Модуль согласования нагрузки дизель-генераторной установки

Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для работы в составе дизель-генераторной установки на базе синхронного генератора и дизельного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, в том числе для дизельного двигателя внутреннего сгорания, в котором установлен электронный регулятор оборотов с фиксированной уставкой оборотов и не имеющем возможности внешней регулировки. В таких установках работа модуля согласования нагрузки (МСН) имеет полное преимущество перед другими способами снижения нагрузки для дизельного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом при набросе нагрузки.
н
Из уровня техники известен способ управления дизель-генераторной установкой при включении асинхронного двигателя (патент №2745149 на изобретение, МПК Н02Р 1/30, 22.03.2021), согласно которому при пуске двигателя происходит увеличение тока и снижение выходного напряжения синхронного генератора. В случае одновременного превышения током и отклонением напряжения заданных пороговых уровней регулятор частоты вращения дизельного двигателя снижает частоту вращения дизель-генераторной установки до установленного значения и стабилизирует ее до завершения пуска асинхронного двигателя при пониженной частоте. После снижения тока и уменьшения отклонения напряжения синхронного генератора до заданных уровней регулятор дизельного двигателя плавно увеличивает частоту вращения до номинального значения. Напряжение синхронного генератора также увеличивается до номинального значения U.
Известны технические решения, основанные на управлении работой автоматического регулирования возбуждения (АРВ) генераторов, ориентированные на смягчение воздействий внезапных набросов электрической нагрузки. Такое управление применяет на выпускаемых генераторах компания «Leroy-Somer» (Интернет ресурс: https://www.leroy-somer.com/documentation_pdf/4342_ru.pdf. Leroy-Somer. Electric Power Generation. R450. Регуляторы. Установка и обслуживание, с. 12-13), в которых типовая система возбуждения AREP/PMG дополнена модулем LAM (Load agreement module - модуль согласования нагрузки). Принцип LAM предполагает двойное воздействие на АРВ: во-первых, понижение уставки АРВ по напряжению при значительном снижении частоты вращения и, во-вторых, снижение возбуждения пропорционально дальнейшему снижению частоты вращения. То и другое при значительном набросе нагрузки уменьшает напряжение, что дает соответствующее снижение нагрузки и тем самым облегчает переходный процесс дизель-генераторной установки.
Известные способы обеспечивают стабилизацию частоты вращения дизельного двигателя внутреннего сгораниями на выходе генератора синхронного при установившемся режиме работы дизель-генераторной установки и плавное увеличение частоты при ее снижении, вызванном включением мощной нагрузки.
Однако для дизель-генераторной установки, в состав которой входит дизельный двигатель внутреннего сгорания с установленным электронным регулятором оборотов с фиксированной уставкой оборотов и не имеющем возможности внешней регулировки, использование известных технических решений не позволяет дизельному двигателю внутреннего сгорания с турбонаддувом одномоментно принять 100% нагрузки от своей номинальной мощности с последующим восстановлением до номинальных оборотов.
В такой дизель-генераторной установке работа модуля согласования нагрузки (МСН) согласно заявляемому решению имеет полное преимущество перед другими способами снижения нагрузки для дизельного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом при набросе нагрузки.
Известно, что большинство дизельных двигателей внутреннего сгорания с турбонаддувом, в силу специфики своей работы, могут одномоментно принять не более 50% нагрузки от своей номинальной мощности. При большей нагрузке дизельный двигатель внутреннего сгорания может не восстановить свои обороты до номинальных значений или остановиться. Для того чтобы дизельный двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом мог одномоментно принять 100% нагрузки от своей номинальной мощности с последующим восстановлением до номинальных оборотов разработан заявляемый МСН.
Таким образом, недостаток известных дизель-генераторных установок состоит в недостаточной надежности работы дизель-генераторной установки при пуске дизельного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом.
Задача, на решение которой направлено настоящая полезная модель, состоит в создании модуля согласования нагрузки дизель-генераторной установки, который выполняет не только свою основную функцию по восстановлению оборотов дизельного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, но и функцию ступенчатого возбуждения и плавного восстановления напряжения генератора синхронного с регулируемыми временными задержками.
Технической задачей является создание модуля согласования нагрузки дизель-генераторной установки, обеспечивающего ступенчатое возбуждение и плавное восстановление напряжения генератора синхронного с регулируемыми временными задержками.
Поставленная цель достигается тем, что модуль согласования нагрузки дизель-генераторной установки, включающей генератор синхронный, имеющий основную обмотку, к которой через выключатель нагрузки подключена нагрузка генератора синхронного, дополнительную обмотку и обмотку возбуждения возбудителя, которые подключены к корректору напряжения с установленным резистором уставки напряжения, характеризующемся тем, что вход МСН по электрической связи подключен к выходу генератора синхронного, а выход МСН по электрической связи подключен к корректору напряжения, при этом регулирующими элементами МСН являются: резистор уставки порога снижения частоты, устанавливающий порог частоты при котором срабатывает МСН, резистор уставки снижения напряжения, устанавливающий значения напряжения при срабатывании МСН, микровыключатель режима работы МСН, устанавливающий режим работы МСН включения/отключения, микровыключатель задержания отключения МСН, устанавливающий время задержки отключения МСН для более быстрого восстановления оборотов дизельного двигателя, микровыключатель ступенчатого возбуждения, устанавливающий ступенчатое возбуждение генератора для снижения заброса напряжения генератора при первоначальном пуске, микровыключатель включения плавного восстановления напряжения, устанавливающий плавное восстановления напряжения генератора после отключения МСН, блок индикации со светодиодными индикаторами нормальной и номинальной частоты, которые сигнализируют текущее состояние частоты генератора синхронного.
При одномоментном набросе нагрузки и снижении оборотов дизельного двигателя внутреннего сгорания ниже порогового значения, МСН обеспечивает резкое снижение напряжения генератора, тем самым снижая нагрузку на дизельный двигатель внутреннего сгорания, что в свою очередь позволяет дизельному двигателю внутреннего сгорания восстановить обороты до номинального значения, с последующим восстановлением напряжения генератора.
На примере электростанций с промышленной частотой 50 Гц и напряжением 400 В при одномоментном набросе 100% нагрузки происходит падение оборотов дизельного двигателя, а, следовательно, и частоты генератора. При снижении частоты генератора синхронного ниже 47,5 Гц МСН выдает сигнал в корректор напряжения, снижая выходное напряжение генератора синхронного на 25% Uн, т.е. до 300 В. При снижении напряжения генератора синхронного на 25%, ток нагрузки также снижается на 25%, что приводит к снижению мощности на дизельный двигатель внутреннего сгорания на 50%. При таком снижении мощности дизельный двигатель внутреннего сгорания начинает выходить на свои номинальные обороты. При достижении частоты 47,5 Гц и выше МСН снимает сигнал с корректора напряжения, и напряжение генератора синхронного восстанавливается до номинальных значений 400 В.
Полезная модель поясняется следующим графическим материалом.
на фиг. - представлена принципиальная схема дизель-генераторной устаановки, где:
1 - генератор синхронный;
2 - основная обмотка генератора синхронного;
3 - дополнительная обмотка генератора синхронного;
4 - обмотка возбуждения возбудителя генератора синхронного;
5 - корректор напряжения;
6 - резистор уставки напряжения генератора синхронного;
7 - выключатель нагрузки;
8 - нагрузка генератора синхронного;
9 - модуль согласования нагрузки;
10 - трансформатор согласования;
11 - блок питания;
12 - формирователь прямоугольных импульсов;
13 - формирователь треугольных импульсов;
14 - резистор уставки порога снижения частоты;
15 - компаратор;
16 - амплитудный детектор;
17 - микровыключатель режима работы МСН;
18 - линия задержки включения в работу МСН;
19 - узел разрешения работы МСН;
20 - блок индикации;
21 - индикатор нормальной частоты;
22 - индикатор снижения частоты;
23 - микровыключатель задержки отключения МСН;
24 - линия задержки отключения МСН;
25 - микровыключатель режима ступенчатого возбуждения;
26 - линия задержки ступенчатого возбуждения;
27 - сумматор;
28 - резистор уставки снижения напряжения;
29 - микровыключатель включения плавного восстановления напряжения;
30 - интегратор;
31 - усилитель выходного сигнала;
32 - связь с генератором;
33 - связь с корректором напряжения;
34 - дизельный двигатель внутреннего сгорания. Устройство работает следующим образом.
Генератор синхронный 1 имеет основную обмотку 2, дополнительную обмотку 3 и обмотку возбуждения возбудителя 4, которые подключены к корректору напряжения 5. В корректоре напряжения 5 установлен резистор уставки напряжения 6. Корректор напряжения 5 обеспечивает стабильность выходного напряжения генератора синхронного 1 на заданном резистором уставки напряжения 6 генератора синхронного 1 уровне. К основной обмотке 2 генератора синхронного 1, через выключатель нагрузки 7 подключена нагрузка 8 генератора синхронного 1.
