УСТРОЙСТВО ЗАДАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ НА ВЫХОДЕ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА Российский патент 1997 года по МПК B60L11/04 

Изобретение относится к области автоматического регулирования электрических передач постоянного и переменно-постоянного тока транспортных средств (тепловозы, большегрузные автомобили).

Эта область техники характеризуется устройством формирования постоянной электрической мощности гиперболических внешних характеристик дизель-генератора тепловоза. В состав известного устройства входят: частотно-зависимый измерительный элемент переменного тока, трансформатор, выпрямитель со сглаживающим фильтром и нагрузочным резистором на выходе. Задаваемые известным устройством уставки мощности дизель-генератора зависят от его выходного напряжения, мощность дизель генератора задается с погрешностью и имеет место неудовлетворительная точность регулирования дизель генератора.

Сущность изобретения состоит в том, что в известном устройстве с перечисленными функциональными элементами частотно-зависимый измерительный элемент переменного тока выполняют в виде параллельного колебательного контура, зашунтированного переменным резистором и подключенного через токостабилизирующий дроссель и трансформатор на переменное напряжение статорной обмотки возбуждения дизель-генератора. При таком исполнении устройства задания установка мощности дизель-генератора определяется частотой его вала и обеспечивается требуемый характер зависимости уставки мощности от частоты вращения.

Этим достигается технический результат, который характеризуется повышением точности задания оптимальной установки электрической мощности дизель-генератора и соответственно обеспечением его рабочего режима, который является наиболее экономичным по расходу дизельного топлива.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема тепловозной электропередачи переменно-постоянного тока с устройством задания мощности дизель-генератора.

На схеме показаны тяговый синхронный генератор 1, синхронный возбудитель 2, который имеет механическую связь 3 с генератором 1 и дизелем (не показан), тиристорный мост 4 блоком управления 5, выпрямительная установка 6, тяговые электродвигатели 7, датчики напряжения 8 и тока 9 генератора 1, селективный орган 10 с каналами регулирования напряжения 11, мощности 12 и тока 13, индуктивный датчик 14 мощности дизеля, резистор 15 и устройство 16 задания электронной мощности генератора 1. Датчик 14 имеет не изображенную на схеме механическую связь с регулятором мощности дизеля (не показан). Устройство 16 содержит согласующий трансформатор 17 с первичной 18 и вторичной 19 обмотками, токостабилизирующий дроссель 20, параллельный колебательный контур 21 из дросселя 21.1 и конденсатора 21.2, переменный резистор 22, выпрямитель 23, сглаживающий фильтр 24 из дросселя 24.1 и конденсатора 24.2, нагрузочные резисторы 25. Обмотка 18 трансформатора 17 предназначена для подключения на переменное напряжение статорной обмотки возбудителя 2. из элементов 20-22 образован частотно-зависимый измерительный элемент (орган) переменного тока.

Индуктивность дросселя 20, параметры (индуктивность, емкость, резонансная частота) контура 21 и сопротивление резистора 22 выбираются с учетом частотного диапазона напряжения статорной обмотки возбудителя. Этим обеспечивается условие, при котором индуктивное сопротивление дросселя 20 превышает результирующее сопротивление контура 21 и резистора 22. Путем изменения сопротивления резисторов 22, 25 и резонансной частоты контура 21 получают зависимость определенного вида между напряжением конденсатора 24.2 и частотой переменного напряжения возбудителя 2 и соответственно оборотами вращения вала дизель-генератора.

Работа дизель-генератора осуществляется следующим образом.

При работающем дизель-генераторе статорная обмотка возбудителя 2 через тиристорный мост 4 питает выпрямленным током обмотку возбуждения генератора 1. Его статорные обмотки генерируют трехфазное напряжение, которое выпрямляется установкой 6 и прикладывается к тяговым электродвигателям 7, обеспечивающим движение тепловоза. На выходах датчиков 8, 9, 14 (резистора 15) и на резисторах 25 присутствует постоянное напряжение, которое имеет показанную полярность и изменяется пропорционально, току дизель-генератора, положению штока (количеству потребляемого дизелем топлива) сервопривода регулятора мощности дизеля и частоте вращения его вала соответственно. Орган 10 из напряжения датчиков 8 и 9, формирует напряжение обратной связи по напряжению, току и мощности дизель-генератора и выбирает один из каналов регулирования 11 13.

При регулировании по каналу 11 (напряжению) его напряжение взаимодействует с напряжением левого резистора 25 и формируется напряжением рассогласования, равное разнице сравниваемых напряжений. Регулирование по каналу 12 (мощности) сопровождается взаимодействием его напряжения с суммарным напряжением резистора 15 и среднего резистора 25. При этом формируется напряжение рассогласования, равное разнице суммарного напряжения канала 12. Когда регулирование происходит по каналу 13 (току), то его напряжение сравнивается с напряжением правого резистора 25 и формируется напряжение рассогласования, равное разнице этих напряжений. Напряжение резисторов 15 и 25 через блок 5 задает требуемую фазу импульсов управления тиристорами моста 4 и соответственно требуемый ток возбуждения генератора 1. Напряжения соответствующих каналов регулирования и напряжения резисторов 15 и 25 имеют близкие значения и значительно больше напряжений рассогласования. Изменения этих напряжений обеспечивают регулирование тока возбуждения генератора 1, необходимое для получения семейства гиперболических зависимостей постоянной электрической мощности дизель-генератора между его током и напряжением, и их ограничение на соответствующих уровнях.

