Тема. Электронный регулятор дизель-генератора 2А-9ДГ-02.
Регулятор предназначен - для автоматического поддержания заданной частоты вращения.
Регулятор также обеспечивает выполнение следующих дополнительных функций:
- блокировку запуска двигателя при отсутствии команды "РАБОТА";
- вывод реек топливных насосов на "нуль подачу" при обесточивании регулятора, обрыве цепей преобразователя частоты вращения или исполнительного устройства;
- ограничение топливоподачи при пуске дизеля;
- включение пусковой подачи топлива при достижении частоты вращения дизеля 34±8 мин-1;
- ограничение подачи топлива в функции давления наддува;
- обеспечение программной защиты дизеля по давлению масла;
- корректировку характеристики программной защиты дизеля по давлению масла в зависимости от температуры масла в масляной системе дизеля;
- снижение частоты вращения под нагрузкой по заданному закону.
Регулятор состоит из:
Исполнительного устройства -для пропорционального преобразования электрического сигнала электронного блока управления в механическое перемещение (поворот) выходного вала исполнительного устройства, связанного с рейками ТНВД посредством механической передачи (Рис.78)..
Электронного блока управления - для приема и обработки сигналов преобразователей, команд управления через последовательный порт по интерфейсу «токовая петля», выдачи сигналов управления на электрогидравлическое исполнительное устройство. Представляет собой электронный прибор в корпусе которого размещены: плата контроллера, плата интерфейса, плата усилителя мощности, плата защиты, плата сопряжения, плата аналоговых входов, а также радиатор с силовым транзистором, управляющим исполнительным устройством. Блок управления регулятора тепловозов 2ТЭ70 и ТЭП70 дополнительно имеет плату резервирования, позволяющую при выходе из строя блока управления осуществлять регулирование оборотов дизеля, которые в этом случае задаются комбинацией четырех сигналов уровнем 110 В, поступающих на дискретные входы ДВХ1-ДВХ4.
Блока питания -для преобразования напряжения 110±10 В постоянного тока в напряжение 24 В постоянного тока для питания регулятора.
Преобразователей частоты вращения коленчатого вала дизеля и ротора турбокомпрессора -для преобразования соответственно частоты вращения коленчатого вала дизеля и ротора турбокомпрессора в электрический сигнал переменного тока с частотой, пропорциональной преобразуемой частоте вращения.
Преобразователя давления наддува - для измерения относительного давления наддувочного воздуха турбокомпрессора, преобразования измеренного давления в токовый сигнал уровнем 4 - 20 мА.
Преобразователя давления масла -для измерения давления масла в масляной системе дизеля, преобразования измеренного давления в токовый сигнал уровнем 4 – 20 мА.
Термопреобразователя сопротивления - для измерения температуры масла в масляной системе дизеля.
Преобразователя линейных перемещений - для измерения положения реек ТНВД и преобразования измеренного параметра в электрический частотный П-образный сигнал уровнем 0 – 5 В. (рис. 79) состоит из корпуса 23, в котором размещена катушка 22. В катушку вдвигается ферритовый сердечник, состоящий из насаженных на толкатель ферритовых колец 24, и перемещающийся по направляющей, закрепленной на корпусе преобразователя. Толкатель через шаровой палец 21 соединен с выходным валом 6 исполнительного устройства. Между проставками закреплена плата, на которой расположены электронные элементы схемы первичной обработки и преобразования входного сигнала.
Программатора - для индикации текущих и заданных параметров регулятора, а также для оперативного изменения настраиваемых параметров.
Поворотный магнит 9 состоит - из корпуса 5, в который запрессован магнитопровод 4 с закрепленной в нем катушкой 8. На валу 9, установленном в магнитопроводе 4 на двух опорах, запрессован якорь 3. На другом конце вала закреплены рычаг 18 и пружинный рычаг 30 (рис. 79). На одном из полюсов корпуса установлен упор, ограничивающий угол поворота якоря 4 (рис. 80). Для защиты полости электромагнита от попадания пыли и влаги предусмотрен колпак 1.
