ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Автоматическое регулирование энергетической цепи Общие положения из "Электрические машины и электрооборудование тепловозов Издание 3 " На современных тепловозах широко используются автоматические системы управления. Для проектирования и исследования электрического оборудования тепловоза необходимо знать основы автоматики и принципы автоматического регулирования и управления [14,25]. Естественные статические характеристики звеньев энергетической цепи не соответствуют требованиям тяги. Следовательно, необходимо изменять параметры энергетической цепи или ее выходные координаты таким образом, чтобы их взаимосвязь и взаимодействие обеспечивали требуемую тяговую характеристику локомотива = /(и). Подлежат регулированию и вспомогательные агрегаты тепловоза. Элементы энергетической цепи, вспомогательные агрегаты локомотива нуждаются в автоматической защите. [c.6] Любая сколь угодно сложная система может быть рассмотрена как цепь элементов или звеньев , обладающих собственными характеристиками, определяемыми их параметрами, т. е. постоянными свойствами. Физическая величина, под влиянием которой изменяется состояние звена (рис. 3), называется координатой входа х - Состояние звена характеризуется некоторым значением дгвых. называемым координатой выхода. Зависимость л вых = / (л вх) является характеристикой звена, вид которой зависит от его параметров, т. е. от его устройства и от происходящих в нем физических процессов. Общая характеристика системы зависит от характеристик ее звеньев и от схемы их взаимного соединения. Характеристика звена или системы может не удовлетворять предъявляемым к ней требованиям. В таких случаях необходимо дополнительное воздействие на звено в виде управления или регулирования. [c.6] На объект О, кроме внешнего воздействия нагрузки Р, являющейся его координатой входа, может быть оказано дополнительное управляющее (регулирующее) воздействие г. В итоге координата выхода лгвых зависит не только от внешнего воздействия, но и от управляющего сигнала Хвых = / Р, г). В функциональных схемах управления и регулирования (рис. 4) выделены чувствительный элемент Ч — устройство, принимающее сигнал воздействия в первоначальном его виде исполнительное устройство И, которым формируется сигнал для подачи на объект, и распорядительное устройство Р, служащее для увязки характеристик чувствительного и исполнительного устройств и для конструкционного объединения цепи. [c.6] Эти же схемы позволяют установить различия между управлением и регулированием. Управление — ведение процесса по заданной программе без учета состояния объекта управления. Регулирование — ведение процесса по заданной программе с учетом состояния объекта регулирования. Воздействие на объект регулирования координаты его состояния, т. е. подача на вход цепи регулирования ее координаты выхода, называется обратной связью. [c.7] Система с обратной связью является замкнутой. Характеристика объекта дГв ых = /( 2) зависит как от его собственной ( естественной ) характеристики лТдых = / ( ) так и от характеристики воздействия регулятора, называемой регулировочной характеристикой г = / (л ). Регулировочная характеристика В (рис. 5), отражающая закон изменения регулирующего сигнала г для получения заданной характеристики Б объекта, строится графически путем нахождения на характеристиках Г регулятора точек с новыми заданными значениями х при определенных значениях Р. [c.7] Принципиально возможно выполнение любого сколь угодно сложного процесса регулирования. Практически для этого требуется такой подбор характеристики звеньев цепи, чтобы в итоге последовательного преобразования входного сигнала регулирования получать на выходе регулятора требуемый характер г — f (х). На рис. 6 показано построение характеристики распорядительного элемента 4 цепи регулирования (регулятора) способом четырехквадрантной диаграммы по известным характеристикам объекта 1, чувствительного 2 и распорядительного 3 элементов. [c.7] Конструкция звеньев цепи разнообразна, она зависит от цели, т. е. программы. регулирования, требуемой точности ведения процесса, быстродействия регулятора и от избранного типа элементов — механические, электрические, гидравлические и т. д. [c.7] Мощность, реализуемая движущими колесными парами, так называемая касательная мощность равна мощности, получаемой генератором от дизеля Л д-г. с учетомпотерь р элементах передачи. [c.8] Мв — мощность вспомогательных агрегатов тепловоза, приводимых от дизеля, 8—10% Мл. [c.8] Сила тяги локомотива Р должна уравновешивать суммарное сопротивление движению поезда Е , т. е. локомотив должен обеспечить следовательно, и сила тяги его должна изменяться в широких пределах (см. рис. 2 — идеальная тяговая характеристика). [c.8] Как уже известно, передача на тепловозе обеспечивает требуемый вид тяговой характеристики при неизменном режиме работы дизеля. Задачей системы регулирования энергетической цепи является такая трансформация характеристик элементов передачи, при которой выполняется это условие. Тяговый электродвигатель как звено, непосредственно связанное с движущими осями, имеет электромеханические характеристики М = / (/) и п =ф (/), момент вращения на валу и частоту вращения вала в зависимости от тока его нагрузки, которые воспроизводит тяговая характеристика. Характеристики должны иметь вид, удовлетворяющий изложенному выше условию. Приведение этих характеристик к требуемому виду и является задачей автоматического регулирования. В качестве сигналов должны быть использованы координаты выхода энергетической цепи, т. е. физические величины, изменяющиеся с изменением ее нагрузки. [c.8] Регулирование дизеля. Основное условие работы дизеля — постоянство нагрузки его при переменной внешней нагрузке тепловоза. [c.9] Следовательно, применительно к первому звену цепи — дизелю задание регулирования Nji = onst. Для четкости последующих рассуждений допустимо предположение неизменного значения нагрузки вспомогательных агрегатов. Мощность, развиваемая дизелем, зависит от давления газа, расширяющегося в цилиндре, т. е. от количества подаваемого топлива и от скорости перемещения поршня, а значит, и от частоты вращения вала. [c.9] Внешняя характеристика дизеля, т. е. закон зависимости мощности от частоты вращения его вала при наибольшей подаче топлива в цилиндры, изображена кривой 1 на рис. 8. Для сохранения неизменной частоты вращения вала дизель снабжается регулятором, который настраивают на поддержание той частоты вращения, при которой мощность дизеля максимальна. На большинстве тепловозов эта операция выполняется отдельно от регулирования остальных элементов энергетической цепи, задачей регулирования которых является нагрузка дизеля на полную его мощность. Кроме внешней характеристики 1 дизеля, на рис. 8 приведены его характеристики при работе на различных позициях контроллера машиниста. В условиях эксплуатации тепловоза значительная доля времени его работы не требует развития дизелем полной мощности. При таких режимах следует уменьшать подачу топлива в цилиндры. Это производится воздействием на топливные насосы цилиндров через регулятор дизеля [25] системой, которая приводится в действие через контроллер управления тепловозом. Полная цикловая подача топлива происходит на высшей позиции контроллера управления. Машинист имеет возможность посредством контроллера управлять режимом дизеля в зависимости от условий движения работа на более или менее тяжелых участках профиля, движение с ограниченной скоростью и т. д. [c.9] На каждом режиме управления центробежным регулятором дизеля автоматически регулируется подача топлива для сохранения постоянства (на этом режиме) частоты и вращения вала дизеля. Распределение позиций управления должно производиться так, чтобы на каждой из них дизель работал при минимальном для этой мощности расходе топлива. При проектировании генератора важно рассчитать его так, чтобы при этих наивыгоднейших для дизеля частоте вращений Пд г немощности дизеля Л генератор также работал бы с наибольшим к. п. д. [c.9] Основной входной координатой энергетической цепи тепловоза является подача топлива в цилиндры дизеля g , выходными координатами — момент на валу тягового двигателя Л тд частота вращения его вала Лд и ток нагрузки двигателя (генератора). Воздействие дизеля на генератор при передаче ему мощности выражается вращением его вала с частотй Пд г. Генератор оказывает обратное воздействие на дизель, нагружая его вал своим электромагнитным моментом Мг- Передача энергии от генератора тяговому электродвигателю характеризуется напряжением генератора и . [c.10] Состояние тягового двигателя, воспроизводящего внешнюю нагрузку в виде F = I W, выражается координатами момента Мтд (силы тяги), частоты вращения вала Птд (скорости движения) и тока нагрузки /тд, который является и током нагрузки генератора, т.е. обратным воздействием тягового двигателя на генератор. [c.10] Автоматическое регулирование энергетической цепи необходимо, если естественное взаимодействие звеньев не обеспечивает требуемого вида характеристики цепи. Для его осуществления могут быть использованы в качестве сигналов основные координаты состояния цепи тд, Ut, /г и Пр.д. В качестве объекта регулирования может быть использовано любое звено энергетической цепи или их сочетание. На рис. 7 штриховыми линиями показана подача этих сигналов или искусственных воздействий на вход генератора как объекта регулирования. [c.10] Ток нагрузки произвольно изменить невозможно, так как он зависит от механической нагрузки тягового электродвигателя. Для сохранения постоянства мощности генератора, т. е. нагрузки дизеля, имеется единственная возможность изменение магнитного потока генератора Ф обратно пропорционально току I. При этом выполняется условие Мт = onst. [c.10] К этому же выводу о средствах регулирования генератора приводит анализ его электрических координат. [c.10] Вернуться к основной статье