Устройство регулирования температуры дизеля и возбуждения вспомогательного генератора тепловоза Советский патент 1993 года по МПК G05D23/00 G05D23/19 

Изобретение относится к охлаждению двигателей внутреннего сгорания (дизелей), может быть отнесено к подклассу транспортных средств и предназначено для регулирования температуры дизеля и возбуждения вспомогательного генератора тепловозов, а также других транспортных средств, например, морских или речных судов и стационарных установок с питанием от собственных источников энергоснабжения.

Целью изобретения является упрощение устройства и повышение энергетичё- сних показателей тепловоза,

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства, также приведены основные силовые блоки тепловоза, связанные с устройством.

Дизель 1, являющийся источником энергоснабжения, механически связан с тяговым генератором 2 и вспомогательным генератором 3. Тяговый генератор 2 питает преобразователь 4, от которого запитаны тяговые двигатели 5. Охлаждающее устройство связано с дизелем 1 гидропроводом 7, по которому движется жидкий теплоноситель, предназначенный для охлаждения дизеля 1. Тяговый генератор 2 снабжен

со

ч о

Os

о

возбудителем тягового генератора 8. Заяа- ляемое устройство 9 включает асинхронные мотор-вентиляторы 10 и возбудитель вспомогательного генератора 11, которые вместе с возбудителем тягового генератора 8 питаются от вспомогательного генератора 3. Асинхронные мотор-вентиляторы 10 связаны воздухопроводом 12 с охлаждающим устройством б и блоком преобразования 13 температуры воздуха. Последний включен в цепь отрицательной обратной связи решающего усилителя 14, ко входу которого подсоединен блок преобразования 15 температуры теплоносителя. Вход разрешающего усилителя 14 соединен со входом первого блока выбора 16 максимального сигнала, выход которого подключен ко входу инвертора 17. Второй вход блока 16 за- питэн от блока преобразования 18 тока возбуждения тягового генератора 2,

Входы блока 19 преобразования напряжения и блока 20 преобразования частоты вспомогательного генератора 3 запитаны от вспомогательного генератора 3. Выход блока 20 соединен с одним входом блока выбора минимального сигнала 21, на другой вход которого подан выходной сигнал инвертора 17. Выход блока выбора минимального сигнала 21 подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя 22. Выход блока 19 преобразования напряжения вспомогательного генератора 3 подклю- чен к инвертирующему входу дифференциального усилителя 22, выход которого соединен с одним входом второго блока 23 выбора максимального сигнала, выход его соединен с управляющим входом 24 возбудителя вспомогательного генератора 11, на другой вход блока 23 подключен блок 25 задания минимального значения тока возбуждения вспомогательного генератора 3.

Устройство 9 работает следующим образом, обеспечивая выполнений функций:

а) поддерживает ток возбуждения вспомогательного генератора 3 не менее значения, установленного блоком 25;

б) устанавливает такое значение напряжения вспомогательного генератора 3, чтобы отношение напряжения к частоте бело не более определенной величины;

в) устанавливает такое значение напряжения вспомогательного генератора 3, чтобы ток возбуждения тягового генератора 2 был достаточен для обеспечения выходной мощности тягового генератора 2;

г) поддерживает такое значение выходной мощности вспомогательного генератора 3, чтобы поток воздуха, подаваемый мотор-вентиляторами 10 в охладительное

устройство fi был достаточен для охлаждения жидкого теплоносителя и, следовательно, дизеля 1.

Блок 18 преобразования тока возбужде- ния тягового генератора 2 вырабатывает сигнал, пропорциональный значению тока возбуждения тягового генератора 2.

Блок 15 преобразования температуры

теплоносителя преобразует температуру в

значение напряжения, которое поступает

на вход решающего усилителя 14. Блок

13 преобразования температуры воздуха, включенный D цепь отрицательной обратной связи усилителя 14, линейно преобразу- ет температуру воздуха, поступающего в воздухопровод 12, в сопротивление. Т.о. сигнал на выходе решающего усилителя

14 пропорционален произведению температур теплоносителя и воздуха. Блок 16 осуществляет выделение большего из выходных сигналов решающего усилителя 14 и блока 19. Т.о., если недостаточен ток возбуждения тягового генератора 2, то регулирование осуществляется по нему, в противном случае - по температур - теплоносителя.

