СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к электротехнике, а именно, к системе управления тепловым двигателем и может быть использована на железнодорожном транспорте.
Известна система управления тепловым двигателем транспортного средства с электрической передачей мощности, содержащая устройство управления, выполненное в виде гидромеханического регулятора частоты вращения выходного вала и мощности теплового двигателя, к которому подключены задатчик упомянутых частот вращения и мощности и датчик количества воздуха, потребляемого тепловым двигателем и подаваемого устройством воздухоснабжения, которое выполнено в виде турбокомпрессора, действующего за счет энергии отработавших газов теплового двигателя. Устройство управления соединено с устройством регулирования подачи топлива в тепловой двигатель и с системой возбуждения тягового генератора, приводимого в действие тепловым двигателем, который через тяговый выпрямитель питает тяговые электродвигатели постоянного тока (см. А.И.Володин, Локомотивные двигатели внутреннего сгорания, 1990, 256 стр.).
Структурная схема известной системы управления тепловым двигателем представлена на фиг.1, где УУ - устройство управления, ЗЧМ - задатчик частоты вращения и мощности теплового двигателя, УРП - устройство регулирования подачи топлива в тепловой двигатель, ТД - тепловой двигатель, ТГ - тяговый генератор, ТВ - тяговый выпрямитель, 1-i - тяговые электродвигатели, 1'-i' - обмотки возбуждения тяговых электродвигателей, ДКВ - датчик количества воздуха, потребляемого тепловым двигателем, СВ - система возбуждения тягового генератора, УВ - устройство
воздухоснабжения теплового двигателя, П1-Пi - контакторы, 2 - поток отработавших газов теплового двигателя, 3 - поток воздуха, потребляемого тепловым двигателем.
Система работает следующим образом.
При получении команды от задатчика ЗЧМ частоты вращения выходного вала и мощности теплового двигателя устройство управления УУ вырабатывает сигнал, в соответствии с которым устройство УРП регулирования подачи топлива увеличивает подачу топлива в тепловой двигатель ТД, что обеспечивает возрастание частоты вращения выходного вала и мощности теплового двигателя ТД. Очевидно, что чем на большую величину будет увеличена подача топлива, тем большее ускорение получит выходной вал теплового двигателя ТД и тем быстрее будет достигнут новый, установленный задатчиком ЗЧМ уровень его мощности. При этом в любой момент времени должно обеспечиваться определенное соотношение между количествами подаваемых в тепловой двигатель ТД топлива и воздуха. Поэтому степень увеличения количества топлива, подаваемого в тепловой двигатель ТД, однозначно определяется количеством воздуха, поступающего в него от устройства воздухоснабжения УВ. При увеличении подачи топлива в тепловой двигатель ТД увеличивается энергия потока 2 отработавших газов и вследствие этого возрастает количество воздуха, подаваемого в устройство воздухоснабжения УВ. Поскольку ротор устройства воздухоснабжения УВ имеет определенную массу, то в течение некоторого времени будет иметь место несоответствие между количествами воздуха и топлива, поступающих в тепловой двигатель ТД, которое вызывает снижение кпд теплового двигателя, повышение степени нагрева его наиболее ответственных деталей и другие вредные последствия. Для устранения этого датчик ДКВ количества воздуха, потребляемого тепловым двигателем ТД, формирует сигнал, в соответствии с которым устройство управления УУ ограничивает степень увеличения подачи топлива так, чтобы соотношение между количествами воздуха и топлива не выходило за допустимые
пределы. Однако это затягивает время переходного процесса увеличения мощности теплового двигателя ТД до нового значения, установленного задатчиком ЗЧМ, что неприемлемо для теплового двигателя транспортного средства.
Таким образом, основным недостатком известной системы управления тепловым двигателем является увеличение времени переходного процесса при увеличении мощности двигателя.
Технический результат, который может быть получен от использования заявленной полезной модели, заключается в уменьшении времени переходного процесса и улучшении параметров работы теплового двигателя при увеличении его мощности.
Указанный технический результат достигается в системе управления тепловым двигателем транспортного средства с электрической передачей мощности, содержащей устройство управления, выполненное в виде гидромеханического регулятора частоты вращения выходного вала и мощности теплового двигателя, к которому подключены задатчик упомянутых частот вращения и мощности и датчик количества воздуха, потребляемого тепловым двигателем и подаваемого устройством воздухоснабжения, которое выполнено в виде турбокомпрессора, действующего за счет энергии отработавших газов теплового двигателя, при этом устройство управления соединено с устройством регулирования подачи топлива в тепловой двигатель и с системой возбуждения тягового генератора, приводимого в действие тепловым двигателем, который через тяговый выпрямитель питает тяговые электродвигатели постоянного тока, причем система дополнительно снабжена накопителем энергии емкостным или инерционным, подключенным через преобразователь напряжения к выходным клеммам тягового выпрямителя и устройству управления, выполненному в виде компьютера.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг.2 представлена структурная схема управления тепловым двигателем согласно заявленной
1
полезной модели, где УУ - устройство управления, ЗЧМ - задатчик частоты вращения и мощности теплового двигателя, УРП - устройство регулирования подачи топлива в тепловой двигатель, ТД - тепловой двигатель, ТГ - тяговый генератор, ТВ - тяговый выпрямитель, 1-i - тяговые электродвигатели, 1'-i - обмотки возбуждения тяговых электродвигателей, ПВ1-ПВi - преобразователи возбуждения для питания обмоток возбуждения тяговых электродвигателей, С - емкостной накопитель энергии, П - преобразователь напряжения для обеспечения заряда - разряда конденсаторов накопителя энергии, ДКВ - датчик количества воздуха, потребляемого тепловым двигателем, СВ - система возбуждения тягового генератора, П1-Пi - контакторы, УВ - устройство воздухоснабжения теплового двигателя, Д1-Дi - диоды, 2 - поток отработавших газов теплового двигателя, 3 - поток воздуха, потребляемого тепловым двигателем.
