Способ регулирования электрической передачи тепловоза

Авторы патента:

B60L11/04 - с генераторами и двигателями постоянного тока

Владельцы патента RU 2523364:

Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") (RU)

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к способу регулирования электропередачи тепловоза. Способ заключается в том, что задают частоту вращения вала теплового двигателя, измеряют положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя, задают положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки пропорционально заданной частоте вращения, сравнивают его с измеренным положением дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки, величину их рассогласования интегрируют по времени. Результат интегрирования принимают за величину уставки напряжения тягового генератора постоянного тока. Измеряют напряжение тягового генератора постоянного тока, сравнивают его с величиной уставки и по величине рассогласования изменяют ток возбуждения тягового генератора постоянного тока. Заданное положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя дополнительно корректируют пропорционально температуре топлива на входе в тепловой двигатель. Технический результат заключается в повышении топливной экономичности и производительности тепловозов. 2 ил.

-Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к способу регулирования электропередачи тепловоза с автономным тепловым двигателем, тяговым генератором и электродвигателями постоянного тока.

Известен способ регулирования электрической передачи тепловоза посредством регулирования напряжения генератора тепловоза, заключающийся в том, что задают частоту вращения вала теплового двигателя, приводящего во вращение генератор, измеряют положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя, соответствующее текущему значению частоты вращения вала теплового двигателя, измеряют напряжение генератора, сравнивают его с величиной уставки и по величине рассогласования изменяют ток возбуждения генератора (Вилькевич Б.И. «Автоматическое управление электропередачей тепловозов. М.: Транспорт, 1978 г., с.39-41, рисунок 30).

Недостатком известного способа является зависимость эффективной мощности дизеля от температуры топлива, поскольку при работе тепловоза вследствие нагрева топливного бака и всей топливной системы уменьшается плотность топлива, уменьшается цикловая подача (в весовом выражении), что в конечном итоге приводит к снижению эффективной мощности дизеля, увеличению удельного расхода топлива и соответственно снижению мощности на тягу.

Известен способ регулирования напряжения тягового генератора электрической передачи тепловоза, принятый за прототип, заключающийся в том, что задают частоту вращения вала теплового двигателя, приводящего во вращение тяговый генератор переменного тока, связанный с тяговыми электродвигателями постоянного тока, измеряют положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя, соответствующее текущему значению частоты вращения вала теплового двигателя, задают положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения пропорционально заданной частоте вращения, сравнивают его с измеренным положением, величину их рассогласования интегрируют по времени и принимают за величину уставки напряжения генератора (SU авторское свидетельство №925693, кл. В60L 11/02, опубл. 1982 г.).

Недостатком известного способа является зависимость эффективной мощности дизеля от температуры топлива, поскольку при работе тепловоза вследствие нагрева топливного бака и всей топливной системы существенно уменьшается плотность топлива, что в конечном итоге приводит к снижению эффективной мощности дизеля, увеличению удельного расхода топлива и соответственно снижению мощности на тягу (мощности тягового генератора) и уменьшению производительности тепловоза.

Техническим результатом изобретения является повышение топливной экономичности и производительности тепловозов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе регулирования электрической передачи тепловоза, заключающемся в том, что задают частоту вращения вала теплового двигателя, приводящего во вращение тяговый генератор постоянного тока, связанный с тяговыми электродвигателями постоянного тока, измеряют положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя, соответствующее текущему значению частоты вращения вала теплового двигателя, задают положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки пропорционально заданной частоте вращения, сравнивают его с измеренным положением дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки, величину их рассогласования интегрируют по времени и результат интегрирования принимают за величину уставки напряжения тягового генератора постоянного тока, измеряют напряжение тягового генератора постоянного тока, сравнивают его с величиной уставки и по величине рассогласования изменяют ток возбуждения тягового генератора постоянного тока, причем заданное положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя дополнительно корректируют пропорционально температуре топлива на входе в тепловой двигатель.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующая способ, на фиг.2 - универсальная характеристика теплового двигателя.

