СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ТЕПЛОВОЗА Российский патент 2010 года по МПК B60L1/00 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к способу регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза.

Известен способ регулирования напряжения вспомогательного генератора в устройстве регулирования напряжения бортовой сети тепловоза и питания обмотки возбуждения тягового генератора, содержащем вспомогательный генератор переменного тока и стартер-генератор, заключающийся в том, что возбуждают вспомогательный генератор, для чего питают обмотку возбуждения вспомогательного генератора постоянным током, а напряжение с выхода вспомогательного генератора подают через управляемый выпрямитель на вход обмотки возбуждения тягового генератора, измеряют напряжение бортовой сети, сравнивают с выходным напряжением стартер-генератора, результат сравнения усиливают и подают на вход обмотки возбуждения стартер-генератора, а напряжение с выхода стартер-генератора подают на вход бортовой сети тепловоза (С.П.Филонов, А.И.Гибалов, В.Е.Быковский и др. «Тепловоз 2ТЭ116», Москва, «Транспорт», 2-е издание, 1985, с.260-264).

Недостаток известного способа заключается в том, что выходное напряжение вспомогательного генератора пропорционально частоте вращения коленчатого вала дизеля и существенно превышает напряжение, необходимое для питания обмотки возбуждения тягового генератора, что вызывает необходимость глубокого фазоимпульсного регулирования управляемого выпрямителя, через который осуществляется питание обмотки возбуждения тягового генератора. Реактивная составляющая нагрузки увеличивается, что требует увеличения габаритной мощности вспомогательного генератора.

Другим недостатком способа является необходимость в установке дополнительного генератора для питания бортовой сети тепловоза.

Известен способ регулирования напряжения переменного тока тепловоза, принятый за прототип, заключающийся в том, что в способе регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока самовозбуждают вспомогательный генератор, измеряют и нормируют напряжение на выходе вспомогательного генератора, подают напряжение с выхода вспомогательного генератора через один управляемый выпрямитель на вход обмотки возбуждения тягового генератора, измеряют и нормируют ток через обмотку возбуждения тягового генератора, через другой управляемый выпрямитель подают напряжение к цепям питания бортовой сети, измеряют и нормируют напряжение бортовой сети, причем сравнивают нормированные сигналы напряжения бортовой сети и тока обмотки возбуждения тягового генератора, выделяют максимальную величину, принимают максимальную величину за величину уставки напряжения вспомогательного генератора, сравнивают уставку с измеренным и нормированным напряжением вспомогательного генератора, результат сравнения усиливают и подают на управляющий вход управляемого выпрямителя возбуждения вспомогательного генератора («Развитие локомотивной тяги» под ред. Н.А.Фуфрянского, А.Н.Бевзенко, Москва, «Транспорт», 2-е издание, 1988, с.69-75).

Недостатком известного способа является сложность управления, что приводит к необходимости иметь три управляемых выпрямителя: в цепи питания обмотки возбуждения тягового генератора, в цепи питания бортовой сети тепловоза, в цепи питания обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока.

Техническим результатом изобретения является упрощение способа регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза за счет замены управляемого выпрямителя питания бортовой сети тепловоза на неуправляемый мостовой выпрямитель питания бортовой сети тепловоза.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза самовозбуждают вспомогательный генератор переменного тока, подают напряжение с выхода вспомогательного генератора переменного тока через один управляемый выпрямитель на вход обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока, через другой управляемый выпрямитель подают напряжение на вход обмотки возбуждения тягового генератора, подают с выхода вспомогательного генератора переменного тока через неуправляемый мостовой выпрямитель напряжение к цепям питания бортовой сети тепловоза, напряжение измеряют и нормируют, задают уставку напряжения бортовой сети и сравнивают уставку с измеренным и нормированным значением напряжения бортовой сети, результат сравнения подают на вход системы импульсно-фазового управления, усиливают и подают на управляющие входы управляемого выпрямителя питания обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока, осуществляют фазоимпульсное управление этим управляемым выпрямителем, осуществляют регулирование тока в обмотке возбуждения и регулирование напряжения вспомогательного генератора переменного тока.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способ.

