Электронный регулятор частоты вращения дизель-генератора с турбокомпрессором Советский патент 1987 года по МПК F02D41/00 G05D13/62 

133

19, первый резистор 20 и апериодическое звено 21. При набросах нагрузки на дизель-генератор датчик 14 наброса нагрузки вырабатывает сигнал, запускающий рдновибратор 13. Последний формирует Импульсf поступающий , на третий вход коммутатора 15. При действии этого сигнала коммутатор разрывает цепь для прохождения сиг

1 . .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателе- строению, а именно к электронным регуляторам частоты вращения дизель .- генератора с турбокомпрессором.

Целью изобретения является повышение эффективности регулятора. 1-.

На чертеже представлена блок-схема электронного регулятора.

Регулятор содержит датчик 1 и за- датчик 2 частоты вращения, выходы которых подключены к нёинвертирующим входам сумматора 3, к выходной линии которого подключены последовательно соединенные формирователь 4.закона управления, усилитель 5 мощности и исполнительный орган 6 топливоподачи Регулятор снабжен диодом 7, операционным усилителем 8 с двумя входами и одним выходом и формирователем 9 сигнала уровня ограничения с задатчи ками сигналов 10, 11 и 12 соответственно установившегося, пускового и неустановившегося режимов, причем последний вьтолнен в виде последовательно соединенных одновибратора 13 и датчика 14 наброса нагрузки. Первы вход операционного усилителя 8 подключен к выходу формирователя 4 закона управления, второй вход - к вьгхо- ду коммутатора 15, а выход операционного усилителя 8 через диод 7 связан с инвертирующим входом сумматора 3л Первый вход коммутатора 15 подключен к выходу функционального формирователя .16 сигнала уровня ограничения по давлению наддувочного воздуха, второй вход - к выходам .задатчиков сигналов 10 и 11 установившегося и пускового режимов, а третий вход - к выходу одновибратора 13 занала от задатчиков установившегося пускового режима на вход усилителя 8 и замыкает цепь для прохождения сигнала с вь1хода функционального формирователя 16. Последний обеспечивает ограничение подачи топлива при набросах нагрузки в зависимости от давления наддува. 1 ил.

датчика 12. При этом функциональный формирователь содержит источник 17 опорного напряжения, датчик 18 активной цагрузки, суммирующий усилитель

19, первый резистор 20 и апериодическое звено 21. Первый вход суммирующего усилителя 19 соединен с датчиком 18 активной нагрузки и входом : апериодического звена 21, а второй :

вход суммирующего усилителя 19 подключен к источнику 17 опорного напряжения. Апериодическое звено 21 выполнено в виде катушки 22 с ферромагнитным сердечником 22 и второго резистора 24, начало катушки 22 объединено с входом звена и подключено к выходу датчика 18 активной нагрузки. Конец катушки 22 соединен с. первым зажимом второго резистора 24 и объединен с выходом звена, который является выходом функционального формирователя 16. При.этом катушка 22 с ферромагнитным сердечником 23 снаб- жена дополнительной обмоткой 25, начало которой соединено с выходом суммирующего усилителя 19, а конец - с первым зажимом первого резистора 20. Вторые зажимы резисторов 20 и 24 соединены между собой и с общим проводом схемы (нулевой шиной источника питания).

Датчик 1 частоты вращения представляет собой преобразователь часто ты вращения в постоянное напряжение и может быть выполнен в виде индукционного датчика, установленного вблизи коленчатого вала, на котором укреплен флажок или зубчатое колесо и обмотка датчика через одновибрато

связана с фильтром низкой частоты (и фильтр, и одновибратор реализу19Тся на микросхемах типа К140УД6, К140УД14 и др.). Задатчик 2 частоты вращения представляет собой источник опорного напряжения и реализуется в виде параметрического или компенсационного стабилизатора НА стабилитронах типа КС 156, КС 182 и транзисторах типа КТ315, КТ814 и микросхемах серии К140. Сумматор 3 предназначен для .полученич алгебраической суммы подаваемых на него сигналов и выполнен . на операционном усилителе К140УД6. На такой же элементной базе реализован операционный усилитель 8. Диод 7 может быть серий КД, Д (например, КД202, Д220 и др.). Формирователь 4 закона управления задает величину цикловой подачи топлива в зависимости от сигналов датчика 1 частоты, задатчика 2 частоты и операционного усилителя 8. Усилитель 5 мощности вьлолнен на транзисторах КТ315 и КТ805А, а исполнительный орган 6 представляет собой электромаг- нитную форсунку, обмотка электромагнита которой подключается к выходу усилителя 5. Источник 17 опорного напряжения представляет собой стабилизатор постоянного напряжения, выполненный на микросхеме 142ЕН1. Суммирующий усилитель 19 реализован на микросхеме К140УД6. Датчик 18 активной нагрузки выбран типа Е728, Резисторы 20 и 24 - типа МГ, катушки 22 и , обмотка 25 намотаны проводом ПЭВ-2, 0,35 на сердечнике из стали 312 или 342. Одновибратор 13 реализуют на микросхеме 140УД6.

