способ регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза

Формула изобретения

Способ регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза, заключающийся в том, что возбуждают вспомогательный генератор переменного тока, подают напряжение с выхода вспомогательного генератора переменного тока через управляемый выпрямитель на вход обмотки возбуждения тягового генератора, отличающийся тем, что подключают бортовую сеть тепловоза, запитанную от аккумуляторной батареи, к входу системы широтно-импульсного управления напряжением, подают напряжение с выхода системы широтно-импульсного управления напряжением на вход обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока через блок ограничения тока, подают напряжение с выхода силовой обмотки вспомогательного генератора переменного тока через неуправляемый мостовой выпрямитель к бортовой сети тепловоза, измеряют и нормируют напряжение бортовой сети, измеренный и нормированный датчиком напряжения сигнал, пропорциональный напряжению бортовой сети тепловоза, с выхода датчика напряжения направляют на один из входов блока сравнения, задают блоком задания уставки напряжения бортовой сети уставку напряжения бортовой сети, подают сигнал с выхода блока задания уставки напряжения на другой вход блока сравнения, и сравнивают уставку с измеренным и нормированным значением напряжения бортовой сети, результат сравнения с выхода блока сравнения подают на вход системы широтно-импульсного управления напряжением, осуществляют регулирование тока в обмотке возбуждения таким образом, чтобы величина напряжения на выходе неуправляемого мостового выпрямителя питания бортовой сети тепловоза соответствовала бы уровню напряжения уставки блока задания уставки напряжения бортовой сети тепловоза и, в зависимости от сигнала с блока сравнения, системой широтно-импульсного управления напряжением регулируют питающее ее напряжение бортовой сети тепловоза, подают напряжение с выхода системы широтно-импульсного управления напряжением через блок ограничения тока на вход обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза и осуществляют регулирование напряжения вспомогательного генератора переменного тока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к способу регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза в его электрической тяговой системе.

Известен способ регулирования напряжения переменного тока тепловоза, заключающийся в том, что в способе регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока самовозбуждают вспомогательный генератор, измеряют и нормируют напряжение на выходе вспомогательного генератора, подают напряжение с выхода вспомогательного генератора через один управляемый выпрямитель на вход обмотки возбуждения тягового генератора, измеряют и нормируют ток через обмотку возбуждения тягового генератора, через другой управляемый выпрямитель подают напряжение к цепям питания бортовой сети, измеряют и нормируют напряжение бортовой сети, причем сравнивают нормированные сигналы напряжения бортовой сети и тока обмотки возбуждения тягового генератора, выделяют максимальную величину, принимают максимальную величину за величину уставки напряжения вспомогательного генератора, сравнивают уставку с измеренным и нормированным напряжением вспомогательного генератора, результат сравнения усиливают и подают на управляющий вход управляемого выпрямителя возбуждения вспомогательного генератора (Развитие локомотивной тяги. Под ред. Н.А.Фуфрянского, А.Н.Бевзенко. М.: Транспорт, 2-е издание, 1988, с.69-75).

Недостатком известного способа является сложность управления, что приводит к необходимости иметь три управляемых выпрямителя: в цепи питания обмотки возбуждения тягового генератора, в цепи питания бортовой сети тепловоза, в цепи питания обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока.

Другим недостатком является наличие системы самовозбуждения вспомогательного генератора переменного тока, которая существенно усложняет электрическую схему тепловоза.

Известен способ регулирования напряжения вспомогательного генератора в устройстве регулирования напряжения бортовой сети тепловоза и питания обмотки возбуждения тягового генератора, содержащем вспомогательный генератор переменного тока и стартер-генератор, принятый за прототип, заключающийся в том, что возбуждают вспомогательный генератор переменного тока, для чего питают обмотку возбуждения вспомогательного генератора постоянным током, а напряжение с выхода вспомогательного генератора подают через управляемый выпрямитель на вход обмотки возбуждения тягового генератора, измеряют напряжение бортовой сети, сравнивают с выходным напряжением стартера-генератора, результат сравнения усиливают и подают на вход обмотки возбуждения стартера-генератора, а напряжение с выхода стартера-генератора подают на вход бортовой сети тепловоза (С.П.Филонов, А.И.Гибалов, В.Е.Быковский и др. Тепловоз 2ТЭ116. М.: Транспорт, 2-е издание, 1985, с.260-264).

Недостаток известного способа заключается в том, что выходное напряжение вспомогательного генератора пропорционально частоте вращения коленчатого вала дизеля и существенно превышает напряжение, необходимое для питания обмотки возбуждения тягового генератора, что вызывает необходимость глубокого фазоимпульсного регулирования управляемого выпрямителя, через который осуществляется питание обмотки возбуждения тягового генератора. Реактивная составляющая нагрузки увеличивается, что требует увеличения габаритной мощности вспомогательного генератора.

Другим недостатком способа является необходимость в установке дополнительного генератора для питания бортовой сети тепловоза.