Выходное напряжение генератора синхронного по связи 32 подается на трансформатор согласования 10 МСН 9. С выхода трансформатора согласования 10 напряжение подается на блок питания 11, обеспечивающий питание схемы МСН 9 и на формирователь прямоугольных импульсов 12. С формирователя прямоугольных импульсов 12 сигнал поступает на формирователь треугольных импульсов 13 и далее на компаратор 15. На компараторе 15 происходит сравнение сигнала прямоугольных форм с формирователя треугольной формы 13 и сигнала с резистора уставки порога снижения частоты 14. При изменении частоты генератора синхронного 1 изменяется амплитуда треугольных импульсов формирователя треугольных импульсов 13. При снижении частоты генератора синхронного 1 ниже установленного порога на выходе компаратора 15 появляются короткие импульсы, которые поступают на амплитудный детектор 16, расширяются и получают форму сигнала постоянной амплитуды. Таким образом, при снижении частоты генератора синхронного 1 ниже установленного порога на выходе амплитудного детектора 16 появляется сигнал снижения частоты.
Микровыключателем 17 режима работы модуля согласования нагрузки устанавливается режим включен/отключен. В положении отключен узел разрешения работы 19 модуля согласования нагрузки блокирует прохождение сигнала снижения частоты с амплитудного детектора 16 и МСН 9 не работает. При включенном режиме работы МСН 9, для исключения ложного срабатывания при первоначальном пуске генератора синхронного 1, работа МСН 9 блокируется на время определяемое линией задержки включения в работу 18 модуля согласования нагрузки.
С выхода узла разрешения работы 19 сигнал поступает на блок индикации 20, в котором светодиодный индикатор нормальной частоты 21 и индикатор снижения частоты 22 сигнализируют текущее состояние частоты генератора синхронного 1.
При снижении частоты генератора синхронного 1 ниже установленного порога сигнал снижения частоты через микровыключатель 23 задержки отключения модуля согласования нагрузки и линию задержки отключения модуля согласования нагрузки 24 поступает на сумматор 27. При отключенном положении микровыключателя 23 задержки отключения модуля согласования нагрузки, после пропадания сигнала снижения частоты, работа МСН 9 прекращается без выдержки времени и напряжения генератора синхронного 1 быстро восстанавливается. При включенном положении микровыключателя 23 задержки отключения модуля согласования нагрузки, после пропадания сигнала снижения частоты, работа МСН 9 прекращается через время определенное линией задержки отключения 24 модуля согласования нагрузки и напряжения генератора синхронного 1 восстанавливается с задержкой времени, тем самым позволяя быстрее восстанавливать обороты.
МСН 9 имеет режим ступенчатого возбуждения. При отключенном положении микровыключателя 25 режима ступенчатого возбуждения происходит быстрое восстановление напряжения. При включенном положении микровыключателя 25 режима ступенчатого возбуждения МСН 9 при первоначальном возбуждении сразу же включается в работу и задает напряжение генератора синхронного 1 на уровне, установленном резистором уставки снижения напряжения 28, а через время определяемое линией задержки ступенчатого возбуждения 26, восстанавливается до установленного резистором уставки напряжения 6 генератора синхронного 1. Таким образом, возбуждение генератора синхронного 1 происходит в две ступени без заброса напряжения.
С выхода сумматора 27 сигнал поступает на резистор уставки снижения напряжения 28, которым устанавливается значение напряжения при срабатывании МСН 9.
С выхода резистора уставки снижения напряжения 28 сигнал снижения частоты, через интегратор 30 и микровыключатель 29 включения плавного восстановления напряжения поступает на усилитель выходного сигнала 31. При отключенном положении микровыключателя 29 включения плавного восстановления напряжения, после снятия сигнала снижения частоты, напряжение генератора синхронного 1 быстро восстанавливается до предварительно установленного значения. При включенном положении микровыключателя 29 включения плавного восстановления напряжения, после снятия сигнала снижения частоты, напряжение генератора синхронного 1 плавно восстанавливается до предварительно установленного значения. Время плавного восстановления напряжения определяется параметрами интегратора 30. Плавное восстановление напряжения дополнительно ускоряет время восстановления частоты генератора синхронного 1, а следовательно и оборотов дизельного двигателя внутреннего сгорания 34.
С выхода усилителя выходного сигнала 31 по связи с корректором напряжения 33 сигнал срабатывания МСН 9 поступает на резистор уставки напряжения генератора 6, в результате чего напряжение генератора синхронного 1 снижается до установленного резистором уставки снижения напряжения 28. После восстановления частоты генератора синхронного 1, а, следовательно, и оборотов дизельного двигателя внутреннего сгорания, напряжение генератора синхронного 1 восстанавливается до установленного значения
Таким образом, МСН 9 выполняет не только свою основную функцию по восстановлению оборотов дизельного двигателя внутреннего сгорания 34 с турбонаддувом, но и функцию ступенчатого возбуждения и плавного восстановления напряжения генератора синхронного 1 с регулируемыми временными задержками.