CC BY
37
УДК 621.436.03-531.6.001.5
ГрицукИ.В., к.т.н, доцент (ДонИЖТ))
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ (САРЧ) ПРИ КОНВЕРТАЦИИ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В СТАЦИОНАРНЫЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРОАГРЕГАТОВ И ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Введение. Применять серийные транспортные дизельные двигатели в качестве первичных силовых агрегатов для привода электрических генераторов (конвертировать их для электроагрегатов) без их дополнительной доработки не представляется возможным. Первая и
основная задача такого конвертирования - это доработка регулятора частоты вращения топливного насоса высокого давления из всережимного в однорежимный, т.к. топливная аппаратура должна обеспечивать постоянную частоту вращения коленчатого вала независимо от внешней нагрузки на дизельный двигатель, а также на режимах холостого хода.
Так как транспортные и другие дизельные двигатели оснащены двухрежимными и всережимными регуляторами частоты вращения коленчатого вала, то при конвертации этих двигателей для применения в электроагрегатах и электростанциях необходимо дорабатывать эти серийные регуляторы, превращая их в однорежимные. Для этих целей необходимо разработать технические требования на создание нового или доработку серийного регулятора. Существуют типовые технические требования на разработку или доработку серийных регуляторов частоты вращения с целью превращения их в прецизионные однорежимные регуляторы для ТНВД дизельного двигателя промышленной модификации [1, табл. 11.1].
Постановка проблемы. В нашей стране и за рубежом получили широкое распространение автономные дизель-электрические агрегаты и дизельные электростанции переменного тока малой и средней мощности. В них в качестве первичного двигателя в подавляющем большинстве случаев используют автотракторные дизели. Дизель-электрические агрегаты (ДЭА) и электростанции применяются в энергетике, авиации, сельском хозяйстве и т.д. Они могут быть стационарные или мобильные, у которых силовой агрегат (дизель) служит и для передвижения агрегата, и для привода генератора,
К системам регулирования дизелей, работающих на привод-генератора, предъявляются повышенные требования. Так, для дизель-генераторов, автоматизированных по 1-3-й степени автоматизации, параметры САРЧ должны удовлетворять требованиям ГОСТ 10511-83 к САРЧ не ниже 3-го класса точности. Необходимыми условиями при этом являются: устойчивая работа дизеля и высокая точность поддержания заданной частоты вращения при переменной нагрузке, ограниченные забросы частоты вращения и длительности переходных процессов при сбросе-набросе 100% нагрузки, а такав возможность изменения наклона регуляторной характеристики дизеля на ходу двигателя, при этом номинальный наклон регуляторной характеристики дизеля должен быть 3% [2]. Эти все требования непосредственно связаны с качеством вырабатываемой электроэнергии. Обычные регуляторы частоты вращения дизелей прямого действия выполнение этих требований обеспечить не
могут. Поэтому на стационарных дизель-электрических агрегатах малой и средней мощности необходимо устанавливать специальные прецизионные регуляторы прямого действия, производство которых не всегда экономически выгодно. Кроме того, прецизионные регуляторы не могут быть применены на мобильных агрегатах и электростанциях, так как они не обеспечивают выполнение требований к дизелям транспортных средств.
Более рациональный путь решения проблемы - это установка на автотракторных дизелях, работающих на привод генератора, обычных серийных регуляторов прямого действия, но с улучшенными статическими и динамическими показателями путем введения в закон регулирования дополнительных корректирующих воздействий [3, 4].
Анализ последних исследований и публикаций. Существуют различные методы улучшения статических и динамических свойств регуляторов. К ним, в частности, относятся: введение дополнительных корректирующих связей в регуляторе, использование дополнительного импульса по нагрузке, введение в закон регулирования, кроме основного сигнала по отклонению регулируемого параметра, дополнительного сигнала по производной от регулируемого параметра.
Внесение связанных с этим изменений в конструкции существующих регуляторов прямого действия связано с большими сложностями и по существу равноценно созданию нового регулятора. Но существует и другой подход к решению этой задачи, на протяжении многих лет проводятся работы по созданию и применению специальных автономных приставок к регуляторам прямого действия [5]. Такой подход является более экономически целесообразным, так как сохраняется серийное производство регуляторов, а разработанные приставки можно использовать на различных модификациях регуляторов и двигателей. В этом же направлении рядом зарубежных фирм, таких как "Р.Бош", "Ниппон Денсо", "Фридман и Майер", "Волф Контроле" и др., ведутся работы по созданию электрических, электромеханических и электронных приставок к механическим регуляторам прямого действия.
