Средне индикаторное давление 7 страница

При сравнении между собой внешних характеристик А₁BFCD₁ и MBLCN (рис. 5.20) легко заметить, что первая является более благоприятной в отношении пусковых характеристик, так как ток генератора, а, следовательно, и пусковая сила тяги меньше изменяются при изменении напряжения генератора. Она благоприятнее также и по более четкому ограничению максимального тока и напряжения.

Отсюда следует, что при выборе характеристик генератора, зависящих от выбора системы возбуждения, параметров обмоток и насыщения магнитной цепи последних, следует учитывать характеристики и особенности работы дизеля, назначение и условия работы локомотива.

Особенности совместной работы газотурбинной установки и генератора.

Как указывалось ранее, при снижении угловой скорости одновальной газотурбинной установки (ГТУ) подачу топлива нужно снижать, чтобы избежать повышения температуры газов на входе в турбину, вследствие этого крутящий момент М_д на валу ее будет уменьшаться (рис. 5.22). В результате мощность ГТУ резко падает с уменьшением угловой скорости и при этом существенно снижается ее к. п. д. Поэтому для ГТУ требуется более резкое уменьшение момента и магнитного потока генератора при снижении угловой скорости.

Увеличивать крутизну линии М_г(n_д) необходимо также, чтобы обеспечить наибольшую экономичность работы при пониженной мощности вследствие большой крутизны линии наибольшей экономичности ГТУ. Кроме мер, рассмотренных выше, для этой цели может быть предусмотрено изменение возбуждения возбудителя в зависимости от угловой скорости. Для компенсации влияния тока нагрузки на момент генератора желательно применение систем возбуждения, обеспечивающих гиперболическую характеристику.

При ГТУ со свободной тяговой турбиной условия использования полной мощности значительно облегчаются, так как при относительно больших отклонениях угловой скорости тяговой турбины и генератора мощность и к. п. д. ГТУ меняются мало. Кроме того, момент тяговой турбины существенно увеличивается при уменьшении угловой скорости, вследствие чего отклонение угловой скорости при совместной работе с генератором относительно мало. По условиям экономичности работы при пониженной мощности ГТУ со свободной турбиной мало отличается от одновальной, так как мощность снижается посредством уменьшения угловой скорости турбокомпрессора и подачи топлива, причем линия наибольшей экономичности, являющаяся графиком зависимости мощности или момента ГТУ от угловой скорости турбокомпрессора, по крутизне близка к линии наибольшей экономичности одновальной ГТУ.

Поэтому для двухвальной ГТУ зависимость магнитного" потока генератора от скорости тяговой турбины не имеет решающего значения, но с уменьшением скорости турбокомпрессора магнитный поток должен снижаться достаточно резко.

1. Особенности работы и регулирования синхронных генераторов.

В передаче мощности переменно-постоянного тока тяговый синхронный генератор и тяговая выпрямительная установка позволяют получить напряжение, которое подводится к тяговым электродвигателям постоянного тока. Выпрямленное напряжение U_d имеет, кроме постоянной составляющей, спектр высших гармонических, частота и амплитуда которых определяются свойствами этой системы. Пульсации выходного тока неблагоприятно сказываются на коммутации тяговых электродвигателей и на КПД передачи мощности, поэтому целесообразно, насколько это возможно, уменьшать их амплитуду и увеличивать частоту.

Одной из наиболее рациональных схем выпрямления тока является трехфазная мостовая схема, обеспечивающая относительно малую амплитуду пульсаций U_d и высокую их частоту. На тепловозах ТЭ109 дважды была применена трехфазная мостовая схема выпрямления с уравнительным реактором L7 (рис. 6.1), где в цепи тяговых электродвигателей протекают лишь 12, 24 и т. д. гармонические составляющие тока, а 16, 18 и т. д. замыкаются во внутреннем контуре ВУ. Двухмостовая схема ВУ (преобразоватетеля) с реактором позволяет также снизить амплитуду пульсаций U_d и повысить их частоту по сравнению с частотой при обычной одномостовой трехфазной схеме. Однако эта схема сложна и требует установки дополнительного оборудования.