Управление исполнительным устройством производится - путем изменения значения тока, протекающего через катушку электромагнита 8 (рис. 80), методом широтно-импульсной модуляции. При определенных значениях тока момент, создаваемый магнитным потоком, уравновешивает момент создаваемый пружиной 2. Электромагнит позиционирует соответствующие углы поворота вала 9, который, в свою очередь, через рычаг 10 (рычаг 18, рис. 79) и рычаг системы рычагов 8 (рис. 79) обратной связи воздействует на золотник 13, который рабочей кромкой "а" управляет перемещением поршня сервомотора, связанного с выходным валом 6 через рычаг 7. Последний через систему рычагов 8 стремится вернуть золотник 13 в исходное положение при его отклонении в ту или другую сторону от воздействия поворотного магнита. Тем самым каждому угловому положению вала 9 (рис. 80) электромагнита соответствует определенное угловое положение выходного вала 6 (рис. 79), но уже передающий большой момент за счет гидравлического усилия.
Рис78.Исполнительное электрогидравлическое устройство.
Работа исполнительного устройства.Информация о положении выходного вала исполнительного устройства или фактической топливоподаче в каждый момент времени, по которой определяется текущая мощность дизель-генератора, поступает в блок управления от преобразователя линейного перемещения. При изменении положения выходного вала изменяется положение ферритовых колец относительно катушки и тем самым изменяется индуктивное ее сопротивление. Совместно со схемой первичной обработки сигнала катушка образует колебательный контур, частота которого зависит от текущего положения ферритовых колец. В связи с чем каждому положению выходного вала соответствует определенная частота выходного сигнала преобразователя, которая поступает к контроллеру блока управления.
Работа преобразователей частоты вращения коленвала дизеля и ротора турбокомпрессора. Основана на принципе электромагнитной индукции. При приближении ферромагнитного зуба к торцу магнитного сердечника происходит нарастание магнитного потока, протекающего через сердечник в осевом направлении. Нарастание магнитного потока индуцирует увеличение тока прямого направления в обмотке. При удалении ферромагнитного зуба от торца магнитного сердечника 3 происходит спадание магнитного потока в сердечнике, индуцирующее увеличение тока обратного направления в обмотке.При последовательном прохождении ферромагнитных зубьев около торца магнитного сердечника 3 в обмотке 2 индуцируется ток с частотой, равной частоте следования зубьев.
Величина тока, индуцируемого в обмотке, прямо пропорционально нарастает с увеличением частоты следования зубьев (увеличением скорости изменения магнитного потока). Коэффициент пропорциональности при этом зависит от величины минимального зазора между сердечником и вершиной зуба. Чем меньше зазор, тем больше величина тока при фиксированной частоте следования зубьев, и в большей степени нарастает величина выходного сигнала преобразователя с увеличением частоты следования зубьев
Рис.79. Исполнительное устройство: 1-корпус верхний; 2-средний корпус; 3-нижний корпус; 4-крышка; 5-преобразователь; 6-выходной вал; 7-рычаг; 8-система рычагов обратной связи; 9-поворотный электромагнит; 10,11-шестерни масляного насоса; 12-втулка; 13-золотник; 14-приводной вал; 15-манжета; 16-подшипник; 17-фланец; 18-рычаг; 19-пружина; 20-толкатель; 21-палец; 22-катушка; 23-корпус; 24-феритовые кольца; 25-регулировочный винт; 26-контрогайка; 27-упорный рычаг;28-упорный штифт; 29-ось рычага; 30-пружинный рычаг;31-пружина;32-болт.
Рис.80. Поворотный электромагнит: 1 - колпак; 2 - пружина; 3 - якорь; 4 - магнитопровод; 5 - корпус; 6 - подшипник; 7 - рычаг пружины; 8 - катушка электромагнита; 9 - вал; 10 - упорный рычаг.
Устройство преобразователей частоты вращения коленвала дизеля и ротора турбокомпрессора.Выполнены на одном принципе и имеют одинаковые конструкции, отличие заключается в присоединительном размере. Они представляют собой микромощный генератор переменного тока с постоянным магнитом.
