книги из ГПНТБ / Кисельников В.Б. Системы автоматизации силового дизельного привода

Глава HI

СТРУКТУРА И ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМ ДИЗЕЛЬНЫМ ПРИВОДОМ

10. ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ДИЗЕЛЬНЫМ ПРИВОДОМ ПРИ о д и н о ч н о й И ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

При одиночной работе дизельного привода основная задача управления заключается в плавном бесступенчатом изменении скорости вращения дизеля в широких пределах. Для этой цели применяются дистанционные следящие системы, воздействующие на всережимные регуляторы скорости дизелей. Следящая система состоит из .задатчика, монтируемого на пульте управления, и исполнительного сервомотора, осуществляющего затяг пружины измерителя скорости регулятора. В этой системе каждому поло­ жению управляющего органа будут соответствовать вполне опре­ деленные положение сервомотора, усилие пружины измерителя и, следовательно, скорость вращения дизеля и приводимого им агрегата. При наличии следящей системы оператор имеет возмож­ ность по желанию выбирать темп изменения скорости вращения дизеля и задавать любую промежуточную скорость. При резком перемещении управляющего органа оператор может получать максимально быстрое нарастание или уменьшение скорости, обес­ печиваемое характеристиками самого дизельного привода. Сле­ дящие системы управления скоростью должны отвечать требова­ ниям, рассмотренным в гл. I .

В групповых установках "дизельные приводы работают парал­ лельно через механические или гидравлические передачи на общий потребитель мощности. В этом случае задача дистанционного управления скоростью в широких пределах по-прежнему сохра­ няется. Для решения ее используются такие же следящие системы, как и при одиночной работе, с той разницей, что несколько испол­ нительных сервомоторов (по числу дизелей в группе) питаются от одного общего задатчика. Наряду с этим при параллельной работе возникает дополнительная задача согласования нагрузок дизелей между собой.

Расхождение нагрузок отдельных дизелей может проявляться как при изменении их скорости в процессе управления, так и при изменениях внешней нагрузки на установку. Это происходит

85

в результате неодинакового воздействия на регуляторы скорости, связанного со статической ошибкой систем управления, а также в результате нелинейности и нечувствительности самих регуля­ торов. Неравномерное распределение нагрузки вызывает недо­ использование мощности отдельных дизелей на режиме полной нагрузки и снижение коэффициента использования мощности по установке в целом. Кроме того, возникает перегрузка отдельных дизелей, перерасход топлива и неравномерное использование мото­ ресурса силовых агрегатов.

ТП2

О

Рис. 24. Статические характеристики регулирования при параллельной работе дизелей на общую нагрузку: а — через механические передачи; б — через гидро­ трансформаторы;

Рассмотрим статику параллельной работы дизельных приводов и определим возможные рассогласования нагрузок при механи­ ческих и гидравлических передачах к потребителю.

В случае жестких механических передач типа валов, цепей или текстропных ремней распределение нагрузки на два дизеля иллю­ стрируется рис. 24, а.

Здесь обозначено т — М/Ме0 — относительный крутящий мо­ мент и ф = Q/Q0 — относительная угловая скорость дизелей. Ли­ нии срх и ф2 представляют собой некоторые регуляторные харак­ теристики дизелей. Точки \р1 и ip2 — значения скоростей на линии номинального крутящего момента дизеля /п = 1.

Вследствие погрешности цепей управления и нечувствитель­ ности регуляторов эти линии и точки не совпадают.

Параллельная "работа дизелей характеризуется общей ско­ ростью вращения, при которой их относительные крутящие мо­ менты т1 и т2 не равны между собой. Определим значения этих моментов.

Полагая регуляторные характеристики параллельно работа­ ющих дизелей линейными и параллельными и пользуясь геоме­ трическими соотношениями на рис. 24, а, можно выразить эти

86

характеристики для обоих дизелей в виде уравнений:

ставляющий собой разность относительных скоростей дизеля при холостом ходе и при номинальном крутящем моменте.

Обозначим суммарную нагрузку дизелей (по крутящему мо­

ния, отсчитанная по оси Ф .

Подставляя полученные значения крутящих моментов в любое из уравнений (82), можно найти общую скорость двигателей при параллельной работе, соответствующую суммарной нагрузке т.

работе силовых приводов с механической передачей из уравне­ ний (83)

теристик. При этом рассогласование нагрузок не зависит от уровня

при параллельной работе дизельных приводов с гидротрансформа­ торами (рис. 24, б). Здесь каждый дизель приводит насосное ко­ лесо своего гидротрансформатора, а выходные валы последних жестко связаны с внешней нагрузкой. При идентичных гидротранс­ форматорах крутящий момент нагрузки каждого дизеля, как было показано в предыдущей главе, изменяется пропорционально

87

квадрату угловой скорости. Поэтому в данном случае при несовпа­ дении регуляторных характеристик угловые скорости дизелей будут различными.

Статика параллельной работы через гидротрансформаторы определяется уравнениями регуляторных характеристик (82) и

Как видно из приведенной формулы, рассогласование нагрузок при наличии гидротрансформатора меньше, чем при механиче­

Правильно выполненные и настроенные системы управления и регулирования скорости могут за счет высокой собственной точ­ ности обеспечить необходимое согласование нагрузок дизелей при параллельной работе: В тех же случаях, когда появляются повы­ шенные требования к точности распределения нагрузок, если нужны малые значения наклона регуляторной характеристики

88

щего дизеля сравнивается с сигналами датчиков ведомых дизелей в управляющих элементах 8, которые подают питание к дополни­ тельным сервомоторам 10. При рассогласовании сигналов датчи­ ков нагрузки эти сервомоторы корректируют положения опор' пружин регуляторов ведомых дизелей через дифференциальные

сования нагрузок действуют независимо друг от друга. Они приходят в равновесие при достижении заданной скорости дизе­ лей и при равенстве их нагрузок. Данная схема может охватывать любое число дизельных приводов, причем в качестве ведущего путем соответствующей коммутации линий связи может быть вы­ делен любой из дизелей группы.

