Совместная работа теплового двигателя и генератора

Совместная работа дизель-генератора при ограниченной подаче топлива и выпуклой внутренней характеристике генератора стала возможной вследствие того, что линия RF" момента генератора пересекла характеристику дизеля. Если бы момент генератора не зависел от угловой скорости или линия RF" была бы столь пологой, что не пересекла бы характеристики дизеля, то при увеличении тока более Iгмин угловая скорость продолжала бы снижаться до остановки дизеля. Таким образом, возможность работы дизель-генератора без регуляторов зависит от взаимного расположения характеристик двигателя и генератора.

Свойство агрегата приходить к установившемуся режиму без принудительного регулирования называется в теории автоматического регулирования самовыравниванием, или саморегулированием.

Задача повышения использования полной мощности при саморегулировании заключается в уменьшении наибольшего отклонения угловой скорости Δnд1 которое можно осуществить двумя способами:

1. Увеличением крутизны кривой Мг(nд). Для этого при одинаковой внешней характеристике и, следовательно, неизменном максимальном отклонении F"С" (рис. 1.78) момента генератора нужно изменять последний не по линии С"Q, а, например, по линии С"Q1; т. е. увеличить коэффициент саморегулирования. Тогда отклонение угловой скорости составит Δnд2;

2. Уменьшением максимального отклонения момента при Iг1,например до С"L" вместо С"F". Для этой цели необходимо изменить форму характеристики Ег(Iг) генератора. Например, характеристика MBLCN (см. рис. 5.20а) обеспечивает использование полной мощности для тех же пределов изменения тока генератора, как и характеристика А1BFCD1, но превышение L'G' мощности при номинальной скорости и соответствующее превышение L"С" момента генератора над номинальными меньше, чем в предыдущем варианте. Подбором степени магнитного насыщения и параметров обмоток можно, в частности, ограничить наибольшее отклонение угловой скорости равным Δnд2.

В большинстве систем саморегулирования используются оба эти способа. По терминологии теории автоматического регулирования первый способ является использованием собственно саморегулирования путем увеличения коэффициента саморегулирования. Второй способ может быть назван компенсацией возмущения, так как заключается в уменьшении отклонений момента генератора, вызываемых внешним возмущением — изменением тока нагрузки. Гиперболическая характеристика зависимости магнитного потока генератора от тока нагрузки является условием полной компенсации возмущений по току нагрузки, так как при этом момент генератора остается постоянным при изменении тока.

Характер зависимостей Ег(Iг) и Мг(nд) существенно влияет и на другие параметры работы теплового двигателя.

При рассмотренных выше характеристиках генератора А1BFCD1 (см. рис. 1.77а) и C"Q (см. рис. 5.21) дизель работает в диапазоне угловых скоростей от nд1до nдпо своей внешней характеристике, т. е. при полной подаче топлива. Для некоторых тепловозных дизелей работа с полной подачей топлива при значительном снижении угловой скорости недопустима вследствие уменьшения давления наддува и других причин.

При характеристике момента генератора C"Q1 площадь C"Q1R1F" охватывает все режимы теплового двигателя, которые могут быть реализованы при данном генераторе. При такой характеристике дизель даже при самых малых нагрузках вынужден работать с высокой угловой скоростью. Это может вызвать повышенный износ деталей дизеля (подшипников, шатунов, поршневых колец и т. д.).

Если область возможных моментов генератора изображается площадью C"QR F", то в отношении износа дизеля такая характеристика более благоприятна, так как частичные нагрузки реализуются при пониженных угловых скоростях. Если линия наибольшей экономичности дизеля соответствует линии TS, то область работы дизеля в данном примере располагается более близко к ней, чем при генераторе с характеристикой C"Q1 и поэтому работа дизеля при пониженной мощности более экономична.

При сравнении между собой внешних характеристик А1BFCD1 и MBLCN (рис. 5.20) легко заметить, что первая является более благоприятной в отношении пусковых характеристик, так как ток генератора, а, следовательно, и пусковая сила тяги меньше изменяются при изменении напряжения генератора. Она благоприятнее также и по более четкому ограничению максимального тока и напряжения.

Отсюда следует, что при выборе характеристик генератора, зависящих от выбора системы возбуждения, параметров обмоток и насыщения магнитной цепи последних, следует учитывать характеристики и особенности работы дизеля, назначение и условия работы локомотива.