SU879727A1

SU879727A1 - Device for automatic control of self-sustained electric power set

Info

Publication number: SU879727A1
Application number: SU802883444A
Authority: SU
Inventors: Николай Гаврилович Попович; Кирилл Михайлович Юдин; Сергей Михайлович Пересада; Северин Федорович Дробязко; Владимир Павлович Степаненко; Владимир Анатольевич Литвинов; Анатолий Филиппович Петровский; Борис Петрович Воронков
Original assignee: Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции; Иркутское Конструкторское Бюро Радиосвязи; Киевский Завод "Стройдормаш"
Priority date: 1980-02-15
Filing date: 1980-02-15
Publication date: 1981-11-07

Description

Изобретение относитс к области электротехники, а более конкретно к устройствам дл автоматического упра лени автономной электроэнергетической установкой с первичным двигателем внутреннего сгорани , и может быть использовано дл стабилизации частоты выходного напр жени в автономных электроэнергетических установках Известны устройства дл управлени автономной электроэнергетической установкой с генератором переменного тока и приводным карбюраторным двига телем l J, содержание электромагнитный исполнительный орган подачи топлива , магнитные усилители, датчик на грузки, фазочувствительный выпр митель с контуром последовательного ре зонанса, Известные устройства, выполненные на магнитных элементах, имеют низкие динамические свойства, низкий КПД, больщие габариты и вес, присущие маг нитным элементам. Кроме того, с цель уменьшени вли ни инерционности управл ющей обмотки электромагнитного исполнительного органа подачи топли- ва на динамику системы в силовую цеп выходного магнитного усилител включен добавочный резистор, сопротивление которого в несколько раз превышает сопротивление обмотки управлени электромагнитного исполнительного органа подачи топлива, что резко снижает КПД устройства. Известно устройство дл управлени автономной электроэнергетической установкой , выполненное на полупроводниковых элементах, содержащее синхронный генератор с.приаодным карбюраторным двигателем, электромагнитный исполнительный орган подачи топлива, двухполупериодный кольцевой демодул тор (фазочувствительный выпр митель) с контуром последовательного резонанса , несимметричный триггер с эмиттерной резистивной св зью, генератор пилообразного сигнала, импульсный усилитель , пассивную дифференцирующую цепочку, двухполупериодный выпр митель на тиристорах р. Известное устройство обеспечивает высокое быстродействие , имеет малые габариты и вес. Однако оно обладает недостаточной помехозащищенностью в св зи с применением дифференцирующих цепочек в системе с источником помех, которым вл етс кольцевой демодул тор, низким КПД из-за наличи в цепи обмотки управлени электромагнитного исполни Тельного органа добавочного резистора . -Кроме того, в известном устройстве затруднительно введение коррек .тирукхдих св зей, например положитель ной компенсирующей обратной св зи по нагрузке, в результате чего в 2-3 ра за увеличиваетс статическа ошибка в системе при набросе нагрузки. Дл надежной работы устройства в широком диапазоне изменени температур требуетс термостатирование, либо приме нение специальных мер дл повышени температурной стабильности широтноимпульсного преобразовател , состо щего из генератора пилообразного сигнала и несимме;тричного триггера. Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс устройство дл управлени автономной электроэнергетической установкой, со держащей синхронный генератор с приводным карбюраторным двигателем. Уст ройство содержит электромагнитный исполнительный орган подачи топлива, вход которого соединен с выходом дву полупериодного кольцевого демодул то ра с контуром последовательного резонанса , несимметричный триггер с змиттерной резистивной св зью, генер тор пилообразного сигнала, силовой импульсный усилитель (IS. Известное устройство имеет достаточную помехозащищенность , однако также вл етс не экономичным из-за наличи дополнительного резистора в цепи обмотки управлени электромагнитного исполнительного органа подачи топлива, не обеспечивает получение высокой статической точности регулировани , тре буемого быстродействи из-за труднос ти введени корректирующих св зей и имеет недостаточную термостабильност Целью изобретени вл етс повыше ние экономичности, статических и динамических свойств автономной электроэнергетической установки. Эта цель достигнута .