Способ регулирования тока возбуждения дизель-генератора транспортного средства и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области автоматического регулирования дизель-генераторных установок транспортных средств. Способ регулирования тока возбуждения дизель-генератора транспортного средства предусматривает формирование гиперболической селективной характеристики при помощи многообмоточного магнитного усилителя, контроль в области максимальных значений напряжений управления, изменяющихся пропорционально напряжению и току дизель-генератора, и отключение одного из контролируемых напряжений при достижении вторым напряжением наперед заданного максимального значения. Способ реализуется устройством, которое содержит многообмоточный магнитный усилитель, регулируемый резистор, однофазные диодные мосты, балластные резисторы, конденсатор, разделительный диод и реле напряжения. Изобретение направлено на повышение качества регулирования. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области автоматического регулирования дизель-генераторных установок транспортных средств.

В качестве прототипа принята система автоматического регулирования тока возбуждения тягового дизель-генератора тепловоза. Действие известной системы основано на использовании способа (прототип п.1 формулы), который заключается в том, что формируют два управляющих напряжения, изменяющихся пропорционально выходным току и напряжению генератора, и регулируют его ток возбуждения с использованием суммы управляющих напряжений.

Известный способ может быть реализован при помощи двух устройств, которые приняты в качестве прототипа устройства, соответствующих п.2 и 3 формулы. Первое известное устройство содержит магнитный усилитель с рабочими обмотками, которые включены в цепь питания обмотки возбуждения генератора, и с управляющей обмоткой, соединенной последовательно с регулируемым резистором, два однофазных мостовых выпрямителя и два балластных регулируемых резистора трансформаторов постоянного тока и постоянного напряжения. Второе известное устройство содержит магнитный усилитель с рабочими обмотками, которые включены в цепь питания обмотки возбуждения генератора, и с управляющей обмоткой, соединенной последовательно с регулируемым резисторов, n трансформаторов постоянного тока, трансформатор постоянного напряжения, n первых и второй однофазные мостовые выпрямители, первый и второй балластные регулируемые резисторы. Это известное устройство предназначено для дизель-генераторов, питающих параллельно соединенные тяговые электродвигатели, и обеспечивает динамически жесткую характеристику выходного напряжения генератора, которая улучшает противобоксовочные свойства тепловоза.

Известной системе регулирования присущи такие недостатки. Выходные ток и напряжение генератора ограничиваются на промежуточных позициях контроллера управления. Уровень этих ограничений зависит от позиции и значительно меньше максимально допустимых значений выходных тока и напряжения генератора. В результате этого ухудшается использование выходной мощности генератора, суживается диапазон автоматического регулирования на каждой позиции контроллера выходных напряжения и тока генератора и соответственно скорости и силы тяги тепловоза. Это сопровождается увеличением количества операций по переводу контроллера с одной позиции на другую и соответственно изменений частоты вращения вала дизеля. Каждое такое изменение рабочего режима дизеля вызывает дополнительный расход дизельного топлива и повышает износ дизеля. Допустимые значения выходных тока и напряжения генератора в сильной степени зависят от величины прямого падения напряжения диодов однофазных мостовых выпрямителей. Прямое падение напряжения является нестабильной и температурно зависимой величиной, которая не настраивается во время технического обслуживания системы регулирования. Поэтому выходные ток и напряжение генератора могут превышать допустимые значения. В результате этого увеличивается вероятность перегрева электрооборудования и повреждения его электрической изоляции, сокращается срок службы этого вида оборудования.