Устройство для реализации предлагаемого способа состоит из вспомогательного генератора 1 переменного тока с обмоткой возбуждения 2, силовой обмоткой 3 переменного тока. Выход обмотки 3 переменного тока вспомогательного генератора 1 переменного тока соединен с силовым входом управляемого выпрямителя 4, с силовым входом неуправляемого мостового выпрямителя 5, с силовым входом управляемого выпрямителя 6. Силовой выход управляемого выпрямителя 4 соединен с входом обмотки возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока. Вход обмотки возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока через коммутационный элемент 7 соединен с бортовой сетью 8 тепловоза. Выход неуправляемого мостового выпрямителя 5 соединен с датчиком напряжения 9 бортовой сети 8 тепловоза и с бортовой сетью 8 тепловоза. Выход датчика напряжения 9 бортовой сети 8 тепловоза соединен с одним из входов блока сравнения 10, другой вход которого соединен с блоком 11 уставки напряжения бортовой сети 8 тепловоза. Выход блока сравнения 10 соединен с входом системы 12 импульсно-фазового управления (СИФУ), выход которой подключен на управляющие входы управляемого выпрямителя 4. Силовой выход управляемого выпрямителя 6 через датчик тока 13 соединен с обмоткой возбуждения 14 тягового генератора. Измерительный выход датчика тока 13 соединен с одним из входов блока 15 сравнения токов обмотки возбуждения 14 тягового генератора тепловоза, другой вход блока 15 сравнения токов обмотки возбуждения тягового генератора соединен с выходом системы 16 управления мощностью тягового генератора тепловоза. Выход блока 15 сравнения токов обмотки возбуждения тягового генератора тепловоза подключен к входу усилителя 17 рассогласования заданного и измеренного тока возбуждения тягового генератора. Выход усилителя 17 соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя 6 тока возбуждения тягового генератора тепловоза. Регулятор 18 напряжения бортовой сети 8 включает в себя следующие элементы блок-схемы: управляемый выпрямитель 4, неуправляемый мостовой выпрямитель 5, датчик напряжения 9, блок сравнения 10, блок 11 уставки напряжения бортовой сети 8 тепловоза, систему 12 СИФУ управляемого выпрямителя 4.

Способ осуществляется следующим образом.

Дизель тепловоза запущен, ротор вспомогательного генератора вращается с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала дизеля посредством механической связи; (на чертеже не показано).

Самовозбуждают вспомогательный генератор 1 переменного тока, для чего кратковременно на 2-3 секунды обмотку возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока через коммутационный элемент 7, например тумблер, кнопку или реле, подключают к бортовой сети 8 тепловоза, запитанной от аккумуляторной батареи бортовой сети (на чертеже не показана). Вспомогательный генератор 1 переменного тока возбуждается, и на его выходе действует переменное напряжение. Подают напряжение с выхода вспомогательного генератора 1 переменного тока через один управляемый выпрямитель 4 на вход обмотки возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока. Подают напряжение с выхода вспомогательного генератора 1 переменного тока через другой управляемый выпрямитель 6 на вход обмотки возбуждения 14 тягового генератора. Подают напряжение с выхода вспомогательного генератора 1 переменного тока через неуправляемый мостовой выпрямитель 5 к цепям питания бортовой сети 8 тепловоза. Датчиком напряжения 9, подключенным на выход неуправляемого мостового выпрямителя 5, измеряют и нормируют напряжение бортовой сети 8 тепловоза. Измеренный и нормированный датчиком напряжения 9 сигнал, пропорциональный напряжению бортовой сети 8 тепловоза, с выхода датчика напряжения 9 поступает на один из входов блока сравнения 10. Задают блоком 11 уставку напряжения бортовой сети 8 тепловоза. Сигнал с выхода блока 11 задания уставки напряжения бортовой сети 8 тепловоза подают на другой вход блока сравнения 10. Сравнивают уставку с измеренным и нормированным значением напряжения бортовой сети 8 тепловоза. Результат сравнения с выхода блока сравнения 10 подают на вход системы 12 СИФУ, усиливают и с выхода системы 12 СИФУ подают на управляющие входы управляемого выпрямителя 4 питания обмотки возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока. Осуществляют фазоимпульсное управление управляемым выпрямителем 4. Напряжение с выхода управляемого выпрямителя 4 подают на вход обмотки возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока и осуществляют регулирование тока в обмотке возбуждения и осуществляют регулирование напряжения вспомогательного генератора 1 переменного тока. Самовозбуждение вспомогательного генератора 1 переменного тока состоялось.

Коммутационный элемент 7, через который поступало напряжение бортовой сети 8 тепловоза к обмотке возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока, отключается. Вступает в действие регулятор 18 напряжения бортовой сети 8 тепловоза, состоящий из выпрямителя 5, датчика напряжения 9, блока сравнения 10, блока 11 уставки напряжения бортовой сети 8 тепловоза, системы 12 СИФУ управляемого выпрямителя 4, который по сигналу рассогласования уставки напряжения с выхода блока 11 уставки напряжения бортовой сети 8 тепловоза сигнала, пропорционального напряжению бортовой сети 8 тепловоза, измеренного датчиком напряжения 9, поданного с выхода системы 12 СИФУ на управляющие входы управляемого выпрямителя 4, регулирует ток возбуждения в обмотке возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока таким образом, чтобы величина напряжения на выходе неуправляемого мостового выпрямителя 5 питания бортовой сети 8 тепловоза соответствовала бы уровню напряжения уставки блока 11 уставки напряжения бортовой сети 8 тепловоза.