Регулятор работает следующим об- разоМо

Во всех; режимах, когда изменение топливоподачи происходит, в соответствии с изменениями сигнала на выходе формирователя 4, операционный усилитель 8 находится в насыщенном состоянии, при котором диод 7 заперт и, следовательно, никакого влияния на работу регулятора этот усилитель не оказывает. При равенстве входных сигналов операционного усилителя 8 он выходит из насыщения, диод 7 открывается, чем обеспечивается охват сумматора 3 и формирователя 4, отри- цдтельной обратной связью. Последнее определяет тот факт, что сигнал на выходе формирователя 4 ни при каких обстоятельствах не превышает задан- ного ограничения. Уровень этого ог

5 о

0

5

раничения в установившемся режиме дизель-генератора формируется задат- чиком 10 установившегося режима. При пуске, в случае необходимости уменьшения уровня ограничения топливоподачи, по внешней команде происходит срабатьшание задатчика 11 пускового режима, вследствие чего происходит уменьшение уровня сигнала задания. Указанный сигнал поступает на второй вход коммутатора 15 и через него про ходит на второй вход операционного усилителя 8, выходное напряжение которого изменяется, вызываяуменьшение сигнала формирователя 4 закона управления и цикловой подачи топлива.

При работе дизель-генератора на установившемся режиме или при пуске сигнал датчика 18 активной нагрузки имеет постоянную величину, благодаря чему через катушку 22 и второй резистор 24 протекает постоянный ток. Этот ток создает лишь ничтожно малое падение напряжения на активном сопротивлении катушки, и практически весь сигнал датчика 18 поступает на первый вход коммутатора 15. На выходе суммирующего усилителя 19 в этом случае действует также постоянное по величине напряжение, вследствие чего по дополнительной обмотке 25 и первому резистору 20 протекает неизменный ток. Произведение этого тока на число витков дополнительной обмотки 25 таково, что даже при отсутствии тока в катушке 22 рабочая точка сердечника 23 находится на падающем участке зависимости магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля. Последнее приводит к уменьшению (увеличению) индуктивности катушки 22 при возрастании (уменьшении) ампер-витков обмотки 25. В соответствии с этим изменяется и постоянная времени катушки 22, равная отношению ее индуктивности к сопротивлению второго резистора 24. Величина этой постоянной времени при работе агрегата на холостом ходу имеет наибольшее значение, уменьшающееся по мере роста активной нагрузки.

При набросах нагрузки на дизель- генератор датчик 14 наброса нагрузки вырабатывает сигнал, запускающий од- новибратор 13. Последний формирует импульс, поступающий на третий вход коммутатора 15. При действии этого сигнала коммутатор разрывает цепь

доя прохождения сигнала от задатчико 10 и 11 установившегося и пусковог о режима на вход усилителя 8 и замыкае цепь для прохождения сигнала с выход функционального формирователя 16 на указанный вход усилителя 8.