Техническим результатом изобретения является упрощение способа регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза за счет: исключения системы самовозбуждения вспомогательного генератора переменного тока, замены управляемого выпрямителя питания бортовой сети тепловоза на неуправляемый мостовой выпрямитель питания бортовой сети тепловоза, замены управляемого выпрямителя возбуждения вспомогательного генератора переменного тока на систему широтно-импульсного управления напряжением, подаваемым на вход обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока, что позволяет обеспечить регулирование мощности тягового генератора тепловоза.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза возбуждают вспомогательный генератор переменного тока, подают напряжение с выхода вспомогательного генератора переменного тока через управляемый выпрямитель на вход обмотки возбуждения тягового генератора, подключают бортовую сеть тепловоза, запитанную от аккумуляторной батареи, к входу системы широтно-импульсного управления напряжением, подают напряжение с выхода системы широтно-импульсного управления напряжением на вход обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока через блок ограничения тока, подают напряжение с выхода силовой обмотки вспомогательного генератора переменного тока через неуправляемый мостовой выпрямитель к бортовой сети тепловоза, измеряют и нормируют напряжение бортовой сети, измеренный и нормированный датчиком напряжения сигнал, пропорциональный напряжению бортовой сети тепловоза, с выхода датчика напряжения направляют на один из входов блока сравнения, задают блоком задания уставки напряжения бортовой сети уставку напряжения бортовой сети, подают сигнал с выхода блока задания уставки напряжения на другой вход блока сравнения и сравнивают уставку с измеренным и нормированным значением напряжения бортовой сети, результат сравнения с выхода блока сравнения подают на вход системы широтно-импульсного управления напряжением, осуществляют регулирование тока в обмотке возбуждения таким образом, чтобы величина напряжения на выходе неуправляемого мостового выпрямителя питания бортовой сети тепловоза соответствовала бы уровню напряжения уставки блока задания уставки напряжения бортовой сети тепловоза, и в зависимости от сигнала с блока сравнения системой широтно-импульсного управления напряжением регулируют питающее ее напряжение бортовой сети тепловоза, подают напряжение с выхода системы широтно-импульсного управления напряжением через блок ограничения тока на вход обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза и осуществляют регулирование напряжения вспомогательного генератора переменного тока.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способ.

Устройство для реализации способа состоит из вспомогательного генератора 1 переменного тока с обмоткой возбуждения 2, силовой обмоткой 3 переменного тока. Выход силовой обмотки 3 переменного тока вспомогательного генератора 1 переменного тока соединен с силовым входом неуправляемого мостового выпрямителя 4, с силовым входом управляемого выпрямителя 5. Силовой выход неуправляемого мостового выпрямителя 4 соединен с датчиком напряжения 6 бортовой сети 7 тепловоза, с бортовой сетью 7 тепловоза и с аккумуляторной батареей 8 тепловоза, при этом бортовая сеть 7 тепловоза запитана от вспомогательного генератора 1 переменного тока через неуправляемый мостовой выпрямитель 4 и аккумуляторной батареи 8 тепловоза. Выход датчика напряжения 6 бортовой сети 7 тепловоза соединен с одним из входов блока сравнения 9, другой вход которого соединен с блоком 10 задания уставки напряжения бортовой сети 7 тепловоза. Выход блока сравнения 9 соединен с входом системы 11 широтно-импульсного управления напряжением, выход которой соединен с входом блока 12 ограничения тока, выход которого соединен с обмоткой возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока. Выход бортовой сети 7 тепловоза через коммутационный элемент 13 подключен к другому входу системы 11 широтно-импульсного управления напряжением. Неуправляемый мостовой выпрямитель 4, датчик напряжения 6 бортовой сети 7 тепловоза, блок сравнения 9, блок 10 задания уставки напряжения бортовой сети 7 тепловоза, система 11 широтно-импульсного управления напряжением образуют регулятор напряжения 14, который постоянно поддерживает напряжение вспомогательного генератора 1 переменного тока. Силовой выход управляемого выпрямителя 5 подключен к обмотке возбуждения 16 тягового генератора 15 постоянного тока тепловоза. Выход силовой обмотки 17 постоянного тока тягового генератора 15 подключен к входу датчика напряжения 18 тягового генератора 15 постоянного тока тепловоза, к входу датчика тока 19 и к входам тяговых электродвигателей тепловоза (на чертеже не показаны). Выход датчика напряжения 18 тягового генератора 15 и выход датчика тока 19 подключены к входам узла сравнения мощности 20, третий вход которого соединен с входом задатчика мощности 21 тягового генератора 15 постоянного тока тепловоза. Выход узла сравнения мощности 20 тягового генератора 15 тепловоза подключен к входу усилителя рассогласования заданной и измеренной мощности 22 тягового генератора 15 тепловоза. Выход усилителя рассогласования заданной и измеренной мощности 22 тягового генератора 15 тепловоза соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя 5 тягового генератора 15 тепловоза.

Способ осуществляется следующим образом.