Устройство (фиг.1) состоит из теплового двигателя 1 с регулятором 2 частоты вращения и нагрузки теплового двигателя 1 и датчиком 3 положения дозирующего органа топливоподачи, например датчиком положения рейки насосов высокого давления теплового двигателя 1. Тепловой двигатель 1 связан с электрической передачей, в которую входит сам тепловой двигатель 1, соединенный с тяговым генератором 4 постоянного тока. Силовой выход тягового генератора 4 постоянного тока подключен к датчику 5 напряжения тягового генератора 4 постоянного тока и к входам тяговых электродвигателей 6 и 7 постоянного тока. Тяговый генератор 4 постоянного тока соединен с выходом блока 8 управления током возбуждения тягового генератора 4 постоянного тока. Выход задатчика 9 частоты вращения вала теплового двигателя 1, например многопозиционного контроллера машиниста тепловоза, подключен к входу регулятора 2 частоты вращения и нагрузки теплового двигателя 1 и к входу функционального преобразователя 10. Выход функционального преобразователя 10 подключен к первому входу сумматора 11, выход которого подключен к первому входу первого блока 12 сравнения, второй вход первого блока 12 сравнения подключен к выходу датчика 3 положения дозирующего органа топливоподачи. Выход блока 12 сравнения подключен к входу блока 13 интегрирования, выход блока 13 интегрирования подключен к первому входу второго блока 14 сравнения, второй вход второго блока 14 сравнения подключен к выходу датчика 5 напряжения тягового генератора 4 постоянного тока, второй вход сумматора 11 подключен к выходу датчика 15 температуры топлива на входе в тепловой двигатель 1, выход второго блока 14 сравнения соединен с входом блока 8 управления током возбуждения тягового генератора 4 постоянного тока.

Число тяговых электродвигателей 6, 7 постоянного тока в электрической тяговой передаче равно числу движущих колесных пар тепловоза, например двум, как в рассматриваемом устройстве на фиг.1.

Способ осуществляется следующим образом.

Задатчиком 9 задают частоту вращения вала теплового двигателя 1, приводящего во вращение тяговый генератор 4 постоянного тока, связанный с тяговыми электродвигателями 6 и 7 постоянного тока, при этом кодовый сигнал с выхода задатчика 9, пропорциональный заданной частоте вращения вала теплового двигателя 1, подают на вход регулятора 2 частоты вращения и нагрузки теплового двигателя 1 и на вход функционального преобразователя 10, задают положение дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки теплового двигателя 1 пропорционально заданной частоте вращения, для чего в функциональном преобразователе 10 преобразуют код заданной частоты вращения, поступающий на вход функционального преобразователя 10 с выхода задатчика 9 в кодовый сигнал «L_з» задания положения дозирующего органа топливоподачи, сравнивают его с измеренным положением дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки, которое измеряют с помощью датчика 3 положения дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки теплового двигателя 1, соответствующее текущему значению частоты вращения вала теплового двигателя 1.

Заданное положение дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки теплового двигателя 1 дополнительно корректируют пропорционально температуре топлива на входе в тепловой двигатель, для чего на первый вход сумматора 11 с выхода функционального преобразователя 10 подают сигнал заданного положения дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки теплового двигателя 1, пропорциональный заданной частоте вращения, на второй вход сумматора 11 подают сигнал с выхода датчика 15 температуры топлива на входе в тепловой двигатель 1, в результате суммирования на выходе сумматора 11 действует сигнал скорректированного задания положения дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки теплового двигателя 1, равный

L_зк=L_з+К_t*Т_т,

где L_зк - величина скорректированного задания положения дозирующего органа топливоподачи;

L_з - величина задания положения дозирующего органа топливоподачи;

K_t - масштабный коэффициент;

Т_т- температура топлива на входе в тепловой двигатель 1.

