|
|
|
«Методы определения выходных параметров
альтернативного источника электроснабжения и оптимизация устройства
автоматического ввода резерва»
Устройство автоматического включения резерва АВР
предназначены для автоматического переключения электропитания с первого
питающего ввода на второй, в случае пропадания напряжения на первом вводе.
Переключение
с одного ввода на другой происходит за 0,1-:-30 сек., при этом временная уставка может регулироваться. Параметры питающей
электросети АВР следующие:
- трехфазное напряжение - 380/220 В, 50-60 Гц;
- 380 В, 50-60 Гц;
- однофазное напряжение - 220 В, 50-60 Гц.
Возможны
следующие варианты устройств автоматического включения АВР:
1.АВР
с приоритетом первого ввода, когда электропитание потребителей осуществляется
исключительно от первого ввода. В случае пропадания напряжения на нем
происходит переключение на второй ввод. При восстановлении напряжения на
первом вводе происходит автоматический возврат на этот ввод.
2. АВР с равноценными вводами может работать длительное время, как от первого, так и от второго ввода. В случае
пропадания напряжения на первом вводе или принудительном отключении
электропитания, происходит автоматическое переключение на второй ввод, без
возврата на первый, независимо оттого, что электропитание может быть
восстановлено на первом вводе. Автоматическое переключение на первый ввод
происходит в случае пропадания электропитания на втором вводе, при условии
наличия электропитания на первом вводе. Возможно ручное переключение с одного
ввода на другой.
3. АВР без возврата. При пропадании электропитания на первом вводе, АВР
автоматически переключается на второй ввод. При восстановлении электропитания
на первом вводе, переключение производится только в ручном режиме.
4. АВР может работать в таком режиме, когда каждый ввод работает независимо от другого на своего потребителя. В случае выхода из строя
одного из вводов, все потребители подключаются к исправному вводу.
С устройствами автоматического
включения АВР могут быть совмещены:
а)
световая индикация и звуковая сигнализация;
б) приборы учета и распределения электроэнергии;
в) приборы контроля нагрузки и параметров электропитания.
Устройства
АВР могут быть изготовлены на токи от 10 А до 1000
А.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ
МОДЕЛЬ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА С МИКРОПРОЦЕССОРНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ ТОПЛИВОПОДАЧИ
Исследование
энергетических процессов в дизель-генераторах
удобно проводить с применением метода энергетических (механических) цепей.
Энергетическая цепь дизель-генератора с микропроцессорным регулятором
дискретного типа (рис. 1) включает четыре звена: преобразователь «цикловая
подача топлива – мощность» 1; механическое звено, включающее активное
сопротивление r1
и приведенный момент инерции I1;
2-е преобразователь положения отсечной муфты топливного насоса в цикловую подачу qц 3 и сам микропроцессорный регулятор с исполнительным
механизмом 4.
Рис. 1. Энергетическая цепь дизель-генератора с
микропроцессорным регулятором.
Механическое звено 2 описывает потери энергии во
вращающихся частях дизеля. Активное сопротивление r2, Н·м·с, характеризует
потери на трение поршня о стенки цилиндра, трение во вкладышах и подшипниках.
Момент инерции I1,
Н·м·с2, характеризует приведенное
инерционное сопротивление вращающихся и движущихся частей дизеля и
генератора. Таким образом, уравнение механического звена запишется в виде
 (1)
где
 –
угловая скорость вращения вала дизель-генератора, рад/с;
 – момент, развиваемый двигателем в
зависимости от установленной подачи топлива, Н·м;
 – момент нагрузки
на валу дизеля, Н·м.
Соотношение между подачей топлива
и развиваемым двигателем моментом устанавливает преобразовательное звено 1.
Крутящий момент двигателя, выраженный через цикловую подачу топлива, запишется в виде
 (2)
где Нu–
низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг;
iд– число
цилиндров в двигателе;
 – тактность двигателя;
 –
эффективный к.п.д. дизеля;
qц
– цикловая подача топлива. Преобразователь 3 представляет собой топливный
насос высокого давления, он устанавливает связь между положением отсечной
муфты  , выраженным в шагах шагового двигателя, и цикловой подачей
где  удельная
подача топлива, соответствующая одному шагу, мм3/шаг.
Наиболее
сложным звеном энергетической цепи дизель-генератора является звено 4,
задающее положение  топливодозирующего органа в зависимости от изменения угловой скорости  .
При известном характере изменения угловой скорости вала
дизель-генератора изменение положения топливодозирующего устройства
определится по формуле
 , (4)
где kn– коэффициент пропорциональной составляющей;
kд–
коэффициент дифференциальной составляющей;
 – текущее значение частоты вращения
дизель-генератора;
 – настроечное значение частоты вращения
дизель-генератора;
 – ускорение дизель-генератора.
Количество
шагов шагового двигателя, соответствующих данному изменению, независимо от
направления вращения, определится как
 ,(5).
Если принять, что в момент времени, соответствующий выработке управляющего
воздействия, положение топливодозирующего устройства составляло
.
В
зависимости от количества шагов  определяется количество шагов выдержки перед
выработкой очередного управляющего воздействия, позволяющее двигателю
отреагировать на изменение подачи топлива, (6)
где k0– коэффициент
выдержки регулятора, характеризующий запаздывание между изменением подачи
топлива в цилиндры дизеля и изменением алгебраического знака его ускорения.