Дизель тепловоза запущен, ротор вспомогательного генератора вращается с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала дизеля посредством механической связи (на чертеже не показано).

Возбуждают вспомогательный генератор 1, для чего через коммутационный элемент 13, например контактор, подключают бортовую сеть 7 тепловоза, запитанную от аккумуляторной батареи 8 тепловоза, к входу системы 11 широтно-импульсного управления напряжением. Напряжение с выхода системы 11 широтно-импульсного управления напряжением подают на вход обмотки возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока через блок 12 ограничения тока. Вспомогательный генератор 1 переменного тока возбуждается, и на его выходе действует переменное напряжение. Подают напряжение с выхода силовой обмотки 3 вспомогательного генератора 1 переменного тока через управляемый выпрямитель 5 на вход обмотки возбуждения 16 тягового генератора 15 постоянного тока тепловоза и через неуправляемый мостовой выпрямитель 4 к бортовой сети 7 тепловоза. Датчиком напряжения 6 бортовой сети 7 тепловоза, подключенным на выход неуправляемого мостового выпрямителя 4, измеряют и нормируют напряжение бортовой сети 7 тепловоза. Измеренный и нормированный датчиком напряжения 6 сигнал, пропорциональный напряжению бортовой сети 7 тепловоза, с выхода датчика напряжения 6 направляют на один из входов блока сравнения 9. Задают блоком 10 задания уставки напряжения бортовой сети 7 тепловоза уставку напряжения бортовой сети 7 тепловоза. Сигнал с выхода блока 10 задания уставки напряжения бортовой сети 7 тепловоза подают на другой вход блока сравнения 9. Сравнивают уставку с измеренным значением и нормированным значением напряжения бортовой сети 7 тепловоза. Результат сравнения с выхода блока сравнения 9 подают на вход системы 11 широтно-импульсного управления напряжением. Вступает в действие регулятор 14 напряжения бортовой сети 7 тепловоза, состоящий из неуправляемого мостового выпрямителя 4, датчика напряжения 6, блока сравнения 9, блока 10 задания уставки напряжения бортовой сети 7 тепловоза, системы 11 широтно-импульсного управления напряжением, которая по сигналу рассогласования уставки напряжения с выхода блока 10 задания уставки напряжения бортовой сети 7 тепловоза и сигналу, пропорциональному напряжению бортовой сети 7 тепловоза, измеренному датчиком напряжения 6, осуществляет регулирование тока возбуждения в обмотке возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока таким образом, чтобы величина напряжения на выходе неуправляемого мостового выпрямителя 4 питания бортовой сети 7 тепловоза соответствовала бы уровню напряжения уставки блока 10 задания уставки напряжения бортовой сети 7 тепловоза. В зависимости от сигнала с блока сравнения 9 системой 11 широтно-импульсного управления напряжением регулируют питающее ее напряжение бортовой сети 7 тепловоза. Напряжение с выхода системы 11 широтно-импульсного управления напряжением подают через блок 12 ограничения тока на вход обмотки возбуждения 2 вспомогательного генератора 1 переменного тока и осуществляют регулирование напряжения вспомогательного генератора 1 переменного тока.

Указанный способ регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза позволяет обеспечить регулирование мощности тягового генератора постоянного тока, которое осуществляется следующим образом.

Напряжение на выходе вспомогательного генератора 1 переменного тока постоянно и поддерживают регулятором 14 напряжения за счет системы 11 широтно-импульсного управления напряжением. Регулирование мощности осуществляют изменением тока в обмотке возбуждения 16 тягового генератора 15 постоянного тока тепловоза. В задатчике мощности 21 тягового генератора 15 тепловоза задают, например, с пульта машиниста (на чертеже не показано), уставку мощности, которая подает этот сигнал на один из входов узла сравнения мощности 20, на другие входы которого подают сигналы, пропорциональные измеренным датчиком тока 19 и датчиком напряжения 18 с выхода тягового генератора 15 тепловоза. Результат сравнения в усилителе рассогласования заданной и измеренной мощности 22 тягового генератора 15 тепловоза усиливают и подают на управляющие входы управляемого выпрямителя 5, с выхода которого ток поступает в обмотку возбуждения 16 тягового генератора 15 тепловоза.

Регулятором 14 напряжения бортовой сети 7 тепловоза поддерживают напряжение вспомогательного генератора 1 на заданном уровне, которое подают на управляемый выпрямитель 5.

Указанный способ регулирования напряжения вспомогательного генератора позволяет использовать вспомогательный генератор переменного тока с малой габаритной мощностью за счет: исключения системы самовозбуждения вспомогательного генератора переменного тока, замены управляемого выпрямителя питания бортовой сети тепловоза на неуправляемый мостовой выпрямитель питания бортовой сети тепловоза, замены управляемого выпрямителя возбуждения вспомогательного генератора переменного тока на систему широтно-импульсного управления напряжением, подаваемым на обмотку возбуждения вспомогательного генератора переменного тока.

Предложенный способ опробован на тепловозе ТЭМ18Д и показал положительные результаты.