Исследования по введению параллельной корректирующей связи (ПКУ) в регулятор прямого действия для улучшения статических и динамических показателей САРЧ ДЭА проводились Н.Ю.Сережко и автором. Эти исследования показали, что применение ПКУ с регулирующим воздействием по отклонению частоты вращения позволяет уменьшить наклон регуляторной ветви до нуля, но не дает существенных улучшений динамических качеств САРЧ дизеля [6].
Более действенными возможностями по улучшению статических и динамических качеств САР и САУ является использование двухимпульсных регуляторов. Исследования опытных двухимпульсных регуляторов для автотракторных дизелей проводились А.М.Божком, М.Н.Верховским, С.А.Ковалевым [7]. Однако получить электрический сигнал по нагрузке не всегда представляется возможным, например, при неравномерном распределении нагрузки по фазам генератора. При разности загрузки потребителем фаз генератора значительно усложняется конструкция измерителя нагрузки из-за необходимости получения пропорционального электрического сигнала высокой точности.
В настоящее время собрано значительное количество теоретического и экспериментального материала, подтверждающего высокую эффективность введения производной в закон регулирования. К таким исследованиям относятся работы В.И.Крутова, Е.П.Попова, Н.И.Иващенко, С.Г.Герасимова, Л.А.Борошка, И.А.Хисаева, С.И.Андрусенко и др. Однако механические и гидравлические измерители сигнала по производной имеют сложную конструкцию и ограничены по степени воздействия. Развитие электронных систем управления и регулирования. Для дизелей позволяет значительно расширить возможность введения дополнительных корректирующих сигналов, в том числе и по производной.
Полученный опыт свидетельствует, что электронные регуляторы обладают лучшими свойствами отслеживания возмущающих сигналов и меньшим временем запаздывания регулирующих воздействий на исполнительные органы топливной аппаратуры, обеспечивают большую стабильность частоты вращения коленчатого вала дизеля [8]. Обзор литературы свидетельствует, что вопросы применения электронных регуляторов для улучшения статических и динамических показателей САРЧ автотракторных дизелей остаются малоизученными, в основном, из-за малого количества практического материала по исследованию электронных регуляторов и функциональных возможностей самих электронных блоков управления (ЭБУ).
В связи с этим дальнейшее совершенствование САРЧ автотракторных дизелей, работающих на привод генератора, в направлении улучшения ее статических и динамических показателей является актуальной задачей. Важность этой задачи особенно возросла в последнее время в связи с увеличением выпуска мобильных дизель электрических агрегатов и расширением области их применения в народном хозяйстве.
Основной материал исследования. Впервые для введения дополнительной обратной корректирующей связи в регуляторе частоты вращения разработано устройство, названное параллельным корректирующим устройством (ПКУ) [5]. Первые эксперименты с ПКУ были проведены на опытном топливном насосе высокого давления (ТНВД) с гидравлическим регулятором частоты вращения еще в начале 80-х годов прошлого столетия. Они подтвердили эффективность ПКУ. Дальнейшие исследования ПКУ проводились на обычных механических регуляторах прямого действия, применяемых на автотракторных дизелях [5].
ПКУ можно применять не только для ДЭА, но и на дизелях тракторов, комбайнов и других транспортных и специальных машин в тех случаях, когда по условиям выполнения технологических операций требуется малый наклон регуляторной характеристики или выставляются специальные требования к транспортному средству.
На рисунке 1 показана принципиальная схема механического регулятора с ПКУ, разработанным в НТУ. В неё входят: регулятор I, следящий гидроусилитель II и рычаги, связывающие регулятор с сервомотором. Регулятор состоит из центробежного чувствительного элемента 11, силового рычага 7, связанного с дозирующим органом 9 топливного насоса, пружины 8 и рычаг 10 для изменения натяжения пружины. Гидроусилитель состоит из цилиндра с поршнем 13 и управляющего золотника 3. Один конец штока поршня 13 посредством рычага 4 обратной связи соединён с управляющим золотником и тягой 6- с силовым рычагом регулятора. Второй конец штока посредством рычага 15 и тяг 12 и 16 связан соответственно с рычагом 10 и рычагом 17 ручного управления регулятором. Рычаг 15 снабжён регулировочным винтом 2 и ползуном 14, с которым шарнирно связана тяга 12 упорами 1 и 5 ограничивается ход поршня от режима номинальной нагрузки (упор 1) до режима холостого хода (упор 5). Этим исключаются забросы поршня за пределы его рабочего хода во время переходных процессов.