тем, что устройство дл автоматического управ лени автономной электроэнергетической установкой с синхронным генерато ром переменного тока и приводным дви гателем внутреннего сгорани , содержащее электромагнитный исполнительный орган подачи топлива, вход которого соединен с выходом силового импульсного полупроводникового усилител , измерительный орган частоты в составе двухполупериодного кольцевого демодул тора с контуром последовательного резонанса, широтно-импульсный преобразователь, выход которого соединен с входом силового им пульсного полупроводникового усилител , снабжено пропорционально-интеграпьным корректирующим усилителем, датчиком активной нагрузки, источником смещени , шунтом, включенным в силовую цепь электромагнитного исполнительного органа, Т-образными фильтрами и датчиком тока на операционном усилителе. При этом выход корректирующего усилител подключен к входу широтноимпульсного преобразовател , а вход соединен с источником смещени , через датчик тока на операционном усилителе с шунтом, через первый Т-образный фильтр - с выходным зажимом измерительного органа частоты, а через второй Т-образный фильтр - с выходом датчика активной нагрузки. При этом широтно-импульсный преобразователь выполнен на однопереходном транзисторе с отсекающим диодом, в цепь разр да врем задакнцей емкости которого включены регулирующий и коммутирующий rt-p-n транзисторы, причем база коммутирующего транзистора соединена с первой базой однопереходного транзистора, коллектор - с катодом отсекающего диода, а эмиттер этого транзистора подключен к коллектору регулируквдего транзистора, база которого совместно с резистивным делите-,; лем образуют вход преобразовател . На чертеже представлена электрическа принципиальна схема предлагаемого устройства. Синхронный генератор 1 переменного тока приводитс во вращение с помощью двигател 2 внутреннего сгорани , регулирующий орган пода топлива которого через т гу св зан с выходным рычагом электромагнитного исполнительного органа 3 подачи тошйва , пружина которого пытаетс уменьшить подачу- топлива, а электромагнитный исполнительный орган 3 при наличии тока в его обмотке управлени увеличивает подачу топлива в двигатель 2, Обмотка управлени электромагнитного исполнительного органа 3 вл етс нагрузкойсилового импульсного усилител 4 и подключена к его выходным зажимам. К входу силового импульсного усилител 4 через шунт 5 подключен широтно-импульсный преобразователь 6 на однопереходном 7 и двух h-p-KlS, 9 транзисторах. Входна цепь широтно-импульсного преобразовател б соединена с выходом пропорционально-интегрального корректирующего усилител 10, один вход которого подключен к источнику 11 смещени , другой к выходу датчика 12 тока, вход которого соединен с шунтом 5, а в цепь обратной св зи включена фильтрующа емкость 13, Третий вход корректирующего усилител 10 через Т-образный фильтр на резисторах 14, 15 и емкости 16 подключен к выходу измерительного органа 17 частоты в составе двухполупериодного кольцевого демодул тора и последовательного-резонансного контура, входные зажикы измерительного органа 17 частоты подсоединены к зажимам синхронного генератора 1, Четвертый вход корректи- The invention relates to the field of electrical engineering, and more specifically to devices for automatically controlling an autonomous electric power installation with a primary internal combustion engine, and can be used to stabilize the output voltage frequency in autonomous electric power installations. There are known devices for controlling an independent electric power installation with an alternator and driven carburetor engine l J, the content of the electromagnetic actuator feed ply, magnetic amplifiers, load cell, phase sensitive rectifier with a circuit of a series resonance. Known devices made on magnetic elements have low dynamic properties, low efficiency, large dimensions and weight inherent to magnetic elements. In addition, for the purpose of reducing the inertia of the control winding of the electromagnetic actuator of the fuel supply to the dynamics of the system, an additional resistor is included in the power circuit of the output magnetic amplifier, the resistance of which several times exceeds the resistance of the control winding of the electromagnetic actuator of the fuel supply, which sharply reduces Efficiency of the device. A device for controlling an autonomous electric power unit, formed on the semiconductor elements, comprising: a synchronous generator s.priaodnym carbureted engine, the electromagnetic actuator the fuel supply, a full-wave annular demodulator (phase sensitive rectifier) with a series resonance circuit, unbalanced Trigger resistive emitter bond, sawtooth generator, pulse amplifier, passive differentiating chain, full wave th rectifier on thyristors p. The known device provides high speed, has small dimensions and weight. However, it has insufficient noise immunity due to the use of differentiating chains in a system with a source of interference, which is a ring demodulator, low efficiency due to the presence of an additional resistor in the control winding circuit of the electromagnetic actuator. In addition, in a known device, it is difficult to introduce corrective hands-on communications, for example, a positive compensating feedback on the load, as a result of which a static error in the system increases during loading by 2-3 times. Thermal control is required for reliable operation of the device over a wide range of temperature variations, or special measures are taken to increase the temperature stability of the width-to-pulse converter consisting of a sawtooth generator and asymmetric triple trigger. The closest in technical essence to the invention is a device for controlling an autonomous electric power installation, containing a synchronous generator with a driving carburetor engine. The device contains an electromagnetic actuator of the fuel supply, the input of which is connected to the output of a two half-cycle ring demodulator with a series resonant circuit, an asymmetrical trigger with a sumit resistive coupling, a sawtooth generator, a power pulse amplifier (IS. The known device has sufficient noise immunity, however, it is also not economical due to the presence of an additional resistor in the control winding circuit of the electromagnetic actuator of the fuel supply , does not provide high static control accuracy, required speed due to the difficulty of introducing corrective links, and has insufficient thermal stability. The aim of the invention is to improve the cost-effectiveness, static and dynamic properties of an autonomous electric power plant. automatic control of an autonomous electropower installation with a synchronous alternating current generator and a driving internal combustion engine, containing its electromagnetic actuator of the fuel supply, the input of which is connected to the output of a power pulsed semiconductor amplifier, the measuring body of frequency consisting of a two-half-wave ring demodulator with a series-resonant circuit, is equipped with a proportional-pulse converter integrative correction amplifier, active load sensor, bias source, shunt plugged into the power electromagnetic actuator circuit, T-shaped filters and a current sensor on the operational amplifier. At the same time, the output of the correction amplifier is connected to the input of a pulse-width converter, and the input is connected to the bias source through a current sensor on the operational amplifier with a shunt, through the first T-shaped filter to the output terminal of the measuring component of the frequency and output sensor active load. In this case, the pulse-width converter is made on a single junction transistor with a cut-off diode, the discharge circuit of which includes regulating and switching rt-pn transistors, and the base of the switching transistor is connected to the first base of the single junction transistor, the collector is connected to the cathode of the cutting diode, and the emitter of this transistor is connected to the collector of the regulator of the transistor, the base of which, together with the resistive divider ,; Lem form the input converter. The drawing shows an electrical schematic diagram of the proposed device. AC synchronous generator 1 is rotated by an internal combustion engine 2, the fuel flow regulator of which is connected to the output arm of the electromagnetic actuator 3 of the feed valve, which tries to reduce the flow, and the electromagnetic actuator 3 if there is current in its control winding increases the fuel supply to the engine 2, the control winding of the electromagnetic actuator 3 is the load of the power switching amplifier 4 and connected to its output terminals. To the input of the power pulse amplifier 4 through the shunt 5 is connected a pulse-width converter 6 on a single junction 7 and two h-p-KlS, 9 transistors. The input circuit of the pulse-width converter b is connected to the output of a proportional-integral correction amplifier 10, one input of which is connected to bias source 11, another to the output of current sensor 12, whose input is connected to shunt 5, and filter capacitance 13 is connected to the feedback circuit The third input of the correction amplifier 10 through a T-shaped filter on the resistors 14, 15 and the capacitance 16 is connected to the output of the frequency measuring element 17 as part of a full-wave ring demodulator and a serial-resonant a circuit input zazhiky frequency measuring element 17 connected to the terminals of the synchronous generator 1 fourth input Adjustments