Изобретение основано на том, что в системе регулирования дизель-генератора выполняют операцию формирования управляющих напряжений, пропорциональных выходному току и напряжению генератора, операцию регулирования его тока возбуждения на основе суммы управляющих напряжений, дополнительно сравнивают их текущие значения с заданными значениями, которые соответствуют максимально допустимым выходным току и напряжению генератора, и при достижении заданного значения одним из управляющих напряжений на его основе регулируют ток возбуждения. Для выполнения дополнительных операций снабжают первое известное устройство конденсатором и двумя реле напряжения, второе разделительным диодом, двумя реле напряжения и конденсатором. Дополнительные операции позволяют исключать ограничения выходных тока и напряжения генератора, вносимые системой регулирования на промежуточных позициях контроллера, расширить на каждой из них диапазон автоматического регулирования и повысить точность поддержания заданных значений управляющих напряжений и соответственно максимально допустимых значений выходных тока и напряжения генератора. Более высокая точность достигается тем, что заданные значения управляющих напряжений определяются уставкой срабатывания реле напряжения, которая по сравнению с прямым падением напряжения диодов является более стабильной и более удобной для настройки и контроля величиной.

Технический результат изобретения характеризуется экономией дизельного топлива, увеличением срока службы дизеля и сокращением расходов на его эксплуатацию за счет расширения диапазона автоматического регулирования выходных тока и напряжения генератора на промежуточных позициях контроллера, улучшением надежности дизель-генератора и снижением вероятности повреждения его электрического оборудования благодаря поддержанию максимально допустимых тока и напряжения генератора с большей точностью.

На фиг. 1 и 2 приведены принципиальные электрические схемы устройства, которое реализует способ регулирования тока возбуждения и соответствует п.2 и 3 формулы изобретения.

На схеме фиг. 1 показаны трансформаторы постоянного тока 1 и постоянного напряжения 2, первый 3 и второй 4 балластные регулируемые резисторы, первый 5 и второй 6 однофазные мостовые выпрямители, управляющая обмотка 7 магнитного усилителя, регулируемый резистор 8, конденсатор 9, первое 10 и второе 11 реле напряжения с размыкающими контактами 10.1 и 11.1. Трансформатор 1 имеет обмотку управления 1.1, которая включена в цепь выходного тока генератора (на схеме не показан), и рабочую обмотку 1.2. Трансформатор 2 выполнен с обмоткой управления 2.1, которая включена на выходное напряжение генератора, и с рабочей обмоткой 2.2. Магнитный усилитель кроме обмотки 7 имеет непоказанные на схеме рабочие обмотки, которые включены в цепь питания обмотки возбуждения (не показана) генератора, и другие обмотки, которые обеспечивают регулирование тока возбуждения по требуемому закону. Резисторы 3 и 4 соединены с рабочими обмотками 1.2 и 2.2 трансформаторов 1 и 2 с входами выпрямителей 5 и 6, подключенных выходами к катушкам реле 10 и 11 и через контакты 11.1 и 10,1 к контуру 7-8-9. Цепи 1.2-3 и 2.2-4 питаются переменным напряжением от непоказанных на схеме источников.

На схеме фиг. 2 показаны элементы 1-11 и разделительный диод 12. При этом устройство, выполненное по схеме на фиг. 2, содержит n первых выпрямителей 5 и n трансформаторов 1, обмотки управления 1.1 которых включены в n параллельных цепей тяговых электродвигателей (на схеме не показаны), питающихся от дизель-генератора. Рабочие обмотки 1.2 n трансформаторов 1 связаны с входами n первых выпрямителей 5, которые выходами соединены последовательно через резистор 3. Рабочие обмотки 2.2 трансформатора 2 подключена к входу выпрямителя 6, соединенного выходом с резистором 4. Резисторы 3 и 4 подключены к катушкам реле 10 и 11 и через диод 12 и контакты соответствующих реле к контуру 7-8-9. Каждая из n цепей 1.2-5 и цепь 2.2-6 питаются переменным напряжением от источников, которые на схеме не показаны.

Устройство на фиг. 1 регулирует ток возбуждения следующим образом.

При работающем дизель-генераторе по цепям 1.2-3 и 2.2-4 протекают токи и на резисторах 3 и 4 формируются первое и второе управляющие напряжения, пропорциональные выходным току и напряжению генератора соответственно. Первое и второе управляющие напряжения через выпрямители 5 и 6 прикладываются к катушкам реле 10 и 11. При выходных токе и напряжении, меньших максимально допустимых, первое и второе управляющие напряжения меньше заданных значений, соответствующих уставкам включения реле 10 и 11, они выключены и их контакты 10.1 и 11.1 замкнуты.

При замкнутых контактах 10.1 и 11.1 в цепи 7-8 протекает сглаженный конденсатором 9 ток, который устанавливается резистором 8 при настройке и имеет две составляющих. Одна составляющая пропорциональна первому управляющему напряжению и выходному току генератора, вторая составляющая второму управляющему напряжению и выходному напряжению генератора. Увеличение (уменьшение) выходного тока генератора сопровождается ростом (снижением) первых управляющих напряжения и составляющей тока обмотки 7 магнитного усилителя. При этом нарушается равенство м.д.с.обмотки 7 и обмотки задания (не показана) магнитного усилителя, индуктивное сопротивление его рабочих обмоток увеличивается (уменьшается), ток возбуждения генератора и его выходное напряжение убывают (растут). При этом вторые управляющие напряжения и составляющая тока обмотки 7 уменьшаются (увеличиваются), ее ток принимает первоначальное значение, и восстанавливается равновесие м.д.с. обмоток 7 и задания магнитного усилителя. Такое равновесие сохраняется или до следующего изменения выходного тока генератора, или до изменения позиции контроллера, сопровождающегося изменением м.д.с. обмотки задания магнитного усилителя и частоты вращения вала дизель-генератора. После этого повторяется описанная последовательность регулирования тока возбуждения генератора.

Изменения выходного тока генератора сопровождаются изменениями его выходного напряжения, при которых с определенной точностью поддерживается постоянная величина выходной мощности генератора. Уставка выходной мощности зависит от частоты вращения вала дизель-генератора и задается при помощи контроллера и обмотки задания магнитного усилителя. При этом ток возбуждения генератора в зависимости от его выходного тока автоматически регулируется по нелинейному закону, так как имеет место нелинейная зависимость между током возбуждения и выходным напряжением, изменением которого поддерживается постоянная величина выходной мощности генератора.

Если выходной ток (напряжение) генератора достигает максимально допустимого значения, то первое (второе) управляющее напряжение увеличивается до заданного значения, срабатывают реле 10 (11), размыкают контакт 10.1 (11.1) и второе (первое) управляющее напряжение отключается от цепи обмотки 7. Последующее регулирования осуществляется под действием первого (второго) управляющего напряжения на цепь обмотки 7.

При действии первого управляющего напряжения изменения выходного напряжения генератора не влияют на процесс регулирования и при незначительных изменениях (уменьшении, увеличении) выходного тока генератора нарушается равенство м. д.с. обмоток 7 и задания магнитного усилителя. Это сопровождается соответствующим регулированием индуктивного сопротивления его рабочих обмоток и тока возбуждения генератора. В результате такого регулирования обеспечивается с определенной точностью стабилизация выходного тока на уровне, который не превышает максимально допустимого значения и определяется заданным значением первого управляющего напряжения, соответственно уставкой включения реле 10, и не зависит от позиции контроллера. При этом ток возбуждения генератора регулируется по нелинейному закону в зависимости от выходного тока, так как оба тока связаны нелинейной зависимостью через выходное напряжение генератора, являющегося источником напряжения.

При действии второго управляющего напряжения изменения выходного тока генератора не оказывают влияния на процесс регулирования, обеспечивается с определенной точностью стабилизация выходного напряжения и устройство работает в такой же последовательности, как и при стабилизации выходного тока. Уровень стабилизации выходного напряжения не превышает максимально допустимое значение и определяется заданным значением второго управляющего напряжения, соответственно уставкой включения реле 11, и не зависит от позиции контроллера. При этом регулирование осуществляется по нелинейному закону, который соответствует нелинейной зависимости между выходным напряжением и током возбуждения генератора.

По сравнению с описанной работой устройства на фиг. 1 работа устройство на фиг. 2 имеет такие особенности. Диод 12 препятствует разряду конденсатора 9 на цепи 3, 4, 10, 11. В результате этого повышается качество регулирования благодаря уменьшению пульсации тока цепи 7-8. Формируемое на резисторе 3 первое управляющее напряжение изменяется пропорционально току параллельной цепи тяговых электродвигателей, который имеет наибольшее значение по сравнению с токами остальных параллельных цепей. Эта функциональная особенность устройства 2 позволяет быстрее ликвидировать режим боксования тяговых электродвигателей (колесных пар) за счет меньших изменений в этом режиме выходного напряжения генератора.

При осуществлении способа регулирования описанными устройствами операцию формирования первого и второго управляющих напряжений выполняют элементы 1, 3, 5 и 2, 4, 6, сравнивают с заданными значениями первое и второе управляющие напряжения при помощи реле 10 и 11, регулируют ток возбуждения на основе суммы управляющих напряжений магнитным усилителем с управляющей обмоткой 7 и на основе каждого из управляющих напряжений с использованием дополнительно реле 10 и 11.

Формула изобретения

Способ регулирования тока возбуждения дизель-генератора транспортного средства, согласно которому формируют первое и второе управляющие напряжения, пропорциональные выходным току и напряжению генератора соответственно, и регулируют ток возбуждения на основе суммы указанных напряжений, отличающийся тем, что дополнительно сравнивают управляющие напряжения с заданными значениями, соответствующими максимально допустимым значениям выходных тока и напряжения генератора и по достижении одним из управляющих напряжений заданного значения ток возбуждения регулируют на основе только этого напряжения.

2. Устройство для регулирования тока возбуждения дизель-генератора транспортного средства, содержащее магнитный усилитель с рабочими обмотками, включенными в цепь питания обмотки возбуждения дизельгенератора, и с управляющей обмоткой, последовательно соединенной с регулируемым резистором и связанной с одним из выходных выводов первого и второго однофазных мостовых выпрямителей, входы которых подключены к первому и второму балластным регулируемым резисторам рабочих обмоток трансформаторов, отличающееся тем, что введены конденсатор, параллельно подключенный цепи, образованной управляющей обмоткой магнитного усилителя и регулируемым резистором, первое и второе реле напряжения с размыкающими контактами, катушки которых подключены к выходам соответствующих выпрямителей, через размыкающий контакт первого реле цепь управляющей обмотки усилителя связана с выходом второго выпрямителя, а через размыкающий контакт второго реле указанная цепь связана с выходом первого выпрямителя.

3. Устройство для регулирования тока возбуждения дизель-генератора транспортного средства, содержащее магнитный усилитель с рабочими обмотками, включенными в цепь питания обмотки возбуждения дизель-генератора, и с управляющей обмоткой, последовательно соединенной с регулируемым резистором, n трансформаторов постоянного тока с управляющими обмотками и рабочими обмотками, связанными с входами n первых однофазных мостовых выпрямителей, которые выходами соединены последовательно через первый балластный регулируемый резистор, трансформатор постоянного напряжения с управляющей обмоткой и рабочей обмоткой, которая подключена к входу второго однофазного мостового выпрямителя, подключеннного выходом к второму балластному регулируемому резистору, отличающееся тем, что в него введены конденсатор, параллельно подключенный цепи, образованной управляющей обмоткой магнитного усилителя и регулируемым резистором, первое и второе реле напряжения с размыкающими контактами, катушки которых подключены параллельно первому и второму балластным резисторам соответственно, через размыкающий контакт первого реле и введенный разделительный диод выход второго выпрямителя связан с управляющей обмоткой магнитного усилителя, а через размыкающий контакт второго реле и указанный диод с этой обмоткой связаны выходы соответствующих первых выпрямителей, причем одни из выводов балластных резисторов объединены между собой и подключены к катоду разделительного диода, при этом n равно количеству параллельно соединенных тяговых электродвигателей, питаемых от дизель-генератора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2