В качестве рабочей жидкости используется масло из системы смазки двигателя, которая подаётся в усилитель через дополнительный фильтр.
При работе двигателя на режиме, заданном рычагом 17, центробежная сила грузов чувствительного элемента 11 уравновешивается восстанавливающей силой пружины 8. Восстанавливающая сила зависит от предварительной деформации пружины (положения рычага 10) и положения дозирующего органа 9 топливного насоса. Золотник 3 перекрывает каналы, соединяющие золотниковую полость гидроусилителя с полостью цилиндра, поршень 13 занимает положение, зависящее от
режима работы дизеля. При номинальной нагрузке поршень будет находиться на упоре 1.
С уменьшением нагрузки увеличиваются частота вращения дизеля и центробежная сила чувствительного элемента 11. В результате силовой рычаг 7 поворачивается влево, перемещая дозирующий орган 9 в сторону уменьшения подачи топлива и растягивая пружину 8. Перемещение рычага 7 вызывает поворот рычага 4 обратной связи вокруг шарнирного соединения этого рычага со штоком неподвижного в этот момент поршня 15. Поворачиваясь, рычаг 4 перемещает управляющий золотник 3 и каналы, соединяющие золотниковую полость с повестью цилиндра, открываются. Рабочая жидкость под давлением поступает в левую полость цилиндра. Под действием перепада давлений поршень перемещается вправо, вытесняя рабочую жидкость из правой полости цилиндра. Перемещение поршня вызывает поворот рычага 15 и связанного с ним рычага 10 в сторону уменьшения предварительного натяжения пружины 8. Одновременно с этим перемещение поршня 13 вызывает обратное перемещение связанного с ним рычагом 4 золотника 3 и происходит закрытие соединенных каналов, т.е. поршень останавливается в некотором новом положении, которое зависит от величины нагрузки дизеля. При полном сбросе нагрузка поршень занимает положение на упоре 5.
\ г I з V 5 6 <7 3 9
Рисунок 1 - Принципиальная схема механического регулятора УТН-5 с параллельным корректирующим устройством.
Ме Мс
Пэ
Рисунок 2 - Схема образования астатической регуляторной характеристики дизеля с механическим регулятором с ПКУ
При увеличении нагрузки регулятор работает аналогично, но дозирующий орган топливного насоса, золотник, поршень и рычаг 10 переместятся в противоположные направления.
Для изменения наклона регуляторной характеристики необходимо вращением регулировочного винта 2 изменить положение ползуна 14, что приведет к уменьшению передаточного отношения от штока поршня 13 к рычагу 10. Это значит, что при одинаковом изменении нагрузки (перемещении поршня 15) корректирование предварительного нанята пружины 8 будет различным по величине, т.е. регулятор будет настраиваться на различный наклон регуляторной характеристики. С помощью рычага 17 можно изменить настройку регулятора, чем обеспечивается, при необходимости, его всережимность.
На рисунке 2 показаны зависимости эффективного крутящего момента Ме дизеля и момента сопротивления Мс электрогенератора от частоты вращения пэ , из которых видно как образуется астатическая характеристика в регуляторе с ПКУ. Штриховой линией показана регулировочная характеристика дизеля с регулятором без ПКУ, а тонкими сплошными линиями - регуляторные характеристики, обеспечиваемые регулятором с ПКУ.
Из рисунка видно, что при работе регулятора без ПКУ снижение нагрузки приводит к увеличению частоты вращения (точки 1, 2 и 3).
Благодаря корректированию предварительного натяжения пружины регулятора, осуществляемого ПКУ, снижение нагрузки не вызывает изменения частоты вращения дизеля (точки 1, 2'и 3'), В результате получается астатическая характеристика, показанная сплошной вертикальной линией.
