способ регулирования дизель-электрического агрегата и устройство для регулирования дизель-электрического агрегата

Формула изобретения

1. Способ регулирования дизель-электрического силового агрегата, включающего в себя дизель и электрический генератор, заключающийся в регулировании мощности путем изменения необходимого расхода топлива для данной нагрузки на дизель и поддержании с заданной точностью постоянной частоты вращения вала дизеля, отличающийся тем, что изменение мощности, расхода топлива и поддержание постоянной частоты вращения вала дизеля осуществляют дискретно, путем регулирования пропусков тактов впрыска топлива в соответствии со штатным порядком работы цилиндров дизеля в зависимости от величины мощности по его внешней скоростной характеристике так, что в зоне максимальной мощности пропуски тактов впрыска топлива в цилиндры не осуществляют, а по приближении к значению мощности, соответствующей номинальному режиму работы и вплоть до холостого хода, при постоянной частоте вращения вала дизеля частоту пропусков такта впрыска топлива в цилиндры дизеля увеличивают, обеспечивая при этом неизменными: частоту вращения вала дизеля, коэффициент избытка воздуха и цикловую подачу топлива в работающих цилиндрах дизеля по выбранному заранее значению и требуемый расход топлива для данной нагрузки, при этом электронный регулятор частоты вращения вала дизеля использует входную информацию о нагрузке и частоте вращения вала дизеля соответственно по значениям эффективного тока нагрузки на электрический генератор и сигнала датчика частоты вращения вала дизеля.

2. Устройство для регулирования дизель-электрического силового агрегата, включающего в себя дизель и электрический генератор и работающего при постоянной частоте вращения на внешнюю переменную нагрузку, содержащее дискретно электроуправляемую топливную аппаратуру дизеля и систему регулирования дизеля с устройством сравнения, регулятором мощности и датчиком частоты вращения, отличающееся тем, что в состав устройства регулирования дизеля входят второе устройство сравнения, электронный регулятор частоты вращения дизеля, частотно-импульсный модулятор, датчик мощности внешней нагрузки, задатчик частоты вращения и электронный блок отключения циклов, при этом первый вход устройства сравнения соединен с выходом задатчика частоты вращения, второй вход устройства сравнения соединен с датчиком частоты вращения дизеля, выход устройства сравнения соединен со входом электронного регулятора частоты вращения, выход последнего соединен с первым входом второго устройства сравнения, второй вход второго устройства сравнения соединен с датчиком мощности, выход дополнительного устройства сравнения связан со входом регулятора мощности дизеля, выход последнего связан со входом частотно-импульсного модулятора, выход которого связан с первым входом блока отключения циклов, при этом второй вход блока отключения циклов связан с выходом датчика частоты вращения, а выход блока отключения циклов связан с дискретной электроуправляемой топливной аппаратурой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к дизельным электрическим агрегатам, работающим на внешнюю переменную нагрузку в составе дизеля и электрического генератора, и предназначено для регулирования дизеля, входящего в состав электрического агрегата.

Известен способ регулирования дизель-электрического силового агрегата, включающего в себя дизель и электрический генератор, заключающийся в регулировании мощности путем изменения необходимого расхода топлива для данной нагрузки на дизель и поддержании с заданной точностью постоянной частоты вращения вала дизеля, а также известно устройство для регулирования дизель-электрического силового агрегата, включающего в себя дизель и электрический генератор и работающего при постоянной частоте вращения на внешнюю переменную нагрузку, содержащее дискретную электроуправляемую топливную аппаратуру дизеля и систему регулирования дизеля с устройством сравнения, регулятором мощности и датчиком частоты вращения (см. авторское свидетельство СССР №1288324 МПК F 02 D 29/06, опубл. 07.02.1987).

Недостаток известного технического решения заключается в том, что система регулирования и реализуемый способ не обеспечивают оптимальности по выбранным критериям (топливная экономичность, экологичность) протекания рабочих процессов дизельного двигателя на всех эксплуатационных режимах ввиду того, что оптимальная работа двигателя настраивается на номинальном режиме. Всякое отклонение от него ведет к увеличению расхода топлива и ухудшению его экологических показателей.

Задачей изобретения является обеспечение оптимального (по выбранному критерию) протекания рабочих процессов дизеля на всех эксплуатационных режимах промышленного двигателя.

