Диссертация (1024783), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Равенства (1.1) и (1.2)отражают условие статического равновесия двигателя.23При переходе с одной позиции контроллера на другую машинистсначала перемещает контроллер управления частотой вращения, а затемпосле достижения дизелем заданной угловой скорости д(i+1) вторымконтроллером устанавливает требуемую мощность генератора NГ(i+1).

Впереходном процессе соотношение (1.2) приобретает вид:HUq цi  дi Ii Z /(2 )  NТi  N BCi  N Гi  I   дi d  дi / dt ,(1.3)где IΣ – суммарный момент инерции вращения вала двигателя иприсоединенных агрегатов, кг·м2;дi– угловая скорость вращенияколенчатого вала, с-1. Графически этот процесс можно изобразитьследующим образом. Допустим необходимо изменить режим работы с дi, Piiна д(i+1), Pi(i+1) (точка 1, Рис. 1.1).

Ускорение d д / dt возникает за счетувеличения цикловой подачи топлива регулятором таким образом, чтобыиндикаторная мощность увеличилась на величинуN i  I   дi d  дi / dt .(1.4)На Рис. 1.1 это отрезок 1-5. По мере роста угловой скорости д будутувеличиваться все составляющие правой части уравнения (1.2). Схематичноэто можно отобразить следующим образом. Так как возбуждение тяговогогенераторанеизменялось,мощностьгенераторабудетизменятьсяпропорционально угловой скорости (отрезок 1-3, Рис. 1.1).В интервале изменения угловой скорости от дi до д(i+1) можно принять,что мощность трения в дизеле и мощность агрегатов тепловоза такжепропорциональныугловойскорости.НаРис.1.1изменениеэтойсоставляющей – отрезок 3-4, соответствующий отрезку 8-9.

Суммарнаяиндикаторная мощность дизеля в переходном процессе условно показана24отрезком 5-6 (Рис. 1.1). При достижении заданной угловой скорости д(i+1)индикаторная мощность снизится на величинуN i  I   д(i 1) d  д(i 1) / dt(1.5)и будет соответствовать ординате точки 4 (Рис. 1.1).

Изменяя возбуждениегенератора, машинист приведет индикаторную мощность в соответствие сзаданной для данной угловой скорости коленчатого вала (отрезок 4-7, Рис.1.1). Мощность агрегатов тепловоза может изменяться на 50-60%, точностьподдержания заданной угловой скорости у гидромеханических регуляторовнаходится в пределах 4%, поэтому установленная машинистом мощностьдвигателя может отличаться от заданной на 8-10%.Для низкофорсированных дизелей такая точность регулирования былавполне приемлемой, так как между заданной (линия ВЕ, Рис. 1.1) и внешней(линия СD) характеристиками имеется достаточно большой запас и приизменении скоростного режима увеличение мощности на величину ΔNi невыходит за допустимую границу (линия СD).

При последующем развитиитепловозной тяги [90, 159, 160, 168, 200] от применения подобных системотказались, так как в экстремальных ситуациях машинист не в состояниисовмещатьуправлениедвижениемпоездасуправлениемсиловойустановкой.Задача автоматического изменения мощности тягового генератора приувеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя была решенапутем совершенствования тяговой передачи. В систему возбуждениятягового генератора был введен специальный агрегат (возбудитель),характеристики которого зависели от режима работы генератора и частотывращения коленчатого вала [173].

Такими системами возбуждения тяговогогенератора были оснащены тепловозы ТЭМ 1 [46, 140, 171], ТЭМ2 [165, 173],ТЭ2 [166] и ТЭ3 [145]. На этих тепловозах был применен более современный25регулятор частоты вращения фирмы Woodward (США). В России этотрегулятор обозначался типом Д50.

Это изодромный гидромеханическийрегулятор с гибкой обратной связью, обеспечивал точное поддержаниезаданной частоты вращения независимо от нагрузки на двигатель (отвеличины подачи топлива) [171].На Рис. 1.2 схематично показаны скоростные характеристики дизелятепловоза ТЭМ 2 [173]. Закон регулирования эффективной мощности дизеляв зависимости от частоты вращения представлен линией ВЕ. На первойпозиции контроллера мощность тягового генератора уменьшена введениемдополнительного сопротивления в цепь возбудителя (линия 1-2, Рис.

1.2).Особенностью такой системы является значительная зависимость мощноститягового генератора от температуры обмоток тягового генератора и тяговыхдвигателей. При снижении температуры обмоток мощность тяговогогенератора существенно возрастает (линия 4-5, Рис. 1.2). Возникалавозможность повышения мощности дизеля до внешней характеристики(линия 5-D, Рис. 1.2) и частота вращения двигателя ограничиваласьабсциссой точки 5, что могло приводить к потере тяговой мощноститепловоза. При повышении температуры обмоток мощность тяговогогенератора снижалась до ординат линии 3-6 (Рис. 1.2).Разброс мощностей тягового генератора по тепловозной (скоростной)характеристике мог достигать 20-25%, что приводило к недоиспользованиюмощности дизеля и потере экономичности [41, 143]. На тепловозе ТЭ3 [145]для устранения этого недостатка был применен новый закон регулирования.Схематично скоростные характеристики дизеля 2Д100 этого тепловозапредставлены на Рис.

1.3.26Рис. 1.2. Скоростная характеристика дизеля с низким наддувом приавтоматическом (машинном) регулировании мощности тягового генератора(тепловоз ТЭМ2): n – частота вращения коленчатого вала; Nе – эффективнаямощность дизеля; CD – внешняя характеристика; AF – характеристикамощности агрегатов тепловоза; BE-AF – генераторная (тепловозная)скоростная характеристика – разность ординат линий BE и AF; 1-2 –эффективная мощность при изменении частоты вращения от  до  позицийконтроллера; 4, 5, 3, 6 – зависимость эффективной мощности от частотывращения при минимальной (4, 5) и максимальной (3, 6) температуреобмоток электрических машинПри работе на -V позициях контроллера сохраняется законрегулирования, принятый на тепловозах ТЭМ 1, ТЭМ 2, ТЭ 2.

Дляисключения перегрузки дизеля на этих позициях контроллера установленаболее низкая мощность тягового генератора (линия ВЕ, Рис. 1.3). На Vпозиции контроллера в систему регулирования включается новый узелавтоматическогоэффективнаярегулированиямощностьдизелямощностименяется(АРМ).поПризаконуегоEDD’.работеТакоерегулирование позволяет на V позиции контроллера реализовать полнуюмощность дизеля независимо от температуры обмоток электрических машини мощности, потребляемой агрегатами тепловоза.

Введение регулятора АРМ27позволяеткомпенсироватьнеточностьнастройкитепловознойхарактеристики и повышать КПД тепловоза при работе на полной мощности.При работе по линиям EDD’ (Рис. 1.3) КПД дизеля меняется незначительно,однако мощность тягового генератора существенно возрастает (ординаты D,D’), снижая относительные потери на трение в дизеле и агрегатысобственных нужд.Рис. 1.3. Универсальная и скоростные характеристики дизеля 2Д100тепловоза ТЭ3: n – частота вращения коленчатого вала: Nе – эффективнаямощность дизеля: CD’D – внешняя характеристика; AF – характеристикамощности агрегатов тепловоза; 1-2 – эффективная мощность при изменениичастоты вращения от I до II позиции контроллера; 3-5, 4-6 – диапазонизменения эффективной мощности в зависимости от температуры обмотокэлектрических машин28Анализ характеристик, представленных на Рис. 1.3, показывает, чтосмещение вверх характеристики ВЕ позволило бы повысить экономичностьна всех позициях контроллера.

Так, если характеристику ВЕ сместить ближек точке D, то граница заштрихованной области (4-6, Рис. 1.3) передвинетсявверх и пересечет линию СD. Это значит, что при холодных обмоткахгенератораитяговыхдвигателейдизель-генераторневыйдетнаноминальную частоту вращения и мощность, так как после пересечениялинии СD правая часть равенства (1.1) становится больше левой. Если вблизиот станции начинается подъем, то тепловоз не вытянет состав расчетноговеса. Эти рассуждения касаются статических характеристик. В переходномпроцессе при изменении режима работы с одной угловой скорости на другуювправойчастиуравнения(1.3)балансамощностейпоявляетсядополнительная величина, связанная с изменением кинетической энергиивращения вала дизель-генератора при реализации заданного угловогоускорения dд / dt . Если характеристика мощности находится ниже линииСD, то заданное угловое ускорение будет реализовано. В противном случаепроцесс перехода на вновь заданную частоту затянется по времени.

Впроцессе увеличения угловой скорости цикловая подача топлива должнавозрастать,такпостоянным,какипропорциональновозбуждениемощностьквадратутяговоготяговогоугловойгенераторагенератораскорости.неостаетсяувеличиваетсяЭтозаставляетпредусматривать дополнительный запас по мощности между линиями СD иВЕ. Характеристики двигателей с низкой форсировкой по среднемуэффективному давлению (с низким наддувом) позволяют с некоторымипотерямиэкономичностиобеспечиватьработудизель-генераторанатепловозе.

Характеристики

Список файлов диссертации