Исходя из результатов проведенных исследований можно сделать вывод о возможности применения ПКУ на любом серийном механическом регуляторе прямого действия автотракторного дизеля при повышенных требованиях к качеству регулирования. Параллельное корректирующее устройство позволяет существенно улучшать статические характеристики САРЧ автотракторных дизелей с обычными регуляторами прямого действия при сохранении высоких динамических показателей (на уровне регуляторов 1 и 2 классов точности). Обеспечивается возможность изменения наклона регуляторной характеристика от плюс 6,0...8,0% до минус 1,5...2,0% [6]. Сравнительные показатели САРЧ дизеля с ПКУ при различных настройках регулятора приведены в таблице 1.
На рисунке 3 показана принципиальная схема механического регулятора с приставным устройством, обеспечивающим всережимное регулирование, необходимое для транспортной работы машины, и двухимпульсное регулирование с регулирующими импульсами по частоте вращения и нагрузке при работе на привод электрогенератора [5, 7]. Основные элементы схемы: обычный всережимный регулятор прямого действия I, электрический измеритель нагрузки II и гидравлический следящий гидроусилитель III. Они соединены между собой системой рычагов.
Регулятор I состоит из центробежного чувствительного элемента 5, связанного с органом 3 дозирования подачи топлива и пружиной 2 регулятора посредством главного рычага 1, и рычага 4 пружины регулятора. Измеритель нагрузки II состоит из трансформатора тока 18, выпрямительного моста 15 и чувствительного элемента нагрузки 19. Рычаг 17 чувствительного элемента нагрузки соединен с пружиной 20 и двуплечим рычагом 22. Винт 16 служит для ограничения перемещения рычага 17. В следящий гидроусилитель III входят: цилиндр 26, поршень 25 со штоком 23и управляющий золотник 24. Левый конец штока 23 шарнирно соединен о двуплечим рычагом 22, а правый посредством рычага 8 настройки регулятора и промежуточной тяги 6 связан с рычагом 4 пружины регулятора. Рычаг 12 управления регулятором тягой II соединен с рычагом 4 настройки регулятора. На последнем установлен регулировочный винт 9 и ползун 10, к которому шарнирно присоединена
тяга 6. Упоры 7 и 21 служат для ограничения хода поршня от холостого хода (упор 7) до номинальной нагрузки (упор 21).
Рисунок 3 - Принципиальная схема двухимпульсного регулятора
Ре,к6т
■ 16
12 6 4
/400
—±—а- прямая . ^
-¿¡с — д- обратная
Рисунок 4 - Регуляторные характеристики ДЭА АД-20М с двухимпульсным регулятором
Рабочей жидкостью служит масло подаваемое через дополнительный фильтр из системы смазки двигателя. Можно использовать масло из системы гидроусилителя рулевого механизма. При работе двигателя в режиме привода генератора, регулятор настраивают на однорежимное регулирование. Для этого рычаг 12 управления регулятором фиксируется рукояткой 14 относительно сектора 13 в положений, обеспечивающем
предварительное натяжение пружины регулятора на величину, необходимую для работы двигателя на холостом ходу при данной частоте вращения.
Из рисунка 4 видно, что наклон регуляторной характеристики можно изменять в пределах от +4% до -4%. При этом характеристики практически линейные, степень нечувствительности не превышает 0,4%. Двухимпульсный регулятор обеспечивает надежную устойчивость САРЧ дизеля при всех указанных наклонах, в том числе и отрицательных. Кривые переходных процессов с опытной двухимпульсной САРЧ в дизель-электрическом агрегате АД-20М при сбросах-выбросах 100% нагрузки показаны на рисунке 5. В таблице 1 сведены результаты обработки по ГОСТ 10511-35 осциллограмм переходных процессов в двухимпульсной САРЧ дизель-электрического агрегата АД-20М. Видно, что введение дополнительного импульса по нагрузке улучшает показатели переходных процессов. При наклонах регуляторной характеристики в пределах от +3 % до -3% показатели переходных процессов соответствуют требованиям к регуляторам 1-го класса точности и только при наклоне - 4% этим требованиям не удовлетворяют.
Рисунок 5 - Осциллограммы переходных процессов в САРЧ ДЭА АД -20М при сбросе -набросе 100% нагрузки
с двух импульсным регулятором; с обычным регулятором
Установлено, что в период переходного процесса минимальная величина давления масла составляла 0,22 МПа, что входит в пределы допускаемые заводской инструкцией. Следовательно на дизель-электрическом агрегате вполне можно применять отрицательный наклон регуляторной характеристики.
