Электронный регулятор частоты вращения дизель-генератора с турбокомпрессором

Электронный регулятор частоты вращения дизель-генератора с турбокомпрессором

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к двигателестроению. Целью изобретения является повьшение эффективности регулирования . Регулятор содержит датчик 1 частоты вращения и задающий эле- .мент 2, выходы которых подключены к неинвертирующим входам сумматора 3, к выходной линии которого подключены последовательно соединенные формирователь 4 закона управления, усилитель 5 мощности и исполнительный орган 6 топливоподачи. Функциональный формирователь 16 сигнала уровня ограничения по давлению наддувочного воздуха включает в себя источник 17 опорного напряжения, датчик 18 активной нагрузки, суммирующий усилитель (Л С

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК цу ъ.Иб цц

А1

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3938495/25-06 (22) 02.08.85 (46) 23.08.87. Бюл. У 31 (71) Харьковский политехнический институт им. В.И.Ленина (72) А.Н.Борисенко (53) 621.43.038.555(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1273622, кл. F 02 D 41/00, 1985..(54) ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ

ВРАЩЕНИЯ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА С ТУРБОКОМПРЕССОРОМ (57) Изобретение относится к двигателестроению. Целью изобретения яв(5g 4 F 02 D 41/00 С 05 D 13/62 ляется повьппение эффективности регулирования. Регулятор содержит датчик ! частоты вращения и задающий элемент 2, выходы которых подключены к неинвертирующим входам сумматора 3, к выходной линии которого подключены последовательно соединенные формирователь 4 закона управления, усилитель 5 мощности и исполнительный орган 6 топливоподачи. Функциональный формирователь 16 сигнала уровня ограничения по давлению наддувочного воздуха включает в себя источник 17 опорного напряжения, датчик 18 активной нагрузки, суммирующий усилитель

1332052

19, первый резистор 20 и апериодическое звено 21. При набросах нагрузки на дизель"генератор датчик 14 наброса нагрузки вырабатывает сигнал, запускающий одновибратор 13. Последний формирует импульс„ поступающий на третий вход коммутатора 15. При действии этого сигнала коммутатор разрывает цепь для прохождения сигИзобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к электронным регуляторам частоты вращения дизель,— генератора с турбокомпрессором.

Целью изобретения является повышение эффективности регулятора.

На чертеже представлена блок-схема электронного регулятора.

Регулятор содержит датчик 1 и задатчик 2 частоты вращения, выходы которых подключены к неинвертирующим входам сумматора 3, к выходной линии которого подключены последовательно соединенные формирователь 4.закона управления, усилитель 5 мощности и исполнительный орган 6 топливоподачи.

Регулятор снабжен диодом 7, операционным. усилителем 8 с двумя входами и одним выходом и формирователем 9 сигнала уровня ограничения с задатчиками сигналов 10, 11 и 12 соответственно установившегося, пускового и неустановившег6ся режимов, причем последний выполнен в виде последовательно соединенных одновибратора 13 и датчика 14 наброса нагрузки. Первый вход операционного усилителя 8 подключен к выходу формирователя 4 закона управления, второй вход — к выходу коммутатора 15, а выход операционного усилителя 8 через диод 7 связан с инвертирующим входом сумматора

3 Первый вход коммутатора 15 подключен к выходу функционального формирователя 16 сигнала уровня ограничения по цавлению наддувочного воздуха, второй вход — к выходам задатчиков сигналов 10 и 11 установившегося и пускового режимов, а третий вход — к выходу одновибратора 13 занала от задатчиков установившегося пускового режима на вход усилителя 8 и замыкает цепь для прохождения сигнала с выхода функционального формирователя !6. Последний обеспечивает ограничение подачи топлива при набросах нагрузки в зависимости от давления наддува.

1 ил. датчика 12. При этом функциональный формирователь содержит источник 17 опорного напряжения, датчик 18 активной нагрузки, суммирующий усилитель

5 .19, первый резистор 20 и апериодическое звено 21. Первый вход суммирующего усилителя 19 соединен с датчиком 18 активной нагрузки и входом апериодического звена 21, а второй вход суммирующего усилителя 19 подключен к источнику 17 опорного напряжения. Апериодическое звено 21 выполнено в виде катушки 22 с ферромагнитным сердечником 22 и второго ре15 зистора 24, начало катушки 22 объединено с входом звена и подключено к выходу датчика 18 активной нагрузки.

Конец катушки 22 соединен с. первым зажимом второго резистора 24 и объе2О динен с выходом звена, который является выходом функционального формирователя 16. При .этом катушка 22 с ферромагнитным сердечником 23 снаб жена дополнительной обмоткой 25, на25 чало которои соединено с выходом суммирующего усилителя 19, а конец — с первым зажимом первого резистора 20.

