Способ регулирования напряжения тягового генератора тепловоза Советский патент 1982 года по МПК B60L11/02 

( СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ТЯГОВОГО ГЕНЕРАТОРА ТЕПЛОВОЗА

Изобретение относится к регулированию электропередач транспортных средств с автономным источником питания и может быть применено на тепловозах.

Известен способ регулирования напряжения тягового генератора тепловоза, заключающийся в том, что задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение генератор, измеряют положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки двигателя, соответствующее текущему значению его частоты вращения, измеряют напряжение тягового генератора, сравнивают его с величиной уставки и по величине рассогласования изменяют ток возбуждения генератора tl.

Недостатком способа является то, что при боксовании одной или нескольких осей локомотива возбуждение генератора изменяют в зависимости от максимального тока одного из тяговых

.двигателей, имеющего в данный момент наименьшую склонность к боксованию, т.е. стабилизируют напряжение тягового генератора. При появлении хотя бы на короткое время одновременного боксования всех колесных пар локомотива происходит срыв режима стабилизации напряжения и переход боксования в разносное.

Целью изобретения является умень10шение расхода топлива при данной частоте вращения путем согласования свободной мощности теплового двигателя и мощности, отбираемой тяговым генератором.

15

Указанная цель достигается тем, что задают положение дозирующего органа топливоподачи регулятора пропорционально заданной частоте вращения, сравнивают его с измеренным