Применение отрицательного наклона регуляторной характеристики -3%, вместо положительного наклона 3%, при работе дизель-электрического агрегата на холостом ходу и при нагрузках 0,25; 0,50 и 0,75 от номинальной позволяет снизить часовые расходы топлива на 6,8; 4,8; 2,86 и 0,97%, воздуха на 5,83; 4,43;5,02 и 1,59% и выбросы, отработавших газов на 5,84; 4,44; 3,02 и 1,58% соответственно [7].
Введение в закон регулирования дополнительного импульса по нагрузке с помощью электро-гидравлической приставки позволяет существенно улучшить как статические, так и динамические показатели САРЧ автотракторных дизелей с механическими регуляторами прямого действия. Обеспечивается возможность изменения наклона регуляторной характеристики от максимального ограниченного жесткостью пружины до минус 4%. Показатели переходных процессов при наклонах регуляторной характеристики от -3 до +3% соответствуют требованиям ГОСТ 10511-83 к регуляторам первого класса точности и полностью отвечает требованиям ГОСТ 13822-32 к регуляторам дизельных электроагрогатов и электростанций. Если выключить подачу тока к измерителю нагрузка или подачу масла в следящий гидроусилитель, то регулятор работает как обычный одноимпульсный регулятор прямого действия. Электрогидравлическую приставку можно присоединить к любому регулятору частоты вращения прямого действия если дизель используется для привода электрического генератора.
Из описания регуляторов с ПКУ и с введением в закон регулирования дополнительного импульса по нагрузке (двухимпульсный регулятор) видно, что и в том, и в другом используется одинаковый гидроусилитель. Поэтому регулятор о ПКУ достаточно просто преобразуется в двухимпульсный регулятор если применить измеритель нагрузки, присоединив его к управляющему золотнику гидроусилителя. Параллельное корректирующее устройство и электрогидравлическую приставку можно применять на регуляторах топливных насосов различных моделей без внесения изменений в конструкцию последних. Регулятор с ПКУ проще, но двухимпульсный регулятор обеспечивает несколько лучшие динамические показатели САРЧ и возможность работы с большим отрицательным наклоном регуляторной характеристики.
С учетом изложенного, для улучшения качества регулирования агрегата АС-81, а также с учетом того, что при использовании его для питания сварочной машины при сварке труб среднего диаметра при неравномерном распределении нагрузки по фазам генератора, более выгодно использовать ПКУ, а не двухимпульсный регулятор, т.к. при
разности загрузки потребителем фаз генератора значительно усложняется конструкция измерителя нагрузки из-за необходимости получения пропорционального электрического сигнала высокой точности.
Еще одним действенным способом улучшения качественных характеристик САРЧ дизель-электрического агрегата является использование электрогидравлического ПКУ и электронного блока управления (ЭБУ). На рисунке 1 показана принципиальная схема регулятора прямого действия с ЭГ ПКУ и ЭБУ. В нее входят три основных узла: механический регулятор, электрогидравлический усилитель и ЭБУ.
Электрогидравлический усилитель состоит из пропорционального исполнительного электромагнита /ИЭМ/ 23 поступательного действия и гидроусилителя 8 с обратной гидравлической связью. Электронный блок управления 18 аналогового типа содержит датчик фактической частоты тока генератора /ДЧ/ 17, задатчик требуемой частоты тока /ЗЧ/ 19, блок сравнения /БС/ 20, формирователь алгоритма управления /ФАУ/ 21 и импульсный усилитель /ИМУ/ 22.
Регулятор с ЭГ ПКУ работает следующим образом. Для работы дизеля на привод генератора включают подачу масла и электричества в ЭГ ПКУ и устанавливают рычаг 14 в положение, соответствующее заданной частоте вращения генератора.
При уменьшении нагрузки частота вращения дизеля /и пропорциональная ей частота тока генератора/ и центробежная сила чувствительного элемента 1 возрастают.