Исследования и опыт эксплуатации тепловозов ТЭ109 показали возможность упрощения системы выпрямления тока тягового синхронного генератора за счет отказа от применения громоздкого реактора при сохранении коммутации тяговых электродвигателей на допустимом уровне. Поэтому на тепловозах 2ТЭ116 применена дважды трехфазная мостовая схема системы выпрямления тока без L7. Мосты на стороне выпрямленного тока соединяются между собой параллельно, в то время как каждый из них получает питание от соответствующих статорных обмоток тягового генератора, сдвинутых друг относительно друга на 30° эл.

Дальнейшее совершенствование систем регулирования напряжения тяговых генераторов стало возможным в результате развития полупроводниковой техники, внедрения транзисторных и тиристорных преобразователей и усилителей. Это позволило на тепловозах с электропередачей мощности переменно-постоянного тока применить более современную систему регулирования напряжения тягового генератора, содержащую вместо магнитного усилителя и возбудителя постоянного тока возбудитель переменного тока и тиристорный усилитель, питающий обмотку возбуждения тягового генератора. Но так как требуемые характеристики U_г (I_г , n_д ) должны быть теми же самыми и при новой системе регулирования напряжения генератора, то естественно, что она тоже является комбинированной и построена на основе принципов регулирования по отклонению и по возмущениям и содержит четыре регулятора напряжения тягового генератора:

– по отклонению напряжения от заданного значения;

– по току тягового генератора (или электродвигателей);

– по частоте вращения вала дизель-генератора;

– положению органа топливоподачи дизеля.

Тяговый генератор, приводимый во вращение двигателем внутреннего сгорания (ДВС), вместе с регулятором напряжения по отклонению образуют замкнутую систему регулирования напряжения. Функции регулятора напряжения по отклонению выполняют (рис. 6.2) датчик напряжения UP, селективное устройство СУ, блок управления тиристорным выпрямителем БУВ и управляемый выпрямитель тока возбуждения UZ2, получающий питание от генератора-возбудителя переменного тока G2 и питающий постоянным током обмотку возбуждения L тягового генератора G1.

Генератор вместе с регулятором его напряжения по току образуют разомкнутую систему регулирования напряжения. Функции регулятора напряжения генератора по току выполняют датчик тока, селективное устройство СУ, блок БУВ и выпрямитель UZ2.

Генератор вместе с регулятором его напряжения по частоте вращения вала дизель-генератора образуют разомкнутую систему регулирования напряжения. Функции регулятора напряжения тягового генератора по частоте вращения вала дизель-генератора выполняют возбудитель G2, датчик частоты вращения ДЧВ, селективное устройство СУ и выпрямитель УВВ.

Тяговый генератор вместе с регулятором его напряжения по положению органа подачи топлива в дизель (перемещению реек h_P топливных насосов) образуют разомкнутую систему регулирования напряжения. Функции регулятора напряжения тягового генератора по положению органа подачи топлива в дизель выполняют индуктивный датчик положения реек ДПР, сердечник которого кинематически связан с регулятором частоты вращения вала дизель-генератора РЧВ, селективное устройство СУ, блок БУВ и выпрямитель UZ2.

Выходные сигналы с датчиков напряжения UP и тока IP, блока ДЧВ и датчика перемещения реек ДПР суммируются и сравниваются в селективном устройстве СУ. В результате выходной сигнал СУ i_У, подаваемый в блок БУВ, пропорционален отклонению напряжения тягового генератора от заданного значения, току тяговых электродвигателей, частоте вращения вала дизель-генератора и положению органа топливоподачи дизеля. Характеристика U_г (I_г) при отключенном регуляторе напряжения по положению органа подачи топлива (селективная) более близка к гиперболе, что уменьшает требуемый диапазон изменения выходного сигнала названного регулятора.

Зависимость тока возбуждения тягового генератора в функции тока управления приведена на рис. 6.3.

Селективное устройство обеспечивает необходимую последовательность включения каналов (т. е. включения в работу соответствующих регуляторов напряжения тягового генератора).

