§ 6.2. Электрический регулятор частоты вращения прямого действия

Составными элементами электрического регулятора ча­стоты вращенйя прямого действия (рис. 6.2) могут быть датчик 6 регулируемого параметра (например, тахогенератор постоянного юна) и исполнительное устройство в виде электромагнита 4.

Возбуждение тахогенератора постоянного тока осуществля­ется либо постоянными магнитами, либо с помощью обмоток, по­лучающих питание от источника постоянного тока. Входной коор­динатой тахогенератора является изменение угловой скорости До)_р ротора, а выходной — изменение напряжений А и на клем­мах. В электрических машинах постоянного тока электродвижу­щая сила Е_э непосредственно связана с угловой скоростью ротора так, что Е₀ = к_ЕФа>_р, где к_Е — постоянный коэффициент; Ф —

поток возбуждения. При отсутст­вии нагрузки поток возбуждения остается постоянным, в связи с чем электродвижущая сила практиче­ски пропорциональна угловой скорости, т. е.

Е_э = к о, (6.1)

где к = к_Еи_рФ; и_р — передаточ­ное отношение механизма связи регулятора с коленчатым валом двигателя.

Если тахогенератор нагружен, то появляется поток реакции якоря, направленный против по­тока возбуждения, что нарушает линейность зависимости Е_ь =

= / (со). Поэтому для повышения точности работы тахогенератора при включении его в работу не­обходимо стремиться к минимально возможной нагрузке на якорь. При отсутствии такой нагрузки Ежи, и тогда в соответствии с (6.1) связь входной и выходной координат датчика может быть принята линейной:

V® = и = к_и со. (6.2)

Сигналы датчика 6 регулируемого параметра воспринимаются исполнительным устройством 4 через усилитель (например, транс­форматор) или непосредственно.

В зависимости от напряжения и, поступающего на обмотки, электромагнит 4 вырабатывает силу Т_эм притяжения, значение которой определяется соотношением (5.12).

Для выбранной конструкции электромагнита к_м = = (0,4яш)²/(8л;/?м5м) = сопз!, поэтому Г_эм = к_и1². Так как I — = и/Я_м, то в соответствии с выражением (6.2) поддерживающая сила регулятора

^эм ^ ^эмСО²» (6*3)

где А_эм — кмк_и1$_м.

Сердечник электромагнита 4 непосредственно связан с пру­жиной 2, усилие которой Р_пр = Е представляет собой восста­навливающую силу регулятора. Поэтому условие статического равновесия сердечника имеет вид

Е - Л_эмсо² = 0. (6.4)

Так как Е = Е₀ + Ьг, где Е₀ — усилие предварительной де­формации пружины 2 и Ь — ее жесткость, то с учетом формулы (6.4) зависимость

2 = Л_эмю²/& - Е₀/Ь (6.5)

дает статическую характеристику I (рис. 6.3).

б Крутов В. И.

Регулятор с такой характеристикой может быть всережимным, если с помощью задатчика 1 (см. рис. 6.2) изменять предвари­тельную деформацию пружины 2. По мере увеличения Е₀ харак­теристики смещаются вправо (рис. 6.3, а). Статические характе­ристики (/, 2 и др.) соответствуют регуляторным характеристикам двигателя 3_% 4 и др.

Всережимность регулятора может быть обеспечена также воз­действием на электрические параметры исполнительного устрой­ства. Так как А_эм = к_ик1/Км, то изменением полного магнитного сопротивления /?_м магнитопровода также можно обеспечивать выбор статической характеристики 2 и др. (рис. 6.3, б) и, следовательно, регуляторной характеристики двигателя 3, 4 и др. В этом случае условие статического равновесия получит вид

2 = (к_нк1<о²)1(ЬЯ²_ы) - Ео/Ь. (6.6)

Путем установления на электромагните ползунка 3 (см. рис. 6.2) можно изменять /?_м. Чем меньше /?_м, тем больше А_ш и круче статическая характеристика г = / (со).

На рис. 6.3,а и б горизонталь 2_ХХ соответствует холостому, ходу, а г_пп — полной подаче топлива, т. е. внешней характери­стике 5 двигателя.

