Agregat prądotwórczy z silnikiem Fiata 125p

Silnik Fiata 125p może napędzać agregat prądotwórczy, jednak skuteczność takiego rozwiązania zależy przede wszystkim od właściwego doboru prędkości obrotowej, przełożenia oraz regulatora sterującego przepustnicą gaźnika. W przypadku prądnicy 10 kW pracującej przy 1500 obr./min trzeba uwzględnić, że silnik przy tej prędkości rozwija ograniczoną moc i może nie zapewnić pełnego obciążenia prądnicy.

Najważniejszym zadaniem regulatora jest utrzymanie stałej prędkości obrotowej silnika po zmianie obciążenia, ponieważ częstotliwość napięcia generatora zależy od prędkości obrotowej zespołu. Przy prądnicy wymagającej 1500 obr./min oznacza to konieczność utrzymywania 50 Hz, natomiast zastosowanie przekładni 2:1 i pracy silnika przy około 3000 obr./min może poprawić jego zdolność do przyjmowania obciążenia.

Założenia układu napędowego

Prądnica 10kW 1500obr/min a stabilizacja jest mi potrzebna by po obciązeniu agregatu nadal utrzymywał 50Hz więc trzeba by pomanipulować przepustnicą ten problem mam zamiar rozwiązac za pomoca serwa modelarskiego do sterowania modeli samolotów serwo ma pozycjonowanie gdyż ma ono w srodku potencjometr.

Sprawa wygląda tak ze cały agregat jest już zrobiony a przekładnia pomiędzy wałami tam też jakaś jest nie wiem jakie ma przełożenie bo nie sprawdzałem a właściciel mówił ze to działało bardzo dobrze dopuki nie zatarł sie cały ten regulator na kulkach.

Kiedyś działał dobrze potem zaczął wprowadzać odchyłki od nominału, stąd chęc by go czymś zastąpić.

W przypadku agregatu z prądnicą synchroniczną trzeba najpierw ustalić, czy wymagane jest 1500, czy 3000 obr./min wału prądnicy, a następnie sprawdzić rzeczywiste przełożenie między silnikiem a generatorem.

Moc silnika Fiata 125p przy 1500 obr./min

Przy 1500 obr/min silnik malucha ma malą moc wiec niewiem czy przy wroscie obciazenia go nie zadusisz.

Z charakterystyk tych wynika ze silnik z malucha przy 1500 obr/min da poniżej 6KW czyli przy prądnicy 10KW pełnej mocy się nie uzyska ale po zastosowaniu przekładni 2:1 było by juz ok.

Stwierdzenie dotyczące silnika „malucha” odnosi się do jednostki Fiata 126p, a nie do silnika Fiata 125p. W przedstawionym układzie warto więc rozdzielić informacje dotyczące obu konstrukcji: charakterystyki silnika Fiata 126p nie mogą być bezpośrednio traktowane jako charakterystyka silnika Fiata 125p.

Przekrój szkolny czterocylindrowego benzynowego silnika w układzie rzędowym Fiat OHV o pojemności skokowej 1481cm³ i mocy 75 KM.

Stanowił napęd m.in. Polskiego Fiata 125p.

Jeżeli agregat rzeczywiście wykorzystuje czterocylindrowy silnik Fiat OHV o pojemności 1481 cm³ i mocy 75 KM, jego możliwości są inne niż możliwości małego silnika Fiata 126p. Nadal jednak trzeba sprawdzić moment obrotowy, stan techniczny jednostki i rzeczywiste zapotrzebowanie mocy prądnicy.

Praca przy 1500 lub 3000 obr./min

A moze wy tak silnik krecic 3000 tys obr i puscic to przez przekladnie 2:1 wtedy silnik bedzie dalej ekonomicznie pracowal a bedzie mial znacznie wyższa moc i momet obrotowy.

Stabilizacja 3 tyś obrotów również była by prostrza bo silnik w granicach tych obrotów ma szybszą reakcję na zmianę położenia przepustnicy.

Praca silnika przy 3000 obr./min może ułatwić regulację, ponieważ w tym zakresie silnik szybciej reaguje na zmianę położenia przepustnicy. Jednocześnie prądnica może pozostać przy swojej wymaganej prędkości dzięki przekładni 2:1.

W takim rozwiązaniu trzeba jednak uwzględnić stan techniczny silnika, chłodzenie, smarowanie, wyważenie układu oraz wytrzymałość przekładni. Zużyty silnik może nie utrzymywać stabilnych obrotów przy zmianach obciążenia.

Najlepiej by bylo to zrobic na silniku z eleganta ale taki sielnik jest drozszy i trodniejdostepny jesli chodzi o wyprzedzenie to i tak trzeba bedzie dobrac doswiadczalne można by tez pokombinowac z dolotem, wydechem i gaznikiemn zeby poprawic mu charakterystyke obrotow w zakresie 2750- 3250.

Polerowanie kanalow dolotowych tez by nalezalo wykonac jest jeszcze jedna sprawa czy to bedzie silnik po remacie czy „chodzony” bo sie moze okazac ze „cjhodzony” ze w zgledu na zuzycie moze nie chciec stabilnie pracowac na 3000 tys przy zmianach obciazenia.

Regulator odśrodkowy i jego zamiennik

Wszędzie w agregatach (a także w mojej kosiarce ) widziałem mechaniczny regulator obrotów, który ma za zadanie trzymać obroty regulując położenie przepustnicy.

Jednak taki układ ma tendencję do wpadania w oscylacje przy włączeniu większego obciążenia, choć w większości zastosowań wystarcza.

W fabrycznie wykonanych agregatach benzynowych i dieslach nie spotkałem się z inną regulacją obrotow jak mechanicznym, odśrodkowym regulatorem.

Uszkodzony regulator kulkowy można zastąpić układem elektronicznym, ale regulator elektroniczny powinien sterować tym samym elementem wykonawczym, czyli przepustnicą gaźnika. Sama stabilizacja napięcia wyjściowego nie zastępuje stabilizacji obrotów.

Romoo sprawa stabilizacji napięcia wyjściowego jest załatwiona już jest tam jakiś regulator prosty co steruje wzbudzeniem,mi chodzi o stabilizację obrotów więc sterowanie przepustnicą od gaznika.

Regulator proporcjonalny typu P

Regulator typu P reaguje na uchyb, czyli różnicę między prędkością zadaną a zmierzoną. W praktyce większy spadek obrotów po włączeniu obciążenia powinien powodować większe otwarcie przepustnicy.

Skoro regulator odśrodkowy to regulator typu P to wystarzczy go zastąpić elektronicznym typu P o takim samym wzmocnieniu taka moja wizja.

Takie podejście może być użyteczne jako punkt wyjścia, ale nie oznacza automatycznie, że elektroniczny regulator P będzie zachowywał się identycznie jak mechaniczny regulator odśrodkowy. Różnice mogą wynikać z bezwładności przepustnicy, serwomechanizmu, sprężyny powrotnej, przekładni oraz opóźnień pomiaru prędkości.

Wzmocnienie regulatora można dobrać eksperymentalnie, obserwując zachowanie układu po nagłym dołączeniu obciążenia. Zbyt małe wzmocnienie spowoduje powolny powrót do zadanej prędkości, a zbyt duże może doprowadzić do oscylacji.

Pomiar prędkości obrotowej

Proponuje silnik wyposażyć w czujnik położenia wału i koło pasowe z eleganta do tego układ cyfrowy powiedzmy na mikrokontrolerze który mierzył by prędkość obrotową silnika na podstawie impulsów z czujnika a układ wykonawczy regulujący obroty mogłby być silniczkiem krokowym (lub serwomechanizmem) polączonym z przepustnicą.

W takim rozwiązaniu zapłon i reszta została by w silniku be zmian.

Napisałem tylko o czujniku położenia wału i kole pasowym z eleganta, a to akurat pasuje do każdego silnika z malucha.

Impulsy z czujnika bardzo latwo można podać na mikrokontroler mierzyć ich ilość w pewnym jednakowym odstępie czasu i porównywać z ustaloną wartościa np. dla 3tys obr/min.

Czujnik nad kołem wieńcowym rozrusznika,zlicza impulsy i przyrównuje do wzorca.

Zamiast czujnika położenia wału można wykorzystać sygnał związany z częstotliwością prądnicy, pod warunkiem że jego częstotliwość prawidłowo odzwierciedla prędkość obrotową zespołu.

Zamiast czujników na wale można się pokusić o zczytywanie z częstotliwości prądnicy.

Impulsator i częstotliwość sygnału

Pomiar częstotliwości impulsów pozwala określić prędkość obrotową bez mechanicznego regulatora. Liczba impulsów w określonym czasie jest porównywana z wartością odpowiadającą zadanej prędkości.

Układ może działać na mikrokontrolerze albo na wzmacniaczach operacyjnych. W rozwiązaniu cyfrowym odczyt impulsów może być przetwarzany programowo, natomiast w rozwiązaniu analogowym częstotliwość może zostać zamieniona na napięcie i porównana z napięciem odniesienia.

A może zrobić tak: na wał impulsator (a najlepiej 2 lub nawet 4 aby odczyt był stabilniejszy), następnie przetwornik C/U.

Napięcie do komparatora i porównać z napięciem wzorcowym.

To co dostaniemy z komparatora na drugi komparator, który będzie porónywał z napięciem z serwa sterowania przepustnicą.

Analogowy regulator obrotów

Wstępnie opracowany układ analogowy może składać się z kilku wzmacniaczy operacyjnych, przetwornika częstotliwość-napięcie, komparatorów i stopnia sterującego serwomechanizmem.

Moja wizja to 3 może 4 wzmacniacze operacyjne i prosty analogowy regulator jest gotów.

Jest to układ porównujący dwie częstotliwości z wejść i w zależności od tego która większa - wysyła przez diody imp. ładujące bądź rozladowywujące kondensator i tak zmienia na nim napięcie do zrównania się częstotliwości wejściowych.

Szerokość impulsów zalezy od wielkości błędu = różnicy częstotliwości.

Układ trzeba sprawdzić bo to tak „z pamieci” rysowałem.

W analogowym układzie sygnał błędu może sterować napięciem odniesienia dla elementu wykonawczego. Kondensator wprowadza opóźnienie i wygładzenie reakcji, dzięki czemu przepustnica nie będzie reagować na każdy pojedynczy impuls ani na krótkotrwałe zakłócenia.

Serwomechanizm, silnik krokowy lub siłownik

Element wykonawczy powinien zmieniać położenie przepustnicy w zależności od uchybu prędkości. Można wykorzystać serwomechanizm modelarski, silnik krokowy albo inny napęd połączony mechanicznie z przepustnicą.

Element wykonawczy regulujący obroty mogłby być silniczkiem krokowym (lub serwomechanizmem) polączonym z przepustnicą.

W takim rozwiązaniu elementem wykonawczym u mnie nie był silniczek krokowy a serwomechanizm.

Jeśli zastosowany zostanie serwomechanizm, jego potencjometr położenia może zapewnić informację zwrotną o położeniu przepustnicy. Nie jest to jednak informacja o prędkości obrotowej, dlatego układ nadal potrzebuje osobnego czujnika obrotów.

Można osiągnąć regulację poprzez zmianę kąta wyprzedzenia zapłonu albo napełnienia cylindrów mieszanką, przy czym lepsze jest sterowanie napełnieniem cylindrów mieszanką.

W przedstawionym agregacie stabilizacja napięcia jest już realizowana przez regulator wzbudzenia, dlatego podstawowym elementem wykonawczym pozostaje przepustnica gaźnika.

Układ cyfrowy z mikrokontrolerem

Układ cyfrowy może mierzyć liczbę impulsów w stałym przedziale czasu i porównywać wynik z wartością odpowiadającą zadanej prędkości obrotowej.

W programie mikrokontrolera mysłe o prostej pętli w której wartość impulsów mieżonych porównywana była by z wartośćią ustaloną i nastepnie w zależnośći od tego czy liczba impulsów by zmalały czy się zwiększyła (a razem z liczbą impulsów liczba obrotów) stabilizowana silniczkiem krokowym połączonym z przepustnicą.

Można również zliczać impulsy z przerywacza i mierzyć ich częstotliwość, a następnie odpowiednio zmieniać położenie przepustnicy.

A jesli chodzi o sterowanie przepustnica to mozna by zliczac impulsy z przerywacza i miezyc ich czestotliwosc jesli za mala to przepustnice serwem podciagnac.

Rozwiązanie cyfrowe pozwala łatwiej zmieniać prędkość zadaną, filtrować pomiar oraz wprowadzić ograniczenia wychylenia przepustnicy, jednak wymaga układu zasilania, programu i zabezpieczenia przed błędami czujnika.

Model matematyczny i charakterystyka dynamiczna

Potrzebuje jakieś parametry dynamiczne tego silnika: model matematyczny (transmitancja), ewentualnie wykres odpowiedzi obrotów na wymuszenie skokowe w dziedzinie czasu.

Chciałem sobie zamodelować ten układ w simulinku by najprościej dobrac wzmocnienie pomijając metodę eksperymentalną.

Charakterystyki silnika samochodu PF 126p obejmują charakterystykę mocy, momentu obrotowego i jednostkowego zużycia paliwa.

Charakterystyki te pochodzą z książki Stefana Szczecińskiego „Polski Fiat 126p, Modyfikacje i usprawnienia”.

Charakterystyki mocy, momentu obrotowego i zużycia paliwa są charakterystykami statycznymi. Nie opisują bezpośrednio opóźnienia reakcji silnika na zmianę położenia przepustnicy ani przebiegu prędkości obrotowej po nagłym dołączeniu obciążenia.

Za charakterystyki dzięki jednak to są statyczne mi chodziło o dynamiczne pewno takie będzie ciężko znależc.

Dokładny model dynamiczny wymagałby znajomości między innymi momentu bezwładności wirujących elementów, charakterystyki momentu silnika, charakterystyki prądnicy, przełożenia, luzów i sprawności przekładni, dynamiki przepustnicy oraz właściwości regulatora.

Wpadł mi jeszcze jeden pomysł by na podstawie starego ragulatora opisać jego transmitancje, no ale trzeba było do dokładnie zmierzyc wszystkie ramiona i zważyć te kulki no i stała spręzyny, wiem ze na podstawie takich parametrów da sie wyznaczyc transmitancje,ale to za dużo zachodu.

Model można zbudować na podstawie równań opisujących silnik i układ mechaniczny, a następnie zaimportować go do Simulinka.

Z tych rownan mozesz zamodelowac wlasny silnik, co ciekawe w pewnym sensie podobna krzywa momentu do np silnika indukcyjnego, ktory chyba o wiele wiecej, jest meczony w przez studentow zwlaszcza na wydzialach elektrycznych.

Dex możesz napisać na pewno mi pomoże.

Możliwe jest również zapisanie modelu w starszym formacie programu.

Jesli ci cos to da moge ci zapisac model w formacie 4.0 czy 5.0.

Wpływ bezwładności i koła zamachowego

Jeśli ma to być agregat stacjonarny - polecam zastosowanie na wale „słusznej wagi” koła zamachowego jako akumulatora energii i tłumika.

Zapewniam, że z takim kołem czy to mechaniczny, czy elektroniczny regulator będzie dobrze i stabilnie pracował.

Koło zamachowe może ograniczyć chwilowe spadki prędkości po nagłym dołączeniu obciążenia, ponieważ przejmuje część zapotrzebowania na energię w pierwszej chwili zmiany obciążenia.

Duża bezwładność nie rozwiązuje jednak problemu niedoboru mocy silnika. Jeżeli obciążenie będzie utrzymywane, silnik musi dostarczać moc odpowiadającą mocy pobieranej przez prądnicę oraz stratom układu.

Mechaniczna alternatywa dla elektroniki

Prostrze rozwiazanie sterowania i stabilizacji obrotów to wykorzystanie starej pompy wtryskowej z diesla.

Jest w niej odśrodkowy regulator obrotów połączony poprzez spręzynę z listwą zębatą.

Po usunięciu sekcji tłoczących paliwo i pozostawieniu samego regulatora połączyłbyś listwę zębatą z przepustnicą gażnika i przekazał napęd paskiem do regulatora pompy.

W przypadku przekroczenia ustawionych obrotów sprężyna zamknie przepustnicę i obroty spadną do ustalonej wielkośći.

Rozwiązanie mechaniczne będzie przede wszystkim bardziej niezawodne.