Характеристика U_г (I_г) при отключенном регуляторе напряжения по положению органа топливоподачи состоит из трех участков (рис. 6.4): линия АВ – характеристика системы регулирования напряжения по току I_г и частоте n_д; линия BM₁MM₂C – характеристика комбинированной системы регулирования по отклонению напряжения U_г, тока I_г и частоты n_д; линия CD – характеристика системы регулирования по отклонению напряжения U_г и частоты n_д. Эта часть характеристики имеет две особенности: регулятор напряжения по частоте n_д при больших n_д не изменяет напряжение, в результате ток I_г также почти не зависит от частоты n_д. Характеристика на BM₁MM₂C является ломаной линией.

Характеристика U_г (I_г) обеспечивается следующим образом. Так как блок БУВ управляется очень малым напряжением (малым током i_У), то канал управления работает при равенстве пар напряжений в устройстве СУ. Если по каким-либо причинам это равенство нарушается, то система регулирования изменяет ток возбуждения тягового генератора таким образом, чтобы восстановить его напряжение. Например, если при работе канала регулятора напряжения по току I_г он возрастает, то это вызывает увеличение тока i_У и точка на характеристике i_В(i_У) переместится из положения 1 в положение 2 (см. рис. 6.3). При этом ток возбуждения i_В и напряжение U_г уменьшаются, что препятствует увеличению тока I_г. При уменьшении I_г напряжение U_г увеличивается. В результате работы каналов управления при постоянных значениях сигналов по n_д и h_p формируется характеристика ABM₁MM₂CD (см. рис. 6.4). Например, в области больших напряжений и малых токов генератора работает только канал управления по отклонению U_г и по частоте n_д. При увеличении тока I_г до значения его в точке С открывается канал управления по отклонению U_г и I_г. При этом отрезок прямой СМ, формируется селективным узлом при преобладании сигнала с датчика напряжения над сигналом с датчика тока. Отрезок прямой М₂М₁ формируется при примерном равенстве сигналов с датчиков напряжения и тока. Точка М соответствует равенству сигналов с датчиков напряжения и тока. Положение точек М₂ и М₁ определяется чувствительностью селективного узла. Отрезок прямой М₁В формируется селективным узлом при преобладании сигнала с датчика тока. При I_г больше, чем в точке В, закрывается канал управления по отклонению U_г.

При отклонении свободной мощности дизеля от мощности тягового генератора изменяется положение сердечника датчика ДПР и изменяется сигнал управления h_p (см. рис. 6.2). При этом на характеристики U_г(I_г) смещается участок ВМ₁М₂С. Смещение характеристики происходит также при изменении частоты вращения n_ДГ. В этих случаях точки M₁, М₂, В и С смещаются по прямым, параллельным линии ОМ; углы наклона участков ВМ₁, M₁M₂ и М₂C при этом не изменяются.

Характеристика системы U_г (I_г) при выключенном регуляторе напряжения по положению органа подачи топлива получила название селективной. При работе этого регулятора характеристика U_г (I_г) располагается выше селективной (см. рис. 6.4) и на участке В'С' близка к гиперболе, так как при этом мощность тягового генератора равна свободной мощности дизеля, которая мало изменяется при постоянной частоте вращения вала дизель-генератора. На участки АВ' и C¢D характеристики этот регулятор не влияет, так как при этих режимах работы системы он отключен. Кроме того, этот регулятор принудительно выключен на позициях контроллера ниже 5-й (рис. 6.5).

Позиции контроллера машиниста п_к =1…15 соответствуют определённой подачи топлива, а, следовательно – развиваемой дизелем мощности.

Лекция 7

1. Системы регулирования трансмиссий постоянного тока. Принципы построения систем автоматического регулирования. Структурная схема силовой цепи трансмиссии постоянного тока.

2. Автоматические системы совместного управления трансмиссий постоянного тока.

Система автоматического регулирования (САР) тягового привода автономного транспортного средства предназначена для распределения энергии, вырабаты­ваемой ЭУ, между ТЭД в соответствии с их предельными и час­тичными характеристиками, обеспечивающими заданный режим дви­жения электромобиля. Так, в частности, САР теплоэлектического подвижного состава (ТЭПС) должна обеспечивать:

– наибольшее использование мощности теплового двигателя при всех рабочих скоростях поезда;

– работу теплового двигателя с наибольшей экономичностью в режимах пониженной мощности;

– изменение силы тяги от минимальной, необходимой при пуске и движении одного локомотива (без поезда) до максимальной по сцеплению;

– поддержание приблизительно постоянной силы тяги в процессе разгона поезда;

– изменение скорости движения поезда от нуля до максимальной;

– обеспечение наибольшего к. п. д. самой электропередачи в рабочих режимах и ограничение ее режимов работы в пределах, допустимых по напряжению, току, нагреванию и т. п.