Устройство и работа преобразователя давления наддува и преобразователя давления масла.Конструкция и принцип действия преобразователей одинаковы.
Преобразователь давления наддува -измеряет избыточное давление в диапазоне 0 - 0,25 МПа (0 - 2,5 кгс/см2), а преобразователь давления масла измеряет избыточное давление в диапазоне 0 - 1,6 МПа (0 – 16 кгс/см2).
Работа регулятора.Регулятор обеспечивает работу дизеля по командам, поступающим от бортовой микропроцессорной системы управления и в аварийном режиме (при отказе бортовой микропроцессорной системы управления) по сигналам, поступающим на дискретные входы. Для регуляторов тепловозов 2ТЭ70 и ТЭП70 возможна работа в режиме «Резервная работа», который включается при неисправности регулятора. В этом режиме исполнительное устройство переключается на работу с платой резервирования и в этом случае регулятор прекращает воспринимать сигналы управления от бортовой микропроцессорной системы и передавать ей информацию.
Работа регулятора при пуске дизеля. От бортовой микропроцессорной системы управления на блок управления должна поступить по последовательному порту команда "Работа". После этого возможен запуск дизеля.
В процессе подготовки дизеля к пуску его коленчатый вал не вращается и от преобразователя частоты вращения сигнал не поступает. Блок управления во внешнюю цепь управляющих сигналов не выдает. При пуске стартер-генератор начинает вращать коленчатый вал дизеля и в блок управления поступает сигнал от преобразователя частоты вращения. По достижении частоты вращения 32 - 36 об /мин. блок управления выдает команду на выдвижение реек топливных насосов, соответствующую пусковой подаче, и в таком положении фиксирует их до достижения частоты вращения коленчатого вала 250 об /мин. После достижения частоты вращения коленчатого вала дизеля 250 об /мин. в работу вступает регулятор частоты вращения и с заданным темпом выводит дизель на минимальную частоту вращения, заданную бортовой микропроцессорной системой управления, по достижении которой начинает поддерживать ее на этом уровне.
Рис.81. Схема исполнительного устройства ЭГУ-104.
Работа регулятора при работе тепловоза в режиме "холостого хода" и в режиме "тяги" одинакова.Частота вращения коленвала дизеля задается бортовой микропроцессорной системой управления. В соответствии с заданной частотой вращения регулятор обеспечивает ее поддержание путем управления исполнительным устройством, выходной вал которого соединен с рейками ТНВД. В переходных режимах работы дизеля под нагрузкой в случае, если рейки ТНВД достигают ограничительной характеристики в функции давления наддува, регулятор ограничивает выход реек на уровне ограничения. По мере роста давления наддува и изменения уровня ограничения в соответствии с заданной характеристикой регулятор обеспечивает скольжение реек ТНВД по этой характеристике и по достижении заданной частоты вращения обеспечивает ее поддержаниена заданном уровне. Давление наддува измеряется аналоговым преобразователем давления, выходной сигнал которого изменяется от 4 до 20 мА, а положение реек ТНВД – преобразователем линейного перемещения, встроенного в исполнительное устройство.
Работа регулятора в режиме «Резервная работа» (Только для регуляторов тепловозов 2ТЭ70 и ТЭП70).Для перехода в режим необходимо снять напряжение 110 В, подводимое к источнику питания электронного регулятора, для чего выключить автоматический выключатель «Электронный регулятор», расположенный на панели автоматических выключателей тепловоза. Тумблер «Резервное питание» на источнике питания и тумблер «Резервная работа» на блоке управления переключить в положение «ВКЛ». Затем включить автоматический выключатель «Электронный регулятор». На блоке питания должны загореться светодиоды «Резервное питание». При работе регулятора в режиме «Резервная работа» функционирует только плата резервирования, на которой расположен резервный микроконтроллер, программа которого обеспечивает поддержание частоты вращения коленчатого вала дизеля, заданной сигналами, поступающими на входы регулятора, и обеспечивает остановку двигателя при снятии сигнала с входа регулятора ДВХ6.