Системы автоматического регулирования генераторов тепловых двигателей

Конструкция и принцип действия системы автоматического регулирования генератора в теплоэлектрическом подвижном составе. Особенности соединения регуляторов теплового двигателя и генератора. Объединенное регулирование дизель-генератора и тяговых двигателей.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Контрольная работа

Системы автоматического регулирования генераторов тепловых двигателей



План

1. САР генератора

2. Объединённое регулирование теплового двигателя и генератора

3. Объединённое регулирование дизель-генератора и тяговых двигателей

Литература



1. САР генератора

Каждая из САР или ее узлов может иметь различную структуру, состоять из различных по конструкции и принципу действия элементов, выполнять все или часть из рассмотренных выше операций по регулированию. Поэтому для САР, применяемых в теплоэлектрическом подвижном составе, характерно большое разнообразие как по выполнению отдельных систем или их узлов, так и по сочетанию их между собой. Кроме того, как указывалось, нередко САР используются совместно с некоторыми системами саморегулирования.

Из многочисленных САР, применяемых в теплоэлектрическом подвижном составе рассмотрим

САР электромашинного регулирования по угловой скорости генератора (тахометрическая схема)

В системе возбуждения генератора сочетается саморегулирование при помощи возбудителя с радиально расщепленными полюсами и система автоматического регулирования, позволяющая повысить использование мощности дизеля и улучшить пусковые характеристики тепловоза.

Цепи САР включают в себя: G -тяговый генератор; L₁ - независимая обмотка возбуждения генератора; РН - регулятор напряжения; G1 - вспомогательный генератор; G2, G3 - тахогенераторы; G4 - возбудитель; L4₁…L4₆ - обмотки возбуждения возбудителя; VD1, VD2 - диоды.

Кроме обмоток возбуждения L4₃…L4₆, назначением которых является изменение магнитного потока генератора для создания характеристики, близкой к гиперболе, в возбудителе предусмотрены на ненасыщенных полюсах обмотки L4₁ и L4₂. Обмотка L4₁ служит для повышения использования мощности дизеля путем автоматического регулирования по его угловой скорости. Она действует согласно с независимой обмоткой L4₃. Обмотка L4₂ предназначена для автоматического регулирования пускового тока генератора, и ее н.с. направлена навстречу н.с. обмотки L4₃.

Рассмотрим сначала работу узла регулирования мощности (АРМ), считая ток в обмотке L4₂ равным нулю. Обмотка L4₁ включена на разность напряжений тахогенератора G2, приводимого от вала двигатель-генератора, и вспомогательного генератора G1. Регулятор напряжения РН поддерживает постоянным напряжение U_G1 вспомогательного генератора.

Сопротивление в цепи независимой обмотки возбудителя подобрано так, что при отсутствии тока в обмотке L4₁ генератор не может полностью нагрузить тепловой двигатель. Сопротивление R1 в цепи обмотки возбуждения тахогенератора G2 подобрано таким образом, что при максимальной угловой скорости, поддерживаемой регулятором теплового двигателя, ток в регулирующей обмотке достигает максимально допустимого значения. Это значение, соответствующее максимальному возбуждению возбудителя и сохраняется неизменным, пока момент сопротивления генератора меньше свободного момента теплового двигателя при максимальной подаче топлива. При этом действует регулятор теплового двигателя, поддерживая постоянную угловую скорость его и меняя подачу топлива в зависимости от момента генератора. Когда шток регулятора достигает положения упора, дальнейшее повышение момента вызывает снижение угловой скорости. При этом резко уменьшается ток регулирующей обмотки L4₁ и новое равновесие между моментом теплового двигателя и генератора восстанавливается при некотором снижении угловой скорости. Наоборот, уменьшение момента генератора или увеличение свободного момента теплового двигателя (например, вследствие выключения части вспомогательной нагрузки) повышает угловую скорость, в результате возрастает момент генератора. Таким образом, схема поддерживает приблизительно постоянную угловую скорость путем изменения возбуждения возбудителя.

В схеме отсутствует регулятор генератора как самостоятельный аппарат, и поэтому она может быть отнесена к системам саморегулирования. Однако по своим характеристикам и динамическим свойствам она может быть причислена к замкнутым системам раздельного регулирования. Узел схемы, состоящий из тахогенератора G2, вспомогательного генератора G1 и регулирующей обмотки L4₁, может рассматриваться как регулятор прямого действия. В регуляторе имеется элемент сравнения, состоящий из тахогенератора, измеряющего угловую скорость и являющегося измерительным органом, и вспомогательного генератора, напряжение которого определяет величину угловой скорости, поддерживаемой регулирующим устройством, и который, следовательно, может рассматриваться как задающий орган. В качестве исполнительного органа служит регулирующая обмотка L4₁ возбудителя, изменяющая его магнитный поток, являющийся регулирующим параметром.