Первые два требования относятся к обеспечению определенных режимов работы теплового двигателя в соответствии с его свойствами и характеристиками. Они могут быть по существу объединены в одно следующее: обеспечить оптимальную зависимость подачи топлива от угловой скорости теплового двигателя. При номинальной скорости подача топлива должна быть наибольшей допустимой, при уменьшении угловой скорости она должна снижаться по линии наибольшей экономичности или наибольшего срока службы. Выполнение этого требования желательно при различных условиях движения, характеризуемых весом поезда, профилем и планом участков пути, графиком движения и т. п., и при различных положениях органа управления ТЭПС.

Остальные требования определяют режимы работы и характеристики самой электропередачи, так как сила тяги и скорость движения зависят от магнитного потока тяговых электродвигателей, тока тяговых двигателей и генератора, напряжения генератора. Выполнение некоторых из этих требований, например, поддержание постоянной силы тяги при разгоне или ограничения режима работы электропередачи, могут приводить к отклонениям режима работы теплового двигателя от оптимального. Необходимо стремиться к тому, чтобы эти отклонения были минимальными или хотя бы кратковременными.

Желательно, чтобы указанные требования выполнялись автома­тически, без участия машиниста, так как при этом, как указывалось выше, достигается наибольшее приближение к оптимальным режи­мам работы оборудования и повышается безопасность движения.

Применение замкнутых систем автоматического регулирования с узлом сравнения, в котором действительное значение регулируемой величины сравнивается с заданным, позволяет резко снизить отклонение от требуемого режима и повысить степень использования установленного оборудования и тяговых свойств подвижного состава.

В общем случае на теплоэлектрическом подвижном составе могут быть применены три системы автоматического регулирования: теплового двигателя, тягового генератора и тяговых электродвигателей. В САР тепловых двигателей регулируемой величиной является угловая скорость вращения вала ДВС, а регулируемым параметром – подача топлива. В САР генератора исполнительный орган всегда воздействует на возбуждение генератора, так же, как и в САР тяговых двигателей – на их возбуждение. Поэтому САР генератора или электродвигателей может быть выполнена в виде нескольких узлов с измерительными (а иногда и усилительными элементами), воздействующими на общий исполнительный орган.

При выборе и разработке САР необходимо определить:

– какие из факторов, характеризующих режим работы тягового привода, являются внешними (возмущающими воздействиями);

– какие факторы должны под действием САР поддерживаться постоянными или изменяться по заданной программе;

– какие из факторов следует выбирать в качестве регулирующих, т.е. те, на которые воздействует САР с целью установления заданного режима работы.

Основным внешним воздействием во время движения транспортного средства является сопротивление движению. Его изменение вызывает отклонение скорости движения, и, как следствие – изменение токов тяговых двигателей, тока генератора и момента сопротивления генератора. Для двигатель-генератора внешним воздействием будет отклонение тока нагрузки.

Внешним воздействием для ЭУ является также изменение положения органа управления локомотивом (например, рукоятки контроллера машиниста), которое может воздействовать либо непосредственно на режим работы ДВС и (или) генератора (например, путём изменения подачи топлива или возбуждения генератора), либо на САР посредством изменения настройки (программы) регулирования, либо на то и другое одновременно.

Влияние других факторов (вспомогательной нагрузки, температуры и т.п.) в большинстве случаев приводит к отклонения режимов работы как ДВС, так и электропередачи.

В зависимости от того, для выполнения каких требований предназначена САР, регулироваться должны различные факторы и по различным программам, а именно:

1. Для полного использования мощности теплового двигателя необходимо, чтобы его угловая скорость и подача топлива поддерживались постоянными. Для регулятора мощности регулируемыми могут быть обе величины или одна из них, если вторая при его работе поддерживается постоянной другими средствами.