Под действием центробежной силы силовой рычаг 3 и связанный с ним орган дозирования топлива 5 перемещаются вправо, растягивая пружину 4 регулятора и уменьшая подачу топлива. Увеличение частоты вращения дизеля приводит к увеличению выходного напряжения ДЧ 17. На входе БС 20 сравнивается сигнал от ЗЧ, пропорциональный заданному значению частоты тока /50 Гц/. Поскольку выходное напряжение БС 20 пропорционально разнице между реальным и эталонным значениями частот тока генератора, то повышение выходного напряжения датчика 17 приводит к появлению отрицательного напряжения на входе БС 20, которое поступает в ФАУ 21. В ФАУ может быть реализован П, ПД, ПИ или ПИД закон управления. Из ФАУ напряжение управления поступает на вход ИМУ 22, под действием которого в обмотке ИЭМ 23 формируется ток управления. Уменьшение силы тока управления приводит к уменьшению усилия, развиваемого электромагнитом и перемещению связанного с ним золотника 24 гидроусилителя влево. В результате откроются окна 13 и под
действием пружины 12 поршень 25 начнет перемещаться влево, вытесняя рабочую жидкость /масло из системы смазки дизеля/ через окна 13 на слив. При таком перемещении усилие от поршня через силовой рычаг 26, промежуточную тягу 7 и качающийся рычаг 9 передается на рычаг управления регулятором 6 и происходит коррекция /уменьшение/ предварительного натяжения пружины 4 регулятора.
19-
ИМУ ~~ <РАУ
!
г I
^ Ь !
| 34 "--г
Рисунок 6 - Принципиальная схема регулятора прямого действия с электрогидравлическим ПКУ и електронним блоком управления
Уменьшение подачи топлива приведет к снижению частоты вращения дизеля, и, как следствие, к снижению выходного напряжения ДЧ 17. В результате процесс регулирования будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на выходе БС 20 не будет оставаться постоянным.
При увеличении нагрузки регулятор работает аналогично, но орган дозирования 5, управляющий золотник 24, поршень 25 и рычаг, соединяющий электрогидравлический усилитель с пружиной регулятора 4, перемещаются в противоположном направлении.
В конструкции ИМУ 22 предусмотрена отрицательная обратная связь по силе тока в обмотке управления ИЭМ 23. Применение такой отрицательной обратной связи улучшает динамические и статические показатели системы автоматического регулирования.
Рисунок 7 - Переходные процессы в САРЧ с ПКУ с ЭБУ ДЭА АД-20М при сбросе и набросе 100 % нагрузки
В разработанном ЭГ ПКУ путем изменения отношения между длинами плеч рычага 9 /перемещая ползун/ можно задавать различный наклон регуляторной характеристики.
Для получения астатической характеристики в ЭБУ был реализован ПИД закон управления. При этом была создана САРЧ на базе обычного тракторного регулятора УТН-5 полностью удовлетворяющая все требования ГОСТ 10511-83 для САРЧ первого класса точности, а по динамическим показателям значительно превосходящая требования этого ГОСТа. На ДЭА АД-20М забросы частоты вращения уменьшились с 6,9%/при сбросе 100 % нагрузки и 6,1 % при набросе 100 % нагрузки/ с серийным тракторным регулятором до 3,5 и 3,9 % соответственно с опытным регулятором. При этом длительность переходного процесса практически не изменилась.
Получить астатическую регуляторную характеристику на ДЭА АД-20М с помощью реализации в ЭБУ ПИ закона управления нельзя из-за неустойчивости такой САРЧ.
Уменьшение наклона регуляторной характеристики не только улучшает стабильность тока, вырабатываемого генератором, при изменении нагрузки, но и способствует снижению расхода топлива при малых нагрузках генератора и при выключенной нагрузке. Так, на холостом ходу при уменьшении 5^ с 3 до 0,3 % часовой расход топлива снижается с 2,498 кг/ч до 2,381 кг/ч, или на 4,9 % [8, 9]. Сравнительные показатели САРЧ дизеля с ПКУ при различных настройках регулятора приведены в таблице 1. Этот способ улучшения характеристик механического регулятора может быть успешно реализован в САРЧ ДЭА даже при значительном неравномерном распределении нагрузки по фазам генератора
Для установки элёктрогидравлического ПКУ в конструкцию серийного регулятора частоты вращения не требуется вносить никаких изменений. При отключении питания ЭГ ПКУ рабочей жидкостью и электрическим током регулятор начинает работать как обычный регулятор прямого действия.
