СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ТЕПЛОВОЗА
METHOD TO CONTROL DIESEL LOCOMOTIVE AUXILIARY AC VOLTAGE GENERATOR

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к способу регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза, работающего с тяговыми генераторами постоянного или переменного тока.
Известен способ регулирования напряжения переменного тока тепловоза, заключающийся в том, что в способе регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока 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. («Развитие локомотивной тяги» под ред. Н.А.Фуфрянского, А.Н.Бевзенко, Москва, «Транспорт», 2-е издание, 1988, с.69-75).
Недостатком известного способа является сложность управления, что приводит к необходимости иметь три управляемых выпрямителя: в цепи питания обмотки возбуждения тягового генератора, в цепи питания бортовой сети тепловоза, в цепи питания обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока.
Известен способ регулирования напряжения переменного тока тепловоза, принятый за прототип, заключающийся в том, что самовозбуждают вспомогательный генератор переменного тока, подают напряжение с выхода вспомогательного генератора переменного тока через один (первый) управляемый выпрямитель на вход обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока, через другой (третий) управляемый выпрямитель подают напряжение на вход обмотки возбуждения тягового генератора, подают с выхода вспомогательного генератора переменного тока через неуправляемый (второй) мостовой выпрямитель напряжение к цепям питания бортовой сети тепловоза, напряжение измеряют и нормируют, задают уставку напряжения бортовой сети и сравнивают уставку с измеренным и нормированным значением напряжения бортовой сети, результат сравнения подают на вход системы импульсно-фазового управления, усиливают и подают на управляющие входы управляемого (первого) выпрямителя питания обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока, осуществляют фазоимпульсное управление этим управляемым выпрямителем, осуществляют регулирование тока в обмотке возбуждения и регулирование напряжения вспомогательного генератора переменного тока (RU, патент №2405685 C1, кл. B60L 1/00, опубл. 10.12.2010 г.).
Недостатком известного способа является отсутствие управления током возбуждения вспомогательного генератора переменного тока в момент его самовозбуждения, что приводит к неконтролируемому росту напряжения на выходе вспомогательного генератора переменного тока, а вследствие чего и напряжения питания цепей бортовой сети тепловоза.
Другим недостатком известного способа является нестабильность работы тиристоров первого управляемого выпрямителя на малых токах из-за несинусоидальной формы напряжения на выходе вспомогательного генератора переменного тока, что снижает стабильность работы вспомогательного генератора и снижает стабильность мощности тягового генератора.
Другим недостатком известного способа является сложность системы фазоимпульсного управления из-за наличия двух управляемых выпрямителей: в цепи питания обмотки возбуждения тягового генератора и в цепи питания обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока.
Техническим результатом изобретения является увеличение надежности работы тепловоза в момент самовозбуждения вспомогательного генератора переменного тока от аккумуляторной батареи за счет установки в цепь питания обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока от аккумуляторной батареи блока ограничения тока самовозбуждения вспомогательного генератора переменного тока, также увеличение стабильности работы вспомогательного генератора переменного тока и мощности тягового генератора постоянного или переменного тока тепловоза за счет установки в цепь питания обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока блока ограничения тока возбуждения вспомогательного генератора переменного тока, а также упрощение системы фазоимпульсного управления за счет замены управляемого выпрямителя питания обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока на полууправляемый выпрямитель питания обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока и замены управляемого выпрямителя питания обмотки возбуждения тягового генератора на полууправляемый выпрямитель питания обмотки возбуждения тягового генератора.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза, заключающемся в том, что самовозбуждают вспомогательный генератор переменного тока, подают напряжение с выхода вспомогательного генератора переменного тока через первый выпрямитель на вход обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока, подают напряжение с выхода вспомогательного генератора переменного тока через третий выпрямитель на вход обмотки возбуждения тягового генератора, подают напряжение с выхода вспомогательного генератора через второй мостовой выпрямитель к цепям питания бортовой сети тепловоза, измеряют и нормируют напряжение бортовой сети тепловоза, задают уставку напряжения бортовой сети и сравнивают уставку с измеренным и нормированным значением напряжения бортовой сети, подают результат сравнения на вход системы импульсно-фазового управления, усиливают и подают на управляющие входы первого выпрямителя питания обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока, осуществляют фазоимпульсное управление этим выпрямителем, осуществляют регулирование тока в обмотке возбуждения и регулирование напряжения вспомогательного генератора переменного тока, кратковременно подают напряжение с выхода аккумуляторной батареи на вход обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока через блок ограничения тока самовозбуждения вспомогательного генератора переменного тока, вход которого подключен к бортовой сети тепловоза, подают напряжение с выхода вспомогательного генератора переменного тока через первый полууправляемый выпрямитель и через блок ограничения тока возбуждения вспомогательного генератора переменного тока на вход обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока, подают напряжение с выхода вспомогательного генератора переменного тока через третий полууправляемый выпрямитель на вход обмотки возбуждения тягового генератора, подают результат сравнения уставки напряжения с измеренным и нормированным значением бортовой сети тепловоза на вход системы импульсно-фазового управления, усиливают и подают на управляющие входы первого полууправляемого выпрямителя питания обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока.
На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способ. Устройство для реализации предлагаемого способа состоит из вспомогательного генератора 1 переменного тока с обмоткой возбуждения 2, силовой обмоткой 3 переменного тока. Выход силовой обмотки 3 переменного тока на роторе вспомогательного генератора 1 переменного тока соединен с силовым входом первого полууправляемого выпрямителя 4, с силовым входом второго неуправляемого мостового выпрямителя 5, с силовым входом третьего полууправляемого выпрямителя 6. Силовой выход первого полууправляемого выпрямителя 4 соединен с входом блока 7 ограничения тока возбуждения вспомогательного генератора 1 переменного тока. Выход блока 7 ограничения тока возбуждения вспомогательного генератора 1 переменного тока соединен с входом обмотки возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока. Вход обмотки возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока через коммутационный элемент 8 соединен с выходом блока 9 ограничения тока самовозбуждения вспомогательного генератора 1 переменного тока, вход которого соединен с бортовой сетью 10 тепловоза. Выход второго неуправляемого мостового выпрямителя 5 соединен с датчиком напряжения 11 бортовой сети 10 тепловоза и с бортовой сетью 10 тепловоза. Выход датчика напряжения 11 бортовой сети 10 тепловоза соединен с одним из входов блока сравнения 12, другой вход которого соединен с блоком 13 задания уставки напряжения бортовой сети 10 тепловоза. Выход блока сравнения 12 соединен с входом системы 14 импульсно-фазового управления (СИФУ), выход которой подключен на управляющие входы первого полууправляемого выпрямителя 4. Силовой выход третьего полууправляемого выпрямителя 6 подключен к обмотке возбуждения 15 тягового генератора 16 постоянного тока тепловоза. Выход силовой обмотки 17 тягового генератора 16 постоянного тока тепловоза подключен к входу датчика напряжения 18 тягового генератора 16 постоянного тока тепловоза, к входу датчика тока 19 и к входам тяговых электродвигателей тепловоза (на чертеже не показаны). Выход датчика напряжения 18 тягового генератора 16 и выход датчика тока 19 подключены к входам узла сравнения мощности 20 тягового генератора 16 постоянного тока тепловоза, третий вход которого соединен с входом задатчика мощности 21 тягового генератора 16 постоянного тока тепловоза. Выход узла сравнения мощности 20 тягового генератора 16 тепловоза подключен к входу усилителя рассогласования заданной и измеренной мощности 22 тягового генератора 16 тепловоза. Выход усилителя рассогласования заданной и измеренной мощности 22 тягового генератора 16 тепловоза соединен с управляющим входом третьего полууправляемого выпрямителя 6 тягового генератора 16 тепловоза.