рукздего усилител 10 через Т-образный фильтр на резисторах 18, 19 и емкости 20 подключен к датчику активной нагрузки генератора 1 в составе выпр ьштел 21 и трехфазного трансформатора 22 тока,Ample amplifier 10 through a T-shaped filter on the resistors 18, 19 and the capacitance 20 is connected to the generator active load sensor 1 as part of the rectifier 21 and the three-phase current transformer 22,

Эмиттер однопереходного транзистора 7 подключен к общей точке резистора 23 и аноду отсеканвдего диода 24 Катод отсекающего диода 24 подсоединен к одному из выводов емкости 25 врем задакщей цепи и коллектору коммутирующего транзистора 9, База этого транзистора подключена к первой базе однопереходного транзистора 7, а эмиттер - к коллектору регулирующего транзистора 8. Причем своим эмиттером регулирукиций транзистор 8 че рез резистор 26 подключен к отрицательному полюсу источника питани , а базовой через делитель напр жени на резисторах 27, 28, 29 - к выходу пропорционально-интегрального корректирующего усилител 10,The emitter of the single junction transistor 7 is connected to the common point of resistor 23 and the anode of the cut-off diode 24 The cathode of the cutting diode 24 is connected to one of the terminals of the capacitor 25, the time of the closing circuit and the collector of the switching transistor 9, the base of this transistor is connected to the first base of the single junction transistor 7, and the emitter to the collector of the regulating transistor 8. Moreover, by its emitter of adjustments the transistor 8 through the resistor 26 is connected to the negative pole of the power source, and the base through the voltage divider on the resistors 27 , 28, 29 - to the output of the proportional-integral correction amplifier 10,

Устройство работает следукацим образом .The device works in the following way.

Когда скорость вращени двнгатё л 2 внутреннего сгорани равна заданной , т.а, частота напр жени генератора 1 равна резонансной частоте контура последовательного резонанса, напр жение на выходе измерительного органа 17 частоты отсутствует, lte« этом напр жение на гашоде ксчфвкфкрующего усилители 10 определ етс топысо напр жением источника 11 смещени , при помощи которого на выходе шрО7- но-импульсного преобразовател 6 и силового усилител 4 устанавливаетс определенна скважность и шульоог, необходима дл создани начального тока в обмотке управлени электромагнитного исполнительного органа 3 подачи топлива, обеспечивающего подачу топлива в двигатель 1 внутреннего сгорани , соответствующую работе двигател 1 внутреннего сгорани с заданной скоростью вращени при величине нагрузки, равной примерно половине номинальной.When the rotational speed of the internal combustion engine 2 is equal to the set value, that is, the frequency of the generator 1 voltage is equal to the resonant frequency of the series resonance circuit, the voltage at the output of the frequency measuring element 17 is absent, which means that the voltage at the xydron amplifier 10 is determined the voltage of the bias source 11, with the help of which a definite porosity and a shuloog is established at the output of the shR7-no-pulse converter 6 and the power amplifier 4, is necessary to create the initial current in bmotke electromagnetic actuator controlling fuel supply body 3, which provides fuel to the internal combustion engine 1 corresponding to the internal combustion engine 1 at a predetermined rotation speed when the load value of approximately half the nominal.

При изменении частоты выходного напр жени синхронного генератс а I измерительный орган 17 частоты батывает напр жение, пол рность которого зависит от знака отклонени частоты от заданной, а величина определ етс значением отклонени . Допустим , скорость вращени двигател 2 внутреннего сгорани уменьшилась, что привело к уменьшению частоты выходного напр жени синхронного генератора 1 по сравнению с требуемой. На выходе измерительного органа 17 частоты вырабатываетс пропорциональное отклонению частоты напр жение положительной пол рности, которое через Тобразный фильтр на резисторах 14, 15 и емкости 16 поступает на один из входов корректирующего усилител 10,When changing the frequency of the output voltage of the synchronous generator I the frequency measuring body 17 bats the voltage, the polarity of which depends on the sign of the frequency deviation from the set one, and the value is determined by the value of the deviation. Assume that the rotational speed of the engine 2 of the internal combustion has decreased, which has led to a decrease in the frequency of the output voltage of the synchronous generator 1 as compared to the required one. At the output of the measuring body 17, a voltage is generated proportional to the frequency deviation of a positive polarity, which through a V-shaped filter on resistors 14, 15 and capacitance 16 is fed to one of the inputs of the correction amplifier 10,