Указанный способ регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза позволяет обеспечить регулирование мощности тягового генератора (на чертеже не показан), которое осуществляется следующим образом.

Напряжение на выходе вспомогательного генератора 1 переменного тока постоянно и поддерживается регулятором 18 напряжения. Регулирование мощности осуществляется изменением тока в обмотке возбуждения 14 тягового генератора. В систему 16 управления мощностью тягового генератора тепловоза задают, например, с пульта машиниста, уставку мощности, которая преобразует уставку мощности в уставку тока возбуждения тягового генератора, и подают эту уставку на один из входов блока 15 сравнения токов, на другой вход которого подают сигнал, пропорциональный измеренному датчиком тока 13, тока возбуждения в обмотке возбуждения 14 тягового генератора. Результат сравнения в усилителе 17 усиливают и подают на управляющие входы управляемого выпрямителя 6, с выхода которого через датчик тока 13 ток поступает в обмотку возбуждения 14 тягового генератора.

Регулятором 18 напряжения питания бортовой сети поддерживают напряжение сети на заданном уровне.

Предлагаемое изобретение позволяет регулировать выходное напряжение вспомогательного генератора в соответствии с законом:

U_B=U_БС=Const,

где U_B - действующее значение напряжения на выходе вспомогательного генератора;

U_БС - напряжение бортовой сети.

Известно, что напряжение бортовой сети тепловозов с тяговой электрической передачей постоянного тока, например напряжение бортовой сети тепловоза типа ТЭМ18Д, выбирается равным 75±1 В. Диапазон изменения токов обмотки возбуждения тягового генератора достигает от 5 до 65 А. Омическое сопротивление обмотки возбуждения тягового генератора составляет 0,8-1,1 Ом. Максимальное падение напряжения U_ВОЗБ на обмотке возбуждения может быть

U_ВОЗБ=1,1·65=71,5 В.

Для регулирования тока возбуждения тягового генератора в диапазоне от 5 до 65 А установленное максимальное значение выходного напряжения вспомогательного генератора 1 переменного тока, приведенное к выходу управляемого выпрямителя 6 и равное Ud=75 В, достаточно для регулирования тока возбуждения тягового генератора.

Указанный способ регулирования напряжения вспомогательного генератора позволяет использовать вспомогательный генератор переменного тока с малой габаритной мощностью за счет существенного уменьшения углов управления управляемых выпрямителей за счет использования неуправляемого мостового выпрямителя питания бортовой сети тепловоза вместо управляемого выпрямителя и применить его для регулирования тока возбуждения тягового генератора и для регулирования напряжения в заданных пределах питания бортовой сети тепловоза.

Предложенный способ опробован на тепловозе ТЭМ18Д и показал положительные результаты.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и направлено на усовершенствование способа регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза. По предложенному способу регулирования напряжения самовозбуждают вспомогательный генератор переменного тока, подают напряжение с выхода вспомогательного генератора переменного тока через один управляемый выпрямитель на вход обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока, через другой управляемый выпрямитель подают напряжение на вход обмотки возбуждения тягового генератора. С выхода вспомогательного генератора переменного тока через неуправляемый мостовой выпрямитель напряжение подают к цепям питания бортовой сети тепловоза. Напряжение измеряют и нормируют, задают уставку напряжения бортовой сети и сравнивают уставку с измеренным и нормированным значением напряжения бортовой сети. Результат сравнения подают на вход системы импульсно-фазового управления, усиливают и подают на управляющие входы управляемого выпрямителя питания обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока. Технический результат изобретения заключается в упрощении схемы управления вспомогательного генератора за счет существенного уменьшения узлов управляемых выпрямителей возбуждения тягового генератора. 1 ил.

Способ регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза, заключающийся в том, что самовозбуждают вспомогательный генератор переменного тока, подают напряжение с выхода вспомогательного генератора переменного тока через один управляемый выпрямитель на вход обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока, через другой управляемый выпрямитель подают напряжение на вход обмотки возбуждения тягового генератора, отличающийся тем, что подают с выхода вспомогательного генератора переменного тока через неуправляемый мостовой выпрямитель напряжение к цепям питания бортовой сети тепловоза, напряжение измеряют и нормируют, задают уставку напряжения бортовой сети и сравнивают уставку с измеренным и нормированным значением напряжения бортовой сети, результат сравнения подают на вход системы импульсно-фазового управления, усиливают и подают на управляющие входы управляемого выпрямителя питания обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока, осуществляют фазоимпульсное управление этим управляемым выпрямителем, осуществляют регулирование тока в обмотке возбуждения и регулирование напряжения вспомогательного генератора переменного тока.