Первый полууправляемый выпрямитель 4, блок 7 ограничения тока возбуждения вспомогательного генератора 1 переменного тока, второй неуправляемый мостовой выпрямитель 5, датчик напряжения 11 бортовой сети 10 тепловоза, блок сравнения 12, блок 13 задания уставки напряжения бортовой сети 10 тепловоза, система 14 СИФУ первого полууправляемого выпрямителя 4 образует регулятор 23 напряжения бортовой сети 10 тепловоза.
Бортовая сеть 10 тепловоза соединена с аккумуляторной батареей 24.
Способ осуществляется следующим образом.
Дизель тепловоза запущен, ротор с силовой обмоткой 3 вспомогательного генератора 1 переменного тока тепловоза вращается с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала дизеля, посредством механической связи (на чертеже не показано).
Самовозбуждают вспомогательный генератор 1 переменного тока, для чего кратковременно, на 2-3 секунды, подают напряжение бортовой сети 10 тепловоза, запитанной с выхода аккумуляторной батареи 24, на вход обмотки возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока, подключенной к бортовой сети 10 тепловоза, через блок 9 ограничения тока самовозбуждения вспомогательного генератора 1 переменного тока, например панель резисторов, посредством коммутационного элемента 8, например контактора. Вспомогательный генератор 1 переменного тока возбуждается, и на его выходе действует переменное напряжение, соответствующее току возбуждения вспомогательного генератора 1 переменного тока, установленного блоком 9 ограничения тока самовозбуждения вспомогательного генератора 1 переменного тока. Подают напряжение с выхода силовой обмотки 3 переменного тока вспомогательного генератора 1 переменного тока через первый полууправляемый выпрямитель 4 и блок 7 ограничения тока возбуждения вспомогательного генератора 1 переменного тока на вход обмотки возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока. Подают напряжение с выхода силовой обмотки 3 переменного тока вспомогательного генератора 1 переменного тока через третий полууправляемый выпрямитель 6 на вход обмотки возбуждения 15 тягового генератора 16. Подают напряжение с выхода силовой обмотки 3 переменного тока вспомогательного генератора 1 переменного тока через второй неуправляемый мостовой выпрямитель 5 к цепям питания бортовой сети 10 тепловоза. Датчиком напряжения 11 бортовой сети 10 тепловоза, подключенным на выход второго неуправляемого мостового выпрямителя 5, измеряют и нормируют напряжение бортовой сети 10 тепловоза. Измеренный и нормированный датчиком напряжения 11 бортовой сети 10 тепловоза сигнал, пропорциональный напряжению бортовой сети 10 тепловоза, с выхода датчика напряжения 11 бортовой сети 10 тепловоза поступает на один из входов блока сравнения 12. В блоке 13 задания уставки напряжения бортовой сети 10 тепловоза задают уставку напряжения бортовой сети 10 тепловоза. Сигнал уставки напряжения бортовой сети 10 тепловоза с выхода блока 13 задания уставки напряжения бортовой сети 10 тепловоза подают на другой вход блока сравнения 12. Сравнивают уставку напряжения с измеренным и нормированным значением напряжения бортовой сети 10 тепловоза. Результат сравнения с выхода блока сравнения 12 подают на вход системы 14 СИФУ, усиливают и с выхода системы 14 СИФУ подают на управляющие входы первого полууправляемого выпрямителя 4 питания обмотки возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока. Осуществляют импульсно-фазовое управление первым полууправляемым выпрямителем 4. Напряжение с выхода первого полууправляемого выпрямителя 4 через блок 7 ограничения тока возбуждения вспомогательного генератора 1 переменного тока подают на вход обмотки возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока и осуществляют регулирование тока в обмотке возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока и осуществляют регулирование напряжения вспомогательного генератора 1 переменного тока. Самовозбуждение вспомогательного генератора 1 переменного тока состоялось. Коммутационный элемент 8, через который поступало напряжение бортовой сети 10 тепловоза к обмотке возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока, отключается.
