Устройство для автоматического управления дизель-генераторной установкой тепловоза Советский патент 1990 года по МПК B60L15/00 

Ш

(Л

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к автоматическому регулированию силовых установок тепловозов с электрической передачей. Цель изобретения - повышение надежности. Устройство для автоматического управления дизель-генераторной установкой тепловоза содержит блоки 11, 21, 25 сравнения, пороговые элементы 13, 23, 24, функциональные преобразователи 17, 22, блок 18 выделения минимального сигнала, интегратор 16, датчик 12 частоты вращения коленчатого вала дизеля, блок 15 управления, блоки 26 и 32 уставок, а также коммутатор 9 с коммутирующими элементами 8, 14, 31, причем один из входов коммутирующего элемента 8 связан с выходом функционального преобразователя 10, а выход - с одним из входов блока 11 сравнения, другой вход которого подключен к выходу датчика 12 частоты вращения коленчатого вала дизеля, а выход - к входу порогового элемента 13, выход которого связан с первым входом блока 15, и к входу коммутирующего элемента 14, связанного своим выходом с одним из входов интегратора 16, к выходу которого подключен один из входов блока 18 выделения минимального сигнала и через функциональный преобразователь 17 - один из входов блока 21 сравнения, другой вход которого связан с выходом функционального преобразователя 19, к которому также подключен другой вход блока 18 выделения минимального сигнала, а выход блока 21 сравнения соединен с входом порогового элемента 23, выход которого подключен к второму входу блока 15. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

ел

Ct

-Рь

Фиг.1

3

чатого вала дизеля, блок 15 управления, блоки 26 и 32 уставок, а также коммута- :ор 9 с коммутирующими элементами 8, 14, 31, причем один из входов коммутирующего элемента 8 связан с выходом функционального преобразователя 10, а выход с одним из входов блока 1 1 сравнения, другой вход которого подключен к выходу датчика 12 частоты вращения коленчатою вала дизеля, а выход - к входу порогового элемента 13, выход которого связан с первым входом блока 5, и к входу коммутирующего элемента 14, связанного своИзобретение относится к жедездорож- пому транспорту, в частности автоматическом) регулированию силовых установок тепловозов с электрической передачей.

Цель изобретения - повышение надежности.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства для автоматического управления дизель-генераторной установкой; на фиг. 2 - функциональная схема блока управления коммутатором.

Устройство для автоматического управления дизель-генераторной установкой тепловоза содержит дизель 1 с центробежным регулятором 2 частоты вращения коленчатого вала, тяговый генератор 3, приводимый от дизеля, с подключенными к нему тя- 1овыми электродвигателями 4. Один из входов центробежного регулятора 2 частоты вращения связан с выходом блока 5 за- гяжки всережимной пружины центробежного регулятора, вход которого подключен к выходу усилителя 6. Вход усилителя 6 соединен с выходом блока 1 сравнения, к которому гак же подключен один из входов коммутирующего элемента 8 коммутатора 9. Другой вход коммутирующего элемента 8 и один из входов блока 7 сравнения нодключе ны к выходу функционального преобразователя 10, а выход коммутирующего элемента 8 к одному из входов блока 11 сравнения, другой вход которого соединен с выходом датчика 12 частоты вращения коленчатого вала дизеля 1, а выход - с входами порогового элемента 13 и коммутирующего элемента 14 коммутатора 9. Выход порогового элемента 13 соединен с первым входом блока 15 управления коммутатором, а выход коммутирующего элемента 14 - с одним из входов интегратора 16, к выходу которого подключен вход функционального преобразователя 17 и OJHH из входов блока 18 выделения минимального сигнала, подключенного вчодоик выходу функциоим выходом с одним из входов интегратора 16, к выходу которого подключен один из входов блока 18 выделения минимального сигнала и через функциональный пре- образователь 17 - один из входов блока 21 сравнения, другой вход которого связан с выходом функционального преобразователя 19, к которому также подключен другой вход блока 18 выделения минимального сигнала, а выход блока 21 сравнения соединен с входом порогового элемента 23, выход которого подключен к второму входу блока 15. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