Дифференциальное уравнение регулятора можно представить в виде

И (сРг/сИ²) + Ъ(Ш1) + Е = Л_эм<о*.

Если всережимность регулятора обеспечивается изменением К_м, то восстанавливающая сила регулятора зависит только от положения г сердечника, поэтому

Е = Е₀ + ДЕ - Е₀ + (дЕ/дг) Дг, (6.8)

а поддерживающая сила Л_эм©² — от угловой скорости со и по­ложения \|з ползунка 3 (см. рис. 6.2), поэтому

= (Л_эмсо²)₀ + Д (Лэмй²) = (Л_эмсо²)₀ + ю²ЛЛ_эм + 2(оЛ_8МДсо.

(6.9)

При выбранном способе обеспечения всережимности Л_эм = = / (ф), поэтому ДА_ш = (4Л_вм/Л|э) А-ф.

Подстановка соотношений (6.8) и (6.9) в уравнение (6.7) с учетом условия статического равновесия Е₀ — (Л_эмш²)₀ = 0 приводит уравнение к виду формул (3.43) или (3.44), где

Ф = Дсо/о>₀; т] = Аг/г₀; а_р = Дф/ф₀; ч

Т1 = |Ио/№); Т_к = Ъг₀/(2Е₀); _ю

6_г = (4ВД)[2₀/(2Я₀)];

0_Р = (ЛА_ЭМ/Щ [^₀/(2Е₀)].

§ в.З. ФОРСУНКИ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ

Применение на двигателях электрических регуляторов дает возможность отказаться от традиционного для дизелей управ­ляющего воздействия через рейку топливного насоса высокого давления и перевести это воздействие непосредственно на топ­ливную форсунку. В таких системах функции дозирования и фа­зирования реализуются форсунками, а на топливный насос воз­лагается задача поддержания в аккумуляторе необходимого давления топлива (аккумуляторная система впрыска).

Форсунка с электрическим управлением (рис. 6.4) преобразует электрический импульс, сформированный регулятором, в гидрав­лический импульс впрыска топлива в цилиндры. На рис. 6.4, а показана конструктивная схема форсунки, игла 1 которой при­жимается к седлу пружиной 2. Подъем иглы и впрыск топлива осуществляются электромагнитом 3, к работе которого предъ­являются весьма высокие требования. Так, срабатывание и от­пускание магнита должно укладываться в пределы от 0,1 до 1 мс при ходе иглы от 0,2 до 0,5 мм и запирающем усилии около 50 Н. Электромагниты — устройства инерционные: сила тока нарастает и спадает в них по экспоненте.

Для дизелей средней и большой мощности форсунки с непо­средственной связью иглы с электромагнитом (см. рис. 6.4, а) ока­зались неприемлемыми в связи с чрезмерной массой подвижных частей. Электромагнит, способный развивать в таких форсунках необходимое усилие, не способен обеспечить требуемого быстро-

действия. Устранение этого не­достатка обеспечивается вклю­чением в конструкцию форсун­ки клапана 4 (рис. 6.4, б). Рабочим телом в такой фор­сунке является топливо высо­кого давления, воздействующее на иглу а электромагнит 3 выполняет лишь функцию уп­равления подъемом легкого клапана 4. Такая конструкция форсунки изолирует электриче­скую часть от полости высо­кого давления, существенно уменьшает подвижную массу и, как следствие, заметно повышает быстродействие.

Система электрического уп­равления форсунками обеспе­чивает возможность более гиб­ко управлять самим процессом топливоподачи в цилиндры двигателя по сравнению с регулированием через рейку топ­ливного насоса. Однако необходимость высокого быстродей­ствия срабатывания форсунки требует образования электриче­ских командных импульсов высокой мощности, что обусловливает большой расход энергии и, следовательно, увеличения мощности источников питания. В связи с этим системы электронного управ­ления через форсунки целесообразнее применять на дизель- генераторных установках, обеспечивающих для системы регули­рования практически неограниченную подачу электроэнергии. Для транспортных силовых установок автотракторного типа в настоящее время признаются более целесообразными электрон­ные системы управления, действующие через рейку топливного насоса.