вызыва увеличение его выходного напр жени и св занное с ним пропорциональное увеличение скважности импульсов пр моугольной формл на выходе широтно-импульсного преобразовател б и силового усилител 4, а следовательно , увеличение тока в обмотке управлени электромагнитного исролнительного органа 3 подачи топлийа и увеличение подачи топлива в двигателе 2 внутреннего сгорани . Момент causing an increase in its output voltage and the associated proportional increase in the duty cycle of rectangular pulses at the output of the pulse-width converter and power amplifier 4, and consequently, an increase in the current in the control winding of the electromagnetic fuel supply organ 3 and an increase in the fuel supply in the engine 2 internal combustion. Moment

0 двигател возрастает на величину, необходимую дл устранени причины, вызывакпаей уменьшение скорости. В случае увеличени частоты напр жени синхронного генератора 1 система уп5 равлени аналогично воздействует на топливоподакнцую систему, уменьша подачутоплива и момент двигател .0 engine increases by the amount necessary to eliminate the cause, causing a decrease in speed. In the case of an increase in the frequency of the voltage of the synchronous generator 1, the control system likewise acts on the fuel suppressed system, reducing the flow of fuel and the engine torque.

Нагрузкой силового импульсного усилител 4 вл етс обмотка управлени The load of the power pulse amplifier 4 is a control winding

0 электромагнитного исполнительного органа 3, котора , с целью повышени экономичности устройства, непосредствеийо подключена к усилителю 4 через шунт 5, имек оий малое сопротивление Дл уменьшени вли ни посто нS ной времени обмотки управлени -электромагнитного исполнительного органа 3 подачи топлива на динамические свойства систе1«1 стабилизации на один из входов корректирующего усилител 10 через датчик 12 тока подключена отрицательна обратна св зь по току электромагнитного исполнительного ор (ана 3 подачи топлива, а корректирующий усилитель 10 имеет прОпорциональ5 ноинтегрнру 0щую передаточную функцию, что позвол ет практически исключить вли ние этой посто нной на динамику системы. Этим удаетс не только повысить экономичность устройства пуQ тем исключени дополнительных потерь энергии в силовой цепи исполнительного органа 3 топлива, но и увеличить возможный по услови м устойчивости коэффициент усилени системы стабилизации, а следовательно, полу5 чить более высокую статическую точность поддержани частоты, кроме того прИАЮнение пропорционально-интегрального корректирующего усилител 10 в . контуре регулировани тока исполни0 тельного органа 3 делает этот контур астатическим по задающему воздействию. и следовательно, исключает флуктуации тока исполнительного органа, вызванные возможными изменени ми питающего 0 of the electromagnetic actuator 3, which, in order to improve the efficiency of the device, is directly connected to the amplifier 4 through the shunt 5, low resistance has the name To reduce the effect of the constant time of the control winding of the electromagnetic feed actuator 3 on the dynamic properties of the system "1 stabilizing one of the inputs of the corrective amplifier 10 through the current sensor 12 is connected to a negative feedback current of the electromagnetic actuator op (3 fuel supply, and Amplifier 10 has a proprietary transfer function, which virtually eliminates the effect of this constant system dynamics. This not only improves the efficiency of the device by eliminating additional energy losses in the power circuit of the executive body 3 of the fuel, but also increases the potential conditions of stability the gain of the stabilization system, and, therefore, to obtain a higher static accuracy of frequency maintenance, besides that, a proportional intent eral of the correction amplifier 10. The current control loop of the actuator 3 makes this loop static in terms of a setting effect. and therefore excludes fluctuations of the current of the executive body caused by possible changes in the supply

5 напр жени , нестабильностью характе-, ристик элементов (в том числе и температурной ) и другими случайными воздействи ми .5 voltages, instability of the characteristics of elements (including temperature) of elements, and other random effects.

Дл увеличени статической точнос0 ти поддержани частоты, а также улучшени динамических показателей системы при резком приложении нагрузки применена положительна компенсирую-, ща обратна св зь по нагрузке генератора , заведенна через Т-образныйTo increase the static accuracy of maintaining the frequency, as well as to improve the dynamic performance of the system with a sharp load, positive compensating feedback was applied, and the generator load feedback was applied through a T-shaped

Claims

5 filter on one of the inputs of the correction amplifier 10. Since the load in the autonomous electric power plants is mainly active, the active current sensor of the synchronous generator 1 consisting of a three-phase rectifier 21 and a three-phase current transformer 22 is used as an overload sensor. Positive feedback on the load not only reduces the static error of maintaining the frequency by compensating for the natural statistics of the regulator operating on the deviation, but also significantly reduces the maximum frequency deviations under stepwise load application and reduces the control time by anticipating the positive feedback signal on the active load on the almost inertia-free contour of current control of the executive body 3 of the fuel supply. Filters installed between the frequency measuring body 17, the load sensor and the correction amplifier 10 serve to increase the noise immunity of the device at high frequencies. Pulse width converter 6, made on a single junction transistor 7, switching 9 and regulating 8 transistors, has a high temperature stability inherent in devices on single junction transistors. The converter operates as follows. When the supply voltage is applied, capacitor 25 in the emitter circuit of the single junction transistor begins to charge through the cut-off diode 24, the single junction transistor is closed. When the voltage across the bottom of the capacitor plate 25 is equal to the turn-on voltage, the single junction transistor 7 opens and the current in its base circuit increases. Simultaneously with switching on the unijunction transistor 7, the cut-off diode 24 is locked and switch commutation transistor 9 is turned on, Capacitance 25 begins to run along the circuit: junction collector emitter of open transistor 9, junction collector-emitter of control transistor 8, low resistance of resistor 26, Time of capacitance 25 determines the turn-on time of the unijunction transistor 7 and mainly depends on the resistance of the junction of the collector-emitte control transistor 8 / which varies in proportion to the input have voltage converter. When the voltage on the capacitor 25 decreases to the value of the turn-off voltage during the discharge process, the unijunction transistor 7 closes, the diode 24 opens and the switching transistor 9 closes, preventing the discharge process from starting the newly charged capacitor 25. The processes described below are repeated. As a result of the periodic switching of the unijunction transistor 7, a rectangular form current is generated in its base circuit with a duty cycle determined by the magnitude of the input voltage. Due to the discharge in the discharge circuit, the time of the driving capacitor 25 of the capacitor transistor 8, during charging the capacitor 25, its discharge is eliminated, which expands the control range of the pulse-width converter and improves the linearity of its adjustment characteristics when the device attains high thermal stability. By changing the input voltage of the converter, it is possible to linearly adjust the duty cycle of the output pulses from 0 to 1. The pulse frequency is selected by 1-2 times higher than the cut-off frequency of the current control circuit of the actuator, which allows the control discreteness to be neglected. The device can be used to automatically control an autonomous electric power plant with a primary heat engine to achieve high accuracy of frequency maintenance and short control time when the plant is operating in a wide range of temperature variations. Claim 1, A device for automatic control of an autonomous electric power plant with a synchronous alternator and an internal combustion engine driving motor, comprising an electromagnetic actuator for the fuel supply, the input of which is connected to the output of a power pulse semiconductor amplifier, a frequency measuring element comprising a full-wave ring demodulator with a circuit serial resonance, pulse-width converter, the output of which is connected the input of a power pulse semiconductor amplifier, characterized in that, in order to increase the efficiency of the device, increase the static and dynamic properties of the installation, it is equipped with a proportional-integral correction amplifier, a resistive load sensor, a bias source, a shunt connected to the power circuit of the electromagnetic actuator, T-shaped filters and a current sensor on the operational amplifier, the output of the corrective