Напряжение генератора иг, если пренебречь падением напряжения в якорной цепи н реакцией якоря, может быть определено по формуле
(10)
где Сг — постоянная величина для данного генератора, определяемая числом пар полюсов и параметрами обмотки якоря; Фг — магнитный поток полюса генератора, Вб;
л — частота вращения якоря генератора, об/мии.
Магнитный поток полюса Фг пропорционален току возбуждения генератора. Следовательно, для того чтобы получить требуемую форму характеристики генератора (см. рис. 21 и 22) необходимо ток возбуждения изменять по определенному закону в зависимости от ряда факторов, влияющих на напряжение генератора и мощность дизель-генераторной установки. Такое изменение тока возбуждения генератора на современных тепловозах выполняется при помощи системы автоматического управления тяговым генератором (рис. 23).
Так как основным фактором, в зависимости от которого изменяется напряжение генератора, является ток его нагрузки, основная САУ генератором должна быть выполнена по току нагрузки. Именно она позволяет приблизить характеристику генератора в заданном интервале токов нагрузки к гиперболической. Эта же САУ (но в несколько измененном режиме работы) при трога-нии тепловоза с места обеспечивает ограничение пускового тока, а при малых токах нагрузки — ограничение максимального напряжения генератора.
Работа тепловоза с пониженной мощностью и уменьшенным пуско-
Рис. 23. Функции системы автоматического управления тяговым генератором вым током, как отмечалось выше, требует снижения частоты вращения валов дизель-генераторной установки путем уменьшения позиции контроллера. Для реализации необходимой мощности генератора на промежуточных позициях контроллера служит САУ генератором по частоте вращения.
При работе тепловоза имеет место ряд факторов (кроме тока нагрузки генератора), которые влияют на мощность генератора, а также на свободную мощность, передаваемую генератору от дизеля. Поэтому в дополнение к САУ генератором на современных тепловозах применяется дополнительная САУ дизель-генератором по мощности.
В теории автоматического управления различают два основных принципа автоматического управления: управление по произвольно изменяемой нагрузке и управление по отклонению управляемой величины. При автоматическом, управлении по произвольно изменяемой нагрузке на вход регулятора подается сигнал от нагрузки (рис. 24), а управляемая величина на вход регулятора не воздействует (т. е. САУ является разомкнутой, или, другими словами, она не имеет обратной связи). Особенностью такого управления является то, что на управляемую величину кроме одного возмущающего воздействия, оказывает влияние ряд других факторов, которые искажают управляемую величину (вносят погрешность).
Указанный принцип управления применен в САУ тяговым генератором по току нагрузки тепловозов ТЭЗ, ТЭМ2, ТЭМ1 и др. Здесь объектом управления является генератор, регулятором-возбудитель со специальной системой полюсов и обмоток для суммирования сигналов; нагрузкой служит ток генератора, управляемой величиной — напряжение генератора. Наряду с простотой, быстродействием, высокой динамической устойчивостью, САУ тяговым генератором по произвольно изменяемой нагрузке имеют существенные недостатки:
1) влияние температуры обмоток и гистерезиса электрических машин, а также напряжения вспомогательного генератора на напряжение и мощность тягового генератора;
2) перегрузка дизеля или недоиспользование его мощности при изменении мощности тягового генератора, нагрузки от вспомогательных агрегатов, а также отклонении параметров, ограничивающих мощность дизеля;
3) невозможность только за счет данной системы управления полу-
Рис. 25. Структурная схема автоматического управления по отклонению управляемой величины чить ограничения по току и напряжению тягового генератора;
4) сложность настройки характеристик тягового генератора.
Прн автоматическом управлении по отклонению управляемой величины последняя воздействует на вход регулятора (рис. 25). Элементы САУ обеспечивают обратную связь, т. е. воздействие управляемой величины на вход системы управления, или, другими словами, на работу регулятора. Такая система является замкнутой: при отклонении управляемой величины от заданного значения (по любой причине) регулятор воздействует на объект управления и устраняет это отклонение (с некоторой погрешностью).
В системе имеется узел сравнения, в котором управляемая величина сравнивается с заданной. Управление по отклонению управляемой величины обеспечивает большую точность хотя бы уже потому, что управляемая величина поддерживается неизменной независимо от того, под действием какого фактора происходит отклонение. Здесь точность управления определяется в основном погрешностями в измерении действительного значения управляемой величины н его разностью с заданием.
Очень часто САУ сочетает принципы управления по произвольно изменяемой нагрузке и по отклонению управляемой величины. Такую
САУ называют комбинированной. Принцип комбинированного автоматического управления применен в САУ тяговым генератором по току нагрузки большинства современных тепловозов, в том числе тепловозов типа ТЭ10 (рис. 26). Здесь основным узлом регулятора является магнитный усилитель (амплнстат) возбуждения, обмотки управления которого образуют узел суммирования сигналов УСС (узел сравнения). Регулятор включает также селективный узел СУ (подробнее см. п. 3.8), датчик задания — бесконтактный тахометрический блок БТ, а также датчики сигналов — измерительные трансформаторы постоянного тока ТПТ и напряжения ТПН.
Через селективный узел СУ к узлу УСС поступает сигнал по произвольно изменяемой нагрузке, пропорциональный току нагрузки ТЭД (этот сигнал передается через трансформатор постоянного тока ТПТ), а также сигнал по отклонению управляемой величины — напряжения (сигнал обратной связи, который передается через трансформатор постоянного напряжения ТПН).
Сигнал по частоте вращения валов дизеля передается в систему управления через блок БТ. В систему управления поступает также сигнал от объединенного регулятора частоты вращения и мощности РМ (через индуктивный датчик ИД), который обратно пропорционален превышению мощности дизеля относительно уставки его мощности, задаваемой регулятором на каждой позиции контроллера.
Рис. 26. Структурная схема комбинированного автоматического управления электрической передачей тепловозов типа ТЭ10
На тепловозах типов ТЭ10М и ТЭ10У с динамической жесткой характеристикой генератора по напряжению управление производится не по току нагрузки генератора (суммарному току всех ТЭД), а по наибольшему току ТЭД небоксую-щих колесных пар. Поэтому на тепловозе имеются четыре трансформатора постоянного тока 77777- ТПТ4, каждый из которых измеряет ток в цепи одного или двух ТЭД, а также узел выделения максимального сигнала УВМ, который передает на селективный узел сигнал, пропорциональный наибольшему току в цепи одного или двух ТЭД.
Системы автоматического управления тяговым генератором тепловозов типа ТЭ10 исключают влияние посторонних факторов на внешнюю характеристику генератора (температура обмотки возбуждения, гистерезис и пр.), отличаются стабильностью в работе, обеспечивают ограничение тока и напряжения генератора.
⇐Предыдущая Оглавление Следующая⇒