Расчет параметров автоматического регулятора частоты вращения двигателей внутреннего сгорания

Автоматический регулятор частоты вращения ДВС содержит датчик частоты вращения 5 (тахогенератор), исполнительное устройство 3 (электромагнит) и задатчик 1, с помощью которого определяется скоростной режим работы двигателя путем предварительной деформации пружины 2 (рис. 1).

Рис.1. Автоматический регулятор частоты вращения двигателей внутреннего сгорания: а - устройство автоматического регулятора; б - структурная схема автоматического регулятора; 1 - рычаг задатчика; 2 -пружина; 3 - электромагнит; 4 - рейка топливного насоса; 5 - тахогенератор

С якорем электромагнита непосредственно связан дозирующий орган - рейка 5 топливного насоса.

Таким образом, исполнительным элементом служит электромагнит, к обмотке которого подводится напряжение, вырабатываемое тахогенератором:

и = К_ий),                 (1)

где к и - постоянный коэффициент; со - угловая скорость ротора.

В зависимости от напряжения, поступающего на обмотку, в электромагните возникает сила тяги Р_ЭЛ1, которая определяется выражением:

F_3M=(0,47rIWy/87rR_M²S._M,        (2)

где I - сила тока в обмотке электромагнита;

W - число витков обмотки электромагнита;

R_M - магнитное сопротивление магнитопровода;

S_M - площадь поперечного сечения магнитопровода.

Для выбранного электромагнита

К_м = ^0,4лШУ !87tR_M²S_M = const, (3)

поэтому Р_эл< = К_М1² или F_3M=K_MU²/R² , где R - сопротивление области электромагнита.

С учетом уравнения (1)

F_3M=K_MK_U(o² (r² ■          (4)

Сердечник электромагнита непосредственно связан с пружиной задатчика, усилие которой

^Fnp=^F0^+bz>            (5)

где Fq - усилие предварительной деформации пружины; b - жесткость пружины; z - ход рейки топливного насоса.

Условие статического равновесия имеет вид:

^F3m ~ ^Fnp ⁼ 0 •               (О

С учетом формул (4) и (5) зависимость z = ^KMKvro2 U2-F0^[b      (7)

позволяет построить семейство статических характеристик автоматического регулятора - зависимость хода рейки топливного насоса от угловой скорости (рис. 2).

Рис. 2. Статические характеристики автоматического регулятора: 1,2- характеристики регулятора; 3 - скоростные характеристики двигателя; 4, 5 - регуляторные характеристики

Автоматический регулятор с такой характеристикой может быть всережимным, так как с помощью задатчика можно изменять предварительную деформацию пружины. По мере увеличения Fq характеристика смещается вправо. Горизонталь Z_xx соответствует холостому ходу, a Z_nn - полной подаче топлива.

Основные параметры электромагнита как исполнительного элемента определяются его конструктивными параметрами и свойствами применяемых материалов (рис. 3).

Рис. 3. Электромагнит: 1 - рейка топливного насоса; 2 - пружина; 3 - якорь; 4 - корпус; 5 - обмотка

Чтобы создать требуемое тяговое усилие электромагнита, необходимо определить магнитодвижущую силу:

где цу - величина воздушного зазора; d_я - диаметр якоря электромагнита; D_K - внешний диаметр электромагнита; 1_Я - длина якоря электромагнита; 1_К - длина корпуса электромагнита.

Число витков в обмотке

W = K_y(D₀-d₀)l₀/2d² ,        (9)

где К_у - коэффициент укладки провода в обмотке электромагнита;

d₀ - диаметр провода без изоляции;

D_o - внешний диаметр обмотки электромагнита;

d_x - диаметр провода в изоляции;

/0 - длина корпуса электромагнита.

Сопротивление обмотки

R = 4pl_cpw)mp,          (10)

где р - удельное сопротивление;

1ср = ДД) + ^о)/² - средняя длина витка провода в обмотке.

При известном числе витков в обмотке, диапазоне изменения воздушного зазора и силы тока можно рассчитать и построить статические характеристики электромагнита F_3l, = /(z) при I = const (рис. 4).

Рис. 4. Статическая характеристика электромагнита с пружиной: 1, 2 и 3 - усилие тяги электромагнита; 4 -усилие тяги пружины задатчика; 5 - равновесная кривая

Нанесение на поле тяговых характеристик электромагнита характеристики пружины F_np = /(z) позволяет определить координаты равновесной характеристики I = /(z) электромагнита (кривая 5).

Равновесная кривая электромагнита дает возможность определить характеристику тахогенератора.

Так как I = U(R_3M и С = K_Lfto , то К = IR_3M ^со . По характеристике 5 определяются / и z равновесной кривой электромагнита и по этим значениям определяют

⁰³ - 2Л_Э„ / К у

(И)