Электронный регулятор частоты вращения дизель-генератора с турбокомпрессором

(19 бв 4 Р 02 П 41/00 С 0 ГОС ПО Д НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССРУ 1273622, кл. Р 02 0 41/00, 1985.(54) ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫВРАЩЕНИЯ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА С ТУРБОКОМПРЕССОРОМ(57) Изобретение относится к двигателестроению. Целью изобретения является повьппение эффективности регулирования. Регулятор содержит датчикчастоты вращения и задающий элемент 2, выходы которых подключены кнеинвертирующим входам сумматора 3,к выходной линии которого подключеныпоследовательно соединенные формирователь 4 закона управления, усилитель 5 мощности и исполнительный орган 6 топливоподачи. Функциональныйформирователь 16 сигнала уровня ограничения по давлению наддувочноговоздуха включает в себя источник 17опорного напряжения, датчик 18 актив-.ной нагрузки, суммирующий усилитель1332052 19, первый резистор 20 и апериодическое звено 21. При набросах нагрузки на дизель"генератор датчик 14наброса нагрузки вырабатывает сигнал,запускающий одновибратор 13. Последний формирует импульс поступающийна третий вход коммутатора 15. Придействии этого сигнала коммутаторразрывает цепь для прохождения сигИзобретение относится к машиностроению, в частности к двигателе- строению, 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 неустановившег 6 ся 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 установившегосяпускового режима на вход усилителя 8и замыкает цепь для прохождениясигнала с выхода функциональногоформирователя 6, Последний обеспечивает ограничение подачи топлива при набросах нагрузки взависимости от давления наддува,1 ил. датчика 12. При этом функциональныйформирователь содержит источник 17опорного 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 входомапериодического звена 21, а второйвход суммирующего усилителя 19 подключен к источнику 17 опорного напряжения. Апериодическое звено 21 выполнено в виде катушки 22 с ферромагнитным сердечником 22 и второго ре зистора 24, начало катушки 22 объединено с входом звена и подключено квыходу датчика 18 активной нагрузки.Конец катушки 22 соединен с. первымзажимом второго резистора 24 и объе динен с выходом звена, который является выходом функционального формирователя 16. При этом катушка 22 сферромагнитным сердечником 23 снабфжена дополнительной обмоткой 25, начало которои соединено с выходом сум,мирующего усилителя 19, а конец - спервым зажимом первого резистора 20.Вторые зажимы резисторов 20 и 24 сое-динены между собой и с общим прово" ЗО дом схемы (нулевой шиной источникапитания).Датчик 1 частоты вращения представляет собой преобразователь частоты вращения в постоянное напряжение З 5 и может быть выполнен в виде индукционного датчика, установленноговблизи коленчатого вала, на которомукреплен флажок или зубчатое колесо,и обмотка датчика через одновибраторсвязана с фильтром низкой частотыся на микросхемах типа К 140 УД 6,К 140 УД 14 и др.). Задатчик 2 частотывращения представляет собой источникопорного напряжения и реализуетсяв виде параметрического или компенсационного стабилизатора на стабилитронах типа КС 156, КС 182 и транзисторах типа КТ 315; КТ 814 и микросхемахсерии К 140. Сумматор 3 предназначен 10для .полученич алгебраической суммыподаваемых на него сигналов и выполнен. на операционном усилителеК 140 УД 6. На такой же элементной базереализован операционный усилитель 8. 15Диод 7 может быть серий КД, Д (например, КД 202, Д 220 и др.). Формирователь 4 закона управления задаетвеличину цикловой подачи топлива взависимости от сигналов датчика 1частоты, задатчика 2 частоты и операционного усилителя 8Усилитель 5мощности выполнен на.транзисторахКТ 315 и КТ 805 А, а исполнительный орган 6 представляет собой электромагнитную форсунку, обмотка электромагнита которой подключается к выходуусилителя 5. Источник 17 опорногонапряжения представляет собой стабилизатор постоянного напряжения,выполненный на микросхеме 142 ЕН 1.Суммирующий усилитель 19 реализованна микросхеме К 140 УД 6. Датчик 18 активной нагрузки выбран типа Е 728, Резисторы 20 и 24 - типа МТ, катушки22 и , обмотка 25 намотаны проводомПЭВ"2, 0,35 на сердечнике из сталиЭ 12 или Э 42. Одновибратор 13 реализуют на микросхеме 140 УД 6,Регулятор работает следующим об Оразом.Во всех режимах, когда изменениетопливоподачи происходит. в соответ-ствии с изменениями сигнала на выходе формирователя 4, операционныйусилитель 8 находится в насыщенномсостоянии, при котором диод 7 заперт,и, следовательно, никакого влиянияна работу регулятора этот усилительне оказывает, При равенстве входныхсигналов операционного усилителя 8он выходит из насыщения диод 7 открывается, чем обеспечивается охватсумматора 3 и формирователя 4, отрицательной обратной связью. Последнееопределяет тот факт, что сигнал на55выходе формирователя 4 ни при какихобстоятельствах не превышает заданного. ограничения. Уровень этого ограничения 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 про ходит на второй вход операционного усилителя 8, выходное напряжение которого изменяется, вызывая уменьшенйе сигнала формирователя 4 закона управления и цикловой подачи топлива.При работе дизель-генератора наустановившемся режиме или прн пускесигнал, датчика 18 активной нагрузкиимеет постоянную величину, благодаря чему через катушку 22 и второй резистор 24 протекает постоянный ток. Этотток создает лишь ничтожно малое падение напряжения на активном сопротивлении катушки, и практически весь сигнал датчика 18 поступает на первый вход коммутатора 15. На выходесуммирующего усилителя 19 в этом случае действует также постоянное повеличине напряжение, вследствие чегопо 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 постояннаявремени катушки 22, равная отношениюее индуктивности к сопротивлениювторого резистора 24. Величина этойпостоянной времени при работе агрегата 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 цепьдоя прохождения сигнала от задатчиков10 и 11 установившегося и пускового режима на вход усилителя 8 и замыкает цепь для прохождения сигнала с выхода функционального формирователя 1 б на5 указанный вход усилителя 8.Увеличение выходного сигнала датчика 18 активной нагрузки при набросе приводит к увеличению тока, протека 1 О 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 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 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 стве постоянная времени апериодического звена, имитирующего турбокомпрессор, неизменна и процесс нарастания его выходного сигнала, использующегося в качестве эквивалентна давле 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 нагруз"ки обеспечивает ограничение топливо-подачи по сигналу апериодическогозвена, закон изменения которого соответствует закону изменения давлениянаддува на реальном дизель-генераторе. Ограничение подачи топлива осуществляется в более строгом соответствии с изменением давления наддува,благодаря чему переходный процесспротекает при более высоких индикаторном КПД и топливной экономичности дизеля.Формула и э о б р е т е н и я 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 задатчйками 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 не- установившегося режима, а выход коммутатора соединен с вторым входом операционного усилителя, о т л и - ч а ю щ и й с я 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 первымСоставитель В.СлавниковТехред М.Дрдык Корректор М.Шароши Редактор Л.Лангаэо Тираж 503 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ 3784/31 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 1332052 8резистором, его апериодическое звено иены 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 зажимом второго выходу источника опорного напряжения, резистора и объединен с выходом апе- а конец дополнительной обмотки катушриодиЧеского звена, вторые зажимы 10 ки соединен с первым эажимом первого первого и второго резисторов соеди- резистора.