Способ регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза

 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к способу регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока. Техническим результатом изобретения является снижение напряжения вспомогательного генератора и обеспечение питания обмотки возбуждения тягового генератора и бортовой сети тепловоза от одного вспомогательного генератора с минимальной габаритной мощностью. В способе регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока, заключающемся в том, что самовозбуждают вспомогательный генератор, измеряют и нормируют напряжение на выходе вспомогательного генератора, подают напряжение с выхода вспомогательного генератора через один управляемый выпрямитель на вход обмотки возбуждения тягового генератора, измеряют и нормируют ток через обмотку возбуждения тягового генератора, через другой управляемый выпрямитель подают напряжение к цепям питания бортовой сети, измеряют и нормируют напряжение бортовой сети, причем сравнивают нормированные сигналы напряжения бортовой сети и тока обмотки возбуждения тягового генератора, выделяют максимальную величину, принимают максимальную величину за величину уставки напряжения вспомогательного генератора, сравнивают уставку с измеренным и нормированным напряжением вспомогательного генератора, результат сравнения усиливают и подают на управляющий вход управляемого выпрямителя возбуждения вспомогательного генератора. В результате существенно уменьшаются углы управления управляемых выпрямителей, через которые осуществляется питание обмотки возбуждения тягового генератора и питание бортовой сети тепловоза. 2 ил.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к способу регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока.

Известно устройство регулирования напряжения вспомогательного генератора для питания электроприводов собственных нужд тепловоза и обмотки возбуждения тягового генератора, работающее по способу, заключающемуся в том, что самовозбуждают вспомогательный генератор, измеряют и нормируют напряжение на выходе вспомогательного генератора, сигнал, пропорциональный частоте вращения коленчатого вала дизеля, принимают за уставку напряжения вспомогательного генератора, сравнивают уставку с измеренным напряжением вспомогательного генератора, результат сравнения усиливают и подают на управляющий вход управляемого выпрямителя питания обмотки возбуждения вспомогательного генератора (Развитие локомотивной тяги. М.: Транспорт, 1988, с.69-75).

Выходное напряжение вспомогательного генератора формируется по закону

U_у=к·n_д,

где к - коэффициент пропорциональности;

n_д - частота вращения коленчатого вала дизеля.

Недостатком известного способа является то, что выходное напряжение вспомогательного генератора, используемое для питания обмотки возбуждения тягового генератора, существенно превышает напряжение, необходимое для питания обмотки возбуждения тягового генератора. Управляемый выпрямитель питания обмотки возбуждения работает с большими углами управления. Реактивная составляющая нагрузки увеличивается, что требует увеличения габаритной мощности вспомогательного генератора.

Известно устройство регулирования напряжения бортовой сети тепловоза и питания обмотки возбуждения тягового генератора, содержащее вспомогательный генератор переменного тока и стартер-генератор, работающее по способу, заключающемуся в том, что возбуждают вспомогательный генератор, для чего питают обмотку возбуждения вспомогательного генератора постоянным током, а напряжение с выхода вспомогательного генератора подают через управляемый выпрямитель на вход обмотки возбуждения тягового генератора, измеряют напряжение бортовой сети, сравнивают с выходным напряжением стартер-генератора, результат сравнения усиливают и подают на вход обмотки возбуждения стартер-генератора, а напряжение с выхода стартер-генератора подают на вход бортовой сети тепловоза (Тепловоз 2ТЭ116. М.: Транспорт, 1985 - прототип).

Недостаток известного способа заключается в том, что выходное напряжение вспомогательного генератора пропорционально частоте вращения коленчатого вала дизеля и существенно превышает напряжение, необходимое для питания обмотки возбуждения тягового генератора, что вызывает необходимость глубокого фазоимпульсного регулирования управляемого выпрямителя, через который осуществляется питание обмотки возбуждения тягового генератора. Реактивная составляющая нагрузки увеличивается, что требует увеличения габаритной мощности вспомогательного генератора.

Другим недостатком способа является необходимость в установке дополнительного генератора для питания бортовой сети тепловоза.

Техническим результатом изобретения является снижение выходного напряжения вспомогательного генератора и обеспечение питания обмотки возбуждения тягового генератора и бортовой сети тепловоза от одного вспомогательного генератора с минимальной габаритной мощностью.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока, заключающемся в том, что самовозбуждают вспомогательный генератор, измеряют и нормируют напряжение на выходе вспомогательного генератора, подают напряжение с выхода вспомогательного генератора через один управляемый выпрямитель на вход обмотки возбуждения тягового генератора, измеряют и нормируют ток через обмотку возбуждения тягового генератора, через другой управляемый выпрямитель подают напряжение к цепям питания бортовой сети, измеряют и нормируют напряжение бортовой сети, причем сравнивают нормированные сигналы напряжения бортовой сети и тока обмотки возбуждения тягового генератора, выделяют максимальную величину, принимают максимальную величину за величину уставки напряжения вспомогательного генератора, сравнивают уставку с измеренным и нормированным напряжением вспомогательного генератора, результат сравнения усиливают и подают на управляющий вход управляемого выпрямителя возбуждения вспомогательного генератора.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ.

На фиг.2 представлена зависимость выходного напряжения вспомогательного генератора от тока через обмотку возбуждения тягового генератора.

Устройство (фиг.1) для реализации предлагаемого способа состоит из вспомогательного генератора переменного тока 1 с обмоткой возбуждения 2, силовой обмоткой 3 переменного тока.

Выход обмотки 3 переменного тока вспомогательного генератора 1 соединен:

- с силовым входом управляемого выпрямителя 4;

- с силовым входом управляемого выпрямителя 5;

- с силовым входом управляемого выпрямителя 6;

- с датчиком напряжения 7 вспомогательного генератора 1.

Выход управляемого выпрямителя 4 соединен с входом обмотки возбуждения 2 вспомогательного генератора 1.

Выход управляемого выпрямителя 5 через датчик тока 8 соединен с входом обмотки возбуждения тягового генератора 9.

Выход управляемого выпрямителя 6 соединен с бортовой сетью тепловоза 10 и с датчиком напряжения 11 бортовой сети тепловоза 10.

Выход датчика тока 8 обмотки возбуждения тягового генератора 9 соединен с одним из входов блока сравнения 12, другой вход которого соединен с выходом датчика напряжения 11 бортовой сети тепловоза. Выход блока сравнения 12 соединен с одним из входов сумматора 13, другой вход которого соединен с выходом датчика напряжения 7 вспомогательного генератора 1, а выход сумматора 13 соединен с входом усилителя 14, выход которого соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя 4, вход которого подключен на вход обмотки возбуждения 2 вспомогательного генератора 1.

Управляющие входы управляемых выпрямителей 5 и 6 соединены с выходами регулятора мощности 15 тягового генератора и напряжения бортовой сети тепловоза.

Через релейный элемент 16 вход обмотки 2 возбуждения вспомогательного генератора 1 соединен с бортовой сетью тепловоза.

Способ осуществляется следующим образом.

Дизель тепловоза запущен, ротор вспомогательного генератора вращается с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала дизеля посредством механической связи.

Самовозбуждают вспомогательный генератор, для чего кратковременно на 2-3 с обмотку возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 через релейный элемент 16, например тумблер, кнопку или реле, подключают к бортовой сети тепловоза 10, запитанной от аккумуляторной батареи бортовой сети.

Вспомогательный генератор возбуждается и на его выходе действует переменное напряжение, которое измеряют датчиком напряжения 7. Напряжение вспомогательного генератора 1 подают через управляемый выпрямитель 5 и датчик тока 8 на вход обмотки возбуждения тягового генератора 9.

Датчиком тока 8 измеряют ток в обмотке возбуждения тягового генератора 9.

Напряжение вспомогательного генератора 1 подают через управляемый выпрямитель 6 к цепям бортовой сети 10.

Датчиком напряжения 11 измеряют напряжение бортовой сети 10.

В блоке сравнения 12 сравнивают нормированный датчиком напряжения 11 сигнал, пропорциональный напряжению бортовой сети с нормированным сигналом датчика тока 8 обмотки возбуждения тягового генератора 9. На выходе блока 12 действует максимальный из двух сравниваемых сигналов.

В режиме самовозбуждения вспомогательного генератора регулятор мощности 15 дизель-генератора в работу не вступает и на управляющем выходе регулятора 15, соединенном с управляющим входом управляемого выпрямителя 5, действует нулевой сигнал. На выходе управляемого выпрямителя 5 выходной сигнал равен нулю, тока в обмотке возбуждения главного генератора нет. На выходе датчика 8 действует нулевой сигнал. На выходе сравнивающего устройства 12 действует сигнал, пропорциональный измеренному датчиком 11 напряжению бортовой сети. Сигнал, действующий на выходе сравнивающего устройства 12, принимают за величину уставки напряжения вспомогательного генератора 1.

Сигнал уставки напряжения вспомогательного генератора 1 подают на один из входов сумматора 13, на другой вход которого подают сигнал с датчика 7 выходного напряжения вспомогательного генератора. Эти сигналы сравнивают.

Результат сравнения с выхода сумматора 13 подают на вход усилителя 14, усиливают и с выхода усилителя 14 подают на управляющий вход управляемого выпрямителя 4. Осуществляют фазоимпульсное управление управляемым выпрямителем 4. Напряжение с выхода управляемого выпрямителя подают на вход обмотки возбуждения вспомогательного генератора, регулируя ток обмотки возбуждения и устанавливая соответствие между уставкой напряжения и выходным напряжением вспомогательного генератора. Самовозбуждение вспомогательного генератора состоялось.