Для оценки динамических свойств разрабатываемого регулятора
проведено исследование переходных процессов при единичных входных
воздействиях в виде ступенчатого изменения момента нагрузки на валу дизеля
с амплитудой в 25, 50 и 100% от номинального момента дизеля
 .
Полученные в результате моделирования переходные процессы представлены на
рис. 2, а. Изменение расхода топлива при регулировании
ступенчатых
входных воздействиях в процентах от номинальной
нагрузки: а) изменение угловой скорости; б) изменение цикловой подачи
топлива.
Для приведенных на рис.2 переходных процессов были
найдены интегральные оценки качества, определены вероятностные характеристики
и проведена интегральная оценка расхода топлива. Результаты указанных оценок
сведены в таблицу 1.
Таблица 1
Исследование
качества переходных процессов при ступенчатых
входных воздействиях
|
Показатель
|
Наброс
нагрузки
|
|
|
25%
|
50%
|
|
100%
|
|
|
Время переходного процесса, с
|
1,342
|
1,878
|
|
3,528
|
|
|
Заданная угловая скорость, рад/с
|
188,496
|
188,496
|
|
188,496
|
|
|
Заброс угловой скорости, рад/с
|
4,008
|
8,360
|
|
16,748
|
|
|
Степень нестабильности, %
|
1,184
|
1,012
|
|
1,175
|
|
|
Интегральная оценка качества переходного процесса , рад
|
249,523
|
345,863
|
638,911
|
|
|
Математическое ожидание угловой скорости, рад/с
|
188,407
|
188,460
|
188,313
|
|
|
Дисперсия угловой скорости, (рад/с)2
|
0,449
|
0,609
|
0,583
|
|
|
Среднеквадратическое отклонение угловой скорости, рад/с
|
0,670
|
0,780
|
0,764
|
|
|
Расход топлива на переходном процессе, мм3
|
41,564
|
85,660
|
263,329
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Анализ таблицы 1
позволяет сделать следующие выводы.
1. Время
переходного процесса увеличивается пропорционально росту набрасываемой
нагрузки.
2. Заброс
угловой скорости пропорционален величине набрасываемой нагрузки; его
максимальное значение 8,89% (16,748 рад/с) находится в пределах допустимого
для всережимных регуляторов 5-15%.
3. Степень
нестабильности регулятора практически не зависит от величины набрасываемой
нагрузки и находится в пределах допустимого для всережимных регуляторов
отклонения 1-4%.
4.
Математическое ожидание угловой скорости после завершения переходного
процесса по своему значению близко к заданному и не
зависит от величины нагрузки.
5. Расход
топлива на переходном процессе нелинейно увеличивается с ростом набрасываемой
нагрузки: при набросе 100% нагрузки расход топлива
составляет 263,329 мм3, что в 6,33 раза больше, чем при набросе 25% нагрузки.
С учетом всех
оценок можно сказать, что регулятор обеспечивает необходимое качество
регулирования и соответствует требованиям, предъявляемым к регуляторам дизель-генераторов.
Определенные
в результате теоретических исследований параметры микропроцессорного
регулятора хорошо согласуются с параметрами, определенными в результате
экспериментальных исследований (рис. 3). Для подтверждения адекватности
предлагаемой математических моделей для двух выборок
получено значение критерия Фишера F=1,149 оказавшееся меньше критической точки по таблицам
квантилей- F распределения F0,05;120;120=1,984.
Контроль параметров
Электроагрегаты должны предусматривать
возможность ручного и дистанционного (опция) управления и
соответствовать первой степени автоматизации по ГОСТ 13822-82.
При этом обеспечиваются следующие функции по управлению,
контролю и аварийной защите электроагрегата (электростанции):
- ручной режим
управления дизель-генератором с щита (пульта)
управления
- дистанционный режим
управления дизель-генератором с пульта дистанционного управления
- световая
сигнализация режимов работы и аварий на передней панели щита управления
- автоматическая
остановка от действия защиты при авариях
- визуальный контроль
параметров генератора: напряжения, частоты, тока генератора, а также
сопротивления изоляции силовых цепей относительно корпуса
электроагрегата при работе с изолированной нейтралью
- визуальный контроль
параметров двигателя: давления масла, температуры охлаждающей жидкости,
уровня топлива, а также тока заряда/разряда ак-кумуляторных батарей и
часов наработки
- аварийный контроль и
сигнализация по основным
параметрам, в т.ч. по падению давления масла в двигателе, перегреву
охлаждающей жидкости, по разносу (опция), по короткому замыканию и
перегрузкам и т.д.
- подзарядка
аккумуляторных батарей
- закачка топлива (для
электростанции контейнерного исполнения)
- подогрев двигателя
при помощи подогревателя ПЖД (для радиаторной системы охлаждения) или
отопителя ОВ (для воздушной системы охлаждения)
- электроподогрев
контейнера (для электростанций контейнерного типа)
Измерение и контроль
- обороты
дизель-генератора
- температура масла
дизеля
- температура воды
дизеля
- температура воды
охлаждения наддувочного воздуха
- давление масла
дизеля
- частота тока
генератора
- мощность активная
- мощность реактивная
- ток заряда
стартерной аккумуляторной батареи
- моточасы
дизель-генератора
Список
используемой литературы:
"Дизельные электростанции" Н.Ф. Кираковский,
Киев, 1978
"Дизели и автоматика ввода резерва" В.А.
Ваншейдта, Н.Н. Иванченко
"Электрические
двигатели автоматических устройств". Ф. М. Юферов Приложение. 1959г
|
|