Исследования по совершенствованию алгоритмов управления тепловозом (ТЭ10), страница 8

 - уставки переключения структуры регулятора мощности.

При улучшении переходных процессов, вызываемых увеличением заданных частоты вращения вала и мощности ДГ, необходимо принимать следующие условия:

- цикловая подача топлива в цилиндры дизеля не должна превышать допустимо величины, вычисляемой с учетом давления , температуры , наддувочного воздуха и заданного коэффициента избытка воздуха :

,                                                                                  (4.13)

где  - коэффициент пропорциональности;

- угловое ускорение коленчатого вала дизеля должно соответствовать условию:

,                                    (4.14)

где  - допустимая величина углового ускорения, определенная условием прочности коленчатого вала дизеля;

- темп увеличения мощности нагрузки генератора должен соответствовать условию:

,                                    (4.15)

где  - заданная допустимая величина темпа увеличения мощности нагрузки генератора.

4.2. Алгоритмы расчета переходного процесса дизель-генератора

Алгоритмы расчета переходного процесса ДГ представлены на рис.4.1. В блоки 1-4 вводятся исходные величины.

В блоках 6-11 определяется заданный режим работы ДГ тепловоза. В блоке 12 вычисляется максимальная допустимая цикловая подача топлива .

В блоках 13-33 определяется управляющее воздействие регулятора частоты вращения. В блоках 34-35 определяется допустимая величина цикловой подачи топлива.

В блоках 37-55 вычисляется управляющее воздействие регулятора мощности.

В блоках 56-58 вычисляется мощность генератора.

В блоках 59-69 корректируются цикловая подача топлива и мощность ДГ по величинам  и .

В блоке 70 производится расчет следующего цикла . В блоке 71 получаются новые значения частоты вращения вала ДГ, частоты вращения ротора турбокомпрессора и др.

В блоке 72 определяются расход воздуха , давление  и температура  наддувочного воздуха и другие параметры рабочего процесса.

В блоках 74-76 проверяются условия окончания переходного процесса ДГ. Если переходной процесс не окончен, то расчет продолжается и повторяется с блока 5.

Для исследования эффективности разработанных алгоритмов управления использовались данные дизель-генератора 2-5Д49 тепловоза 2ТЭ121. Программы расчета переходных процессов составлены на языке ТУРБО-ПАСКАЛЬ [11].

Алгоритмы расчета переходного процесса ДГ

Рис.4.1.
4.3. Направление расчетов

Расчеты проводились по трем направлениям:

1. Исследование регулятора частоты вращения при отсутствии регулятора мощности. На основании результатов расчета получены оптимальные коэффициенты передачи регулятора частоты вращения: .

Длительность переходного процесса, оцениваемая по моменту достижения амплитуды частоты вращения  от установившегося значения (половина допустимой ГОСТом 10511-83 [12] нестабильности частоты вращения для регулятора частоты вращения первого класса точности), при сбросе 100% нагрузки составила 1,0 с, а относительное перерегулирование - 2,6% (рис.4.2.).

Переходный процесс дизель-генератора с дизелем 2-5Д49 при сбросе 100% нагрузки

Рис.4.2.
        При набросе 100% нагрузки при постоянной заданной час­тоте вращения    = 104,7 рад/с время переходного процесса составило 1,6 с, а перерегулирование - 2,6%. В штатной сис­теме управления ДГ 2-5Д49 тепловоза 2TЭI2I при набросе 100% нагрузки данные показатели соответственно . Поэтому регулятор частоты вращения микропроцессор­ной системы управления ДГ заметно улучшил качество переходного процесса.

При разгоне коленчатого вала дизеля от холостого хода до номинальной частоты вращения без нагрузки длительность переходного процесса составила 9,5 с, а относительное пе­ререгулирование – 0,2%. Результаты расчета также показали, что регулятор частоты вращения МП системы управления ДГ с полученными расчетными параметрами позволяет обеспечить удовлетворительное качество переходных процессов, вызывае­мых периодическими синусоидальным и прямоугольным возмуще­ниями нагрузки.

2. Проверка эффективности работы регулятора мощности. Расчеты производились путем сочетания регулятора мощности и регулятора частоты вращения с полученными параметрами. На основании результатов расчета получены величины коэффициен­тов передачи регулятора мощности:  .

Относительное перерегулирование при выключении вспомо­гательных агрегатов тепловоза составило 0,286%. Таким обра­зом, МП система управления ДГ позволяет обеспечить инва­риантность во всем диапазоне переходного процесса выключения вспомогательных нагрузок тепловоза. Такого качества не обеспечивала штатная система управления ДГ 2-5Д49 тепловоза 2T3I21.

При включении вспомогательных агрегатов и периодических синусоидальном и прямоугольном возмущениях МП система управ­ления ДГ обеспечивает сходимость переходных процессов.

3. Исследования переходного процесса разгона и нагружения ДГ. На основании результатов расчета переходного процес­са,  вызываемого увеличением частоты вращения вала и мощности ДГ от холостого хода до номинального режима, получены следую­щие параметры МП системы управления ДГ тепловоза:

При расчетных значениях параметров МП системы управле­ния ДГ тепловоза время переходного процесса разгона и нагружения от холостого хода до номинального режима работы ДГ составило 42 с, заданное значение частоты вращения достига­лось за 15 с. Кривые переходного процесса разгона и нагружения ДГ (рис.4.3.). Время переходного процесса ДГ тепловоза 2ТЭ121 с штатной системой управления составило 57 с, так что МП система управления ДГ позволяет уменьшить время переходного процесса на 26,3%. Уменьшение времени раз­гона коленчатого вала дизеля и длительности переходного про­цесса соответственно позволяет снизить удельный расход топ­лива.