Устройство регулирования температуры дизеля и возбуждения вспомогательного генератора тепловоза

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я}5 6 05 0 23/00, 23/19

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4658796/24 (22) 02.03Я9 (46) 23.05,93. Бюл. ГФ 19 (71) Луганский машиностроительный институт (72) О, Р.Мандрыка, И.А.часовский, А.С.Захарчук и С.В.Зайцев (56) Авторское свидетельство СССР

М 1108229, кл. F 01 Р 7/00, 1986.

Развитие локомотивной тяги. Фуфряненый Н.A. и др. 2-е изд. — M. Транспорт, 1988, с,72. (54) УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ДИЗЕЛЯ И ВОЗБУЖДЕНИЯ

ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА ТЕПЛОВОЗА (57) 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, асинхИзобретение 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 упроще: .е устройства и повышение энергетических показателей тепловоза, ».Ы2,„, 1817069 А1 ронные 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, 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 мощно- у уз сти; ток возбуждения Г не меньше заданной величины. Регулирование температуры путем изменения напряжения уменьшает по- Я тери мощности в устройстве и повышает

КПД тепловоза на 0,5...3, 1 ил.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства, также приведены основные силовые блоки тепловоза, свя- 0 за нные с устройством.

Дизель 1, являющийся источником энергоснабжения, механически связан с тя- в говым 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

1817069

40

55 возбудителем тягового генератора 8. Заявляемое 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 воэдухопроводом 12 с охлаждающим устройством 6 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 запитан 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 подключен к ин верти рующему входу дифференциального усилителя 22, выход которого соединен с одним входом второго блока 23 выбора максимального сигнала, выход его соединен с управляющим входом

24 возбудителя вопомогательного генератора 11, на другой вход блока 23 подключен блок 25 задания минимального значения тока возбуждения вспомогательного генератора 3.

Устройство 9 работает следующим образом, обеспечивая выполнени8 функций; а) поддерживает ток возбуждения вспомогательного генератора 3 не менее значения, установленного блоком 25; б) устанавливает такое значение напря>кения 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;

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

jjcTpoAcTBo 6 был достаточен для охлаждения жидкого теплоносителя и. следовательно, дизеля 1.

Блок 18 преобразования тока возбуждения 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 в цепь отрицательной обратной связи усилителя 14, линейно преобразует 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 температурВ. теплоносителя, Блок 20 преобразования частоты вспомогательного генератора 3 вырабатывает напряжение, пропорциональное частоте тока обмотки статора вспомогательного генератора 3 (обмотка статора является неотьемлемой 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 иэ выходных напряжений блока 25 и усилителя 22, выделяется блоком 23 и поступает на управляющий вход 24 возбудителя вспомогательного генератора 11.

Ток возбуждения, выработанный возбудителем 11 пропорционален значению сигнала на управляющем входе 24.

Возможны следующие предельные режимы работы устройства.

1817069

Дизель 1 работает на малых оборотах, ренциальногоусилителя22. Повышение(потяговый генератор 2 работает на холостом нижение) температуры теплоносителя приходу,т,к.тепловоз несоздаеттяги. Приэтом водит к повышению (понижению) ток возбуждения тягового генератора 2 и напряжения вспомогательного генератора частоты вспомогательного генератора 3 ма- 5 3 воздействием через блоки 14. 16, 17, 21, лы и ток возбуждения вспомогательного ге- 22, 23, 11. Соответственно асинхронные монергора 3 задается сигналом блока 25, Т.о. тор-вентиляторы 10 потребляя повышенное функция п, а) выполняется. (пониженное) напряжение увеличивают

Если в этом режиме напряжение вспо- (уменьшают)частотувращения засчетизмемогательного генератора 3 возрастает на- 10 ненияскольжения иувеличивают(уменьшастолько, что нарушится отношение этого ют) подачу воздуха в охлаждающее напряжения к частоте, то уменьшится вы- устройство 6. В асинхронных мотор-вентиходное напряжение дифференциального ляторах 10 применены роторы с повышенусилителя 22 и, соответственно, уменьшит- ным сопротивлением короткозамкнутой ся ток возбуждения вспомогательного гене- 15 обмотки, что позволяет изменять частоту ратора 3. Это приведет к уменьшению.его вращения при изменении напряжения в шинапряжения, следовательно функция и, б) роких пределах. выполняется. Наличие блока 13 преобразования темДругой предельный режим: дизель 1 ра- пературы воздуха в цепи отрицательной обботаетнамалыхоборотах,оттепловозатре- 20 ратной связи инвертора 14 улучшает буется значительная тяга, поэтому тяговый условия охлаждения теплоносителя. При погенератор 2 нагружен. В этом случае ток вышении(понижении)температуры воздуха возбуждения тягового генератора 2 при ма- повышается(понижается) коэффициентусилом значении напряжения вспомогательно- ления усилителя 14. Соответственно повыго генератора 3 может быть недостаточен 25 шается (понижается) напряжение и частота для возбуждения необходимой мощности. вращения асинхронных мотор-вентилятоПроисходит сравнение значения тока ров 10, что компенсирует уменьшение(увевозбуждения тягового генератора 2 с его личение) перепада температур между максимальным значением, возможным при теплоносителем и охлаждающим воздухом, данном значении напряжения вспомога- 30 Т.о. выполняется функция г)устройства 9. тельного генератора 3, питающего возбуди- Если в процессе регулирования темпетель тягового генератора 8. ратуры будет нарушена одна из функций а)

Сравнение происходит на дифференци- — в), например, ток возбуждения тягового альномусилителе22. Коэффициенты преоб- генератора 2 достигнет максимума, то устразования значений тока возбуждения 35 ройство 9 автоматически перейдет на сооттягового генератора 2 и напряжения вспо- ветствующий предельный режим и функция могательного генератора 3 к выходам диф- . восстановится как это было описано выше. ференциального усилителя 22 выбраны Этот переход происходит путем выделения такими, чтобы при максимальном значении большего или меньшего сигналов блоками тока возбуждения напряжение на неинвер- 40 16, 21, 23. тирующем входе усилителя 22 былобольше, На фиг. 2 приведена блок-схема проточем на инвертирующем íà t0...20 . Этим типа. Устройство — прототип 31 помимо обобеспечивается запас регулирования тока щих с устройством 9 узлов содержит возбуждения тягового генератора 2, т.к. ес- регулятор подачи воздуха 32, который предли ток возбуждения приближается к макси- 45 ставляет собой поворотные лопасти с пневмальному(его величину регулирует система моприводом. В прототипе 31 регулирование управления тягой тепловоза, которая на подачи воздуха осуществлено изменением фиг. 1 не показана), то повышается напря- угла лопастей при постоянном напряжении жение на выходе дифференциального уси- вспомогательного генератора 3. Как было лителя 22, возрастает ток возбуждения, а 50 показано выше, КПД и коэффициент мощноследовательно, и напряжение вспомога- сти асинхронных мотор-вентиляторов 10 в тельного генератора 3, питающее возбуди- этом случае понижаются, тель тягового генератора 8. Этим В устройстве 9 регулирование подачи обеспечивается выполнение функции в). воздуха осуществлено изменением напряВ непредельном режиме устройство 9 55 жения вспомогательного генерато а 3. П и р гу рует температуру дизеля 1 через на- номинальной мощности на мотор-вентиляе ли пряжение вспомогательного генератора 3. торы 10 подано номинальное напряжение и

Сигнал, пропорциональный температуре их КПД и коэффициент мощности оптимальтеплоносителя, через блоки 14, 16, 17, 21 ные. При понижении мощности мотор-венпоступает на инвертирующий вход диффе- тиляторов 10 путем понижения напряжения

1817069 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-тгредложенного устройства 9 позволит (по сравнению с прототипом 31) повысить КПД мотор-вентиляторов 10 на 5...157ь, коэффициенты мощности более чем на 5.. 15 ф 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 напряжения 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 макси5, мального сигнала, к инвертирующему входу дифференциального усилителя подключен выход блока преобразования напряжения вспомогательного генератора, о т л и ч а ю щ е еС я тем, что, с целью упрощения устройства

10 и повышения энергетических показателей тепловоза, в асинхронных мотор-вентиляторах применен ротор с повышенным сопротивлением короткоэамкнутой обмотки, а . в устройство введены блоки преобразова15 ния температуры теплоносителя в охлаждающем устройстве и температуры окружающего воздуха, блок преобразования тока возбуждения тягового генератора, инвертор, решающий усилитель, второй

20 блок выбора максимального сигнала и блок выбора минимального сигнала, выход которого подсоединен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя, а входы — к выходам инвертора и блока преобра25 зования частоты вспомогательного генератора, вход инвертора подсоединен к выходу второго блока выбора максимального сигнала, входы которого соединены с выходами решающего усилителя и блока

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

35 включен в цепь отрицательной обратной связи решающего усилителя, обмотки статоров асинхронных мотор-вентиляторов под. ключены непосредственно в обмотке статора вспомогательного генератора па40 раллельной ей.

1817069 !

Г:

I ! У

Составитель Б. Невзлин

Редактор С. Кулакова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор H. Король

Заказ 1722 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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