Система действует следующим образом.
При получении команды от задатчика ЗЧМ, на увеличение мощности теплового двигателя ТД устройство управления УУ должно сформировать сигнал, в соответствии с которым устройство УРП регулирования будет увеличивать подачу топлива в тепловой двигатель ТД, что обеспечит выполнение упомянутой команды задатчика ЗЧМ. Очевидно, что чем на большую величину будет увеличена подача топлива, тем большее ускорение получит выходной вал теплового двигателя ТД и тем быстрее будет достигнут новый, установленный задатчиком ЗЧМ уровень его мощности. При этом в любой момент времени должно обеспечиваться определенное соотношение между количествами подаваемых в тепловой двигатель ТД топлива и воздуха. Поэтому степень увеличения количества топлива, подаваемого в тепловой двигатель ТД, однозначно определяется количеством воздуха, поступающего в него от устройства воздухоснабжения УВ. При увеличении подачи топлива в тепловой двигатель ТД увеличивается энергия потока 2 отработавших газов и вследствие этого возрастает количество воздуха, подаваемого устройством воздухоснабжения УВ. В связи с тем, что ротор
устройства воздухоснабжения УВ имеет определенную массу, в течение некоторого времени будет иметь место несоответствие между количествами воздуха и топлива, поступающих в тепловой двигатель ТД, которое вызывает снижение кпд теплового двигателя, повышение степени нагрева его наиболее ответственных деталей и другие вредные последствия. Для устранения указанных недостатков и уменьшения времени переходного процесса устройство управления УУ по сигналу датчика ДКВ количества воздуха вырабатывает сигнал управления преобразователем П, в соответствии с которым через него в цепь питания тяговых электродвигателей 1-i начинает протекать ток от накопителя энергии С. Величина этого тока устанавливается устройством управления УУ в зависимости от мощности теплового двигателя ТД, заданной задатчиком ЗЧМ. При этом ток тягового выпрямителя ТВ уменьшится и соответственно уменьшится ток силовых обмоток тягового генератора ТГ и его тормозной момент, приложенный к выходному валу теплового двигателя ТД. Поскольку подача топлива в тепловой двигатель ТД не изменялась, то движущий вращающий момент на его выходном валу становится больше тормозного момента тягового генератора ТГ и частота вращения вала теплового двигателя ТД начинает увеличиваться. При этом устройство управления УУ регулирует ток, протекающий от накопителя энергии С в цепь питания тяговых электродвигателей 1-i таким образом, чтобы:
- угловое ускорение выходного вала теплового двигателя ТД не превышало допустимого значения ускорения для данного типа двигателя;
- электрическая мощность, подводимая к тяговым электродвигателям от теплового двигателя ТД и накопителя энергии С, увеличивалась пропорционально частоте вращения выходного вала теплового двигателя ТД;
- после достижения выходным валом теплового двигателя ТД заданной задатчиком ЗЧМ частоты вращения электрическая мощность, подводимая к тяговым электродвигателям от накопителя энергии С, уменьшалась обратно пропорционально количеству воздуха, подаваемого устройством воздухоснабжения
УВ, и при достижении необходимого для заданного режима работы теплового двигателя ТД количества воздуха эта мощность была установлена равной нулю.
Таким образом, время переходного процесса при увеличении мощности теплового двигателя определяется допустимой величиной углового ускорения выходного вала двигателя и это время значительно меньше времени разгона ротора устройства воздухоснабжения УВ.
Необходимое количество энергии может быть помещено в накопитель энергии С следующими способами:
- непосредственно от тягового генератора ТГ через тяговый выпрямитель ТВ;
- от тяговых электродвигателей 1-i через диоды Д1-Дi, при движении транспортного средства по спуску или при его остановке.
В обоих случаях управление процессом заряда осуществляет устройство управления УУ. В первом способе с помощью системы возбуждения СВ тягового генератора, во втором - с помощью преобразователей возбуждения ПВ1-ПBi, питающих независимые обмотки возбуждения тяговых электродвигателей.