Блок 20 преобразования частоты вспомогательного генератора 3 вырабатывает напряжение, пропорциональное частоте тока обмотки статора вспомогательного генератора 3 (обмотка статора является неотъемлемой частью вспомогательного генератора 3 и поэтому на фиг, 1 не выделена). Блок 21 выделяет меньший из выходных сигналов инвертора 17 и блока 20. Блок 19 преобразования напряжения вспомогательного генератора 3 выпрямляет его и масштабирует до значения, соответствующего диапазону выходных сигналов дифференциального усилителя 22. Т.к. выходной сигнал блока 17 поступает на инвертирующий вход дифференциального усилителя 22, то напряжение на выходе дифференциального усилителя 22 пропорционально разности

масштабированных значений напряжения вспомогательного генератора 3 и меньшего из сигналов-частоты или инвертированных сигналов температур теплоносителя и воздуха, а также тока возбуждения тягового

генератора 2.

Большее из выходных напряжений блока 25 и усилителя 22, выделяется блоком 23 и поступает на управляющий вход 24 возбу- дителя вспомогательного генератора 11. Ток возбуждения, выработанный возбудителем 11 пропорционален значению сигнала на управляющем входе 24.

Возможны следующие предельные режимы работы устройства.

Дизель 1 работает на малых оборотах, тяговый генератор 2 работает на холостом ходу, т.к. тепловоз не создает тяги. При этом ток возбуждения тягового генератора 2 и частоты вспомогательного генератора 3 малы и ток возбуждения вспомогательного ге- 3 задается сигналом блока 25, Т.о. функция п. а) выполняется.

Если в этом режиме напряжение вспомогательного генератора 3 возрастает настолько, что нарушится отношение этого напряжения к частоте, то уменьшится выходное напряжение дифференциального усилителя 22 и, соответственно, уменьшится ток возбуждения вспомогательного генератора 3. Это приведет к уменьшению его напряжения, следовательно функция п. б) выполняется,

Другой предельный режим: дизель 1 работает на малых оборотах, от тепловоза требуется значительная тяга, поэтому тяговый генератор 2 нагружен, 8 этом случае ток возбуждения тягового генератора 2 при малом значении напряжения вспомогательного генератора 3 может быть недостаточен для возбуждения необходимой мощности.

Происходит сравнение значения тока возбуждения тягового генератора 2 с его максимальным значением, возможным при данном значении напряжения вспомогательного генератора 3, питающего возбудитель тягового генератора 8.

Сравнение происходит на дифференциальном усилителе 22. Коэффициенты преобразования значений тока возбуждения тягового генератора 2 и напряжения вспомогательного генератора 3 к выходам дифференциального усилителя 22 выбраны такими, чтобы при максимальном значении тока возбуждения напряжение на неинвертирующем входе усилителя 22 было больше, чем на инвертирующем на 10.,.20%. Этим обеспечивается запас регулирования тока возбуждения тягового генератора 2, т.к. если ток возбуждения приближается к максимальному (его величину регулирует система управления тягой тепловоза, которая на фиг. 1 не показана), то повышается напряжение на выходе дифференциального усилителя 22, возрастает ток возбуждения, а следовательно, и напряжение вспомогательного генератора 3, питающее возбудитель тягового генератора 8. Этим обеспечивается выполнение функции в).

В непредельном режиме устройство 9 регулирует температуру дизеля Т через напряжение вспомогательного генератора 3. Сигнал, пропорциональный температуре теплоносителя, через блоки 14, 16, 17. 21 поступает на инвертирующий вход дифференциального усилителя 22. Повышение (понижение) температуры теплоносителя приводит к повышению (понижению) напряжения вспомогательного генератора 5 3 воздействием через блоки 14, 16, 17, 21, 22,23, 11. Соответственно асинхронные мотор-вентиляторы 10 потребляя повышенное (пониженное) напряжение увеличивают (уменьшают) частоту вращения за счет изме0 нения скольжения и увеличивают (уменьшают) подачу воздуха в охлаждающее устройство 6. В асинхронных мотор-вентиляторах 10 применены роторы с повышенным сопротивлением короткозамкнутрй

5 обмотки, что позволяет изменять частоту вращения при изменении напряжения в широких пределах.

Наличие блока 13 преобразования температуры воздуха в цепи отрицательной об0 ратной связи инвертора 14 улучшает условия охлаждения теплоносителя. При повышении (понижении) температуры воздуха повышается (понижается) коэффициент усиления усилителя 14. Соответственно повы5 шается (понижается) напряжение и частота вращения асинхронных мотор-вентиляторов 10, что компенсирует уменьшение (увеличение) перепада температур между теплоносителем и охлаждающим воздухом.

0 Т.о. выполняется функция г) устройства 9.

Если в процессе регулирования температуры будет нарушена одна из функций а) - в), например, ток возбуждения тягового генератора 2 достигнет максимума, то уст5 ройство 9 автоматически перейдет на соответствующий предельный режим и функция восстановится как это было описано выше. Этот переход происходит путем выделения большего или меньшего сигналов блоками

0 16,21,23.

