Способ регулирования напряжения тягового генератора тепловоза

 

О П N .A H И Е (и)925693

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополннтельное к авт. санд-ву (22)Заявлено 25.01.80 (21) 2874310/24" 11 с прнсоеднненнем заявки М (23) Приоритет(5l)M. Кл.

В 60 L 11/02

Гасударственный квинтет

СССР по делен нэабретений и открытий

Опублнковано 07. 05. 82. Бюллетень № f 7

Дата опублнковання опнсання 07. 05.82 (53) УДК 629 424..1(088.8) Ю. M. Пере гудов, И .А. Новиков, С .И. Шевченко

В. Г. Хижняков, С. Н, Краснянская, М. И, Ароно и В.С.Марченко ! р„ v. (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

ТЯГОВОГО ГЕНЕРАТОРА ТЕПЛОВОЗА

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

Известен способ регулирования на- пряжения тягового генератора тепловоза, заключающийся в том, что задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение генерато тор, 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 111.

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 умень" шение расхода топлива при данной частоте вращения путем согласования свободной мощности теплового двигателя и мощности, отбираемой .тяговым генератором.

Указанная цель достигается тем, что задают положение дозирующего органа топливоподачи регулятора пропорционально заданной частоте вращения, сравнивают его с измеренным положением, величину их рассогласования интегрируют по времени и принимают за величину уставки напряжения тягового генератора.

926693

Если задана величина мощности дизеля, приводящего генератор, то ограничение по заданной мощности дизе ля может быть представлено равнобокой 40 гиперболой, наложенной на линии постоянного напряжения в координатах

"напряжение генератора (U ) - ток генератора (3,1)".

Ток генератора, с которым дизельгенератор работает на тепловозе, определяется преимущественно весом поезда и величиной подъема на элементе профиля, на котором работает тепловоз.

Величина тока генератора может быть

50 равной 3,1„. Тогда мощность, отбираемая тяговым генератором от дизеля, может быть равна свободной мощности дизеля (определяемой положением кривой Ь} только при напряжении 0 ., которому соответствует также единственное значение сигнала уставки для контура регулирования напряжения. В

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, 10 например синхронный генератор. На выходе синхронного генератора включен выпрямитель 4. Напряжение тягового генератора 3 измеряется датчиком 5 напряжения, который соединен с одним 15 из входов сумматора 6. Выход сумматора через блок 7 управления возбуждением соединен с тяговым генератором 3. Вход блока 8 измерения рассогласования положения органа топли- 20 воподачи регулятора 2 соединен через функциональный преобразователь 9 с задающим входом регулятора 2. Выход блока 8 через интегрирующий блок 10 .соединен с другим входом сумматора 6.25

На фиг.2 кривая а является естественной внешней характеристикой синхронного генератора. Кривые 5, 8, Я представляют собой гиперболы постоянной мощности для определенных значе- 50 ний частот вращения теплового двигателя. Уровни напряжений Ud„od, V< соответствуют величине напряжений тягового генератора для определенных позиций контроллера машиниста.

35 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 (U< (О, ) при прежнем токе 3 „, а1 то мощность, отбираемая тяговым генератором от дизеля, при заданной частоте вращения вала дизеля также окажется меньше свободной мощности дизеля. Появится рассогласование в заданном и измеренном положениях дозирующего органа топливоподачи (1,р7

>I„>) и разность - Ь1„Р поступит на вход интегрирующего блока. Сигнал на выходе интегрирующего устройства начнет возрастать, приводя к возрастанию сигнала на входе сумматора контура регулирования напряжения и, соответственно, к возрастанию напряжения. Равновесие в системе наступит в точке А, когда напряжение генератора станет равным 0 ° при токе а1 а 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 Эд при увеличении подъема, или 3,1 при уменьшении подь".ма.

Если ток генератора увеличивается до величины 3 при неизменном напряжении тягового генератора Ug возникает 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 (L p (ЬР).

Разность +д1„Р 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 0С.,1 при токе 3gq, а

925693 мощность, отбираемая тяговым генератором 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 вращения и заданная мощность отвечает в координатах "напряжение генератораток генератора" новому отрезку равнобокой гиперболы 2. При токе генератора 3g< и напряжении О«, 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 (Ь Р(4Р). Разность

+ L,> поступает на вход интегрирующего блока, сигнал на выходе интегрирующего блока начинает уменьшаться, приводя к уменьшению сигнала задания в контуре регулирования наI пряжения. Соответственно уменьшается напряжение генератора, поддерживаемое контуром регулирования напряжения. Равновесие системы наступит в точке Б, когда напряжение генератора станет равным Од при токе 3« а мощность, отбираемая тяговым генератором от дизеля, станет равной новой свободной мощности дизеля.

Недоиспользование мощности дизеля при токе Э „ и напряжении 0 „ возникает, если задается новая увеличенная частота вращения вала дизеля и, соответственно, новое (увеличенное) положение доэирующего органа топливопода3 чи регулятора. Измеренный выход рейки при токе 3 и напряжении 0 1„будет

1 меньше задаваемого в соответствии с новой частотой вращения вала дизеля (L+<) "р). Разность -ЬЬР 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, под5 держиваемое контуром регулирования напряжения. Равновесие системы наступит в точке В, когда напряжение генератора станет равным U при токе

4ъ

3 „, а 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, уро10 вень которых определяется интегралом рассогласования заданного и измеренного положения реек, позволяет осуществить работу тепловоза при постоянном напряжении, подведенном к злек15 тродвигателю, независимо от наличия или числа Одновременно боксующих колесных пар, в том числе и при одновременном боксовании всех колесных пар. Абсолютно жесткие характеристик ки напряжения (их минимальный наклон, обусловленный только требованиями устойчивости контура регулирования напряжения) позволяют получить высокие коэффициенты использования

25 сцепного веса локомотива, исключить явления разносного боксования, сделать тяговые характеристики тепловоза приближенными в 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. Согласова40 ние режимов работы генератора и дизеля (установление напряжения генератора через контур регулирования напряжения, при котором мощность, отбираемая генератором, в точности равна свободной мощности дизеля, за" 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

5 мощности, содержащим измерительное устройство и интегрирующее устройство, без каких-либо дополнительных звеньев типа блока задания и селек925693

Для улучшения характера переходных процессов в систему может быть введен сигнал, пропорциональный мгновенному рассогласованию заданного (L+p) и измеренного (4p) положения дозирующего органа топливоподачи регулятора (прохождение сигнала показано на фиг.1 пунктиром). Такой дополнительный сигнал позволяет осуществить пропорционально-интегральное регулирование в контуре регулирования мощности, улучшающее характер переходного процесса, но не изменяющего сущность и задачи предложенного способа формирования внешней характеристики тягового генератора. го

Технико-экономические расчеты показали, что народно-хозяйственный эффект от применения нового способа ре30 гулирования тягового генератора может составить 1200-2000 pyg. на секцию в год, в зависимости от условий эксплуатации. тивной схемы, формирующих характеристи ку генератора по си гн алам 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. о

Формула изобретения

Способ регулирования напряжения тягового генератора тепловоза, заключающийся в том, что задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение генератор, изме ряют положение 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, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения расхода топлива при данной частоте вращения путем согласования свободной мощности 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 интегрируют по времени и принимают за величину уставки напряжения тягового генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Вилькевич Б.И. Автоматическое управление электропередачей тепловозов. M., "Транспорт", 1978, с.39-41, рис.30 (прототип).