Релейный элемент 16, через который поступало напряжение бортовой сети 10 к обмотке возбуждения вспомогательного генератора, отключается.

Сигнал типа сухой контакт релейного элемента 16 об отключении поступает на один из входов регулятора 15 мощности дизель-генератора и напряжения вспомогательного генератора 1. Вступает в действие регулятор напряжения бортовой сети и на выходе устройства 15 формируется сигнал, который поступает на управляющий вход управляемого выпрямителя 6, в котором по сигналу управления производится фазоимпульсное управление выходным напряжением управляемого выпрямителя 6, поддерживая его на уровне заданного напряжения бортовой сети. Задание на уровень напряжения бортовой сети формируется в блоке 15. Для установившегося уровня бортовой сети коррекция уровня выходного напряжения вспомогательного генератора 1 осуществляется аналогично, как и в случае выхода на режим самовозбуждения вспомогательного генератора.

При регулировании мощности дизель-генератора, которое осуществляется с помощью блока 15, на выходе блока 15, соединенном с входом управляемого выпрямителя 5, действует сигнал управления фазоимпульсным регулятором управляемого выпрямителя 5. На выходе управляемого выпрямителя 5 действует напряжение питания обмотки возбуждения тягового генератора 9. Через обмотку протекает ток, который измеряют датчиком 8.

Сигнал с выхода датчика 8 поступает на вход сравнивающего блока 12. Если сигнал датчика тока 8 превышает сигнал датчика напряжения 11 бортовой сети, то на выходе блока 12 действует сигнал, равный сигналу датчика тока 8, который принимается за уставку напряжения вспомогательного генератора, сравнивается в сумматоре 13 с сигналом датчика 7 напряжения вспомогательного генератора 1. Результат сравнения подают на вход усилителя 14, в нем усиливают и подают на управляющий вход управляемого выпрямителя 4.

Осуществляют фазоимпульсное управление управляемым выпрямителем 4. Напряжение с выхода управляемого выпрямителя подают на вход обмотки возбуждения 2 вспомогательного генератора 1, регулируя ток через обмотку возбуждения 3 и устанавливая новое напряжение на выходе вспомогательного генератора в соответствии с принятой уставкой.

Регулятором 15 напряжения питания бортовой сети поддерживают напряжение сети на заданном уровне.

Предлагаемое изобретение позволяет регулировать выходное напряжение вспомогательного генератора в соответствии с законом

где U_В - действующее значение напряжения на выходе вспомогательного генератора;

U_БС - напряжение бортовой сети;

J_ВГ - ток обмотки возбуждения тягового генератора;

k₂ - коэффициент приведения.

Зависимость выходного напряжения вспомогательного генератора от тока через обмотку возбуждения тягового генератора представлена на фиг.2.

Известно, что напряжение бортовой сети тепловозов с тяговой электрической передачей постоянного тока выбирается равным 75±1 В. Диапазон изменения токов обмотки возбуждения тягового генератора достигает 15-80 А. Омическое сопротивление обмотки возбуждения тягового генератора составляет 0,8-1,2 Ом. Максимальное падение напряжения на обмотке возбуждения может быть U_ВОЗБ=1,2·80=96 В.

Диапазон регулирования выходного напряжения вспомогательного генератора, приведенного к выходу управляемых выпрямителей, составит 75-96 В.

При столь незначительном диапазоне изменения выходного напряжения вспомогательного генератора углы управления управляемых выпрямителей 5 и 6 питания бортовой сети и обмотки возбуждения тягового генератора небольшие и изменяются мало. Реактивная составляющая нагрузки минимальна.

Формула изобретения

Способ регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза, заключающийся в том, что самовозбуждают вспомогательный генератор, измеряют и нормируют напряжение на выходе вспомогательного генератора, подают напряжение с выхода вспомогательного генератора через один управляемый выпрямитель на вход обмотки возбуждения тягового генератора, измеряют и нормируют ток через обмотку возбуждения тягового генератора, через другой управляемый выпрямитель подают напряжение к цепям питания бортовой сети тепловоза, измеряют это напряжение и нормируют, отличающийся тем, что сравнивают нормированные сигналы напряжения бортовой сети и тока возбуждения тягового генератора, выделяют максимальную величину и принимают за величину уставки напряжения вспомогательного генератора, сравнивают уставку с измеренным и нормированным напряжением на выходе вспомогательного генератора, результат сравнения усиливают, подают на управляющий вход управляемого выпрямителя возбуждения вспомогательного генератора и осуществляют регулирование напряжения вспомогательного генератора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2