Автоматизация управления установок с ДВС., страница 5

В приводе винта судна на подводных крыльях, как показывает рис. 7, б, в диапазоне скоростей, соответствующем выходу на крыло, неизбежно возникают неустойчивые режимы. Такие двигатели также снабжаются всережимными регуляторами скорости.

в) Транспортный дизель

Совмещенные характеристики подвода и отвода транспортного дизеля показаны на рис. 8. Малая крутизна нарастания характеристик нагрузки с увеличением скорости в сочетании с тенденцией к росту крутящего момента на малых нагрузках приводит к тому, что режимы работы транспортной двигательной установки устойчивы только на больших и средних нагрузках.

Сброс нагрузки даже на устойчивых режимах приводит к недопустимому повышению частоты вращения. Поэтому транспортный дизель должен быть как минимум защищен от превышения допустимой скорости. Неустойчивость режимов малых нагрузок и холостого хода приводит к невозможности оставить без управления двигатель, работающий на минимальных оборотах холостого хода (остановочные и стояночные режимы) – при этом в равной мере возможен разнос или самопроизвольная остановка двигателя. Поэтому для таких двигателей обязательным является также автоматическое поддержание минимальной частоты вращения.

Вопрос о необходимости автоматического поддержания заданной частоты вращения на промежуточных, достаточно устойчивых режимах должен решаться с учетом конкретных особенностей транспортного средства. Наличие такого регулирования облегчает работу водителя, позволяя поддерживать постоянную скорость движения при изменениях нагрузки (подъемы, спуски).
С другой стороны, высокая чувствительность регулятора к отклонениям скорости приводит к значительным изменениям подачи при небольших колебаниях нагрузки, что отрицательно сказывается на экономичности работы двигателя. Поэтому, например, в тракторных установках, где постоянство скорости движения часто диктуется технологическими требованиями, а водитель должен следить за прицепными и навесными орудиями, необходимо поддержание заданной скорости на всех режимах (всережимный регулятор). Автомобильный двигатель может иметь как всережимный, так и двухрежимный регулятор. В последнем случае подача топлива управляется регулятором только на максимальной и минимальной скорости, а на промежуточных режимах – непосредственно водителем.

г) Генераторные установки

Привод генератора переменного тока должен обеспечивать постоянство частоты вращения с минимальными отклонениями в целях поддержания напряжения и частоты тока в сети. Несмотря на достаточную устойчивость основных режимов работы мото- и дизель-генераторов, сочетание характеристик подвода и отвода не обеспечивает выполнение этого требования. Поэтому двигатель, предназначенный для работы с генератором, должен быть снабжен однорежимным прецизионным регулятором, поддерживающим одно заданное значение частоты вращения с высокой точностью.

2.2.3. Динамические свойства объекта САРС

Для вывода дифференциального уравнения двигателя как объекта САРС воспользуемся методом малых отклонений. Момент двигателя является функцией частоты вращения w и параметра х, определяющего подачу топлива (положения рейки топливного насоса или дроссельной заслонки). Момент сопротивления зависит от частоты вращения и параметра нагрузки L (рис. 9):

М_дв = М_дв(w,х) ;   М_с =  М_с(w,L) .

В соответствии с принципом малых отклонений, рассматриваем эти функции вблизи точки равновесия. Тогда при разложении в ряд можно оставить только первые производные:

Дифференциальное уравнение вала двигателя с присоединенными массами приводного агрегата с суммарным моментом инерции I:

Подставляя значения моментов двигателя и сопротивления, получаем:

Учитываем, что моменты двигателя и сопротивления в точке равновесия равны, и переносим влево члены уравнения, содержащие угловую скорость:

Далее, умножив и разделив каждое слагаемое на номинальное значение соответствующего параметра и разделив обе части уравнения на номинальное значение момента, получаем: