Устройство для регулирования температуры силовых агрегатов тепловоза Советский патент 1993 года по МПК B61C5/02 

Устройство относится к области охлаждений силовых агрегатов тепловозов (дизелей, генераторов, преобразователей и тяговых двигателей), может быть отнесено к подклассу транспортных средств и предназначено для регулирования воздушного охлаждения силовых агрегатов транспортного средства и возбуждения вспомогательного генератора.

Известны устройства регулирования охлаждения силового оборудования, включающие блоки регулирования температуры наиболее энерговыделяющих агрегатов, как правило дизеля 1.

Недостатком этих устройств является возможность перегрева некоторых агрегатов при внезапном повышении их нагрузки

и квазипостоянном температурном режиме остального оборудования. В результате перегрева снижается срок службы агрегатов вплоть до их отказа.

Прототипом является устройство регулирования охлаждения силового оборудования, используемое в тепловозе SD 60 фирмы General Motors США, содержащее асинхронные моторвентиляторы, встроенные в охлаждающие устройства дизеля и другого силового оборудования тепловоза, блок регулирования температуры дизеля, связанный с асинхронным мотор-вентиляторами 2.

Недостатком устройства является возможность перегрева тяговых электродвигателей и силового преобразователя при

vj Ю

ю ю о

повышении их нагрузки. Так, в случае движения тепловоза с составом на затяжной подъем скорость и, следовательно, напряжение двигателей снижаются, а вращающий момент (сила тяги) и потребляемый ток возрастают. При этом значительно (пропорционально квадрату тока) возрастают электрические потери в двигателях и быстро растет их температура. Мощность же дизеля в этом режиме изменяется незначитель- но, т.к. повышение тока сопровождается понижением напряжения. Следовательно температурный режим дизеля остается квазипостоянным и устройство не изменяет расход охлаждающего воздуха. Это, а также случайное изменение аэродинамического сопротивления воздуховодов может привести к перегреву, в первую очередь, тяговых электродвигателей и силового преобразователя, т.к. режим работы именно этих агрега- тов подвержен наибольшим вариациям. . Как известно, перегрев сопровождается снижением срока службы изоляции и повышением вероятности отказа устройств.

Целью изобретения, является повыше- ние надежности и срока службы силового оборудования тепловоза.

Цель достигается тем, что в устройстве для регулирования силовых агрегатов тепловоза, содержащем охлаждающие уста- новкйс асинхронными мотор-вентиляторами дизеля, тягового и вспомогательного генераторов, силового преобразователя и тяговых электродвигателей и регулятор, включающий в себя датчи- ки напряжения и частоты вспомогательного генератора, дифференциальный и инвертирующий усилители, датчик температуры дизеля, при этом выход дифференциального усилителя отсоединен с управляющим вхо- дом возбудителя вспомогательного генератора, а три входа соответственно соединены с источником опорного сигнала, с датчиком напряжения и параллельно с датчиком частоты и с выходом инвертирую- щего усилителя, который входом соединен с Датчиком температуры дизеля, регулятор снабжён датчиком температуры силового преобразователя и датчиком температуры тяговых электродвигателей, выходы кото- рых соединены с силовым преобразователём, с входом Инвертирующего усилителя и с выходом датчика частоты,

Приведенное сочетание существующих признаков в аналогах не обнаружено,

Блок-схема устройства показана на чертеже.

Дизель 1 являющийся источником энергоснабжения тепловоза, механически связан с тяговым генератором 2 и

вспомогательным генератором 3. Тяговый генератор 2 питает силовой преобразователь 4, от которого запитаны тяговые электродвигатели 5. Охлаждающее устройство 6 связано с дизелем 1 гидропроводом 7, по которому движется жидкий теплоноситель, предназначенный для охлаждения дизеля 1. Тяговый генератор 2, являющийся трехфазной синхронной машиной, снабжен возбудителем тягового генератора 8. Заявляемое устройство 9 регулирования температуры силовых агрегатов тепловоза включает асинхронные мотор-вентиляторы 10 и возбудитель вспомогательного генератора 11. которые вместе с возбудителем тягового генератора 8 питаются от вспомогательного генератора 3, также являющегося трехфазной синхронной машиной.

Асинхронные мотор-вентиляторы 10 связаны воздухопроводами 12 с охлаждающим устройством 6 и охлаждаемыми агрега- тами: тяговым генератором 2, вспомогательным генератором 3, силовым преобразователем 4 и тяговыми электродвигателями 5, являющимися двигателями постоянного тока.

В устройство 9 входят также регулятор 13 температуры дизеля 1, связанный с выходом возбудителя тягового генератора 8; датчик 14 температуры силового преобразователя 4 и Датчик 15 температуры тяговых электродвигателей 5; диод 16, подключенный анодом к выходу регулятора 13, а катодом вместе с катодом диода 17 - ко входу инвертирующего усилителя. 18; диод 19, подключенный анодом к аноду диода 17: диод 20, подсоединенный катодом к выходу инвертирующего усилителя 18, а анодом вместе с анодом диода .21 - к неинвертирующему входу дифференциального усилителя 22; датчик 23 частоты и датчик 24 напряжения вспомогательного генератора 3, выход датчика 23 соединен с катодами диодов 19 и 21, выход датчика 24 - с инвертирующим входом дифференциального усилителя 22, ко второму неинвертирующему входу которого подключен источник опорного сигнала 25, выход дифференциального усилителя 22 соединен со входом возбудителя вспомогательного генератора 11; резисторы 26, 27 соединяющие выходы усилителей 28, 29 с анодами диодов 17 и 19; диоды 30-33, аноды диодов 30 и 31 соединены со входом усилителя 28, а аноды диодов 32 и 33 - со входом усилителя 29, катоды диодов 30 и 32 подключены к выходу силового преобразователя 4. катоды диодов 31 и 33 - соответственно к выходам датчиков 14 и 15.

Устройство 9 работает следующим образом, обеспечивая выполнение функций:

а) поддерживает ток возбуждения вспомогательного генератора 3 не менее значения, заданного источником опорного сигнала 25, и таким, чтобы ток возбуждения тяговрго генератора 2 был достаточен для обеспечения выходной мощности тягового генератора 2;

б) устанавливает такое значение напряжения вспомогательного генератора 3, чтобы отношение напряжения к частоте было не более определенной величины, а поток воздуха,подаваемого асинхронными мотор- вентйл яторами 10 в охладительное устройство б был достаточен для охлаждения дизеля 1.

в) при перегреве силового преобразователя 4 или тяговых электродвигателей 5 по- выша;ет напряжение вспомогательного генератора 3 до такого значения, при котором синхронные мотор-вентиляторы 10 обеспечивает охлаждение перегретого агрегата, при этом отношение напряжения к частоте остается не более определенной ве-. личийы.

Выполнение функции а осуществляется источником опорного сигнала 25 и диф- фереНциальным усилителем 22, а также регул ятором -13 и инвертирующим усилителем 1|8. Если напряжение вспомогательного генератора 3, например при очень низкой частоте вращения дизеля 1, снижается и соответственно уменьшается его ток возбуждения, становясь меньше минимально допустимого, то снижается сигнал на инвертирующем входе дифференциального усилителя 22, а сигнал источника 25 остается неизменным, возрастает напряжение на выходе дифференциального усилителя 22 и, соответственно, ток возбуждения вспомогательного генератора 3.

Достаточность напряжения вспомогательного генератора 3 для выработки возбудителем тягового генератора 8 тока возбуждения, необходимого по требуемой тяговой мощности, поддерживается выбором такого коэффициента преобразования тока возбуждения тягового генератора 2 регулятором 13 и усилителей 18, 22. Этот коэффициент выбирают таким чтобы при данном токе возбуждения напряжение вспомогательного генератора 3 было достаточным для повышения этого тока возбуждения на 10...30%. Этим обеспечивается запас регулирования по тяговой мощности.

выполнение функции б происходит путем сравнения сигналов на инвертирующем и нейнвертирующем входах дифферен- циального усилителя 22. Изменение

частоты вращения дизеля 1-й частоты вспомогательного генератора 3 приводит к соот- ветственному изменению верхнего допустимого Значения напряжения вспомогательного генератора 3. Если это значение будет превышено, то сигнал на инвертирующем входе дифференциального усилителя 22, поступающий с датчика напряжения 24. превзойдет сигналы неинвертирующих вхо0 дов и произойдет снижение выходных сигналов усилителя 22, возбудителя 11, и следовательно напряжения вспомогательного генератора 3

Регулятор 13, в состав которого входят

5 температуры жидкого теплоносителя и воздуха, вырабатывает сигнал, который пройдя через усилители 18 и 22, а также возбудитель 11, поддерживает напряжение вспомогательного генератора минимально

0 достаточным для охлаждения дизеля 1.

Функция в реализуется следующим образом. При допустимой температуре си- ; левого преобразователя 4 тяговых электродвигателей 5 датчики температуры 14 и 15

5 вырабатывают сигнал превосходящий напряжение преобразователя 4. Т.К. диоды 30. 31 и 32, 33 выделяют меньший из сигналов, то на входы усилителей 28. 29 поступает сигнал не зависящий от температуры сило0 вого преобразователя 4 и тяговых электродвигателей 5, управление идет по охлаждению дизеля 1. Датчики температуры 14 и 15 имеют также характеристики, что их выходные сигналы обратно пропорцио5 нальны контролируемой температуре, например терморезисторы типа позйсторов; т.е. с положительным температурным коэффициентом сопротивления.

Значительный перегрев силового пре0 образователя 4 и тяговых электродвигателей 5 может произойти, например, при движении тепловоза на затяжном подьеме. При этом возрастает тяговое усилие и сни; жается скорость, т.е. мощность дизеля 1 и

5 тягового генератора 2 изменяется в небольших пределах. Но возрастание тягового усилия .осуществляется за счет соответствующего повышения тока тяговых электродвигателей 5 и, следовательно, си0 левого преобразователя 4. При этом температура этих агрегатов быстро растет, т.к. . электрические потери в них пропорциональны квадрату тока, т.е. выделение тепла возрастает быстрее, чем повышение тягово5 го усилия. К аналогичной ситуации приводит повреждение воздуховода 12.

Когда температура силового преобразователя 4 или тяговых электродвигателей 5 превосходит допустимую выходной сигнал датчика температуры 14 и 15 соответственно становится меньше напряжения преобразователя 4 и на вход усилителя 28 и 29 поступает сигнал соответствующего датчика выделенный диодами 30-33. Выходные сигналы усилителей 28,29 суммируются резисторами 26, 27.V

Результирующий сигнал, пониженный при перегреве силового преобразователя А или тяговых электродвигателей 5, пройдя через инвертирующий усилитель 18 и дифференциальный 22 повышает ток возбуждения и, следовательно, напряжение вспомогательного генератора 3, Соответственно увеличивается мощность мотор-вентиляторов 10 и подача ими воздуха в воздухопровод 12. Температура силовых агрегатов снижается до допустимого уровне.

На диодах 1.7,19 происходит сравнение результирующего сигнала усилителей 28,29 с сигналом датчика частоты 23 с тем чтобы не допустить нарушения отношения напряжения вспомогательного генератора 3 к частоте. Это Достигнуто ограничением экстремальнб- го сигнала усилителей 28,29 и уровнем выходного сигнала датчика частоты 23.

Предложенное устройство по сравнению с прототипом позволит за счёт ограничения температуры силовых агрегатов ниже допустимой повысить их надежность и с0ок службы на 20-30%.:

Формула и з.о бретения

Устройство для регулирования температуры силовых агрегатов тепловоза, срдер- #ащёе Охлаждающие установки с асинхронными мотор вентиляторами дизеля, тягового и вспомогательного генераторов, силового преобразователя и тяговых

электродвигателей и регулятор, включающий в себя датчики напряжения и частоты вспомогательного генератора, дифференциальный и инвертирующий усилители, датчик температуры дизеля, при этом выход

дифференциального усилителя соединен с управляющим входом возбудителя вспомогательного генератора, а три входа соответственно соединены с источником опорного сигнала, с датчиком напряжения и параллельно с датчиком частоты и с выходом инвертирующего усилителя, который входом соединен с датчиком температуры дизеля, о т л и ч а ю Щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности, регулятор снабжён датчиком температуры силового преобразователя и датчиком температуры тяговых электродвигателей, выходы которых соединены с силовым преобразователем, с входом инвертирующего усилителя и

с выходом датчика частоты.

Использование: область охлаждения силового оборудования тепловозов. Сущность изобретения: устройство содержит возбудитель вспомогательного генератора, асинхронные мотор-вентиляторы, датчики частоты и напряжения, температуры преобразователя и тяговых двигателей, усилители, диоды, блок регулирования температуры изделия. Устройство регулирует ток возбуждения таким образом, что выполняется закон регулирования: отношение напряжения к его частоте не превосходит определенного значения, напряжение достаточно для возбуждения тягового генератора, подача воз- духа обеспечивает эффективное охлаждение силовых агрегатов тепловоза. При быстром повышении температуры преобразователя или тяговых двигателей, о чем сигнализирует датчик температуры, устройство повышает ток возбуждения, в результате чего возрастают напряжение и подача воздуха для охлаждения перегретого агрегата. 1 ил.