Двухимпульсный регулятор скорости дизель-генератора Советский патент 1992 года по МПК F02D29/06 

Изобретение относится к автоматическому регулированию двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано для управления агрегатом, в частности дизель-генератором в условиях резких изменений нагрузки.

Известен двухимпульсный регулятор скорости и нагрузки дизель-генератора, содержащий измерители скорости и нагрузки, управляющие помещенным в цилиндре сервомотором, главным поршнем гидравлической системы для перемещения органа изменения подачи топлива и датчик перемещения, связанный с дополнительным поршнем, установленным в гидравлической линии измерителя нагрузки.

Недостаток данного регулятора за- клю чается в низком быстродействии и низком качестве переходных процессов. Известен также двухимпульсный регулятор скорости, содержащий центробежный измеритель скорости с золотником в силовой обратной связи буферного типа, усилитель с электромеханическим преобразователем, соединенным с золотником нагрузки, исполнительный гидромотор, соединенный с золотником центрооежного измерителя скорости через каналы силовой обратной связи и золотником нагрузки, рычаг жесткой обратной связи по перемещению штока исполнительного гидромотора, задатчик скорости и датчик перемещения, выход которого соединен с входом усилителя, причем золотник нагрузки гидравлически соединен с цилиндром гидромотора задания скоростного режима, шток которого соединен через рычаг жесткой обратной связи с датчиком перемещения, а задатчик скорости соединен с входом усилителя.

По сравнению с предыдущим данное техническое решение имеет более широкую область применения и обеспечивает более

(Л

С

vj

00

со

4

о

высокую точность, однако качество регулирования и быстродействие остаются неудовлетворительными.

Наиболее близким к заявляемому является двухимпульсный регулятор скорости, содержащий первый и второй трансформаторы тока, первый и второй промежуточные трансформаторы, выпрямитель, первый и второй дифференцирующие трансформаторы, первый и второй пороговые элементы и электродинамический преобразователь, причем первая фаза генератора соединена с первым входом нагрузки, вторая и третья фазы генератора подключены к второму и третьему входам нагрузки через первый и второй трансформаторы тока соответственно, первичняч обмотка первого промежуточного трансформатора подключена к первым вторичным обмоткам первою и второго трансформаторов тока, первичная обмотка второго промежуточного трансформатора подключена к вторым вторичным обмоткам первого и второго трансформаторов тока, вторичные обмотки первого и второго промежуточных трансформаторов подключены к входу выпрямителя, выход которого соединен с входами первого и второго дифференцирующих трансформаторов, выходы первого и второго дифференцирующих трансформаторов соответственно соединены с входами первого и второго пороговых элементов, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам электродинамического преобразователя.

В известном устройстве при набросе нагрузки длительность импульса на увеличение подачи топлива определяется приращением полного тока нагрузки, а не его активной составляющей, вследствие чего при активно-реактивном характере нагрузки длительность указанного импульса завышена. В результате приращение подачи топлива оказывается большим, чем требуется для приема нагрузки, имеет место заброс оборотов вала двигателя, затягивается переходной процесс и увеличивается расход топлива.

Цель изобретения - повышение качества регулирования и сокращение расхода топлива при набросах нагрузки.

Цель достигается тем, что, в отличие от известного устройства, содержащего первый и второй трансформаторы тока, первый и второй промежуточные трансформаторы, выпрямитель, первый и второй дифференцирующие трансформаторы, первый и второй пороговые элементы и электродинамический преобразователь, причем первая фаза генератора подключена к первому входу нагрузки, вторая и третья фазы генератора подключены к второму и третьему входам нагрузки через первый и второй трансформаторы тока,

5 первичная обмотка первого трансформатора подключена к первым вторичным обмоткам первого и второго трансформаторов тока, первичная обмотка второго промежуточного трансформатора соединена соот0 ветственно с вторыми вторичными обмотками первого и второго трансформаторов тока, первый зажим вторичной обмот- кипервогопромежуточного

трансформатора соединен с одноименным

5 зажимом вторичной обмотки второго промежуточного трансформатора и вторым выходом выпрямителя, вторые зажимы вторичных обмоток первого и второго промежуточных трансформаторов соединены

0 соответственно с первым и третьим входами выпрямителя, выход которого подключен к входам первого и второго дифференцирующих трансформаторов, выход второго дифференцирующего трансформатора сое5 динен с входом второго порогового элемента, выход которого соединен с вторым входом электродинамического преобразователя, выход первого порогового элемента соединен с первым входом электродинами0 ческого преобразователя, в предлагаемое устройство введены третий трансформатор тока, третий и четвертый пороговые элементы, трехфазный трансформатор, схема И, генератор импульсов, первый и второй фор5 мирователи, счетчик, регистр, дешифратор, коммутатор, блок резисторов и эталонный резистор, причем первичная обмотка третьего трансформатора тока подключена к третьей фазе генератора между первым

0 трансформатором тока и нагрузкой, вторичная обмотка третьего трансформатора тока подключена к входу третьего порогового элемента, выход которого соединен с первым входом схемы И, первый, второй и тре5 тий входы нагрузки подключены дополнительно к первичным обмоткам трехфазного трансформатора напряжения, выход которого соединен с входом четвертого порогового элемента, выход четвертого по

0 рогового элемента соединен с вторым входом схемы И и входами первого и второго формирователей, выход генератора импульсов соединен с третьим входом схемы И, выход которой подключен к тактовому входу

5 счетчика, установочный вход счетчика соединен с выходом первого формирователя, выходы счетчика соединены соответственно с информационными входами регистра, вход управления которого соединен с выхо- Д°м второго формирователя, выходы регистра соединены соответственно с входами дешифратора, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами коммутатора, выходы коммутатора подключены к входам блока регистров, выход которого соединен с входом первого порогового элемента и первым выводом эталонного резистора, второй вывод которого соединен с выходом первого дифференцирующего трансформатора.

На фиг. 1 представлена блок-схема двух- импульсного регулятора скорости; на фиг.2 - кривые изменения нагрузки, импульса производной и управляющего воздействия; на фиг.З временные соотношения при изменении сдвига фаз между током и напряжением генератора,

В силовую цепь второй и третьей фаз генератора 1 и нагрузки 2 включены первичные обмотки первого трансформатора 3 тока, второго трансформатора 4 тока, третьего трансформатора 5 тока к выходу генератора 1 подключены также соединенные звездой первичные обмотки трансформатора 6 напряжения.

Первый трансформатор 3 тока и второй трансформатор 4 тока содержат по две вторичные обмотки, соединенные с первым промежуточным трансформатором 7 и вторым промежуточным трансформатором 8. Нагрузкой первого промежуточного транс- форматора 7 и второго промежуточного трансформатора 8 служит трехфазный двух- полупериодный выпрямитель 9. К выходу выпрямителя 9 подключены параллельно первичные обмотки первого дифференцирующего трансформатора 10 и второго дифференцирующего трансформатора 11, причем в противофазе по отношению к друг-другу.

Вторичная обмотка первого дифференцирующего трансформатора 11 через делитель, образованный резистором 12 и блоком резисторов 13, подключена к входу первого порогового элемента 14. Выход последнего соединен с обмоткой увеличения подачи топлива электродинамического преобразователя 15.

Вторичная обмотка второго дифференцирующего трансформатора 11 подключена к входу второго порогового элемента 16, выход которого соединен с обмоткой уменьшения подачи топлива электродинамического преобразователя 15.

Вторичная обмотка третьего трансформатора 5 тока соединена с входом третьего порогового элемента 17 с малым входным сопротивлением. Выход третьего порогового элемента 17 подключен к первому входу схемы И 18. К второму входу схемы И 18

подключен выход четвертого порогового элемента 19,

Вход последнего подключен к выходу трехфазного трансформатора 6 напряже- 5 ния. К выходу четвертого порогового элемента 19 также подключены первый формирователь 20 и второй формирователь 21.

Третий вход схемы И 18 соединен с ге10 нератором импульсов 22. Выход схемы И 18 связан с тактовым входом двоичного счетчика 23, установочный вход которого подключен к выходу первого формирователя 20. Выходы счетчика 23 соединены с инфор15 мационными входами регистра 24 памяти, а вход записи последнего связан с выходом второго формирователя 21. Выходы регистра 24 подключены к входам дешифратора

0 25. Последний соединен с управляющими входами коммутатора 26, выходы которого связаны с резисторами блока резисторов 13.

Первый трансформатор 3 тока, второй

5 трансформатор 4 тока, третий трансформатор 5 тока-типа ТПЛ10/300-5, трансформатор 6 напряжения - типа НТМК10/100.

Первый промежуточный трансформатор 7 и второй промежуточный трансформа0 тор 8 выполнены на базе трансформаторов типа ТВК110ЛМК. Выпрямитель 9 трехфазный двухполупериодный собран на дискретных диодах КД205.

Первый дифференцирующий трансфор5 матор 10 и второй дифференцирующий трансформатор 11 выполнены на базе трансформаторов типа ТВК110ЛМК, эталонный резистор 12 и блок резисторов 13 выбраны из дискретных резисторов типа

0 С2-14.

Первый пороговый элемент 14, второй пороговый элемент 15, третий пороговый элемент 17 и четвертый пороговый элемент 19 собраны на дискретных элементах и ин5 тегральных компараторах серии 544. Схема И 18, генератор 22 импульсов, первый формирователь 20 и второй формирователь 21 собраны на микросхемах типа 555ЛАЗ, 555ЛА4 и дискретных элементах. Счетчик 23

0 двоичного кода выполнен на микросхемах 155ИЕ5, регистр 24 собран на триггерах типа 155ТМ8, дешифратор 25 двоичного кода в десятичный выполнен на микросхемах 155ИДЗ, коммутатор 26 - на микросхемах

5 серии 590. Электродинамический преобразователь - штатный типа М977-1.

Рассмотрим работу регулятора. При изменении нагрузки генератора импульс, пропорциональный изменению тока нагрузки, преобразуется первым трансформатором 3 тока, первым промежуточным трансформатором 7, вторым трансформатором А тока и вторым промежуточным трансформатором 8 в напряжение и поступает на вход выпрямителя 9. К выходу выпрямителя 9 подключены первичные обмотки первого дифференцирующего трансформатора 10 и второго дифференцирующего трансформатора 11, причем к положительному полюсу выпрямителя 9 подключены начало первичной обмотки первого дифференцирующего трансформатора 10 и конец первичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора 10 и конец первичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора 11, а к отрицательному полюсу подклю- чены соответственно конец и начало первичных обмоток первого и второго дифференцирующих трансформаторов 10,11. Таким образом, при изменении нагрузки S (фиг.2) на выходе выпрямителя 9 происходит скачкообразное изменение напряжения и, соответственно, на выходе одного из дифференцирующих трансформаторов появляется положительный импульс напряжения Uio, Uii, амплитуда которого пропорциональна изменению полного тока нагрузки, а затем затухает по экспоненте, При набросе нагрузки этот сигнал присутствует на выходе первого дифференцирующего трансформатора 10, а при сбросе- на выходе второго дифференцирующего трансформатора 11 (Un) Если амплитуда импульса превышает порог срабатывания пороговых элементов - Uo, как показано на фиг,2, то на выходе одного из них появляется импульс тока, длительностью т . Этот сигнал подается на одну из обмоток электродинамического преобразователя 15, что приводит к перемещению золотника сервомотора, управляющего подачей топлива в дизель, После прекращения действия импульса золотник возвращается в исходное состояние. Длительность импульса тока I э пропорциональна применению полной мощности S нагрузки дизель-генератора. Но как известно, крутящий момент и, соответственно, расход топлива определяются величиной активной мощности Р нагрузки. Поэтому необходима корректировка длительности импульса 1Э в зависимости от изменения активной мощности Р. Это достигается путем введения в схему регулятора третьего трансформатора 5 тока, трансформатора 6 напряжения, третьего порогового элемента 17, четвертого порогового элемента 19, схемы И 18, первого формирователя 20, второго формирователя 21, генератора 22 импульсов, счетчика 23, регистра 24, дешифратора 25, коммутатора 26, эталонного резистора 12, блока резисторов 19.

Рассмотрим работу регулятора при набросе нагрузки. При этом, как отмечалось выше, на выходе первого дифференцирующего трансформатора 10 появляется положительный импульс, амплитуда которого пропорциональная изменению полной мощности S. Активная мощность-Р 5 cos p, гдер, - угол сдвига фаз между током и напряжением генератора.

На вторичных обмотках третьего трансформатора 5 тока и трансформатора 6 напряжения присутствуют синусоидные . сигналы Is и Ue соответственно (фиг.З).

Так как трансформатор 6 напряжения

имеет схему соединения обмоток звезда- звезда, а его выходом служит третья вторичная обмотка, то сигнал Об пропорционален и совпадает по фазе с фазным напряжением генератора. Если нагрузка генератора имеет активно-реактивный характер, то происходит сдвиг фаз на величину угла (р нагрузки между сигналами UG и Is. Так как частота вырабатываемого генератором напряжения практически не изменена и равна

50 Гц, то в каждый момент времени угол р соответствует времени t (фиг.З).

Выходы третьего трансформатора 5 тока и трехфазного трансформатора 6 напряжения подключены соответственно к

входам третьего порогового элемента 17 и четвертого порогового элемента 19. На выходах последних появляются прямоугольные импульсы Ui3 и Ui7 (фиг.З) всякий раз, когда ток Is и напряжение Ue генератора

переходят через ноль. Импульсы сдвинуты друг относительно друга на время t tv + +20 мс, что пропорционально углу, р нагрузки. Импульсы Dig и Ui подаются на первый и второй входы схемы И 18, а на

третий вход последней поступают импульсы от генератора 22 импульсов с частотой следования f , где N - коэффициент, зависящий от количества разрядоасчетчика 25 к необходимости получения требуемой

точности. Так, при N 3 на один градус угла р будет приходиться один импульс генератора. Таким образом, на выходе схемы И 18 каждый период сетевого напряжения, появляются пачки импульсов Die (см.фиг.З). Число импульсов в пачке определяется следующей зависимостью: n tv f t4 Лв-Ю В нашем примере при N 3 и р 10° п 10. Эти импульсы поступают на вход счетчика 23, Двоичный код с выхода счетчика 23, соответствующий количеству пришедших импульсов, переписывается в регистр 24. Запись производится при подаче на вход записи регистра 24 импульса U21 (см.фиг.З)

с выхода второго формирователя 21 Импульс U21 формируется по заднему фронту сигнала Uig с выхода четвертого порогового элемента 19, По переднему фронту Uig первый формирователь 20 вырабатывает импульс U20, который поступает на установочный вход счетчика 23 и переводит последний в исходное состояние. Цикл записи и счета повторяется каждый период сетевого напряжения.

Двоичный код, записанный в регистре 24, преобразуется дешифратором 25 в десятичный. Дешифратор 25 управляет коммутатором 26. который включает сопротивления блока 13 резисторов

Блок 13 резисторов представляет собой ряд дискретных сопротивлений RJ, включенных по схеме многолучевой звезды. Нейтраль звезды соединена с эталонным резистором 12 и входом первого порогового элемента 14 (см.фиг.1), а вторые выводы резисторов блока 13 - с выходом коммутатора 26 Число резисторов j соответствует количеству разрядов дешифратора 25, а величина каждого сопротивления RJ определяется зависимостью

cos p R3 j 1 - cos (f)

где R3 - сопротивления эталонного резистора

Эталонный резистор 12 и блок 13 резисторов образуют делитель, коэффициент передачи К которого равен R)

К Rr+ RlCOS

Таким образом выходной сигнал первого дифференцирующего трансформатора 10. поступающий на вход первого порогового элемента 14, ослабляется пропорционально . В результате длительность импульса 1, подаваемого на обмотку электродинамического преобразователя 15, соответствует изменению активной мощности нагрузки.

Таким образом, обеспечивается повышение качества регулирования, сокращается время переходного процесса и расход топлива по сравнению с регулятором, в котором длительность импульса на увеличение подачи топлива при набросе нагрузки при активно-реактивном ее характере является завышенной, определяющейся изменением полного тока нагрузки (а не активной его составляющей) Сокращение расхода топлива достигается за счет сокращения длительности импульса, управляющего увеличением подачи топлива При этом уменьшается заброс оборотов вала

двигателя и сокращается время устанорле- ния скоростного режима.

Формула изобретения Двухимпульсный регулятор скорости 5 дизель-генератора, содержащий первый и второй трансформаторы тока, первый и второй промежуточные трансформаторы, выпрямитель, первый ивторой дифференцирующие трансформаторы, пер0 вый и второй пороговые элементы и электродинамический преобразователь, причем первая фаза генератооа подключена к первому входу нагрузки, вторая и третья фазы генератора к второму и третьему входам на5 грузки через первый и второй трансформаторы тока соответственно, первичная обмотка первого промежуточного трансформатора подключена соответственно к вторым вторичным обмоткам первого и вто0 рого трансформаторов тока, вторичные обмотки первого и второго промежуточных трансформаторов подключены к входу выпрямителя, выход которого соединен с входамипервогоивторого

5 дифференцирующих трансформаторов, выход второго дифференцирующего трансформатора соединен с входом второго порогового элемента, выход которого соединен с вторым входом электродинамиче0 ского преобразователя, выход первого порогового элемента соединен с первым входом электродинамического преобразователя, от л ичающийся тем, что. с целью повышения качества регулирования и со5 кращения расхода топлива при набросах нагрузки, в него введены третий трансформатор тока, третий и четвертый пороговые элементы, трехфазный трансформатор схема И, генератор импульсов, первый и

0 второй формирователи, счетчик, регистр, дешифратор, коммутатор, блок резисторов и эталонный резистор, причем первичная обмотка третьего трансформатора тока подключена к третьей фазе генератора между

5 первым трансформатором тока и нагрузкой, вторичная обмотка третьего трансформатора тока подключена к третьей фазе генератора между первым трансформатором тока и нагрузкой, вторичная обмотка третьего

0 трансформатора трка подключена к входу третьего порогового элемента, выход которого соединен с первым входом схемы И, первый, второй и третий входы нагрузки подключены дополнительно к первичным

5 обмо гкам трехфазного трансформатора, выход которого соединен с входом четвертого порогового элемента, выход четвертого порогового элемента соединен с вторым входом схемы И и входами первого и второго формирователей, выход генератора импульсов соединен с третьим входом схемы И, выход которой соединен с тактовым входом счетчика, установочный вход которого соединен с выходом первого формирователя, выходы счетчика соединены соответственно, с информационными входами регистра, вход управления которого соединен с выходом второго формирователя, выходы регистра соединены соответственно с входами

П

дешифратора, выходы которого соединены с соответствующими входами коммутатора, выходы коммутатора подключены к входам блока резисторов, выход которого соединен с входом первого порогового элемента и первым выводом эталонного резистора, второй вывод которого соединен с выходом первого дифференцирующего трансформатора.

Использование: регулирование двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: повышение качества регулирования и сокращение расхода топлива при на- бросах нагрузки обеспечивается за счет уменьшения длительности импульса тока управления электродинамического преобразователя, что приводит к уменьшению времени подачи топлива. При этом регулятор дополнительно содержит третий трансформатортока,трехфазный трансформатор, третий и четвертый пороговые элементы, схему И, первый и второй формирователи, генератор импульсов, счетчик, регистр, дешифратор, коммутатор, эталонный резистор и блок резисторов с соответствующими связями. 3 ил.

Фиг1

ЈЪ