Величина (установка) постоянной электрической мощности дизель-генератора и уровни ограничения его напряжения и тока задаются при помощи датчика 14 и устройства 16 следующим образом.

Регулирование рабочих режимов в дизель генераторе осуществляется изменением подачи потребляемого топлива и сопровождается изменением оборотов вала дизель-генератора. Каждому значению оборотов вала соответствует одно оптимальное значение мощности дизеля и электрической мощности генератора. Оптимальную мощность дизеля выбирает его регулятор мощности. Оптимизация электрической мощности генератора осуществляется путем задания ее соответствующей уставки.

При увеличении оборотов вала растет оптимальное значение этих мощностей по нелинейному закону и по линейному закону (пропорционально) повышаются амплитуда и частота напряжения статорной обмотки возбудителя. При этом индуктивное сопротивление дросселя 20 изменяется пропорционально напряжению возбудителя, токи дросселя 20, контура 21, резистора 22 имеют постоянную величину. Результирующее сопротивление элементов 21, 22 при изменении частоты напряжения изменяется по нелинейному закону, который соответствует нелинейному закону зависимости оптимальных значений электрической мощности от оборотов вала дизель-генератора. Амплитуда напряжений на выводах элементов 21 и 22 выделяется при помощи выпрямителя 23 и фильтра 24 на резисторах 25 и изменяется пропорционально оптимальным значениям электрической мощности генератора и позволяет задавать их установки при любых оборотах вала дизель-генератора.

Уставка электрической мощности генератора, заданная устройством 16, корректируется датчиком 15. Датчик 15 позволяет учитывать мощность, отбираемую от вала дизель-генератора его вспомогательными устройствами (возбудитель, вентилятор, вспомогательный генератор и т. д. ), при задании установки электрической мощности генератора 1. Эта уставка определяется суммарным напряжением резистора 15 и среднего резистора 25. Рост (снижение) оборотов вала дизель-генератора сопровождается увеличением (уменьшением) напряжения среднего резистора 25 и соответственно результирующего напряжения. При увеличении (уменьшении) мощности, отбираемой от вала дизель-генератора вспомогательными устройствами, напряжение резистора 15 и результирующее напряжение становятся меньше (больше).

При действии канала регулирования мощности и большем (меньшем) результирующем напряжении резистора 15 и среднего резистора 25 протекает больший (меньший) ток в обмотке возбуждения генератора 1 и его внешняя характеристика является гиперболой постоянной мощности, которая имеет большую (меньшую) величину. Когда действуют каналы регулирования напряжения, тока, то элементы 14 и 15 не участвуют в процессе регулирования и направление левого, правого резисторов 25 задают уровень ограничения напряжения, тока генератора соответственно. Чем больше (меньше) обороты вала дизель-генератора и напряжение резисторов 25, тем на большем (меньшем) уровне ограничиваются напряжение и ток генератора.

Использование: в области автоматического регулирования дизель-генераторов транспортных средств. Сущность: устройство содержит трансформатор с двумя обмотками, выпрямитель с нагрузочным резистором и сглаживающим фильтром, дроссель, параллельный колебательный контур, зашунтированный переменным резистором. Новизна изобретения определяется наличием дросселя, контура и шунтирующего резистора. 1 ил.

Устройство для задания электрической мощности дизель-генератора, который обмоткой возбуждения через тиристорый мост подключен к статорной обмотке синхронного возбудителя, связанного механически с валом дизель-генератора, содержащее частично-зависимый измерительный элемент переменного тока, согласующий трансформатор, первичная обмотка которого предназначена для подключения к статорной обмотке возбудителя, и выпрямитель, выходом соединенный через сглаживающий фильтр с нагрузочными резисторами, а входом с выходом частотно-зависимого измерительного элемента, вход которого соединен с вторичной обмоткой согласующего трансформатора, отличающееся тем, что частотно-зависимый измерительный элемент содержит параллельный колебательный контур, зашунтированный переменным резистором, один вывод контура является одним входным и выходным выводами частотно-зависимого измерительного элемента, а второй вывод другим выходным выводом указанного элемента и соединен с одним выводом токостабилизирующего дросселя, другой вывод которого является другим входным выводом частотно-зависимого измерительного элемента, при этом параметры колебательного контура, переменного резистора и токостабилизирующего дросселя выбраны из условия, при котором в частотном диапазоне напряжения статорной обмотки возбудителя индуктивное сопротивленние токостабилизирующего дросселя больше результирующего сопротивления колебательного контура и переменного резистора.