СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛОВОЗА
METHOD OF ADJUSTING DIESEL LOCOMOTIVE ELECTRIC POWER TRANSMISSION

-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.
з
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» 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
зк
з
t
т
L=L+К*Т,
зк
где L - величина скорректированного задания положения дозирующего органа топливоподачи;
з
L - величина задания положения дозирующего органа топливоподачи;
t
K - масштабный коэффициент;
т
Т- температура топлива на входе в тепловой двигатель 1.
и
зк
Выходной сигнал «L» датчика 3, пропорциональный фактическому положению дозирующего органа топливоподачи, подают на первый вход первого блока 12 сравнения, на второй вход которого подают кодовый сигнал «L» 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.
зк
и
Кодовый сигнал величины рассогласования ΔL=±(L-L) 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.
0
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 n (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).
зк
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 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.