нального преобразователя 19, вход которого 0 соединен с выходом задатчика 20 режимов дизель-генераторной установки, к которому так же подключен вход функционального преобразователя К). Один из входов блока 21 сравнения подключен к выходу функци5

опального преобразователя 19, другой вход --- к выходу функционального преобразователя 17, а выход соединен с входами функционального преобразователя 22 порогового элемента 23. Выход функционального преобразователя 22 соединен с дру0 гим входом интегратора 16, а выход порогового элемента 23 - с вторым входом блока 15 управления, третий вход которого подключен к выходу порогового элемента 24, соединенного входом с выходом блока 25 сравнения, входы которого подключены к вы5 ходу блока 26 уставок и датчика 27 положения органа дозирования топливолодачи дизеля. С выходом датчика 27 так же связан один из входов блока 28 сравнения, другой вход которого подключен к выходу

0

задатчика 29 положения органа дозирования топливоподачи дизеля, а выход - к входу интегратора 30, соединенного выходом с одним из входов коммутирующего элемента 31 коммутатора 9. Другой вход коммутирующего элемента 31 подключен к выходу

5 блока 32 уставок, а выход - к другому входу блока 7 сравнения. Вход задатчика 29 связан с выходом блока 18 выделения минимального сигнала, к которому так же подключен один из входов блока 33 сравнения, другой вход которого соединен с выходом

0 блока 34 умножения, а выход - с входом интегратора 35, к выходу которого подключен вход возбудителя 36. Входы блока 34 связаны с выходами датчиков напряжения 37 и тока 38 тягового генератора. Блок 15 управления (фиг. 2) включает

5 элементы И 39-41, НЕ 42, И-НЕ 43 и логический элемент ИЛИ 44, причем первым входом блока 15 является один из входов элементов И 39 и 40, вторым входом - вход

элемента НЕ 42 и одни из входов элементов И 41 и И - НЕ 43, третьим входом - другой вход элемента И 39, выходом- выход элемента ИЛИ 44. Выход элемента НЕ 42 соединен с другим входом элемента И 40, связанного выходом с другими входами элементов И-НЕ 43 и И 41. Выходы элементов И 39, И-НЕ 43 и И 41 подключены соответственно к первому, второму и третьему входам элемента ИЛИ 44. Устройство для автоматического управления дизель-генераторной установкой тепловоза работает следующим образом.

В исходном состоянии фактические частота вращения коленчатого зала дизеля и мощность тягового генератора равны заданным значениям. Соответственно сигнал на выходе блока 7 сравнения, пропорциональный заданной частоте вращения коленчатого вала дизеля, равен выходному сигналу датчика 12 частоты вращения, пропорциональному фактической частоте вращения коленчатого вала, а выходной сигнал функционального преобразователя 19. пропорциональный заданной мощности тягового генератора, равен выходному сигналу блока 34 умножения, величина которого пропорциональна фактической мощности тягового генератора. По этой причине сигналы на выходах блоков 33 и 1 отсутствуют. Если выход реек топливных насосов высокого давления меньше предельного, абсолютная величина выходного сигнала датчика 27 меньше абсолютной величины выходного сигнала блока 26 уставок, соответствующей величине выходного сигнала датчика 27 при предельном положении реек топливных насосов, поэтому на выходе блока 25 сравнения устанавливается отрицательный сигнал. Выходной сигнал интегратора 16 по абсолютной величине и знаку равен выходному сигналу функционального преобразователя 19, поэтому на выходе блока 21 сравнения сигнал отсутствует. Таким образом, в исходном состоянии сигналы на выходах блоков 11 и 21 сравнения отсутствуют, на выходе блока 25 сравнения - сигнал отрицателен. Тогда на выходе порогового элемента 13 устанавливается сигнал низкого уровня, на выходе порогового элемента 23 - сигнал высокого уровня, а на выходе порогового элемента 24 - сигнал низкого уровня, который поступает на третий вход блока 15 управления. При такой комбинации входных сигналов (0-1-0) на выходе блока 15 устанавливается сигнал низкого уровня, ввиду чего коммутатор 9 находится в выключенном состоянии, а его коммутирующие элементы 8, 14 и 31 - в положении, показанном на фиг. 1.