20 положением, величину их рассогласования интегрируют по времени и принимают за величину уставки напряжения тягового генератора. 392 На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 - внешняя характеристика тягового генератора для различных позиций контроллера машиниста. Устройство состоит из теплового двигателя 1, например дизеля, с регулятором 2 частоты вращения и нагрузки. Тепловой двигатель 1 приводит во вращение тяговый генератор 3 например синхронный генератор. На выходе синхронного генератора включен выпрямитель 4. Напряжение тягового генератора 3 измеряется датчиком 5 напряжения, который соединен с одним из входов сумматора 6. Выход сумматора через блок 7 управления возбуждением соединен с тяговым генератором 3. Вход блока 8 измерения рассогласования положения органа топливоподачи регулятора 2 соединен через функциональный преобразователь 9 с задающим входом регулятора 2. Выход блока 8 через интегрирующий блок 10 .соединен с другим входом сумматора 6 На фиг.2 кривая а является естест венной внешней характеристикой синхронного генератора. Кривые 5 ,6,1представляют собой гиперболы постоян ной мощности для определенных значеНИИ частот вращения теплового двигателя. Уровни напряжений Ujj ,, и. соответствуют величине напряжений тягового генератора для определенных позиций контроллера машиниста. Если задана величина мощности дизеля, приводящего генератор, то oi- Раничение по заданной мощности дизеля может быть представлено равнобоко гиперболой, наложенной на линии постоянного напряжения в координатах напряжение генератора (Uj) - ток ге иаг,-.-глчгл (D|). нератора Ток генератора, с которым дизельат/ г а Г L// Tr riLiiiji пы оо rti - генератор работает на тепловозе, определяется преимущественно весом поезда и величиной подъема на элементе профиля, на котором работает тепловоз . Величина тока генератора может быт равной 3(1 . Тогда мощность, отбираемая тяговым генератором от дизеля, может быть равна свободной мощности дизеля (определяемой положением кривой Ъ) только при напряжении 0 , которому соответствует также единственное значение сигнала уставки дл контура регулирования напряжения. В случае равенства мощности генератора и свободной мощности дизеля (точка А) при заданной частоте вращения вала дизеля измеренное положение дозирующего органа топливоподачи регулятора равно заданному положению. Если напряжение, поддерживаемое контуром регулирования напряжения генератора, окажется меньше необходимого (J(g п (-la) при прежнем токе , то мощность, отбираемая тяговым генератором от дизеля, при заданной частоте вращения вала дизеля также окажется меньше свободной мощности изеля. Появится рассогласование в аданном и измеренном положениях доирующего органа топливоподачи ( Ьр) Lp) и разность - поступит на ход интегрирующего блока. Сигнал а выходе интегрирующего устройства амнет возрастать, приводя к возрасанию сигнала на входе сумматора конура регулирования напряжения и, сответственно, к возрастанию напряжения. Равновесие в системе наступит в точке А , когда напряжение генератора станет равным Uj при токе:3о., а мощность, отбираемая тяговым генератором от дизеля, станет равной свободной мощности дизеля. Аналогично система регулирования напряжения работает при увеличении напряжения. При проходе перелома профиля ток генератора изменяется и может принимать значения, например при увеличении подъема, или при уменьшении подъема. Если ток генератора увеличивается до величины при неизменном напряжении тягового генератора Uj,воз никает перегрузка дизеля тяговым генератором (мощность, отбираемая генератором, становится больше свободной мощности дизеля). При заданной частоте вращения вала дизеля появляется рассогласование в заданном и измеренном положениях дозирующего органа топливоподачи регулятора (). Разность +лЬр поступает на вход интегрирующего блока. Сигнал на выходе интегрирующего блока начинает уменьшаться, приводя к уменьшению сигнала задания на входе сумматора контура регулирования напряжения. Напряжение, поддерживаемое контуром регулирования напряжения, уменьшается; равновесие в системе наступит в точке Б, когда напряжение генератора станет равным при токе , а мощность, отбираемая тяговым генераторам от дизеля, станет равной свободной мощности дизеля. Аналогично работает система регулирования при формировании внешней характеристики тягового генератора при измерении задаваемой частоты вра щения вала дизельгенератора и соответствующего (по кривой минимального удельного расхода топлива) изменения свободной мощности дизеля. Новая (уменьшенная) частота враще ния и заданная мощность отвечает в координатах напряжение генератораток генератора новому отрезку равнобокой гиперболы 2. При токе генератора J(3 и напряжении J, поддерживаемом контуром регулирования напряжения, возникает перегрузка дизеля. Это означает, что при новой (уменьшенной) частоте вращения вала дизеля измеренный выход рейки топливного насоса будет больше задаваемого в соответствии с новой частотой вращения вала дизеля (). Разность +uUp поступает на вход интегрирующего блока, сигнал на выходе рирующего блока начинает уменьшаться, приводя к уменьшению сигнала задания в контуре регулирования напряжения. Соответственно уменьшается напряжение генератора, поддерживаемое контуром регулирования напряжения. Равновесие системы наступит в точке Б, когда напряжение генератора станет равным при токе J , а мощность, отбираемая тяговым генератором от дизеля, станет равной новой свободной мощности дизеля. Недоиспользование мощности дизеля при токе 3 и напряжении U возникает, если задается новая увеличенная частота вращения вала дизеля и, соответственно, новое (увеличенное) положение дозирующего органа топливопода.|Л.. ... ,.„..n.4( ЧИ регулятора. Измеренный выход рейки при токе Jjj и напряжении будет меньше задаваемого в соответствии с новой частотой вращения вала дизеля (Up7Lp), Разность -дЬр поступает на вход интегрирующего блока, сигнал на выходе интегрирующего блока начинает увеличиваться, приводя к увеличению сигнала задания в контуре регулирования напряжения. Соответственно увеличивается напряжение генератора, поддерживаемое контуром регулирования напряжения. Равновесие системы наступит в точке В, когда напряжение ге993 нератора станет равным U, при токе di мощность, отбираемая тяговым генератором от дизеля, станет равной новой свободной мощности дизеля, которому соответствует кривая б. Указанный способ формирования внешней характеристики тягового генератора из поля элементарных характеристик постоянного напряжения, уровень которых определяется интегралом рассогласования заданного и измеренного положения реек, позволяет осуществить работу тепловоза при постоянном напряжении, подведенном к электродвигателю, независимо от наличия или числа Одновременно боксующих колесных пар, в том числе и при одновременном боксовании всех колесных пар. Абсолютно жесткие характеристики напряжения (их минимальный наклон, обусловленный только требованиями устойчивости контура регулирования напряжения) позволяют получить высокие коэффициенты использования сцепного веса локомотива, исключить явления разносного боксования, сделать тяговые характеристики тепловоза приближеннымив наибольшей степени к тяговым характеристикам электровозов переменно-постоянного тока, сделать возможным реализацию столь же высоких коэффициентов тяги. Этот способ позволяет также осуществить работу тепловоза с полной мощностью дизеля и с частичными мощностями, соответствующими линиям наибольшей экономичности дизеля, в частности, по линии минимального удельного расхода топлива. Согласование режимов работы генератора и дизеля (установление напряжения генератора через контур регулирования напряжения, при котором мощность, отбираемая генератором, в точности равна свободной мощности дизеля, заП-Ч Oljtl fLfT A Of lALJ данной в соответствии с кривой, например минимального удельного расхода топлива) происходит автоматически с высокой тончостью, определяемой работающим контуром регулирования мощности дизельгенератора. Кроме этого, указанный способ позволяет осуществить формирование внешней характеристики тягового генератора только контуром регулирования мощности, содержащим измерительное устройство и интегрирующее устройство, без каких-либо дополнительных звеньев типа блока задания и селек79тивной схемы, формирующих характерис тику генератора по сигналам напряжения, тока и частоты вращения вала дизеля. Единственность, измерительного Устройства в контуре регулирования мощности предполагает и единственность точки настройки системы, простоту проведения и контроля настройки. Для улучшения характера переходных процессов в систему может быть введен сигнал, пропорциональный мгно венному рассогласованию заданного (Ь) и измеренного (Up) положения дозирующего органа топливоподачи регулятора (прохождение сигнала показа но на фиг.1 пунктиром). Такой дополнительный сигнал позволяет осуществить пропорционально-интегральное регулирование в контуре регулирования мощности, улучшающее характер переходного процесса, но не изменяю щего сущность и задачи предложенного способа формирования внешней харак теристики тягового генератора. Технико-экономические расчеты показали, что народно-хозяйственный эф фект от применения нового способа ре гулирования тягового генератора может составить 1200-2000 ру, на секцию в год, в зависимости от условий эксплуатации. 3 Формула изобретения Способ регулирования напряжения тягового генератора тепловоза, заключающийся в том, что задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение генератор, изме|ряют полом ение дозирующего оогана топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки двигателя, соответствующее текущему значению его частоты вращения, измеряют напряжения тягового генератора, сравнивают его с величиной уставки и по величине рассогласования изменяют ток возбуждения генератора, отличаю щийс я тем, что, с целью уменьшения расхода топлива при данной частоте вращения путем согласования свободной МОЩ.НОСТИ силового-двигателя и мощности, отбираемой тяговым генератором, задают положение дозирующего органа топливоподачи регулятора пропорционально заданной частоте вращения, сравнивают его с измеренным положением, величину их рассогласования инте)- рируют по времени и принимают за величину уставки напряжения тягового генератора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Вилькееич Б.И. Автоматическое управление электропередачей тепловозов. М., Транспорт, 1978, с., рис.30 (прототип).