Mechaniczny regulator może być korzystny w agregacie pracującym w trudnych warunkach, ponieważ nie wymaga czujnika elektronicznego, przetwornika częstotliwości ani programu sterującego. Trzeba jednak dokładnie dopasować zakres pracy, sprężynę, przełożenie oraz sposób połączenia z przepustnicą.

Możliwość zastosowania elementów Fiata 126p Elegant

Wg mnie prosciej bedzie z zmlucha eleganta rozbitego na szrocie za 50 zlkupic cala elektryke z komory silnika: modu zaplonu cewke czujnik na kolo napedu alternatora czujnik podcisnieniowy do gaznika do tego kolo napedu altetnatora (bo ono w el jest inne zeby czujnik dzialal ) i wsadzic to a otwor po przerywaczu zaslepic.

Bedzie pewnie i bezobslugowo zadnuch kondensatorow przerywacza.

Tyle tylko że elektronika z eleganta niezbyt się nadaje do starego silnika.

W elegancie zmieniona jest głowica, wałki rzozrządu i wyprzedzenie zapłonu.

Zastosowanie samego czujnika położenia wału i odpowiedniego koła może być prostsze niż przenoszenie całego układu zapłonowego. W takim wariancie zapłon i pozostałe elementy silnika mogą pozostać bez zmian.

Nie należy jednak zakładać, że kompletna elektronika z innej wersji silnika będzie prawidłowo współpracować z każdą jednostką, ponieważ różnice w głowicy, wałkach rozrządu i wyprzedzeniu zapłonu wpływają na pracę silnika.

Regulacja i bezpieczeństwo pracy agregatu

Podczas uruchamiania układu należy najpierw ustawić ograniczony zakres ruchu przepustnicy, aby awaria sterowania nie spowodowała niekontrolowanego wzrostu obrotów.

Układ wykonawczy powinien mieć możliwość powrotu przepustnicy do położenia bezpiecznego po zaniku zasilania. Warto również zachować mechaniczne ograniczenie maksymalnego otwarcia przepustnicy.

Przy regulacji trzeba obserwować zachowanie silnika po zmianie obciążenia, zwłaszcza szybkość powrotu do zadanej prędkości, amplitudę wahań oraz możliwość wystąpienia oscylacji.

Jeśli regulator będzie zbyt agresywny, przepustnica może zmieniać położenie naprzemiennie w obu kierunkach, powodując wahania obrotów i częstotliwości napięcia.

Jeżeli regulator będzie zbyt wolny albo jego wzmocnienie będzie zbyt małe, obroty będą spadać po dołączeniu odbiornika, a częstotliwość wyjściowa może pozostawać przez dłuższy czas poza wartością znamionową.

W agregacie stacjonarnym trzeba także uwzględnić odpowiednie chłodzenie silnika, odprowadzenie spalin, tłumienie drgań, ochronę przed przypadkowym kontaktem z elementami wirującymi oraz bezpieczne prowadzenie przewodów elektrycznych.

Najważniejsze warianty rozwiązania

• Regulator analogowy typu P: czujnik obrotów, przetwornik częstotliwość-napięcie, komparator, układ filtrujący i serwomechanizm sterujący przepustnicą.
• Regulator cyfrowy: czujnik położenia wału, mikrokontroler, pomiar częstotliwości impulsów i sterowanie serwomechanizmem albo silnikiem krokowym.
• Regulator mechaniczny: odśrodkowy regulator z pompy wtryskowej połączony z przepustnicą gaźnika.
• Praca silnika przy około 3000 obr./min: zastosowanie przekładni 2:1 w celu napędzania prądnicy z prędkością 1500 obr./min.

Wybór rozwiązania zależy od tego, czy ważniejsza jest prostota, łatwość regulacji, odporność na warunki pracy, dostępność części czy możliwość późniejszej rozbudowy układu.

W przypadku istniejącego agregatu najbardziej praktyczne jest najpierw sprawdzenie przełożenia, rzeczywistej prędkości silnika i prądnicy oraz stanu mechanicznego dawnego regulatora. Dopiero na tej podstawie można dobrać zakres działania czujnika, kierunek pracy serwomechanizmu i wzmocnienie regulatora.

tags: #agregat #pradotworczy #sipnik #fiat #125p