Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛОВОЗА

-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.