При необходимости изменения режима работы дизель-генераторной установки машинист с помощью задатчика 20 режимов

устанавливает треоус;..;ь;п ролл::.;. чти1.; на выходах функциональных :ip-4nv.;.-„ :,..-:х- лей 10 и 9 устзкаЕлазая); ,.а. о;

ОТВеТСТВуЮЩИС ЗадаКНЫМ :000:..ЯО Ча- г. Л;..

вращения коле-: лтогс ;-а.;а д .аел -: ;; -. оь,- ности тягового го:;ера гор;:. В ovaa.:, :.; (i-: заданное значение Оюноста гягового пае ратора больше исходного, скгаал ,ia ,ь; :ходо блока 18 выделения мнкималыкач; аа иала остается неизменным, ПОЭТОМУ ксм :-.. poi v- лирсвакия мощности тдгозсго геаоратора поддерживает ее на прежнем хаопно, СООУ0

5

стст зу кэшем исходному этом выходной сигнал Лло становится отрицательным,

5 ни выходе порогового за; навлнвается сигнал низко заданное значение частоту чатого вала превосходит ; чение. на выходе блока I танавливается положитель:;ь:н зультате чего на выходе порогового элоии-н- та 13 устанавливается сигнал аьч-окого уровня. Поскольку в первый момент времен;: положение реек топливных пасосо с-то но изменилось, выходные сигналы блока соан5 нения и порогового элемента С4 не азуо- кяются, т. е. на третий вход блок. ID i:i);«i-- ления по-прежнему поступает сигнал низкого уровня. При таком сочетании входных са, -- налов блока 15 ( - 0- -0) на е: о .VO ;o сохраняется низкий уровень сигнйл:;, п. о.

° коммутатор 9 остается в выхчюченнол. состоянии. При этом сигнал, соо:.е-СТЬУК ;::П;, заданной частоте вращения через уч/пл;;- тель 6 и блок 5 затяжки псерс-чиммоо пружины регулятора поступает i;; нхо.°. пенг- робежного регулятора 2 частоть: ипцгчнк коленчатого вала дизеля 1. котг.ыа ИЗ.У.О;;-.;- ет положение реек топливных нпоосои :;:-,.:)- кого давления с целью У :елпче;;|-;н частоты вращения коленчатого вала Мощность тягового генератора 3 остаегсм :- еизмеь:по::

0 и равной ее исходному значению.

При достижении .сданного значения час тоты вращения (в пределах заданной точности регулирования) «ыход ной сигнал б тока 11 сравнения становится р.:ь-ным нулю (или близким к нему), в результате чего на выходе порогового элемента 13 установи г- ся низкий уровень сигнала.

Такие же сигналы сохранятся на остальных двух входах блока |5. Поп такой комбинации входных сигналов (G--0- ходе блока 15 установится высоким уро сигнала, который, поступая аа .;, мутатора 9, вызывает его включение, нал рассогласования между заданной н тической частотой вращения с выхода 5 ка 11 сравнения через замкнузтннсч мутирующий элемент 14 поступает на интегратора 16, причем сигнал. вующий заданному значению частоты вп

