調節柴油機恆功的電子恆功裝置的製作方法
2023-05-22 06:24:21
專利名稱:調節柴油機恆功的電子恆功裝置的製作方法
本裝置是一種屬於內燃機驅動發電機組的控制調節裝置，特別適用於解決鐵道電傳動內燃機車的柴油機和牽引發電機組及其輔助傳動裝置的配合，控制柴油機功率為恆定目標的電子恆功勵磁調節，以保證柴油機始終在經濟工況下工作。
根據鐵道電傳動內燃機車的運用特點，在不同工況時柴油機均需在經濟區域內工作，因此設置了各種轉速與功率的聯合調節裝置，現今有機械式調節與電子式調節兩大類。機械式調節裝置由於機械傳動結構的限制，在低檔位時功率偏離經濟工況，且不能進行恆功調節。傳統的電子恆功調節裝置如《內燃機車》1984年第2期中「內燃機車的電子恆功勵磁」中介紹的那樣，它是檢測牽引發電機的電流、電壓，通過乘法器乘得牽引發電機的輸出功率與給定功率值比較，通過閉環調節，從而控制牽引發電機輸出功率恆定，這樣的閉環調節只恆定牽引發電機輸出功率，不能恆定柴油機功率。
本發明與傳統的電子恆功裝置的根本區別在於以柴油機原噴油拉杆裝置的動作，推動位移傳感器活動杆的相對位移而得到的電信號變化值作為反映柴油機噴油量的檢測信號，該檢測信號能直接反映柴油機的功率，這樣的柴油機實際功率信號與希望的給定功率值比較，通過包括柴油機在內的閉環調節，以調節牽引發電機功率的方法來達到柴油機功率恆定的目的。這一方法的改進，根本上解決了柴油機恆功的問題，而無需再藉助於其它輔助裝置進行功率修正。
圖1為本裝置裝設在電傳動內燃機車上的部位與作用系統示意圖。(1)為位移傳感器;(2)為電子恆功裝置控制箱;(3)為調節勵磁電流控制信號;其餘為電傳動內燃機車上原有部件。(1)位移傳感器接受柴油機噴油拉杆裝置推動的活動杆位移量，其相應電位變量作為柴油機噴油量信號f(h)輸出。(2)電子恆功裝置控制箱接受柴油機噴油量信號f(h)和機車上原有的柴油轉速信號n，經處理後其輸出(3)即為調節勵磁電流控制信號。
圖2為(2)電子恆功裝置控制箱原理框圖。(4)為柴油機功率給定環節;(5)柴油機功率給定信號;(6)為柴油機功率檢測環節;(7)為柴油機功率檢測信號;(8)為比較積分環節。電子恆功裝置控制箱的輸入分別來自柴油機轉速信號n和柴油機噴油信號f(h);輸出(3)為調節勵磁電流控制信號。
圖3為柴油機功率給定環節(4)的原理圖，其輸入來自柴油機轉速信號n;其輸出(5)為柴油機功率給定信號，通向圖2的比較積分環節(8)。(9)、(10)為三極體、(11)、(12)、(13)、(14)為電位器。(15)為運算放大器。
圖4為圖2柴油機功率檢測環節(6)的原理圖，其輸入來自件(1)位移傳感器反映柴油機噴油量的電位變量f(h)。(16)為調整電位器。(17)為運算放大器。其輸出(7)為柴油機功率檢測信號，通向圖2的比較積分環節(8)。
圖5為圖2比較積分環節(8)的原理圖，這是一隻比例積分器，接受處理來自柴油機功率給定信號(5)和柴油機功率檢測信號(7)。(18)為運算放大器。(19)為電位器。其輸出為調節勵磁電流控制信號(3)。
本裝置裝設在電傳動內燃機車上所處部位及作用如圖1所示，它由一隻市售的位移傳感器(1)和一隻電子恆功裝置控制箱(2)所組成。電子恆功裝置控制箱接受位移傳感器隨柴油機的噴油拉杆裝置位置變動而得到的電信號變化值作為柴油機噴油量的檢測信號f(h)和機車上原有的柴油機轉速信號n，二者經過電子恆功裝置控制箱(2)調整、比較積分後，其輸出就作為調節勵磁電流控制信號(3)。如果對應柴油機某一轉速下測到的柴油機噴油量信號f(h)不符合原定的柴油機經濟工況的噴油量信號，電子恆功裝置就不斷改變勵磁電流控制信號，使得牽引發電機功率也不斷改變，柴油機功率也隨負載功率的改變而改變，直到檢測的柴油機噴油量信號f(h)符合事先確定的該柴油機轉速下的經濟工況噴油量信號，調節作用停止，此時包括柴油機在內的閉環調節系統處於相對平衡狀態。這樣，無論機車運行狀態改變、還是柴油機輔助功率的變化，自動調節系統將立即起作用，最終保證柴油機恆定在經濟工況工作。
電子恆功裝置控制箱(2)內部原理如圖2所示，主要有柴油機功率給定環節(4)，其輸出(5)為柴油機功率給定信號;柴油機功率檢測環節(6)，其輸出(7)為柴油機功率檢測信號;以及比較積分環節(5)等三部分組成。其輸出經放大後作為調節控制牽引發電機的勵磁電流控制信號(3)。
由於機車上反映柴油機轉速的信號與反映柴油機理想牽引特性的各檔位轉速下的功率給定信號不符合，所以需要通過一個函數變換器來滿足柴油機功率給定信號隨柴油機轉速變化的函數關係，這樣的函數變換器就是功率的給定環節。其作用原理如圖3所示。它的輸入信號來自柴油機轉速信號n，其輸出信號就作為柴油機功率給定信號(5)。它們之間的函數關係曲線實際由三段組成，起始低位由調節電位器(14)確定，中間區段由三極體(10)輸出，這一區段的曲線形狀由調節三極體(10)的工作點確定，幅度大小由調節電位器(11)確定。在高轉速區段由運算放大器(15)輸出一條折線，折線的斜率和幅度分別調節電位器(13)和(12)來確定。三極體(9)用於極性轉換。當函數曲線形狀調定以後，對應柴油機某一轉速就對應有一函數信號輸出，作為柴油機在該轉速下的功率給定信號(5)。
柴油機功率檢測環節的作用原理如圖4所示。根據柴油機的特性，其噴油量是控制柴油機功率的直接因素。以柴油機噴油拉杆裝置的動作，推動位移傳感器(1)活動杆的相對位移的電信號變化值作為反映柴油機噴油量的檢測信號，以此來反映柴油機實際功率，它的檢測精度和可靠性以及行程範圍等均能滿足檢測要求。當柴油機噴油拉杆裝置在某一位置時，位移傳感器就輸出對應的電位信號f(h)，f(h)信號輸入本環節，經由運算放大器(17)組成的比例放大，最終輸出一個電信號作為柴油機功率檢測信號(7)。檢測信號(7)和傳感器輸出信號f(h)之間的比例關係靠調節電位器(16)來確定。
比較積分環節(5)是專門處理來自功率給定和功率檢測信號的，是自動調節系統的中心環節，其工作原理如圖5所示。這是一隻比例積分器。來自柴油機功率給定信號(5)和來自柴油機功率檢測信號(7)在運算放大器(18)輸入負端進行比較，比較結果再積分，在運算放大器輸出端得出相應的積分信號作為調節勵磁電流的控制信號(3)，調節勵磁電流以控制牽引發電機功率。當檢測信號(7)大於給定信號(5)時(絕對值比較)，輸出積分信號作為牽引發電機勵磁電流的控制信號(3)將不斷上升，相應減小牽引發電機的勵磁，使牽引發電機的功率下降。由於柴油機功率是隨負載變化而變化的，柴油機功率隨之下降，柴油機供油量減小，使得柴油機功率檢測信號(7)也隨之減小，直到柴油機功率給定信號(5)等於柴油機功率檢測信號(7)，勵磁調節停止，整個柴油機牽引發電機組和勵磁系統處於相對平衡狀態，柴油機此時的實際功率等於給定功率。反之，當柴油機功率檢測信號(7)小於柴油機功率給定信號(5)，輸出積分信號減小，也就是勵磁電流的控制信號(3)不斷下降，相應增加牽引發電機的勵磁電流(負極性控制)，牽引發電機功率增大，柴油機功率也隨之增大，柴油機功率檢測信號(7)相應上升，直到柴油機實際功率等於給定功率，整個調節系統處於相對平衡狀態。從這樣的閉環調節系統的工作過程可以看到，只要柴油機在某一檔位保持轉速恆定，功率給定信號也恆定，柴油機實際功率也就能通過閉環調節恆定在某一功率值上不變。改變柴油機功率給定信號，柴油機實際功率通過閉環調節也將隨之改變，所以只要調整功率給定信號就能很方便的調節柴油機牽引特性，直到符合柴油機的理想經濟的牽引特性為止。
上述方法是以控制柴油機功率恆定為目標的，是包括柴油機在內的大的閉環調節系統，所以柴油機功率不會隨輔機功率的改變而改變，也不會隨牽引發電機繞組溫升和本身效率改變而改變，同時也能反映柴油機本身功率的變化，這是本電子恆功裝置的突出優點。本裝置可以提高機車的起動加速性能，擴大機車的恆功率速度範圍，降低柴油機部分工況和低檔位的油耗。本裝置經裝東風8型內燃機車上較長時間的實際運行考驗，恆功調節性能正常，低檔位和部分負荷柴油機效率較高，機車起動牽引力大，低檔位也能起恆功調節作用。
權利要求
1.一種屬於內燃機驅動發電機組的控制調節裝置-調節柴油機恆功的電子恆功裝置，特別適用於鐵道電傳動內燃機車的柴油機和牽引發電機組的控制調節。傳統的電子恆功調節裝置是檢測牽引發電機電流、電壓來控制牽引發電機輸出功率恆定。本發明的特徵是利用原柴油機噴油拉杆裝置的動作，推動位移傳感器活動杆的相對位移而得到的電信號變化值，作為反映柴油機噴油量的檢測信號，以此來控制柴油機的實際功率等於給定功率的調節柴油機恆功的電子恆功裝置。
2.根據權利要求
1所述的調節柴油機恆功的電子恆功裝置，其特徵是至少用一個位移傳感器來反映柴油機噴油量的檢測信號。
專利摘要
一種屬於內燃機驅動發電機組的控制調節裝置 ——調節柴油機恆功的電子恆功裝置，特別適用於 鐵道電傳動內燃機車的柴油機和牽引發動機組的控 制調節。本裝置採用位移傳感器的電位變量來反映 柴油機供油量，將其作為柴油機功率的檢測信號，以 此來反映柴油機的實際功率的調節柴油機恆功的電 子恆功調節裝置。
文檔編號F02D45/00GK86106466SQ86106466
公開日1987年3月25日 申請日期1986年9月24日
發明者盛新民 申請人:鐵道部戚墅堰機車車輛工廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan