулятора).

15 Устройство работает следующим образом.

При работе дизель-генератора 1 в установившемся режиме ток, потребляемый нагрузкой 3, имеет неизменные. параметры

20 (частоту, амплитуду, форму и т.д.). В связи с этим параметры напряжений на вторичных обмотках трансформаторов 4 и 5 тока неизменны, благодаря чему выходное напряжение выпрямителя 11 имеет постоянный

25 уровень. При этом напряжения на выходах каналов 12 и 13 уравнения подачей топлива равны нулю, в связи с чем электродинамические преобразователи 14 и 16обесточены и не воздействуют на механизм 17 переме30 щения рейки топливного насоса, а реле 24 также обесточено и все его контактные пары (19, 21 и 23) замкнуты. Через эти контакты управляющие электроды в каждой тиристорной паре соединены друг с другом, бла35 годара чему через управляющие цепи тиристоров 5, 6, 7, 8, 9 и 10 протекают максимальные (flo амплитуде и длительности) токи управления, имеющие форму полуволны синусоиды. Углы управления тиристоров

40 5. 6, 7. 8, 9 и 10 в этом случае близки к нулю, благодаря чему тиристоры полностью открыты N пропускают полуволны тока нагрузки беэ уменьшения его амплитудного. действующего и среднего значений. В этом

45 случае тиристорные пары представляют собой закоротки и не влияют,на ток нагрузки.

При с6росе нагрузки токи в проводах линии 12 уменьшаются (по амплитуде), напряжения и на вторичных обмотках транс50 форматоров 4 и 5 тока уменьшаются, что приводит к уменьшению выходного напряжения выпрямителя 11. Отрицательный пе,репад входного напряжения канала 13 управления топливоподачей при сбросе на-;

55 грузки приводит к появлению на его выходе, 1 близкого к прямоугольному по форме импульса, длительность которого тем больше, чем больше перепад сигнала на его входе, то есть чем больше отрицательное приращение нагрузки дизель-генератора 1. Выход1776847

10 ное напряжение канала 13 подается на обмогку второго электродинамического преобразователя 16, вызывая перемещение его подвижной части. Эта подвижная часть воздействует на механизм 17, который вследствие этого перемещает рейку топливного насоса в сторону уменьшения топливоподачи. Уменьшение подачи топлива приводит к уменьшению мощности дизель-генератора

1 и приводит ее в соответствие с мощностью, потребляемой нагрузкой 3. При сбросе нагрузки канал 12 импульса не вырабатывает, в связи с чем реле 24 не срабатывает, его контакты замкнуты, тиристоры 5 — 10 полностью открыты и работают как закоротки. В рассматриваемом случав, когда происходит сброс нагрузки, предлагаемое устройство работает так же, как и прототип, Рассмотрим работу устройства при скачкообразном увеличении нагрузки, потребляемой от дизель-генератора 1. В этом случае ток в проводах линии 2 быстро нарастает. что приводит к соответствующему увеличению напряжений на вторичных обмотках трансформаторов 4 и 5 тока и выходного сигнала выпрямителя 11. На такое возрастание сигнала канал 13 управления топливоподачей не реагирует, а канал 12 управления топливоподачей реагирует и вырабатывает импульс, близкий по форме к прямоугольному. Длительность этого импульса тем больше (меньше), чем больше (меньше) положительное приращение нагрузки дизель-генератора 1. Выходной импульс канала 12 поступает на обмотку первого электродинамического преобразователя 14 и вход селектора 15 импульсов по длительности. Подвижная часть ЭДП14 воздействует на механизм 17, который перемещает рейку топливного насоса в сторону увеличения топливоподачи. Селектор 15 вырабатывает импульс, длительность которого соответствует длительности входного импульса только тогда, когда длительность входного импульса превышает некоторое заданное значение, соответствующее определенной нагрузке, например. близкой к

1007,, Во всех остальных случаях, т.е. при малых положительных приращениях нагрузки, селектор 15 импульса. не вырабатывает. В связи с этим при малых набросах нагрузки реле 24 не срабатывает и предлагаемое устройство работает так же, как и прототип, В случае же. наброса нагрузки, близкой к 100Я,. импульс с выхода канала 12 проходит через селектор 15 на обмотку реле

24, которое срабатывает и размыкает контактные пары 19. 21 и 23, вследствие чего управляющие электроды в каждой тири5

55 сторной паре оказываются связанными друг с другом через соответствующий резистор: управляющие электроды тиристоров

5, 6 связаны резистор 18; управляющие электроды тиристоров 7, 8 — через резистор

21; управляющие электроды тиристоров 9, 10 — через резистор 23. Благодаря этому ток управления тиристоров, протекающий через управляющие их цепи, уменьшается (no сравнению с тем случаем, когда контакты реле 24 замкнуты). Поскольку при уменьшении управляющего тока отпирание тиристора происходит при большем анодном напряжении (что известно иэ электроники), угол управления тиристара возрастает. время открытого тиристора уменьшается и среднее, а также действующее значения его анодного тока уменьшаются, При этом уменьшается напряжение на клеммах нагрузки 3 и потребляемая ею мощность,Сопротивление резисторов 18,20 и 22 имеют такую величину, что напряжение на нагрузке 3 уменьшается на 10 — 15 по сравнению с тем его значением, которое имеет место при замкнутых контактах реле 24,т.е. при полностью открытых тиристорах 5-10, представляющих собой в открытом состоянии закоротку. Следовательно, в режиме наброса близкой к полной нагрузке при одном и том же ее электрическом сопротивлении приращение потребляемой ею мощности в предлагаемом устройстве меньше, чем в прототипе, благодаря чему уменьшается провал частоты вращения дизель-генератора 1. После окончания выходного импульса канала 12 подвижная часть электродинамического преобразователя 14 возвращается в исходное состояние, а требуемую цикловую подачу топлива обеспечивает штатный центробежный регулятор частоты вращения.

Причем, поскольку в предлагаемом устройстве провал частоты вращения (отклонение ее от номинального значения в установившемся режиме) меньше чем в прототипе, то и превышение топливоподачи в переходном режиме по сравнению с ее значением в установившемся режиме, обеспечиваемое штатным регулятором скорости для устранения указанного провала. меньше чем в прототипе, Благодаря этому сокращается расход топлива агрегатом. По окончании выходного импульса канала 12 реле 24 отключается, его контактные пары 19, 21 и 23 замыкаются, тиристорные пары 5 — 6, 7-8, 9—

10 полностью открываются и напряжение на клеммах нагрузки 3 возрастает до номинального значения. Уменьшение напряжения генератора в пределах 15 допускается в соответствии с требованиями к качеству вырабатываемой электроэнергии, Прира12

1776847

Составитель А.Борисенко

Техред М.Моргентал Корректор О. Кравцова

Редактор

Заказ 4108 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 щение же набрасываемой на дизель-генератор мощности в этом случае уменьшается приблизительно на 27, что весьма существенно.

Таким образом. по сравнению с иэвест- 5 ным предлагаемое техническое решение обеспечивает йовышение топливной экономичности и точности поддержания частоты вращения дизель-генератора при набросах нагрузки, близкой к полной (номинальной). 10

Формула изобретения

Двухимпульсный регулятор частоты вращения дизель-генератора, содержащий механизм перемещения рейки топливного 15 насоса, два электродинамических преобразователя, канал управления топливоподачей при набросе нагрузки, выход которого через первый электродинамический преобразователь связан с механизмом переме- 20 щения рейки, канал управления топливоподачей при сбросе нагрузки, выход которого через второй электродинамический преобразователь связан с механизмом перемещения рейки, выпрями- 25 тель с фильтром, выход которого подключен к входам каналов управления топливоподачей, два трансформатора тока, первичные цепи которых связаны с линией связи генератора и нагрузки, а вторичные подключены к входу выпрямителя с фильтром, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения топливной экономичности и поддержания частоты вращения дизеля в переходных режимах работы, регулятор снабжен селектором импульсов по длительности, тремя парами встречно-параллельно соединенных тиристоров. каждая иэ которых включена в разрыв соответствующего провода линии связи генератора и нагрузки, тремя резисторами одинакового сопротивления и электромагнитным реле с тремя парами размыкающих контактов, причем управляющие электроды тиристоров в каждой паре соединены между собой через один из резисторов, а каждый резистор зашунтирован парой размыкающих контактов реле, обмотка которого подключена к выходу канала управления топливоподачей при набросе нагрузки через селектор импульсов.