Выходной сигнал «L_и» датчика 3, пропорциональный фактическому положению дозирующего органа топливоподачи, подают на первый вход первого блока 12 сравнения, на второй вход которого подают кодовый сигнал «L_зк» скорректированного по температуре топлива на входе теплового двигателя 1 значения заданного положения дозирующего органа топливоподачи с выхода сумматора 11, в первом блоке 12 сравнения эти кодовые сигналы сравнивают по величине и знаку отклонения.

Кодовый сигнал величины рассогласования ΔL=±(L_зк-L_и) с выхода блока 12 сравнения подают на вход блока 13 интегрирования, где его интегрируют по времени. Результат интегрирования принимают за величину уставки напряжения тягового генератора 4 постоянного тока и подают на первый вход второго блока 14 сравнения.

Датчиком 5 напряжения тягового генератора 4 постоянного тока измеряют напряжение тягового генератора 4 постоянного тока, сравнивают его с величиной уставки и по величине рассогласования изменяют ток возбуждения тягового генератора 4 постоянного тока, для чего выходной сигнал датчика 5 напряжения подают на второй вход второго блока 14 сравнения, выходной сигнал блока 14 сравнения, пропорциональный рассогласованию уставки напряжения тягового генератора 4 постоянного тока и фактического значения напряжения тягового генератора 4 постоянного тока, подают на вход блока 8 управления возбуждением тягового генератора 4 постоянного тока, обеспечивая его возбуждение.

Для иллюстрации предлагаемого способа регулирования электрической передачи на Фиг.2 в координатах мощности N и частоты вращения n представлены универсальные характеристики теплового двигателя 1 (кривые а, б, в), экономическая характеристика дизеля (г) и исходная (д) тепловозная характеристика, представляющая собой зависимость мощности тягового генератора 4 постоянного тока от частоты вращения вала теплового двигателя 1. Кривые а, б и в соответствуют различным значениям удельного расхода топлива по мере его возрастания. Тепловозная характеристика (д) выбрана таким образом, чтобы суммарная мощность дизеля с учетом мощности вспомогательных нагрузок соответствовала экономической характеристике (г). Кривая (е) на Фиг.2 соответствует заданию положения дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки теплового двигателя 1 в функции частоты вращения вала теплового двигателя 1 при работе теплового двигателя 1 по экономической характеристике (г). В связи с тем, что конструкция дозирующих органов топливной аппаратуры тепловозов как с реечным приводом топливных насосов высокого давления, так и с непосредственным впрыском обеспечивает заданный объем цикловой подачи, уменьшение плотности топлива с увеличением его температуры приводит к снижению веса заданной порции топлива. Это приводит к тому, что суммарная мощность теплового двигателя 1 при этом отклоняется от экономической характеристики (г) в сторону увеличения удельного расхода топлива и будет соответствовать кривой (ж) на Фиг.2. Как следствие, при сохранении мощности вспомогательных нагрузок тепловоза снижается и тепловозная характеристика (з), т.е. снижается мощность тягового генератора 4 постоянного тока. Таким образом, увеличение температуры топлива на входе в тепловой двигатель 1 приводит к увеличению удельного расхода топлива при одновременном снижении мощности тягового генератора 4 постоянного тока и, следовательно, к снижению производительности тепловоза. Например, при работе тепловоза на частоте вращения вала теплового двигателя n₀ (Фиг.2) суммарная мощность дизеля снижается, переходя из точки А, принадлежащей одновременно кривым (а) и (г), в точку Б на характеристике (ж), одновременно с этим мощность на тягу (мощность тягового генератора 4 постоянного тока) снижается, переходя из точки В исходной тепловозной характеристики (д) в точку Г на характеристике (з).

Введение корректирующего сигнала по температуре топлива на входе в тепловой двигатель 1 позволяет исключить влияние изменения температуры топлива на входе в тепловой двигатель 1 с обеспечением неизменного положения тепловозной характеристики (кривая д на Фиг.2), что, в свою очередь позволяет сохранить неизменной мощность тягового генератора 4 постоянного тока, а следовательно, неизменными показатели производительности тепловоза. Кривая (и) на Фиг.2 соответствует скорректированному заданию положения L_зк дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки теплового двигателя 1 в функции частоты вращения вала теплового двигателя 1. Суммарная мощность теплового двигателя с учетом вспомогательных нагрузок при этом будет всегда соответствовать экономической характеристике (кривая г на Фиг.2), чем обеспечивается минимальный расход топлива, при этом измеряют напряжение тягового генератора постоянного тока, сравнивают его с величиной уставки и по величине рассогласования изменяют возбуждение тягового генератора постоянного тока.

