RU223288U1 - Автономная электростанция переменного тока - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к дизельным электростанциям на базе на базе дизель-генераторов (ДГ), включающих двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и синхронный генератор (СГ), валы которых механически связаны друг другом. Задачей полезной модели является повышение точности и быстродействия регулирования напряжения ДГ за счет дополнительно введенных корректора напряжения и повышающего трансформатора с обмоткой подмагничивания. Повышение точности регулирования достигается изменением тока в обмотке трансформатора при помощи корректора напряжения с учетом отклонения напряжения от заданного значения, чем учитываются внесенные погрешности, а быстродействие регулирования достигается тем, что измерение отклонения напряжения осуществляется напрямую.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к дизельным электростанциям на базе на базе дизель-генераторов (ДГ), включающих двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и синхронный генератор (СГ), валы которых механически связаны друг другом.

Известно устройство для генерирования переменного напряжения, выполненное на базе ДВС и синхронного генератора, в котором стабилизация частоты переменного напряжения статора синхронного генератора обеспечивается стабилизацией частоты вращения вала ДВС, а стабилизация амплитуды напряжения статора синхронного генератора - изменением тока обмотки его возбуждения [П.А.Мещанинов. Автоматизация судовых электроэнергетических систем. Л.: Судостроение, 1970, с. 156-162].

Главным недостатком работы ДГ со стабильной частотой вращения вала является то, что при нагрузках меньших номинальной, подача топлива будет превышать величину, необходимую для баланса этих мощностей. В результате происходит неполное сгорание топлива, приводящее к ухудшению технического состояния дизеля и к снижению экономичности его работы.

Наиболее близким к предполагаемой полезной модели является автономная электростанция переменного тока (патент РФ №2412513, 2010 года), содержащая двигатель внутреннего сгорания и синхронный генератор, валы которых связаны механически, причем подача топлива в ДВС осуществляется регулятором частоты вращения (РЧВ), входящим в блок задания оптимальной частоты вращения вала ДВС, включающим также блок задания экономичной частоты вращения вала ДВС, первый сумматор, и датчик частоты вращения вала ДВС, причем выход первого сумматора через РЧВ соединен с входом ДВС, отрицательный выход сумматора через датчик частоты соединен с валом ДВС, а положительный вход сумматора соединен выходом блока задания экономичной частоты вала, выход которого соединен с плюсовым входом первого сумматора и с первым входом блока возбуждения, имеющего три вывода для подключения трехфазного напряжения питания, и два вывода, соединенные с обмоткой возбуждения СГ, три вывода обмотки статора которого соединены тремя входами управляемого выпрямителя, который наряду с последовательно подключенными к нему конденсаторной батареей и инвертором напряжения, входит в преобразователь частоты, причем, управляющий вход инвертора соединен с выходом задатчика частоты выходного напряжения, а три фазы инвертора через датчик тока и повышающий трансформатор подключены к выходным выводам, а также напрямую три фазы инвертора подключены к входам датчика напряжения, первый выход которого соединен со вторым входом блока возбуждения и с первым входом блока вычисления мощности нагрузки, второй вход блока соединен с выходом датчика тока в котором частота вращения вала устанавливается оптимальной, в зависимости от фактической нагрузки дизеля и при оптимальной частоте обеспечивается минимальный расход топлива ДВС. При этом, стабилизация величины и частоты напряжения обеспечивается преобразователем частоты, включенным между генератором и выходными выводами ДГ.

К недостаткам известной автономной электростанции переменного тока является не высокое быстродействие и точность регулирования напряжения, это обусловлено наличием в системах регулирования частоты и напряжения, элементов со сравнительно большой инерционностью также вносящие погрешности из-за нелинейности своих характеристик. К таким элементам можно отнести: управляемый выпрямитель, выполняемый на тиристорах, инвертор напряжения на транзисторах, датчик частоты вращения вала и др. Задача повышения быстродействия и точности регулирования может быть решена осуществлением коррекции напряжения непосредственно на выходе дизель-генератора.

Задачей полезной модели является повышение быстродействия и точности регулирования напряжения дизель-генераторной электростанции с переменной частотой вращения.

Сущность полезной модели заключается в том, что в автономную электростанцию переменного тока, содержащую последовательно соединенные двигатель внутреннего сгорания с переменной скоростью вращения, синхронный генератор, преобразователь частоты, датчик частоты вращения двигателя внутреннего сгорания, преобразователь частоты, выполненный в виде: управляемого выпрямителя с подключенным к нему блоком стабилизации напряжения, состоящего из задатчика напряжения, сумматора сигналов и регулятора напряжения, конденсаторной батареи, датчика тока и инвертора напряжения, к блоку возбуждения синхронного генератора подключен выход блока задания экономичной частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания, введены корректор напряжения и повышающий трансформатор с обмоткой подмагничивания и выходными выводами, при этом выход преобразователя частоты и выход корректора напряжения соединен с входом повышающего трансформатора с обмоткой подмагничивания, выход датчика тока соединен с входом датчика напряжения, выход датчика напряжения соединен с сходом второго сумматора, входящего в состав блока стабилизации напряжения, с входом блока возбуждения синхронного генератора с выходными выводами, входом корректора напряжения и с входом блока вычисления мощности нагрузки, выход блока вычисления мощности нагрузки соединен с входом блока формирования оптимальной частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания, выполненного в виде следующих блоков: блока задания экономичной частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания, первого сумматора, датчика частоты вращения вала и регулятора частоты вращения вала, выход задатчика частоты выходного напряжения соединен с входом инвертора напряжения, выход регулятора частоты вращения вала соединен с входом двигателя внутреннего сгорания.