Вторые зажимы резисторов 20 и 24 соединены между собой и с общим провоЗО дом схемы (нулевой шиной источника питания).

Датчик 1 частоты вращения представляет собой преобразователь часто ты вращения в постоянное напряжение

З5 и может быть выполнен в виде индукционного датчика, установленного вблизи коленчатого вала, на котором укреплен флажок или зубчатое колесо, и обмотка датчика через одновибратор связана с фильтром низкой частоты (и фильтр, и одновибратор реализуют

1332052 ся на микросхемах типа К140УД6, К140УД14 и др.). Задатчик 2 частоты вращения представляет собой источник опорного напряжения и реализуется в виде параметрического или компенсационного стабилизатора на стабилитронах типа КС156, КС182 и транзисторах типа КТ315; КТ814 и микросхемах серии К140. Сумматор 3 предназначен ip для .полученич алгебраической суммы подаваемых на него сигналов и выполнен. на операционном усилителе

К140УД6. На такой же элементной базе реализован операционный усилитель 8.

Диод 7 может быть серий КД, Д (например, КД202, Д220 и др.). Формирователь 4 закона управления задает величину цикловой подачи топлива в зависимости от сигналов датчика 1 частоты, задатчика 2 частоты и операционного усилителя 8 ° Усилитель 5 мощности выполнен на.транзисторах

КТ315 и КТ805А, а исполнительный орган 6 представляет собой электромаг- 25 нитную форсунку, обмотка электромагнита которой подключается к выходу усилителя 5. Источник 17 опорного напряжения представляет собой стабилизатор постоянного напряжения, выполненный на микросхеме 142ЕН1.

Суммирующий усилитель 19 реализован на микросхеме К140УД6. Датчик 18 активной нагрузки выбран типа Е728. Резисторы 20 и 24 — типа МТ, катушки

22 и . обмотка 25 намотаны проводом

ПЭВ-2, 0,35 на сердечнике из стали

Э12 или Э42. Одновибратор 13 реализуют на микросхеме 140УД6, Регулятор работает следующим об- 4О разом.

Во всех режимах, когда изменение топливоподачи происходит. в соответ- ствии с изменениями сигнала на выходе формирователя 4, операционный усилитель 8 находится в насыщенном состоянии, при котором диод 7 заперт, и, следовательно, никакого влияния на работу регулятора этот усилитель не оказывает. При равенстве входных сигналов операционного усилителя 8 он выходит из насыщения,, диод 7 открывается, чем обеспечивается охват сумматора 3 и формирователя 4, отрицательной обратной связью. Последнее определяет тот факт, что сигнал на

55 выходе формирователя 4 ни при каких обстоятельствах не превышает заданного ограничения. Уровень этого orраничения в установившемся режиме дизель-генератора. формируется задатчиком 10 установившегося режима. При пуске, в случае необходимости уменьшения уровня ограничения топливоподачи, по внешней команде происходит срабатывание задатчика 11 пускового режима, вследствие чего происходит уменьшение уровня сигнала задания.

Указанный сигнал поступает на второй вход коммутатора 15 и через него проходит на второй вход операционного усилителя 8, выходное напряжение ко торого изменяется, вызывая уменьшенйе сигнала формирователя 4 закона управления и цикловой подачи топлива.

При работе дизель-генератора на установившемся режиме или прн пуске сигнал, датчика 18 активной нагрузки имеет постоянную величину, благодаря чему через катушку 22 и второй резистор 24 протекает постоянный ток. Этот ток создает лишь ничтожно малое падение напряжения на активном сопротивлении катушки, и практически весь сигнал датчика 18 поступает на первый вход коммутатора 15. На выходе суммирующего усилителя 19 в этом случае действует также постоянное по величине напряжение, вследствие чего по дополнительной обмотке 25 и первому резистору 20 протекает неизменный ток. Произведение этого тока на число витков дополнительной обмотки

25 таково, что даже при отсутствии тока в катушке 22 рабочая точка сердечника 23 находится на падающем участке зависимости .магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля. Последнее приводит к уменьшению (увеличению) индуктивности катушки 22 при возрастании (уменьшении) ампер-витков обмотки 25. В соответствии с этим изменяется и постоянная ! времени катушки 22, равная отношению ее индуктивности к сопротивлению второго резистора 24. Величина этой постоянной времени при работе агрега-та на холостом ходу имеет наибольшее значение, уменьшающееся по мере роста активной нагрузки, При набросах нагрузки на дизельгенератор датчик 14 наброса нагрузки вырабатывает сигнал, запускающий одновибратор 13. Последний формирует импульс, поступающий на третий вход коммутатора 15. При действии этого сигнала коммутатор разрывает цепь

1332052 доя прохождения сигнала от задатчиков

10 и 11 установившегося и пусковог о режима на вход усилителя 8 и замыкает цепь для прохождения сигнала с выхода функционального формирователя 1б на

5 указанный вход усилителя 8.