Способ, предлагаемый в изобретении, опробован в микропроцессорной системе регулирования магистральных тепловозов 2ТЭ116У и ТЭП70БС и показал положительные результаты.

Способ регулирования электрической передачи тепловоза, заключающийся в том, что задают частоту вращения вала теплового двигателя, приводящего во вращение тяговый генератор постоянного тока, связанный с тяговыми электродвигателями постоянного тока, измеряют положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя, соответствующее текущему значению частоты вращения вала теплового двигателя, задают положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки пропорционально заданной частоте вращения, сравнивают его с измеренным положением дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки, величину их рассогласования интегрируют по времени и результат интегрирования принимают за величину уставки напряжения тягового генератора постоянного тока, измеряют напряжение тягового генератора постоянного тока, сравнивают его с величиной уставки и по величине рассогласования изменяют ток возбуждения тягового генератора постоянного тока, отличающийся тем, что заданное положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя дополнительно корректируют пропорционально температуре топлива на входе в тепловой двигатель.

Предлагаемое изобретение относится к электрооборудованию транспортных средств с электротягой, в частности к электрическим тяговым системам с питанием от собственных источников энергоснабжения, и касается защиты тяговых электродвигателей постоянного тока локомотивов.

Тяговый электропривод транспортного средства // 2501674

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения, например тепловозов, гибридных локомотивов, самоходных путевых машин с двигателями постоянного тока.

Микропроцессорная система регулирования напряжения тягового генератора тягового транспортного средства // 2443579

Изобретение относится к области транспорта и направлено на усовершенствование автоматических систем регулирования напряжения тяговых генераторов в электрических передачах транспортных средств.

Автоматическая микропроцессорная система регулирования напряжения тягового генератора тягового транспортного средства // 2290329

Изобретение относится к транспорту. .

Электродвигатель // 2153757

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника энергии для электропривода. .

Тяговый электропривод постоянного тока // 2131361

Изобретение относится к системам тягового электропривода постоянного тока аккумуляторных электромобилей. .

Система для передвижения и энергоснабжения тяжелых путевых машин на железнодорожном ходу // 2099209

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности, к силовому оборудованию двухсекционных тепловозов и может быть использовано для передвижения несамоходных путевых машин на железнодорожном ходу, требующих большого тягового усилия и автоматического поддержания малой скорости при максимальном использовании мощности.

Устройство задания электрической мощности на выходе дизель- генератора // 2087340

Селективный орган системы автоматического регулирования электропривода маневрового тепловоза // 2087339

Изобретение относится к области автоматического регулирования электрических передач мощности транспортных средств (тепловозы, большегрузные автомобили). .

Устройство для управления режимом работы тягового электродвигателя тепловоза // 2076810

Электромеханическое устройство // 2548364

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электропитания и электроуправления. Технический результат - увеличение времени вращения вала электродвигателя при отключенном источнике постоянного тока без использования громоздких стабилизационных узлов. В электромеханическое устройство введен автоматический расцепитель, фиксирующий напряжение между минимальным и максимальным значениями, имеющий вход, соединенный с выходом трехфазного выпрямителя, и выход, соединенный с третьим входом автоматического расцепителя и с входом тороидального потенциометра. 1 ил.

