Устройство для регулирования температуры силовых агрегатов тепловоза

 

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 воздуха 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ И СТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 61 С 5/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

6, К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4815514/11 (22) 17.04.90 (46) 30.01.93. Бюл. N. 4 (71) Ворошиловградский машиностроительный институт (72) А.С. Захарчук, С.В. Зайцев и С.П. Колесниченко (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 11(8229, кл. F 01 Р 7/00, 1983.

2, Нестеров Э.И, и др. Новости зарубежного тепловозостроения. Обзор. ЦНИИ- ТЭИ, Тяжмаш, 1987, с. 3-15. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ СИЛОВЫХ АГРЕГАТОВ

ТЕП.г1ОВОЗА (57) Использование: область охлаждения силового оборудования тепловозов. Сущность изобретения: устройство содержит возбудитель вспомогательного генератора, асинхУстройство отйосится к области охлаждения силовых агрегатов тепловозов (дизелей, генераторов, преобразователей и тяговых двигателей), может быть отнесено к подклассутранспортных 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

„„ Я„„1791220 А1 ронные мотор-вентиляторы. датчики частоты и напряжения, температуры преобразователя и тяговых двигателей, усилители, диоды, блок регулирования температуры из- делия, 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 воздуха обеспечивает эффективное охлаждение силовых агрегатов тепловоза, При быстром повышении температуры преобразователя или тяговых двигателей, очем сигнализирует датчик температуры, устройство повышает ток возбуждения, в результате чего возрастают напряжение и подача воздуха для охлаждения перегретого агрегата, 1 ил, и квазипостоянном температурном режиме остального оборудования. В результате пе-. регрева 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

1791220 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 (и ропорционально квадрату тока) возрастают электрические потери в двигателях и быстро растет их температура. Мощность же дизеля в этом режиме изменяется незначитель- 10 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 преобразова20 теля, т.к. режим работы именно этих агрегатов подвержен наибольшим вариациям.

Как известно, перегрев сопровождается снижением срока службы изоляции и по3 вышен ием вероятности отказа устройств.

Целью изобретения является повышение надежности и срока службы силового оборудования тепловоза.

Цель достигается тем, что в устройстве для регулирования силовых агрегатов тепновки : с асинхронными мотор-вентиляторами дизеля, тягового и вспомогательного генераторов, силового преобразователя и тяговых электродвигателей и регулятор, включающий в себя датчи- 35 ки напряжения и частоты вспомогательного генератора, дифференциальный и инвертирующий усилители, датчик температуры дизеля, при этом выход дифференциального усилителя отсоединен с управляющим вхо- 40 дом возбудителя вспомогательного генератора, а три входа соответственно соединены с источником опорного сигнала, с датчиком напряжейия и параллельно с датчиком частоты и с выходом инвертирующего усилителя, который входом соединен с датчиКом температуры дизеля, регулятор снабжен датчиком температуры силового преобразователя и датчиком температурй тяговых электродвигателей, выходы которых соединены с силовым преобразовате: лем, с входом инвертирующего усилителя и с аыходом датчика частоты.

Приведенное сочетание существующих призйаков в айалогах не обнаружено

Блок-схема устройства показана на чертеже.

Дизель 1 являющийся источником энергоснабжения тепловоза, механически связан с тяговым генератором 2 и ловоза, содержащем охлаждающие уста- 30 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 агрегатами: 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, йодключенйый 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 опор ного 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.

1791220 выходе дифференциального усилителя 22 и соответственно, ток возбуждения вспомогательного генератора 3.

Достаточность напряжения вспомогательйого 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 неинвертирующем входах дифференциального усилителя 22. Изменение