Увеличение выходного сигнала датчика 18 активной нагрузки при наброс приводит к увеличению тока, протека- ющего по катушке 22 и второму резистору 24, в результате чего на этой катушке появляется ЭДС самоиндукции, уменьшающая скорость нарастания тока, В связи с этим выходной сигнал апериодического звена 21 нарастает не скачком, а по экспоненте, причем скорость нарастания с течением времени падает. Начальная величина этой скорости и Продолжительность процесс нарастания сигнала по-разному зависят от упомянутой ранее постоянной i времени. Первая функция нарастает (пдает) с уменьшением (увеличением) постоянной времени, а вторая уменьшается (увеличивается). Сама же постоянная времени зависит от магнитного потока, пронизывающего сердечник 23. В связи с этим при набросах нагрузки на дизель-генератор, работавший в исходном состоянии на холостом ходу, нарастание выходного сигнала звена 21, являющегося моделью турбокомпрессора происходит медленнее и дольше,, чем при набросах наг- рузки на агрегат, работавший в исходном состоянии под нагрузкой. В соответствии с этим зависимость ограниче- ния подачи топлива и продолжительност процесса ограничения в первом и пос- леднем из расмотренных случае различны. В первом случае степень ограничения уменьшается слабее, а процесс ограничения длится дольше, чем во втором случае. В известном же устрой- стве постоянная времени апериодического звена, имитирующего турбокомпрессор, неизменна и процесс нарастания его выходного сигнала, использующегося в качестве эквивалентна давле- ния наддува, при набросах,нагрузки имеет одинаковую продолжительность независимо от исходной:активной нагрузки агрегата. Отметим, что на реальном дизель-генераторе с турбонад- дувом постоянная времени турбокомпрессора при малых нагрузках дизеля больше, чем при больших, так как при уменьшении нагрузки дизеля частота

0

0

5

5 0 5 0 g

вращения турбокомпрессора падает, вызывая уменьшение фактора устойчивости Регулятор при набросах нагрузки обеспечивает ограничение топливо- подачи по сигналу апериодического звена, закон изменения которого соответствует закону изменения давления наддува на реальном дизель-генераторе. Ограничение подачи топлива осу- ществляется в более строгом соответствии с изменением давления наддува, благодаря чему переходный процесс протекает при более высоких индикаторном КПД и топливной экономичности дизеля.

I -

Формула изобретения

Электронный регулятор частоты вращения дизель-генератора с турбокомпрессором, содержащий задатчик и датчик частоты вращения дизель-генератора, соединенные с входами сумматора, соединенные последовательно исполнительный орган топливоподачи, усилитель мощности и формирователь закона управления, вход которого соединен, с выходом сумматора, а выход с первым входом операционного усилителя и через диод с инверсным входом сумматора, формирователь сигнала уровня ограничения, снабженный задат- чйками сигналов установившегося, пускового и неустановившегося режимов, последний из которых выполнен в виде одновибратора с датчиком наброса нагрузки, коммутатор с тремя входами и одним выходом и функциональный фор- мировател-ь сигнала ограничения по давлению наддувочного воздуха, снабженный апериодическим звеном и датчиком активной нагрузки, причем выход датчика активной нагрузки соединен с входом апериодического звена, первый вход коммутатора соединен с выходом функционального формирователя, второй - с выходом формирователя сигнала уровня ограничения, третий - с выходом одновибратора задатчика неустановившегося режима, а выход ком- мутатора соединен с вторым входом операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью , повышения эффективности, фунйциональ- ный формирователь сигнала ограничения по давлению наддувочного воздуха дополнительно снабжен источником опорного напряжения, суммирующим усилителем с двумя входами и первым

.7 13320528

резистором, его апериодическое звенойены между собой и с общим проводом

вьшолнено в виде катуийси с ферромаг-схемы, начало дополнительной обмотки,

нитным сердечником и дополнительнойкатушки соединено с выходом-суммиобмоткой и второго резистора, причемр. рующего усилителя; первый вход посначало. катушки объединено с входомледнего подключен к выходу датчика

апериодического звена,-.конец катушкиактивной нагрузки, второй вход - к

соединен с первым зажимом второговыходу источника опорного напряжения,

резистора и объединен с выходом апе-а конец дополнительной обмотки катушриодического звена, вторые зажимыю ки соединен с первым зажимом первого

первого и второго резисторов соеди-резистора.

Изобретение относится к двига- телестроению. Целью изобретения является повьшение эффективности регулирования. Регулятор содержит датчик 1 частоты вращения и задающий эле- .мент 2, выходы которых подключены к неинвертирующим входам сумматора 3, к выходной линии которого подключены последовательно соединенные формирователь 4 закона управления, усилитель 5 мощности и исполнительный орган 6 топливоподачи. Функциональный формирователь 16 сигнала уровня ограничения по давлению наддувочного воздуха включает в себя источник 17 опорного напряжения, датчик 18 активной нагрузки, суммирующий усилитель (Л С