5

0

ния, поступает на один из входов блока 11 сравнения через переключившийся коммутирующий элемент 8 с выхода функционального преобразователя 10. Одновременно коммутирующий элемент 31 отключает вход блока 7 сравнения от интегратора 30 контура подстройки и соединяет его с выходом блока 32 уставок, чем обеспечивается дополнительная затяжка всережимной пружины центробежного регулятора 2 частоты вращения на величину, соответствующую 3- 5% от номинальной частоты вращения. Регулятор установленным порядком отрабатывает увеличение частоты вращения коленчатого вала дизеля. Как только она превышает заданное значение, соответствующее выходному сигналу функционального преобразователя 10, на вход интегратора 16 с выхода блока 11 сравнения поступает сигнал рассогласования по частоте вращения, в результате чего сигнал на его выходе начнет непрерывно увеличиваться. Поскольку выходной сигнал блока 18 выделения минимального сигнала определяется в этот момент именно выходным сигналом интегратора 16, как имеющим меньшее значение, он так же начинает увеличиваться, что приводит к увеличению мощности тягового генератора. Когда мощность тягового генератора достигнет заданного значения (в пределах точности регулирования), сигнал рассогласования на выходе блока 21 сравнения станет равным нулю (или близким к нему), ввиду чего на выходе порогового элемента 23 установится сигнал высокого уровня. При данной комбинации сигналов на входе (0-1-0) выходной сигнал блока 15 управления коммутатором имеет низкий уровень, что приводит к отключению коммутатора и переключению его коммутирующих элементов 8, 14 и 31 в положение, изображенное на фиг. 1.

Если в процессе увеличения мощности тягового генератора 3 рейки топливных насосов высокого давления выйдут «на упор, частота вращения коленчатого вала начнет снижаться, рассогласование между заданным и фактическим ее значениями будет уменьшаться, соответственно темп увеличения мощности снизится. При равенстве заданного и фактического значений частоты вращения увеличение мощности прекратится. В случае дальнейшего снижения частоты вращения сигнал не входе интегратора 16 изменит знак, вследствие чего величина выходного сигнала интегратора 16 начнет уменьшаться, что в свою очередь, приведет к уменьшению величины выходного сигнала блока 18 выделения минимального сигнала, а, следовательно, и к снижению мощности тягового генератора. Уменьшение нагрузки на дизель при неизменном положении реек топливных насосов высокого давления вызо0

вет увеличение частоты вращения коленчатого вала. Как только величина последней достигнет заданного значения, уменьшение мощности прекратится. При дальнейшем увеличении частоты вращения коленчатого вала мощность так же начнет увеличиваться описанным порядком.

В случае, если рейки топливных насосов высокого давления выйдут «на упор при работе системы в установившемся режиме, т. е. при отключенном коммутаторе 9, на входах блока 15 устанавливается комбинация сигналов (0-0-1), вызывающая появление сигнала высокого уровня на его выходе и включение коммута5 тора 9. Если в этот момент времени частота вращения коленчатого вала выше заданной, выходной сигнал интегратора 16 будет увеличиваться описанным порядком. Если его величина превысит величину выходного сигнала функционального преобразователя 19, сигнал рассогласования с выхода блока 21 сравнения через функциональный преобразователь 22 поступит на другой вход интегратора 16, чем достигается ограничение максимального значения рассо5 гласования, которое отрицательно сказывается на точности регулирования. Величина мощности тягового генератора в это время определяется выходным сигналом функционального преобразователя 19 как имеющим меньшее значение, вследствие чего остается

0 неизменной и равной заданной. При снижении частоты вращения коленчатого вала ниже заданной происходит снижение мощности тягового генератора с последующим ее восстановлением (после восстановления частоты вращения коленчатого вала до за5 данной) описанным уже порядком.

В установившемся режиме, т. е. при отключенном коммутаторе 9, заданное положение реек топливных насосов высокого давления, задаваемое выходным сигналом за0 датчика 29, сравнивается с фактическим их положением, которое характеризуется выходным сигналом датчика 27. Сигнал рассогласования, формируемый на выходе блока 28 сравнения, поступает на вход интегратора 30, выходной сигнал которого поступая на дру5 гой вход блока 7 сравнения, изменяет частоту вращения коленчатого вала таким образом, чтобы обеспечить равенство заданного и фактического положения реек топливных насосов. При этом мощность тягового генератора поддерживается контуром регулирования мощности, неизменной на уровне, заданном машинистом, исходя из условий движения поезда. Характеристика за- датчика 29 выбирается, исходя из необходимости обеспечения наибольшей топлив5 ной экономичности тепловоза в эксплуатации.

Если задаваемые значения мощности тягового генератора и частоты вращения ко0

ленчатого вала дизеля меньше исходных, величина выходного сигнала функционального преобразователя 19 станет меньше величины выходного сигнала интегратора 16, поэтому на выходе блока 18 выделения минимального сигнала сразу установится сигнал, равный выходному сигналу функционального преобразователя 19 и соответствующий заданному значению мощности тягового генератора. Сигнал рассогласования на выходе блока 21 сравнения имеет положительную полярность, поэтому с выхода порогового элемента 23 на другой вход блока 15 управления поступит сигнал высокого уровня. Заданная частота вращения коленчатого вала в первый момент по абсолютной величине меньше фактической, поэтому сигнал рассогласования на выходе блока 11 сравнения имеет отрицательную полярность, вследствие чего на выходе порогового элемента 13 устанавливается сигнал низкого уровня. Согласно порядку функционирования блока 15 при данной комбинации входных сигналов (0-1-0) на его выходе устанавливается сигнал низкого уровня, поэтому коммутатор 9 остается выключенным. Уменьшение мощности тягового генератора и частоты вращения коленчатого вала дизеля в этом случае осуществляется соответственно контуром регулирования мощности тягового генератора и регулятором частоты вращения дизеля, установленным порядком независимо один от другого, причем темп уменьшения мощности тягового генератора определяется величиной постоянной времени интегратора 35 и динамическими характеристиками силовой цепи, а темп снижения частоты вращения коленчатого вала дизеля определяется быстродействием регулятора 2 частрты вращения и динамическими характеристиками дизеля.

Использование предлагаемого устройства для автоматического управления дизель- генераторной установкой тепловоза позволит повысить надежность работы системы регулирования за счет повышения его устойчивости и улучшения качества регулирования путем раздельного управления частотой вращения коленчатого вала дизеля и мощностью тягового генератора в переходных режимах работы.

Формула изобретения

из интеграторов, связанный входом с выходом второго блока сравнения, входы которого подключены к выходам задатчика и датчика положения органа дозирования топливоподачи дизеля, связанного с выходом

центробежного регулятора, и третий блок сравнения, один из входов которого соединен с выходом блока умножения, подключенного входами к выходам датчиков напряжения и тока тягового генератора, а выход - с входом второго интегратора,

5 с выходом которого соединен вход регулятора тока возбуждения тягового генератора, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено пороговыми элементами, блоком выделения миниQ мяльного сигнала, датчиком частоты вращения коленчатого вала дизеля, блоками уставок, коммутатором с коммутирующими элементами и блоком управления, а также дополнительными блоками сравнения, функциональными преобразователями и интегра5 тором, соединенным входами с выходами первого коммутирующего элемента и третьего функционального преобразователя, а выходом - с одним из входов блока выделения минимального сигнала и входом четвертого функционального преобразователя, к выходу которого подключен один из входов четвертого блока сравнения, соединенного другим входом с выходом первого функционального преобразователя, а выходом - с входами третьего функционального преобразователя и первого порогового элемента, к выходу которого подключен один из входов блока управления коммутатором, соединенного другими входами с выходами второго и третьего пороговых элементов, входы которых подключены к выходам пя0 того и шестого блоков сравнения, одни из входов которых соединены с выходами датчиков соответственно частоты вращения и положения органа дозирования топливоподачи, а другие - с выходами соответственно второго коммутирующего элемента и одного из

5 блоков уставок, причем входы третьего коммутирующего элемента подключены к выходам другого блока уставок и одного из интеграторов, а выход соединен с другим входом первого блока сравнения, к выходу которого подключен один из входов коммути0 рующего элемента, соединенного другим входом с выходом второго функционального преобразователя, а к выходу пятого блока сравнения подключен вход первого коммутирующего элемента, при этом другой вход бло5 ка выделения минимального сигнала соединен с выходом первого функционального преобразователя, а выход - с входами третьего блока сравнения и задатчика положения органа дозировки топливоподачи.

5

11

12

ляются одним из входов блока управления коммутатором, другими входами которого являются входы первого и другой вход третьего элементов И, а выходом - выход элемента ИЛИ.

П

I