В данной главе рассматриваются вопросы теории систем управ­ ления скоростью и согласования нагрузок, предназначенных для воздействия на всережимные регуляторы скорости вращения д и ­ зелей.

11. СТРУКТУРА И ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ВРАЩЕНИЯ

На рис. 26 приведены примеры бесступенчатых дистанционных передач, которые могут быть использованы как составляющие элементы следящих систем управления дизельными приводами. Это так называемые разомкнутые цепи прямого действия. Некото­ рые из них могут применяться в качестве самостоятельных связей для воздействия на регуляторы скорости.

На рис. 26, а показана электрическая схема синхронной пере­ дачи переменного тока на сельсинах, которые представляют .со­ бой миниатюрные синхронные электромашины, работающие в ре­ жиме поворота. При отклонении ротора сельсина-датчика на опре­ деленный угол на такой же угол поворачивается ротор сельсинаприемника. Вращающийся момент на оси последнего пропорцио­ нален синусу угла рассогласования роторов (или самому углу при малых рассогласованиях). Сельсинные передачи могут при­ меняться при дистанциях управления до 500 м.

На рис. 26, б дана схема разомкнутой дистанционной передачи постоянного тока, состоящей из реостата и соленоида, якорь ко­

действия, включающая задатчик переменного давления и мембран­ ный сервомотор, уравновешиваемый пружиной. Такая передача применяется для дистанционного воздействия на регуляторы дизельных приводов при условии, что располагаемые усилия на сервомоторе достаточно велики по отношению к преодолеваемым силам сопротивления.

90

На рис. 26, г показана так называемая гидростатическая пере­ дача, состоящая из двух сильфонов и основанная на перемещении определенного объема жидкости из одного сильфона в другой.

тока; в — пневматическая;" г — гидростатическая

Такая передача требует специального устройства, компенсиру­ ющего изменения удельного объема, жидкости при колебаниях окружающей температуры. Тем не менее известны случаи практи­ ческого применения такой передачи для ..управления,, .например, дизелями строительно-дорожных машин,

91

Общий недостаток описанных разомкнутых передач состоит

втом, что положение выходного органа и точность таких передач существенно зависят от сил сопротивления на выходе. Кроме того,

впередачах, изображенных на рис. 26, а и б, преодолеваемые силы сопротивления целиком передаются на орган управления. В связи

сэтим для управления дизельными приводами' применяются сле­ дящие системы.

Следящие системы являются дистанционными передачами не­ прямого действия и представляют собой замкнутый контур с об­ ратной связью. Принцип действия таких систем заключается в том, что при возникновении рассогласования положений задающего и исполнительного органов включается сервомотор, который стремится уменьшить это рассогласование и автоматически выклю­ чается при его исчезновении. Перестановка исполнительного органа производится за счет внешней энергии, поэтому точность передачи не зависит от сил сопротивления на выходе, и эти силы не передаются на управляющий орган.

На рис. 27 показаны структурные схемы следящих систем. В первом варианте перемещение задающего органа непосредственно вводится в измеритель рассогласования (дифференциал) /, кото­ рый воздействует на управляющий элемент 4 и включает серво­ мотор 3, переставляющий исполнительный орган. Положение этого органа с помощью дистанционной обратной связи 2 пере­ дается к измерителю рассогласования. При достижении сервомо­ тором заданного положения он выключается. Во втором варианте управляющий сигнал вводится в измеритель рассогласования 2 с помощью дистанционной связи 1, а обратная связь между испол­ нительным сервомотором 4 и измерителем является механической.

Функцию дистанционных связей в этих системах может выпол­ нять одна из разомкнутых передач, описанных выше. В обоих случаях они являются разгруженными от внешних усилий и обес­ печивают высокую точность передачи сигнала.

В условиях управления силовым приводом следящие системы, выполненные по обеим схемам, могут иметь практически равяоценные статические и динамические показатели. Конструктивно структурная схема по рис. 27, б более предпочтительна, так как позволяет сосредоточить все сложные элементы системы в одном приемном блоке. В пневматическом исполнении эта схема позво­ ляет обеспечить также более высокое быстродействие сервомотора.

Детальная структура, средства воплощения и конструкция узлов дистанционных передач и следящих систем весьма много­ образны и строгая классификация их затруднительна.

На рис. 28 даются примеры принципиальных схем-ряда сле­ дящих систем по типу рис. 28, б, которые применялись или могут быть применены для управления скоростью вращения дизельных приводов.

На рис. 28, а показана простейшая электрическая следящая система на переменном токе с использованием сельсинной передачи.

92

Рис. 27. Структурные схе­ мы следящих систем: а — с дистанционной обратной связью; б — с механиче­ ской обратной связью

а)

S)

Рис. 28. Схемы следя­ щих систем: а — элек­ трическая система пе­ ременного тока на сельсинах; б — элек­ трическая система по­ стоянного тока с поля­ ризованным реле; в — пневматическая систе­ ма с силовой обратной связью; г — гидравли­ ческая система с кине­ матической обратной

связью

93