Вступает в действие регулятор 23 напряжения бортовой сети 10 тепловоза, который по сигналу сравнения уставки напряжения с выхода блока 13 задания уставки напряжения бортовой сети 10 тепловоза и сигнала, пропорционального напряжению бортовой сети 10 тепловоза, измеренного датчиком напряжения 11, поданного с выхода системы 14 СИФУ на управляющие входы первого полууправляемого выпрямителя 4, регулирует ток возбуждения в обмотке возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока таким образом, чтобы величина напряжения на выходе второго неуправляемого мостового выпрямителя 5 питания бортовой сети 10 тепловоза соответствовала бы уровню напряжения уставки блока 13 задания уставки напряжения бортовой сети 10 тепловоза.
Указанный способ регулирования напряжения вспомогательного генератора 1 переменного тока тепловоза позволяет обеспечить стабильное регулирование мощности тягового генератора постоянного и переменного тока, которое осуществляется следующим образом.
Напряжение на выходе вспомогательного генератора 1 переменного тока постоянно и поддерживают регулятором 23 напряжения бортовой сети 10 тепловоза за счет системы 14 СИФУ. Регулирование мощности осуществляют изменением тока в обмотке возбуждения 15 тягового генератора 16 постоянного тока тепловоза. В задатчике мощности 21 тягового генератора 16 постоянного тока тепловоза задают, например с пульта машиниста (на чертеже не показано), уставку мощности. С выхода задатчика мощности 21 тягового генератора 16 постоянного тока тепловоза сигнал уставки мощности подают на один из входов узла сравнения мощности 20, на другие входы которого подают сигналы, пропорциональные измеренным датчиком тока 19 и датчиком напряжения 18 с выхода тягового генератора 16 постоянного тока тепловоза. Результат сравнения в усилителе рассогласования заданной и измеренной мощности 22 тягового генератора 16 постоянного тока тепловоза усиливают и подают на управляющие входы третьего полууправляемого выпрямителя 6, с выхода которого ток поступает в обмотку возбуждения 15 тягового генератора 16 постоянного тока тепловоза.
Указанный способ регулирования напряжения вспомогательного генератора позволяет следующее.
1. Существенно упростить систему импульсно-фазового управления (СИФУ), управляющую выпрямителями, которые питают обмотки возбуждения тягового генератора и вспомогательного генератора 1 переменного тока тепловоза, за счет использования соответственно полууправляемых выпрямителей 6 и 4 питания обмоток возбуждения тягового генератора 16 постоянного тока тепловоза и вспомогательного генератора 1 переменного тока тепловоза вместо управляемых выпрямителей.
2. Исключить аварийные ситуации, связанные с неконтролируемым увеличением тока возбуждения вспомогательного генератора 1 переменного тока в момент его самовозбуждения, за счет использования в схеме возбуждения вспомогательного генератора 1 переменного тока блока 9 ограничения тока самовозбуждения вспомогательного генератора 1 переменного тока.
3. Повысить стабильность работы вспомогательного генератора 1 переменного тока и первого полууправляемого выпрямителя 4 питания обмоток возбуждения вспомогательного генератора 1 переменного тока за счет использования в схеме возбуждения вспомогательного генератора блока 7 ограничения тока возбуждения вспомогательного генератора 1 переменного тока, который исключает нестабильность в работе тиристоров первого полууправляемого выпрямителя 4 при малых рабочих токах и исключает ошибки в системе 14 импульсно-фазового управления, вызванные несинусоидальностью формы выходного напряжения вспомогательного генератора 1 переменного тока.
4. Осуществлять стабильное регулирование мощности тягового генератора 16 постоянного тока тепловоза.
Предложенный способ опробован на тепловозе ТЭМ18ДМ и показал положительные результаты.