2. При программном регулировании теплового двигателя по линии наибольшей экономичности должны одновременно изменяться мощность, угловая скорость и подача топлива, причем для заданного значения мощности должны поддерживаться определенные величины угловой скорости и подачи топлива. Поскольку мощность определяется произведением крутящего момента (зависящего от по­дачи топлива) и угловой скорости, достаточно задать любые две из этих величин, которые могут быть выбраны в качестве регулируемых. Если одна из них будет задаваться независимо от САР, можно ограничиться одной регулируемой величиной. В большинстве случаев задается органом управления угловая скорость посредством настройки регулятора теплового двигателя. В некоторых случаях орган управления задает подачу топлива.

3. Для изменения силы тяги не требуется определенной программы. При движении с установившейся скоростью сила тяги равна силе сопротивления движению. При изменении сопротивления движению изменяется скорость поезда, и сила тяги должна стремиться приблизиться к новому значению силы сопротивления движению. Если имеется САР, поддерживающая постоянный режим теплового двигателя, то произведение силы тяги на скорость автоматически будет поддерживаться на уровне, определяемом режимом теплового двигателя.

Величина силы тяги при разгоне поезда должна устанавливаться в зависимости от его веса, условий сцепления, требуемого ускорения, а при переходе на тяговый режим после выбега – от скорости движения, профиля пути и путевых сигналов. Как правило, пусковая сила тяги задается положением органа управления.

4. Заданная органом управления пусковая сила тяги может поддерживаться приблизительно постоянной в процессе разгона поезда под действием САР. Для этого в качестве регулируемой величины могут быть выбраны непосредственно сила тяги или ток и магнитный поток тяговых двигателей. При двигателях последовательного возбуждения магнитный поток определяется током, и достаточно поддерживать постоянной одну из этих величин.

5. Автоматическое регулирование скорости поезда в существующих локомотивах не предусматривается. В принципе воз­можно ввести автоматическое регулирование постоянной скорости, значение которой задается органом управления. Однако при заданной скорости изменение сопротивления движению вызывает изменение мощности теплового двигателя. Поэтому одновременное регулирование постоянного режима теплового двигателя и постоянной скорости поезда невозможно.

6. САР могут быть использованы для ограничения предельных режимов работы электропередачи. Ограничение наибольшего тока важно более всего для генератора, который, как правило, работает при этом с наибольшей угловой скоростью и условия коммутаций являются тяжелыми. Ограничение тока может быть осуществлена посредством САР, используемой для регулирования постоянной силы тяги при разгоне. Регулируемой величиной при этом должен быть ток генератора или электродвигателя. Автоматическое ограничение напряжения генератора целесообразно, если режим работы его или электродвигателей при наибольшем расчетном напряжении близок к предельному по допустимому межламельному напряжению. Для САР, осуществляющей регулирование постоянного наибольшего напряжения, оно и является регулируемой величиной.

Как уже указывалось, при низких температурах необходимо ограничить мощность, реализуемую газотурбовозом. Для этого вводят в систему регулирования ГТУ устройство, уменьшающее подачу топлива при понижении температуры (коррекция по наружной температуре), или предусматривают в системе регулирования электропередачи ограничение мощности. В последнем случае регу­лируемой величиной является мощность генератора.

Таким образом, для наиболее полного использования локомотива при наибольшей экономичности его следует регулировать по определенным программам подачу топлива, угловую скорость двигатель-генератора, силу тяги локомотива, ток и напряжение генератора. Не все оптимальные программы могут осуществляться одновременно. При различных режимах работы тепловоза необходимо либо изменять программу регулирования какой-либо величины либо регулировать другие величины.

Принципы построения САР

1. САР должна содержать минимум органов управления тяговым приводом автономного транспортного средства (например, одну или в крайнем случае две рукоятки, обеспечивающие управление режимами пуска и торможения);

2. САР должна обеспечивать переход с одного режима работы на другой в течение минимального промежутка времени при условии соблюдения регламентированных ограничений (например, по предельно допустимым величинам ускорения подвижного состава, скорости его нарастания, ограничениям по току, напряжению, мощности и т.д.);

3. САУ отдельными параметрами должны быть автоматическими и объединяться в САР тягового привода;

4. Объединение САУ идентичных элементов трансмиссии в САР должно производиться с применением перекрёстных обратных связей по аналогичным параметрам;

5. При возникновении переходных процессов САР должна обеспечивать такое воздействие на элементы трансмиссии, при котором не происходило бы выхода регулируемых параметров за пределы, установленные ограничениями;

6. При одновременном появлении взаимно недопустимых управляющих воздействий САР должна обеспечивать отработку приоритетного сигнала (например, при поступлении сигналов управления на пуск и торможение должна обеспечиваться отработка сигнала на торможение подвижного состава);

7. Для повышения надёжности управления приводом САР должна иметь дублирующие каналы получения и отработки сигналов.

Упрощенная структурная схема силовой цепи трансмиссии постоянного тока приведена на рис. 7.1.

Первичным источником энергии в силовой цепи является ДВС, свободная мощность на валу которого

N_св≡М_д ω _д.

Входным параметром для ДВС является расход топлива g (или другие факторы от которых зависит мощность ДВС), а регулируемым – угловая скорость ω _д вала ДВС. Основное внешнее возмущающее воздействие на тепловой двигатель оказывает момент сопротивления вращению, создаваемый тяговым генератором постоянного тока ГПТ.

Входными параметрами для ГПТ являются угловая скорость ω _г=i_ред ω _д и ток обмотки возбуждения генератора i_{возб г}. Выходным – U_г. Основное внешнее возмущающее воздействие оказывает ток нагрузки, т.е. I_г, потребляемый двигателем постоянного тока ДПТ, являющийся последним агрегатом в силовой цепи.

Входными параметрами для ДПТ являются питающее напряжение U_г и магнитный поток Ф, определяемый величиной тока обмотки возбуждения i_{возб д}. Выходными параметрами являются угловая скорость вращения вала двигателя ω _к и крутящий момент М_к, приведённые к ободу колеса. Основное возмущающее воздействие – момент сопротивления вращению, создаваемый на ободе колеса М_С.

Особенность работы силового электрооборудования автономного транспортного средства заключается в том, что одновременному регулированию подлежат несколько (не менее двух) параметров, связанных между собой определенными функциональными зависимостями.

Возможны две различные системы автоматического управления агрегатами трансмиссий. На рис. 7.2 а в качестве примера приведена структурная схема простейшей системы управления ЭУ ТЭПС, в которой тепловой двигатель ДВС и тяговый генератор постоянного тока ТГ, питающий тяговые электродвигатели ТЭД1…ТЭД т последовательного возбуждения, управляются автономными, никак не связанными, САР.

ДВС имеет автономную систему управления СуТД, на вход которой подаётся сигнал рассогласования Δ п_д по скорости вращения вала ДВС, полученный как разность между уставкой скорости п_уст и реальной величиной п_д. В соответствии с сигналом СуТД (регулятор подачи топлива) изменяет количество топлива g, подаваемого в ДВС. При использовании дизеля и применении в качестве СуТД, например всережимного регулятора, изменением подачи топлива обеспечивается внешняя характеристика п_д=f(M_д). Точка а соответствует номинальной мощности, для использования которой необходимо, чтобы момент генератора М_г оставался неизменным.

Так как М_г=с_м Ф _гI_г, то Ф _г и I_г должны изменяться обратно пропорционально. Поскольку измерить магнитный поток в генераторе затруднительно, а при постоянной скорости вращения вала ДВС U_г≈с_е Ф _гп_д, то крутящий момент на валу генератора можно определить как М_г=сU_гI_г, где с=с_м /с_еп_д. Следовательно, для обеспечения неизменного момента М_г мощность генератора, равная произведению выходной координаты U_г на возмущающее воздействие I_г, должно быть постоянной, что и определяет принцип работы и структуру САР генератора ТГ. СуТГ обеспечивает постоянство развиваемой генератором мощности по сигналу рассогласования Δ Р, определяемой как разность уставки мощности Р_уст и вычисленного её текущего значения путём перемножения сигналов от датчиков напряжения на зажимах генератора U_г и тока I_г, установленного в его якоре. Регулирование мощности осуществляется изменением тока i_возб в обмотке возбуждения генератора.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: