Система регулювання потужності автономної електростанції

Реферат: Система регулювання потужності автономної електростанці містить дизель і електричний генератор, дискретно електрокеровану паливну апаратуру і систему регулювання дизеля. До складу пристрою регулювання дизеля входять третій пристрій порівняння та задатчик потужності. Вихід задатчика потужності зв'язаний з першим входом третього пристрою порівняння, другий вхід якого зв'язаний з датчиком потужності і другим входом другого пристрою порівняння, а вихід сполучений з блоком відключення циклів. UA 69444 U (12) UA 69444 U UA 69444 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до силових установок з двигунами, що працюють на горючих газах або продуктах згорання, а саме до керування двигунами вимиканням окремих циліндрів, керування двигунами, що приводять у дію електричні генератори. Відомим технічним рішенням, який є найближчим аналогом до запропонованої корисної моделі є пристрій для регулювання дизель-електричного агрегату (Пат. №2253030, МПК F02D 17/02, 29/06, опубл. 27.05.2005, бюл. №15), який містить дизель і електричний генератор, що працюють при постійній частоті обертання на змінне зовнішнє навантаження, дискретно електрокеровану паливну апаратуру і систему регулювання дизеля з пристроєм порівняння, регулятором потужності і датчиком частоти обертання, другим пристроєм порівняння, електронним регулятором частоти обертання колінчатого вала дизеля, частотно-імпульсним модулятором, датчиком потужності зовнішнього навантаження, задатчиком частоти обертання і електронним блоком відключення циклів, при чому перший вхід пристрою порівняння сполучений з виходом задатчика частоти обертання, другий вхід пристрою порівняння сполучений задатчиком частоти обертання колінчатого вала дизеля, вихід пристрою порівняння сполучений з входом електронного регулятора частоти обертання, вихід останнього сполучений з першим входом другого пристрою порівняння, другий вхід другого пристрою порівняння сполучений задатчиком потужності, вихід другого пристрою порівняння зв'язаний з входом регулятора потужності дизеля, вихід останнього зв'язаний з входом частотно-імпульсного модулятора, вихід якого зв'язаний з першим входом блока відключення циклів, при цьому другий вхід блока відключення циклів зв'язаний з виходом датчика частоти обертання, а вихід блока відключення циклів зв'язаний з дискретно електрокерованою паливною апаратурою. Недоліком відомого технічного рішення є те, що реалізований пристрій не забезпечує оптимальності протікання робочих процесів дизельного двигуна за критеріями "експлуатаційна паливна економічність" та "екологічність" на всіх експлуатаційних режимах. В основу заявленої корисної моделі поставлена задача - створити систему регулювання потужності автономної електростанції, яка забезпечить оптимальне за критеріями "експлуатаційна паливна економічність" та "екологічність" протікання робочих процесів дизеля на всіх експлуатаційних режимах роботи двигуна автономної електростанції. Поставлена задача вирішується тим, що система регулювання автономної електростанції, крім елементів найближчого аналога містить пристрій регулювання дизеля, до якого входять третій пристрій порівняння та задачник потужності, причому вихід задатчика потужності зв'язаний з першим входом третього пристрою порівняння, другий вхід якого зв'язаний з датчиком потужності і другим входом другого пристрою порівняння, а вихід сполучений з блоком відключення циклів. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому представлена принципова схема запропонованої системи регулювання потужності автономної електростанції. Система складається з дизеля 1 і електричного генератора 2, що працює при постійній частоті обертання на змінне зовнішнє навантаження, містить дискретно електрокеровану паливну апаратуру 3, пристрій 4 порівняння, регулятор 5 потужності, датчик 6 частоти обертання, другий пристрій 7 порівняння, електронний регулятор 8 частоти обертання колінчатого вала дизеля, частотно-імпульсний модулятор 9, датчик 10 потужності зовнішнього навантаження, задатчик 11 частоти обертання, електронний блок 12 відключення циклів, третій пристрій порівняння 13 та задачник потужності 14. Перший вхід пристрою 4 порівняння сполучений з виходом задатчика 11 частоти обертання, другий вхід пристрою 4 порівняння з'єднаний з датчиком 6 частоти обертання дизеля, вихід пристрою 4 порівняння сполучений з входом електронного регулятора 8 частоти обертання. Вихід регулятора 8 частоти обертання сполучений з першим входом другого пристрою 7 порівняння, другий вхід другого пристрою 7 порівняння з'єднаний з датчиком 10 потужності, вихід другого пристрою 7 порівняння зв'язаний з входом регулятора 5 потужності дизеля, вихід регулятора 5 потужності дизеля сполучений з входом частотно-імпульсного модулятора 9, вихід якого зв'язаний з першим входом електронного блока 12 відключення циклів. Другий вхід блока 12 відключення циклів зв'язаний з датчиком 6 частоти обертання, а вихід блока 12 відключення циклів сполучений з дискретно електрокерованою паливною апаратурою 3. Перший вхід третього пристрою 13 порівняння зв'язаний з задатчиком потужності 14, другий зв'язаний з датчиком потужності 10 і другим входом другого пристрою 7 порівняння, а вихід сполучений з блоком 12 відключення циклів. Принцип роботи полягає в тому, що при зміні навантаження, а саме при її зниженні, виникає необхідність зменшення потужності дизеля 1 і електричного генератора 2, при цьому слід змінити витрату палива, зберігаючи при цьому незмінну частоту обертання. Зменшена витрата палива на режимі малих навантажень досягається шляхом пропуску тактів впорскування палива, при цьому циклова частота подачі палива і коефіцієнт надлишку повітря залишається 1 UA 69444 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 незмінними. При зміні потужності