Поставленная задача решается тем, что способ регулирования дизель-электрического силового агрегата, включающего в себя дизель и электрический генератор, заключается в регулировании мощности путем изменения необходимого расхода топлива для данной нагрузки на дизель и поддержании с заданной точностью постоянной частоты вращения вала дизеля, согласно изобретению, изменение мощности, расхода топлива и поддержание постоянной частоты вращения вала дизеля осуществляют дискретно, путем регулирования пропусков тактов впрыска топлива в соответствии со штатным порядком работы цилиндров дизеля в зависимости от величины мощности по его внешней скоростной характеристике, так что в зоне максимальной мощности пропуски тактов впрыска топлива в цилиндры не осуществляют, а по приближении к значению мощности, соответствующей номинальному режиму работы и вплоть до холостого хода, при постоянной частоте вращения вала дизеля частоту пропусков такта впрыска топлива в цилиндры дизеля увеличивают, обеспечивая при этом неизменными частоту вращения вала дизеля, коэффициент избытка воздуха и цикловую подачу топлива в работающих цилиндрах дизеля по выбранному заранее значению и требуемый расход топлива для данной нагрузки, при этом электронный регулятор частоты вращения вала дизеля использует входную информацию о нагрузке и частоте вращения вала дизеля соответственно по значениям эффективного тока нагрузки на электрический генератор и сигнала датчика частоты вращения вала дизеля.

Поставленная задача решается также и тем, что устройство для регулирования дизель-электрического силового агрегата, включающего в себя дизель и электрический генератор и работающего при постоянной частоте вращения на внешнюю переменную нагрузку, содержит дискретно электроуправляемую топливную аппаратуру дизеля и систему регулирования дизеля с устройством сравнения, регулятором мощности и датчиком частоты вращения, согласно изобретению в состав устройства регулирования дизеля входят второе устройство сравнения, электронный регулятор частоты вращения дизеля, частотно-импульсный модулятор, датчик мощности внешней нагрузки, задатчик частоты вращения и электронный блок отключения циклов, при этом первый вход устройства сравнения соединен с выходом задатчика частоты вращения, второй вход устройства сравнения соединен с датчиком частоты вращения дизеля, выход устройства сравнения соединен со входом электронного регулятора частоты вращения, выход последнего соединен с первым входом второго устройства сравнения, второй вход второго устройства сравнения соединен с датчиком мощности, выход второго устройства сравнения связан со входом регулятора мощности дизеля, выход последнего связан со входом частотно-импульсного модулятора, выход которого связан с первым входом блока отключения циклов, при этом второй вход блока отключения циклов связан с выходом датчика частоты вращения, а выход блока отключения циклов связан с дискретно электроуправляемой топливной аппаратурой.

На чертеже показана принципиальная схема заявленного устройства.

Устройство для регулирования дизель-электрического силового агрегата, включающего в себя дизель 1 и электрический генератор 2 и работающего при постоянной частоте вращения на внешнюю переменную нагрузку, содержит дискретно электроуправляемую топливную аппаратуру 3, устройство 4 сравнения, регулятор 5 мощности, датчик 6 частоты вращения, второе устройство 7 сравнения, электронный регулятор 8 частоты вращения дизеля, частотно-импульсный модулятор 9, датчик 10 мощности внешней нагрузки, задатчик 11 частоты вращения и электронный блок 12 отключения циклов. Первый вход устройства 4 сравнения соединен с выходом задатчика 11 частоты вращения, второй вход устройства 4 сравнения соединен с датчиком 6 частоты вращения дизеля, выход устройства 4 сравнения соединен со входом электронного регулятора 8 частоты вращения. Выход регулятора 8 частоты вращения соединен с первым входом второго устройства 7 сравнения, второй вход второго устройства 7 сравнения соединен с датчиком 10 мощности, выход второго устройства 7 сравнения связан со входом регулятора 5 мощности дизеля, выход регулятора 5 мощности дизеля связан со входом частотно-импульсного модулятора 9, выход которого связан с первым входом электронного блока 12 отключения циклов. Второй вход блока 12 отключения циклов связан с датчика 6 частоты вращения, а выход блока 12 отключения циклов связан с дискретно электроуправляемой топливной аппаратурой 3.

Реализация заявленного способа показана на примере работы устройства.