Предполагаемая полезная модель изображена на фигуре, где последовательно соединенные ДВС 1, синхронный генератор 2, преобразователь частоты 3, включающий управляемый выпрямитель 4, конденсаторную батарею 5, датчик тока 6, инвертор напряжения 7, на выходе устройства установлен повышающий трансформатор с обмоткой подмагничивания 8 с выходными выводами 9. К ДВС 1 подключены регулятор 10 частоты вращения вала ДВС 1, датчик 11 частоты вращения вала ДВС 1, первый сумматор сигналов 12, входящие в блок 13 формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС 1, сюда же входит блок 14 задания экономичной частоты вращения вала ДВС 1. Блок 15 возбуждения синхронного генератора 2 с выводами 16 подключения питания соединен с обмоткой возбуждения синхронного генератора 2, с выходами блока 14 задания экономичной частоты вращения вала ДВС 1. Блок 17 стабилизации напряжения, состоящий из задатчика напряжения 18, второго сумматора сигналов 19 и регулятора напряжения 20, соединен с выходом датчика напряжения 21, с которым соединен также блок 15 возбуждения синхронного генератора 2 с выходными выходами 16. Вход блока 14 соединен с выходом блока 22 вычисления мощности нагрузки. Выход задатчика 23 частоты выходного напряжения соединен с инвертором напряжения 6. Выход повышающего трансформатора с обмоткой подмагничивания 8 соединен с входом корректора напряжения 24, выход корректора напряжения 24 с входом блока 24 вычисления мощности нагрузки и с входом блока 15 возбуждения СГ 2. Выход датчика тока 6 соединен с входом датчика напряжения 21.

Связанные общим валом ДВС 1 и СГ 2 вращаются с оптимальной частотой, задаваемой блоком 13 формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС. Причем оптимальная частота вращения вала задается регулятором 10 частоты вращения вала, управляемым сигналом с выхода первого сумматора 12, пропорциональным отклонению экономичной частоты вращения вала от фактической частоты вращения вала ДВС. При этом сигнал, пропорциональный экономичной частоте вращения вала, подается на сумматор 12 с блока 14 задания экономичной частоты вращения вала ДВС, а сигнал, пропорциональный фактической частоте вращения, подается на сумматор 12 с датчика 11 частоты вращения вала. Экономичная частота вращения вала задается блоком 14 в зависимости от сигнала, подаваемого на блок 14 с блока 22 вычисления мощности нагрузки.

В результате того, что вал СГ вращается с оптимальной частотой, меньшей номинального значения, значение напряжения на выходе СГ также будет меньше номинального напряжения. Частота напряжения на выходе СГ также будет меньше номинального значения. Для получения требуемых значений напряжения и частоты на выходных выходах 9, выход СГ подключен к ним через преобразователь частоты 3 и повышающий трансформатор с обмоткой подмагничивания 8. Входящие в преобразователь 3 управляемый выпрямитель 4, конденсаторная батарея 5, датчик тока 6, инвертор напряжения 7 позволяют учесть изменение частоты вращения вала ДВС на выходное напряжения СГ, при этом выпрямитель преобразует переменное напряжение с выхода СГ в постоянное и регулирует это напряжение до необходимого значения; конденсаторная батарея 5 сглаживает пульсации напряжения на выходе выпрямителя; датчик 6 тока формирует сигнал, пропорциональный току нагрузки; инвертор напряжение 7 преобразует постоянное напряжение в переменное напряжение, частота которого поддерживается заданной при помощи подключенного к нему задатчика 23 частоты выходного напряжения.

Регулирование напряжения на выходе выпрямителя 4 осуществляется регулятором напряжения 20 блока стабилизации напряжения, а также регулированием напряжения, подаваемого на его вход с выхода СГ при помощи блока 15 возбуждения СГ.

Окончательная коррекция напряжения на выходных выводах 9 осуществляется воздействием на обмотку подмагничивания трансформатора 8 при помощи корректора напряжения, изменяющего подмагничивание трансформатора в зависимости от отклонения напряжения на выходе датчика напряжения 21 от заданного значения.

Таким образом, введение трансформатора с обмоткой подмагничивания и корректора напряжения позволяют повысить точность и быстродействия регулирования напряжения на выходе дизель-генератора при изменении частоты вращения вала ДВС в широком диапазоне.

Claims (1)

1. Автономная электростанция переменного тока, содержащая последовательно соединенные двигатель внутреннего сгорания с переменной скоростью вращения, синхронный генератор, преобразователь частоты, датчик частоты вращения двигателя внутреннего сгорания, преобразователь частоты выполнен в виде управляемого выпрямителя с подключенным к нему блоком стабилизации напряжения, состоящего из задатчика напряжения, сумматора сигналов и регулятора напряжения, конденсаторной батареи, датчика тока и инвертора напряжения, к блоку возбуждения синхронного генератора подключен выход блока задания экономичной частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания, отличающаяся тем, что дополнительно введены корректор напряжения и повышающий трансформатор с обмоткой подмагничивания и выходными выводами, при этом выход преобразователя частоты и выход корректора напряжения соединен с входом повышающего трансформатора с обмоткой подмагничивания, выход датчика тока соединен с входом датчика напряжения, выход датчика напряжения соединен с входом второго сумматора, входящего в состав блока стабилизации напряжения, с входом блока возбуждения синхронного генератора с выходным выводами, входом корректора напряжения и с входом блока вычисления мощности нагрузки, выход блока вычисления мощности нагрузки соединен с входом блока формирования оптимальной частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания, выполненный в виде следующих блоков: блока задания экономичной частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания, первого сумматора, датчика частоты вращения вала и регулятора частоты вращения вала, выход задатчика частоты выходного напряжения соединен с входом инвертора напряжения, выход регулятора частоты вращения вала соединен с входом двигателя внутреннего сгорания.

Images