Более качественное улучшение показателей САРЧ обеспечивают электронные системы управления с использованием контроллеров различных фирм, в качестве примера можно успешно привести системы управления с контроллерами производства фирмы Heinzmann [10]. Это связано с высокой гибкостью программного обеспечения и возможностью адаптации его к параметрам конкретного двигателя.
Выводы. Качественные показатели САРЧ дизелей можно существенно улучшить без изменения конструкции последних с использованием автономных приставок к регуляторам. Параллельное корректирующее устройство позволяет существенно улучшать статические характеристики CAРЧ автотракторных дизелей с обычными регуляторами прямого действия при сохранении высоких динамических показателей (на уровне регуляторов 1 и 2 класса точности). Обеспечивается возможность
изменения наклона регуляторной характеристики от плюс 6,0......8,0% до
минус 1,5...2,0%.
Введение в закон регулирования дополнительного импульса по нагрузке с помощью электрогидравлической приставки позволяет существенно улучшить как статические, так и динамические показатели САРЧ автотракторных дизелей с механическими регуляторами прямого действия. Так обеспечивается возможность изменения наклона регуляторной характеристики от максимального ограниченного жесткостью пружины до минус 4%. Показатели переходных процессов при изменении наклона регуляторной характеристики от -3 до +3%
соответствуют требованиям ГОСТ 10511-83 к регуляторам первого класса точности и полностью отвечают требованиям ГОСТ 13822-82 к регуляторам дизельных электроагрегатов и электростанций.
Исследования, проведенные на дизель-электрическом агрегате АД-20М с 4-цилиндровым дизелем Д-65А, показали следующее: при пропорциональном законе управления обеспечивается удовлетворение всех требований к показателям качества переходных процессов в САРЧ дизель-электрических агрегатов и дизельных электростанций по ГОСТ 13822-82, заброс частоты вращения при мгновенных сбросах-набросах нагрузки составляет 5,4-5,4 % при наклоне регуляторной ветви 581=3 %; но при уменьшении возрастают колебательность и длительность переходных процессов и при минимальном наклоне регуляторной характеристики = 0,3 % САРЧ становится неустойчивой; при ПД и ПИД законах управления показатели переходных процессов соответствуют требованиям ГОСТ 10511-83 к регуляторам первого класса точности, заброс частоты вращения при минимальном наклоне регуляторной характеристики /0,3 %/ составляет при ПД законе 4,0-4,6 %, а при нулевом наклоне и при ПИД законе 3,5-3,9 %; уменьшение наклона регуляторной характеристики способствует снижению расхода топлива при малых нагрузках генератора и при выключенной, нагрузке. Так, на ДЭА АД-20М на холостом ходу при уменьшении наклона регуляторной характеристики 5^ с 3 до 0,3 % часовой расход топлива снижается на 4,9 %. Серийные регуляторы частоты вращения прямого действия с присоединенным к ним электрогидравлическим ПКУ при ПИД законе управления можно применять на дизель-электрических агрегатах с более высокими требованиями к качеству регулирования, чем регламентированные ГОСТ 13822-82 и ГОСТ 10511-83. Параллельное корректирующее устройств и электрогидравлическую приставку можно применять на регуляторах топливных насосов различных моделей без внесения изменений з конструкцию последних.
Список литературы
1. Поликер Б.Е., Михальский Л.Л., Марков В.А., Васильев В.К., Буханец Д.И. Дизельные двигатели для электроагрегатов и электростанций / Под ред. Б.Е.Поликера. - М.: Легион-Автодата, 2006.- 328с.
2. ГОСТ 10511-83. Система автоматического регулирования частоты вращения /САРЧ/ судовых, тепловозных и промышленных дизелей. Общие технические требования. - М.: Изд-во стандартов, 1983. - 15 с.
3. Основы автоматического регулирования и управления / Л.И.Каргу, А.П.Литвинов, Л.А.Майборода и др. - М.: Высшая школа, 1974. - 439 с.
4. Попов Е.П. Автоматическое регулирование и управление.-М.:Наука,1966.- 388
с.
5. Улучшение статических и динамических показателей САРЧ дизелей с обычными регуляторами прямого действия / Долганов К.Е., Ковалев С.А., Сережко М.Ю., Грицук И.В. - КАДИ.- К., 1987.-30 с.- Деп. в УкрНИИНТИ 26.06.87, №1737-Ук87.