витрати палива і підтримання постійної частоти обертання колінчатого вала дизеля в зоні малих навантажень здійснюють дискретно шляхом регулювання пропусків тактів впорскування палива відповідно до штатного порядку роботи циліндрів дизеля залежно від величини потужності по його зовнішній швидкісній характеристиці. На режимі перевантаження та в зоні максимальної (номінальної) і великої потужності пропуски тактів впорскування палива в циліндри не здійснюють, а при зниженні потужності до значення 20-50 % від номінальної (залежно від конкретної марки дизеля) потужності і до режиму холостого ходу, при постійній частоті обертання колінчатого вала дизеля 1 частоту пропусків такту впорскування палива в циліндри дизеля 1 збільшують. При регулюванні потужності забезпечуються незмінними частота обертання колінчатого вала дизеля 1, коефіцієнт надлишку повітря і циклова подача палива в працюючих циліндрах дизеля 1 по вибраному наперед значенню і необхідна витрата палива для даного навантаження. Електронний регулятор 8 частоти обертання колінчатого вала дизеля 1 використовує вхідну інформацію про навантаження і частоту обертання колінчатого вала дизеля 1 відповідно за значеннями ефективного струму навантаження на електричний генератор 2 і датчика 6 частоти обертання колінчатого вала дизеля 1. При цьому елементи системи взаємодіють таким чином: сигнал задания за частотою обертання від задатчика 11 (задаючого пристрою ручного регулювання частоти) подається на перший пристрій порівняння 4 (суматор), де порівнюється з сигналом зворотного зв'язку від електричного датчика 6 частоти обертання колінчатого вала дизеля 1 (поточної частоти дизеля). Результат порівняння подається на електронний регулятор частоти обертання 8 (пропорційно-інтегрально-диференціальний ПІД-регулятор). Вихідний сигнал регулятора 8 частоти обертання подається на вхід другого пристрою 7 порівняння, де порівнюється з сигналом зворотного зв'язку за поточним значенням, отриманим з третього пристрою порівняння 13, на входи якого подається сигнал з датчика 10 потужності (струму) навантаження та задатчика потужності 14. Задатчиком потужності 14 задається конкретне значення потужності (в межах від 20 до 50 % від номінального) при якому забезпечуватиметься автоматичний перехід з режиму відключення циклів до звичайного режиму роботи системи. Це значення необхідно визначати експериментально для кожної марки дизеля 1. Результат порівняння в другому пристрої 7 подається на вхід пропорційного регулятора потужності дизеля 5. Вихідний сигнал регулятора потужності 5 подається на вхід частотно-імпульсного модулятора 9, який виробляє частотний сигнал, 5 пропорційний приросту струму навантаження і разом з електронним блоком 12 відключення циклів і дискретно електрокерованої паливної апаратури З, яка забезпечує циклову подачу або пропуск тактів впорскування палива, змінюючи частоту подачі палива відповідно до необхідного навантаження за кутом повороту колінчатого вала і кутом випередження впорскування палива. Таким чином, при накиді зовнішнього навантаження відбувається відхилення швидкісного режиму дизельного електроагрегату від номінального і починає працювати внутрішній контур регулювання потужності дизеля відповідно до нового значення сигналу датчика струму навантаження. Пропорційно струму навантаження підвищується частота модуляції включення циклів впорскування палива, відповідно підвищується крутний момент дизеля. В результаті вирівнюється швидкісний режим дизельного електроагрегату до номінального. Розроблена система, дає змогу вирішити задачу паливної економічності дизеля на режимах часткових навантажень, і, особливо, на холостому ході. При застосуванні даної системи регулювання потужності автономної електростанції можна прогнозувати додаткового покращення експлуатаційної паливної економічності в порівнянні з традиційними дизелями на 10…15 %, а на холостому ході до 30 %, при істотному зниженні викидів шкідливих речовин в атмосферу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 Система регулювання потужності автономної електростанції, яка містить дизель і електричний генератор, що працюють при постійній частоті обертання на змінне зовнішнє навантаження, дискретно електрокеровану паливну апаратуру і систему регулювання дизеля з пристроєм порівняння, регулятором потужності та датчиком частоти обертання, другим пристроєм порівняння, електронним регулятором частоти обертання дизеля, частотно-імпульсним модулятором, датчиком потужності зовнішнього навантаження, задатчиком частоти обертання і електронним блоком відключення циклів, при чому перший вхід пристрою порівняння сполучений з виходом задатчика частоти обертання, другий вхід пристрою порівняння сполучений з датчиком частоти обертання колінчатого вала дизеля, вихід пристрою порівняння сполучений з входом електронного регулятора частоти обертання, вихід останнього з'єднаний з 2 UA 69444 U 5 10 першим входом другого пристрою порівняння, другий вхід другого пристрою порівняння сполучений з датчиком потужності, вихід додаткового пристрою порівняння зв'язаний з входом регулятора потужності дизеля, вихід останнього з'єднаний з входом частотно-імпульсного модулятора, вихід якого зв'язаний з першим входом блока відключення циклів, при цьому другий вхід блока відключення циклів зв'язаний з виходом датчика частоти обертання, а вихід блока відключення циклів зв'язаний з дискретною електрокерованою паливною апаратурою, яка відрізняється тим, що до складу пристрою регулювання дизеля входять третій пристрій порівняння та задатчик потужності, причому вихід задатчика потужності зв'язаний з першим входом третього пристрою порівняння, другий вхід якого зв'язаний з датчиком потужності і другим входом другого пристрою порівняння, а вихід сполучений з блоком відключення циклів. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3