Устройство работает следующим образом. Так при изменении нагрузки, например при ее снижении, возникает необходимость уменьшения мощности дизеля и электрического генератора, при этом следует изменить расход топлива, сохраняя при этом неизменную частоту вращения. Уменьшенный расход топлива достигается путем пропуска тактов впрыска топлива, при этом цикловая частота подачи топлива и коэффициент избытка воздуха остается неизменными. Особенность заявленного изобретения заключается в том, что изменение мощности, расхода топлива и поддержание постоянной частоты вращения вала дизеля осуществляют дискретно, путем регулирования пропусков тактов впрыска топлива в соответствии со штатным порядком работы цилиндров дизеля 1 в зависимости от величины мощности по его внешней скоростной характеристике. При этом в зоне максимальной мощности пропуски тактов впрыска топлива в цилиндры не осуществляют, а по приближении к значению мощности, соответствующей номинальному режиму работы и вплоть до холостого хода, при постоянной частоте вращения вала дизеля частоту пропусков такта впрыска топлива в цилиндры дизеля увеличивают. При регулировании мощности обеспечиваются неизменными частота вращения вала дизеля, коэффициент избытка воздуха и цикловой подачи топлива в работающих цилиндрах дизеля по выбранному заранее значению и требуемый расход топлива для данной нагрузки. Электронный регулятор 8 частоты вращения вала дизеля использует входную информацию о нагрузке и частоте вращения вала дизеля соответственно по значениям эффективного тока нагрузки на электрический генератор 2 и датчика 6 частоты вращения вала дизеля. При этом элементы системы взаимодействуют следующим образом: сигнал задания по частоте вращения от задатчика 11 (задающего устройства ручного регулирования частоты) подается на первое сравнивающее устройство сравнения 4 (сумматор), где сравнивается с сигналом обратной связи от электрического датчика 6 частоты вращения вала дизеля (текущей частоты дизеля). Результат сравнения подается на электронный регулятор частоты вращения 8 (пропорционально-интегрально-дифференциальный ПИД - регулятор).

Выходной сигнал регулятора 8 частоты вращения подается на вход второго устройства 7 сравнения, где сравнивается с сигналом обратной связи по текущему значению датчика 10 мощности (тока) нагрузки. Результат сравнения подается на вход пропорционального регулятора мощности 9. Выходной сигнал регулятора мощности 9 подается на вход частотно-импульсного модулятора 12, вырабатывающего частотный сигнал, пропорциональный приращению тока нагрузки и вместе с электронным блоком 12 отключения циклов и дискретно электроуправляемой топливной аппаратуры 3, осуществляющей цикловую подачу или пропуск тактов впрыска топлива, изменяя частоту подачи топлива в соответствии с требуемой нагрузкой по углу поворота коленчатого вала и углу опережения впрыска топлива.

Таким образом, при набросе внешней нагрузки происходят отклонения скоростного режима дизельного электроагрегата от номинального и начинает работать внутренний контур регулирования мощности дизеля в соответствии с новым значением сигнала датчика тока нагрузки. Пропорционально току нагрузки повышается частота модуляции включения циклов впрыска топлива, соответственно повышается крутящий момент дизеля. В результате выравнивается скоростной режим дизельного электроагрегата до номинального.

Дискретно электроуправляемая топливная аппаратура дизеля может быть выполнена аналогично представленной в [1].

Устройства сравнения 4 и 7, электронный регулятор 8 частоты вращения дизеля могут быть выполнены как по аналоговой, так и дискретной схемам на основе унифицированной блочной системы регулирования (УБСР) [2].

Частотно-импульсный модулятор 9 может быть выполнен в виде электронного блока, аналогично представленному в [3].

Датчик 10 мощности внешней нагрузки может быть выполнен на основе трансформаторов тока и диодного моста [2].

Задатчик (11) частоты вращения может быть выполнен в виде силового потенциометра, либо задатчика интенсивности [2].

Электронный блок (12)отключения циклов может быть выполнен в виде электронного блока [4].

Регулятор мощности 5 может быть выполнен в виде пропорционально-интегрального регулятора на базе УБСР [2].

Датчик частоты вращения 6 может быть выполнен в виде тахогенератора [5].

Источники информации

1. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Справочник. - Машиностроение, 1990. - с.190.

2. Электроприводы в АСУ ТП / Л.М.Вишневский и др. - Энергоатомиздат, 1983. 73-79 с.

3. Электротехнический справочник. Под общей редакцией П.Г.Грудинского и др. Изд. 5-е, - М., Энергия, 1976., с.115-124.

4. Пинский Ф.И. и др. Адаптивные системы управления дизелей. М., МГОУ, 1995 г.

5. Алексеев А.П. и др. Дизельные и карбюраторные электроагрегаты и станции. Справочник. Под ред. В.А.Андрейкова. М., Машиностроение, 1973 г. с.296.