6. Улучшение показателей работы САРЧ передвижного сварочного агрегата АС-81. / Долганов К.Е., Грицук И.В., Лисовал А. А., Краснокутская З.И. - КАДИ.-К., 1988.-15 с.- Деп. в УкрНИИНТИ 13.01.88, №221-Ук88.
7. Ковалев С.А. Улучшение статических и динамических показателей и повышение топливной экономичности мобильного дизель-электрического агрегата путем введения импульса по нагрузке: Автореф. дис....канд. техн. наук, Баку, 1986.-22с.
8. Лисовал А.А. Улучшение статических и динамических показателей системы автоматического регулирования частоты вращения (САРЧ) дизель-электрического агрегата применением параллельного корректирующего устройства с электронным блоком управления: Автореф. дис....канд. техн. наук, Харьков, 1991.- 24с.
9. Долганов К.Е., Ковалев С.А., Лисовал А.А. Електронно-гiдравлiчна приставка до регулятора прямо! дп для введення коректуючих зв'язюя: Тези доп. науково'1 конференцп молодих учених и специалистов - Черкассы-1990 г.
10. Повышение эффективности использования топлива стандартными и передвижными источниками энергии при решении энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе / Грицук И.В., Адров Д.С., Вербовский В.С. - Тезисы докладов научно-технической конференции «4-е Луканинские чтения. Решения энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе (29-30 января 2009г.)». -М.:МАДИ (ГТУ), 2009.-180с., стр. 41-43.
Таблица 1 Показатели переходных процессов в САРЧ ДЭА АД-20М и сварочного агрегата АС-81 с различными видами автономных приставок к регулятору дизеля
Показатели Требования к САРЧ Показатели дизель - электрического агрегате АД-20М с ТНВД УТН-5 Показатели ДЭА АС-81
с параллельным-корректирующим регулятор с ЭГ ПКУ & II
ДЭС и ДЭА аз 8 Н с двухимпульсным регулятором П ПД ПИД 8 5 -г I ^ ю оЗд я
00 ^ 1 к М Ли ЙЙ . 3 ^ 13 я устройством ЁТ с 3 8 мм § ^ ^ о
о ГОСТ 1051 83 (1/3 клас точности) £ а н 8 о 3 р при 8Й « И ™ ^ Раро кс у
н Ь Й Я « 8 £ ^ § о а с -1,5 0 1 2 3 4,3 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 3 2 3 2 1 0,3 0,3 ад ^ и и Ч С
1. Наклон регуляторной характеристики, 5Й , % 3 0/2-4 3,2 -1,5 0 1 2 3 4,3 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 3 2 3 2 1 0,3 0,3 5,1 3
2. Заброс частоты вращения, 6,1, %
а) после
мгновенного сброса 100% 10 5/10 5.1 4,6 5,0 5,1 5,1 5,4 5,6 6,6 4,9 4,0 3,8 3,9 4,4 4,5 4,8 5,7 5,4 5,3 4,7 4,0 3,3 3,3 9,51 8,39
нагрузки;
б) после
мгновенного наброса 100% 10 5/10 4.7 3,9 4,0 3,9 3,8 4,1 4,4 4,8 3,6 3,0 3,5 3,7 3,8 3,8 4,7 5,3 5,2 5,0 4,8 4,4 3,7 3,5 9,41 8,18
нагрузки;
3. Длительность переходного процесса, т, с:
а) после мгновенного сброса 100% 5 2/5 1,1 1,6 1,3 1,0 0,9 0,9 1,1 1,8 1,1 1,1 1,0 1,0 1,0 0,9 0,9 0,9 1,5 0,8 1,7 1,0 1,8 1,2 1,8 2
нагрузки;
б) после
мгновенного наброса 100% 5 2/5 0,6 2,2 1,8 1,7 1,6 1,4 0,9 1,7 1,1 0,6 0,6 0,7 0,7 0,8 0,8 1,2 1,6 1,2 1,1 1,2 1,7 1,2 2,1 3,25
нагрузки;
4. Нестабильность частоты в >ащения, у %
а) при 100% нагрузке ±1,0/1 0,8/1,0 0,5 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,5 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,6 0,6
б) без нагрузки ±0,5/1,5 0,6/1,5 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,2 0,2 0,4 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