Тяговый электропривод транспортного средства // 2550395

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Тяговый электропривод транспортного средства содержит тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения, подключенные к источнику постоянного тока, причем к якорной обмотке каждого тягового электродвигателя подключены последовательно соединенные обмотки возбуждения соответствующего тягового электродвигателя и датчики тока. Параллельно двум цепям тяговых электродвигателей последовательного возбуждения подключены два датчика напряжения. Между плюсовой клеммой источника постоянного тока и коллекторами первого и второго биполярных транзисторов в обратном направлении включены диоды. В цепь каждого тягового электродвигателя последовательного возбуждения соответственно установлены два поездных контактора. Общие точки соединения обмоток возбуждения и якорных обмоток каждого тягового электродвигателя соединены между собой через первый тормозной контактор и тормозной резистор. Общая точка соединения первого датчика тока и первого поездного контактора соединена с общей точкой соединения свободного вывода якорной обмотки второго тягового электродвигателя со вторым поездным контактором через второй тормозной контактор. Выходы датчиков тока и датчиков напряжения соединены с входами блока управления, выходы которого соединены с входами поездных контакторов, тормозных контакторов и входами первого и второго биполярных транзисторов. Технический результат изобретения состоит в повышении надежности работы тягового электропривода и расширении функциональных возможностей. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Микропроцессорная система регулирования напряжения тягового генератора тепловоза // 2557853

Изобретение относится к автоматическим системам регулирования напряжения тяговых генераторов в электрических тяговых системах тепловозов при автоматизированном режиме ведения состава. Микропроцессорная система регулирования напряжения тягового генератора тепловоза содержит дизель-генератор, возбудитель, соединенный жесткой связью с дизелем и подключенный к обмотке возбуждения тягового генератора, датчик напряжения, датчик тока нагрузки тягового генератора, датчик скорости вращения вала дизель-генератора. Датчик подачи топлива в дизель соединен с автоматическим регулятором скорости вращения вала дизель-генератора. Блок возбуждения возбудителя подсоединен к обмотке возбуждения возбудителя. Блок управления пневматическим тормозом включает в себя блок расчета режимов движения и отображения оперативной информации, блок интерфейса. Микропроцессорный контроллер, включающий в себя первое и второе задающие устройства, первое, второе и третье сравнивающие устройства, функциональный преобразователь, первый и второй интеграторы, множительное устройство, логическое устройство и сумматор. Функциональный преобразователь своим входом соединен с выходом датчика скорости вращения вала дизель-генератора, а выходами соединен соответственно с первым входом третьего сравнивающего устройства и первым входом сумматора. Второй вход третьего сравнивающего устройства соединен с выходом датчика подачи топлива, а выход третьего сравнивающего устройства соединен с входом первого интегратора, соединенного своим выходом со вторым входом сумматора. Технический результат заключается в обеспечении режима ведения состава с соблюдением скоростных ограничений.1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Электропривод постоянного тока // 2579153

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах широкого класса изделий в качестве электропривода постоянного тока при автономном источнике электроэнергии ограниченной мощности, например, в служебных системах космических аппаратов. Технический результат заключается в равномерной работе автономного источника электроэнергии, обеспечивающего сетевое электроснабжение, без пиковых нагрузок во время пуска электродвигателя постоянного тока, что повышает надежность и увеличивает срок службы автономного источника электроэнергии ограниченной мощности и усиливает помехозащищенность всей сети электроснабжения. Электропривод постоянного тока при автономном источнике электроэнергии ограниченной мощности содержит соединитель электродвигателя, емкостной накопитель электроэнергии, коммутационные ключи, сетевой разъем (для соединения с сетью электроснабжения), управляющее коммутационное устройство, индикатор оборотов электродвигателя, сопряженный с осью вращения электродвигателя, балластный резистор и диод развязки, включенные последовательно в цепь зарядки емкостного накопителя электроэнергии от сети электроснабжения. Запуск электродвигателя осуществляется от заранее заряженного емкостного накопителя электроэнергии (например, блока ионисторов), который обеспечивает требуемый пусковой ток (а он может превышать номинальный ток в несколько раз). Когда ротор электродвигателя раскрутится, индикатор оборотов посылает сигнал на управляющее коммутационное устройство, которое обеспечивает переключение питания электродвигателя на бортовую сеть электроснабжения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.