Диод VD1 защищает цепь АРМ от повышенного тока при снижении угловой скорости дизеля.

Для цепи регулирующей обмотки при установившемся режиме справедливо равенство

E_G2=c_{e G2}Ф_G2щ=U_G1+i _L41(R_L41+R_G2)+u₁, (1)

де Е_G2, Ф_G2 - э. д. с. и магнитный поток тахогенератора; R_L41 -- сопротивление регулирующей обмотки; R_G2 - сопротивление цепи якоря тахогенератора G2 (вместе с соединительными проводами узла АРМ); и₁- падение напряжения в диоде VD1 и на щетках тахогенератора.

Изменение тока в обмотке РВ является результатом отклонения угловой скорости и ЭДС тахогенератора. В установившемся режиме ток должен достигнуть величины, при которой момент генератора М_г становится равным свободному моменту теплового двигателя М_д.

В свою очередь угловая скорость устанавливается в соответствии с равенством (1) в зависимости от тока регулирующей обмотки. При отклонениях М_д или М_г изменяется i_рв, при этом изменяются падения напряжения в цепи регулирующей обмотки, а следовательно, и угловая скорость двигатель-генератора. Таким образом, регулирование угловой скорости является статическим.

Изменение тока в обмотке L4₁ является результатом отклонения угловой скорости и ЭДС тахогенератора G2. В установившемся режиме ток должен достигнуть величины, при которой момент генератора М_г становится равным свободному моменту теплового двигателя М_д.

В свою очередь угловая скорость устанавливается в зависимости от тока регулирующей обмотки. При отклонениях М_д или М_г изменяется i_L41, при этом изменяются падения напряжения в цепи регулирующей обмотки и угловая скорость двигатель-генератора. Таким образом, регулирование угловой скорости является статическим.

Ток в регулирующей обмотке L4₁ устанавливается в процессе регулирования таким, чтобы момент сопротивления генератора при любом его значении был равен свободному моменту дизеля.

Узел АРМ, как и регулятор теплового двигателя, является регулятором угловой скорости дизель-генератора. Однако цели их применения различны. Регулятор теплового двигателя поддерживает постоянную угловую скорость при изменении развиваемой генератором мощности и устанавливает подачу топлива в соответствии с последней, т. е. режим дизеля определяется режимом генератора. Регулятор генератора имеет целью обеспечить полное использование мощности дизеля путем изменения возбуждения генератора при неизменной подаче топлива, причем мощность, потребляемая генератором, определяется величиной свободной мощности, передаваемой от дизеля на вал генератора. Наличие двух отдельных регуляторов, поддерживающих одну величину, вызывает необходимость строгого разграничения областей их работы и взаимной настройки.

Регулятор дизеля должен действовать, пока генератор не может полностью нагрузить его из-за ограничения по напряжению. Для возможно большего использования мощности дизеля целесообразно обеспечить при этом наибольшее допустимое возбуждение генератора. Следовательно, в области тока нагрузки от 0 до I_гмин нужно посредством изменения тока возбуждения тахогенератора G2 установить наибольший ток регулирующей обмотки. Так как в этой области угловая скорость поддерживается постоянной, ток регулирующей обмотки не изменяется, т.е. регулятор генератора не действует.

Для того чтобы регулятор генератора выполнял свое назначение - поддерживал (с той или иной точностью) постоянный режим работы дизеля, необходимо постоянство подачи топлива. Для этого нужно, чтобы в области I_г>I_гмин магнитный поток тягового генератора при максимальном значении тока регулирующей обмотки и любых условиях (нагретые обмотки возбуждения и т. п.) был больше потока, соответствующего наибольшему свободному моменту дизеля. Тогда при I_г>I_гмин регулирующий орган дизеля достигает положения упора. Дальнейшее увеличение тока нагрузки приводит к перегрузке дизеля, его угловая скорость снижается, в результате чего ток регулирующей обмотки уменьшается до тех пор, пока момент генератора не станет равным свободному моменту дизеля. Система возбуждения возбудителя при отключенной обмотке L4₁ должна настраиваться так, чтобы при всех условиях магнитный...