Увеличение выходного сигнала датчика 18 активной нагрузки при набросе приводит к увеличению тока, протека1О ющего по катушке 22 и второму резистору 24, в результате чего на этой катушке появляется ЭДС самоиндукции уменьшаюшая скорость нарастания тока. В связи с этим выходной сигнал апериодического звена 21 нарастает не скачком, а по экспоненте, причем скорость нарастания с течением времени падает. Начальная величина этой скорости и продолжительность процесса нарастания сигнала по-разному зави- сят от упомянутой ранее постоянной 1 времени. Первая функция нарастает (падает) с уменьшением (увеличением)

25 постоянной времени, а вторая уменьшается (увеличивается) ° Сама же постоянная времени зависит от магнитного потока, пронизывающего сердечник 23. В связи с этим при набросах нагрузки на дизель-генератор, работавший в исходном состоянии на холостом ходу, нарастание выходного сигнала звена 21, являющегося моделью турбокомпрессора происходит медленнее и дольше,. чем при набросах наг- 35 рузки на агрегат, работавший в исходном состоянии под нагрузкой. В соответствии с этим зависимость ограничения подачи топлива и продолжительность процесса ограничения в первом и пос- 40 ледйем из расмотренных случае различны. В первом случае степень ограничения уменьшается слабее, а процесс ограничения длится дольше, чем во втором случае. В известном же устрой- 45 стве постоянная времени апериодического звена, имитирующего турбокомпрессор, неизменна и процесс нарастания его выходного сигнала, использующегося в качестве эквивалентна давле- 5р ния наддува, при набросах нагрузки имеет одинаковую продолжительность независимо от исходной активной нагрузки агрегата. Отметим, что на реальном дизель-генераторе с турбонаддувом постоянная времени турбокомпрессора при малых нагрузках дизеля больше, чем при больших, так как при уменьшении нагрузки дизеля частота вращения турбокомпрессора падает, вызывая уменьшение фактора устойчивости. Регулятор при набросах нагрузки обеспечивает ограничение топливоподачи по сигналу апериодического звена, закон изменения которого соответствует закону изменения давления наддува на реальном дизель- генераторе. Ограничение подачи топлива осуществляется в более строгом соответствии с изменением давления наддува, благодаря чему переходный процесс протекает при более высоких индикаторном КПД и топливной экономичности дизеля.

Формула изобретения

Электронный регулятор частоты вращения дизель-генератора с турбокомпрессором, содержащий задатчик и датчик частоты вращения дизель-генератора, соединенные с входами сумматора, соединенные последовательно исполнительный орган топливоподачи, усилитель мощности и формирователь закона управления, вход которого соединен, с выходом сумматора, а выход с первым входом операционного усилителя и через диод с инверсным входом сумматора, формирователь сигнала уровня ограничения, снабженный задатчиками сигналов установившегося, пускового и неустановившегося режимов, последний из которых выполнен в виде одновибратора с датчиком наброса нагрузки, коммутатор с тремя входами и одним выходом и функциональный формирователь сигнала ограничения по давлению наддувочного воздуха, снабженный апериодическим звеном и дат чиком активной нагрузки, причем выход датчика активной нагрузки соединен с входом апериодического звена, первый вход коммутатора соединен с выходом функционального формирователя, второй — с выходом формирователя сигнала уровня ограничения, третий— с выходом одновибратора задатчика неустановившегося режима, а выход коммутатора соединен с вторым входом операционного усилителя, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью, повьппения эффективности, функциональный формирователь сигнала ограничения по давлению наддувочного воздуха дополнительно снабжен источником опорного напряжения, суммирующим усилителем с двумя входами и первым

Составитель В.Славников

Техред М.Дрык Корректор М.Шароши

Редактор Л.Лангаэо

Тираж 503 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-ÇS, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3784131

„Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 1332052 8 резистором, его апериодическое звено невы между собой и с общим проводом выполнено в виде катушхи с ферромаг- схемы, начало дополнительной обмотки, нитным сердечником и дополнительной катушки соединено с выходом суммиобмоткой и второго резистора, причем рующего усилителя; первый вход посначало. катушки объединено с входом леднего подключен к выходу датчика апериодического звена; конец катушки активной нагрузки, второй вход — к соединен с первым sBKHMoM второго выходу источника опорного напряжения, резистора и объединен с выходом апе- а конец дополнительной обмотки катушриодиЧеск4Го звена, вторые зажимы 10 ки соединен с первым зажимом первого первого и второго резисторов соеди- резистора.