На фиг. 2 приведена блок-схема прототипа. Устройство - прототип 31 помимо общих с устройством 9 узлов содержит регулятор подачи воздуха 32, который пред5 ставляет собой поворотные лопасти с пнев- моприводом. В прототипе 31 регулирование подачи воздуха осуществлено изменением угла лопастей при постоянном напряжении вспомогательного генератора 3. Как было

0 показано выше, КПД и коэффициент мощности асинхронных мотор-вентиляторов 10 в этом случае понижаются,

В устройстве 9 регулирование подачи воздуха осуществлено изменением напря5 жения вспомогательного генератора 3. При номинальной мощности на мотор-вентиляторы 10 подано номинальное напряжение и их КПД и коэффициент мощности оптимальные. При понижении мощности мотор-вен- тиляторов 10 путем понижения напряжения

уменьшаются примерно в одинаковой пропорции их ток под нагрузкой и ток холостого хода, поэтому КПД уменьшается незначительно, а коэффициент мощности может даже возрасти.

Следовательно, применение тфедло- женного устройства 9 позволит (по сравнению с прототипом 31) повысить КПД мотор-вентиляторов 10 на 5,..15%, коэффициенты мощности более чем на 5...15% и снизить стоимость на 15...20%, т.к. полупроводниковые усилители, диоды и датчики, тем более в интегральном исполнении, во много раз дешевле поворотных лопастей с пневмоприводом. Кроме того, при понижении напряжения повышается КПД и коэффициент мощности вспомогательного генератора 3, что позволит поднять эти энергетические показатели тепловоза на 0,5...3%.

Формула изобретения Устройство регулирования температуры дизеля и возбуждения вспомогательного генератора тепловоза, содержащее асинхронные мотор-вентиляторы, встроенные в охлаждающее устройство дизеля радиаторного типа, блоки преобразования напряже- ния и частоты вспомогательного генератора, блок выбора максимального сигнала, дифференциальный усилитель, возбудитель вспомогательного генератора, блок задания минимального значения тока возбуждения вспомогательного генератора, выход которого связан с одним входом блока выбора максимального сигнала, а другой вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, выход возбудителя вспомогательного генератора связан с обмоткой возбуждения вспомогательного

генератора, выводы питания возбудителя связаны с обмоткой статора вспомогательного генератора, управляющий вход возбу- дителя связан с выходом блока выбора максимального сигнала, к инвертирующему входу дифференциального усилителя подключен выход блока преобразования напряжения вспомогательного генератора, отличающее- с я тем, что, с целью упрощения устройства

и повышения энергетических показателей тепловоза, в асинхронных мотор-вентиляторах применен ротор с повышенным сопротивлением короткозамкнутой обмотки, а в устройство введены блоки преобразования температуры теплоносителя в охлаждающем устройстве и температуры окружающего воздуха, блок преобразования тока возбуждения тягового генератора, инвертор, решающий усилитель, второй

блок выбора максимального сигнала и блок выбора минимального сигнала, выход которого подсоединен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя, а входы - к выходам инвертора и блока преобразования частоты вспомогательного генератора, вход инвертора подсоединен к выходу второго блока выбора максимального сигнала, входы которого соединены с выхо- дами решающего усилителя и блока

преобразования тока возбуждения тягового генератора, вход решающего усилителя соединен с выходом блока преобразования температуры теплоносителя, блок преобразования температуры окружающего воздуха

включен в цепь отрицательной обратной связи решающего усилителя, обмотки статоров асинхронных мотор-вентиляторов подключены непосредственно в обмотке статора вспомогательного генератора параллельной ей.

Изобретение относится к охлаждению ДВС и предназначено для регулирования температуры дизеля и возбуждения вспомогательного генератора (Г) тепловоза, а также других транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения. Устройство содержит возбудитель Г, асийхронные мотор-вентиляторы (В) с повышенным сопротивлением обмотки ротора, усилители и блоки преобразования: тока возбуждения Г, тока возбуждения тягового генератора, температуры жидкого теплоносителя, температуры охлаждающего воздуха, напряжения и частоты Г. Усилители и блоки преобразования формируют сигнал f управляющий током возбуждения Г, так, что: выполняется закон регулирования В - отношение питающего напряжения, вырабатываемого Г, к его частоте не превосходит определенного значения; величина напряжения достаточна для развития В мощности , необходимой для подачи нужного количества воздуха на охлаждение теплоносителя; ток возбуждения тягового генератора достаточен для развития или требуемой мощности; ток возбуждения Г не меньше заданной величины. Регулирование температуры путем изменения напряжения уменьшает потери мощности в устройстве и повышает КПД тепловоза на 0,5,..3%. 1 ил. (Л С