Устройство 9 работает следующим образом, обеспечивая выполнение функций: а) поддерживает ток возбуждения вспомогательного генератора 3 не менее значения, заданного источником опорного 5 сигнала 25, и таким, чтобы ток возбуждения тягового генератора 2 был достаточен для обеспечения выходной мощности тягового генератора 2; б) устанавливает такое значение напря- 10 жения вспомогательного генератора 3, чтобы oTношение напряжения к частоте было не более определенной величины, а поток воздуха, подаваемого асинхронными моторвентйляторами 10 в охладительное устрой- 15 ство 6 был достаточен для охлаждения дизеля 1. в) при перегреве силового преобразователя 4 или тяговых электродвигателей 5 повышает напряжение вспомогательного 20 генератора 3 до такого значения, при котором асинхронные мотор-вентиляторы 10 обеспечивает охлаждение перегретого агрегата, при этом отношение напряжения к частоте остается не более определенной ве- 25 личины, Выполнение функции "а" осуществляется исТочником опорного сигнала 25 и дифферейциальным усилителем 22, а также регулятором 13 и инвертирующим усилите- 30 лем 18. Если напряжение вспомогательного генератора 3, например при очень низкой частбте вращения дизеля 1, снижается и соответственно уменьшается его ток возбуждения, становясь меньше минимально 35 допустимого, то снижается сигнал на инвертирующем входе дифференциального усилителя 22, а сигнал источника 25 остается неизменным, возрастает напряжение на частоты вращения дизеля 1 и частоты вспомогательного генератора 3 приводит к сооТветственному 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 входов и произойдет снижение выходных сигналов усилителя 22, возбудителя 11, и следовательно напряжения вспомогательного генератора 3;

Регулятор 13, в состав которого входят температуры жидкого теплоносителя и воз- духа, вырабатывает сигнал, который пройдя через усилители 18 и 22, а также возбудитель 11, поддерживает напряжение вспомогательного генератора минимально достаточным для охлаждения дизеля 1.

Функция "в" реализуется следующим образом. При допустимой температуре силового преобразователя 4 тяговых электродвигателей 5 датчики температуры 14 и 15 вырабатывают сигнал превосходящий напряжение преобразова теля 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 силового 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 пропорциональны контролируемой температуре, например терморезисторы типа позисторов, т.е, с положительным температурным коэффициентом сопротивления.

Значительный перегрев силового преобразователя 4 и тяговых электродвигателей 5 может произойти, например, при движении тепловоза на затяжном подъеме.

При этом возрастает тяговое усилие и снижается скорость, т,е. мощность дизеля 1 и тягового генератора 2 изменяется в небольших пределах. Но возрастание тягового уси-. лия . осуществляется за счет соответствующего повышения тока тяговых электродвигателей 5 и, следовательно, силового 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 тягового 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 соответствен1791220

7 но становится меньше напряжения преобразователя 4 и на вход усилителя 28 и 29 поступает сигнал соответствующего датчика выделенный диодами 30 — ЗЗ. Выходные сигналы усилителей 28, 29 суммируются ре- 5 зисторами 26, 27.

Результирующий сигнал, пониженный прй перегреве силового преобразователя 4 или тяговых электродвигателей 5, пройдя через инвертирующий усилитель 18 и диф- 10 ференциальный 22 повышает ток возбуждения и, следовательно, найряжение вспомогательного генератора 3, Соответственно увеличивается мощность мотор-вентиляторов 10 и подача ими воздуха в 15 воздухопровод 12. Температура силовых агрегатов снижается до допустимого уровня.

На диодах 17, 19 происходит сравнение результирующего сигнала усилителей 28, 29 с сигналом датчика частоты 23 с тем чтобы не 20 допустить наруШения отношения напряжения вспомогательного генератора 3 к частоте;

Это достигнуто огранйчением экстремального сигнала усилителей 28, 29 и уровнем выходного сигнала датчика частоты 23, 25

Предложенное устройство по сравне- нйю с прототипом позволит за счет ограничения темпера гуры силовых агрегатов ниже допустимой повысить их надежность и срок службы на 20 — 30, 30

©ормула изобретения

Устройство для регулирования температурй силовых агрегатов тепловоза, содержащее 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 температурй дизеля, при этом выход дифферейциального усилителя соединен с управляющим входом возбудителя вспомогательйого генератора, а три входа соответственно соединены с источником опорного сигнала, с датчиком найряжения 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 снабжен датчиком температуры силового преобразователя и датчиком температуры тяговых электродвигателей, выходы которых соединены с силовым преобразователем; с входом инвертирующего усилителя и с выходом датчика частоты, 1791220

Составитель Б.Невзлин

Техред М.Моргентал Корректор М;Ткач

Редактор Т.,Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 122 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5