На рис. 3 изображена упрощенная принципиальная схема регулятора с гибкой обратной связью. В качестве регулятора дизеля применен изодромный гидромеханический регулятор.
Регулятор генератора состоит из золотникового устройства, гидравлического сервомотора и регулировочного реостата РР. Регулировочный реостат включен в цепь управления регулировочной обмотки магнитного усилителя (МУ) - на схеме не показан. Золотниковый плунжер 6 шарнирно связан с ломаным рычагом АВСDЕ, который в свою очередь, соединен в шарнире Е с тягой 11, связанной с поршнем сервомотора 12 и выходным штоком 13 регулятора дизеля, а в шарнире А с поршнем 3, являющимся органом настройки регулятора.
Рассмотрим работу регулятора при настройке регулятора на номинальную скорость при неизменном положении поршня 3. Положение регулятора на рис. 3 соответствует установившемуся режиму работы дизеля, причем выходной шток 13 занимает положение, соответствующее полной подаче топлива. При увеличении нагрузки угловая скорость дизель-генератора снижается, грузы сходятся и шток 13 поднимается в сторону увеличения подачи топлива. При этом рычаг СЕ поворачивается против часовой стрелки, золотниковый плунжер 6 поднимается, открывая доступ рабочей жидкости в цилиндр над поршнем 10 сервопривода регулятора генератора. Поршень 10 и движок 9 опускаются, уменьшая ток в регулировочной обмотке управления МУ. В результате этого уменьшается ток возбуждения, а следовательно, и нагрузка генератора.
При опускании поршня 10 часть рабочей жидкости из-под поршня перетекает в корпус золотника и под давлением жидкости золотниковая втулка 8 поднимается, уменьшая отверстие, открытое золотником, и тем самым замедляет перемещение поршня 10. В конце процесса регулирования золотниковая втулка под действием компенсационной пружины 7 возвращается в первоначальное положение, заставляя рабочую жидкость перетекать из нижней полости золотника в верхнюю через малые отверстия игольчатых клапанов 5.
Золотниковая втулка 8 вместе с пружинами 7 и игольчатыми "клапанами 5 представляет собой гибкую обратную связь - изодром и регулятор генератора, как и регулятор дизеля, является изодромным. Устойчивая работа системы достигается регулировкой игольчатых клапанов.
К концу процесса регулирования золотниковая втулка 8 и золотник 6 занимают первоначальное положение. Следовательно, шток 13 также возвращается в первоначальное положение, а контактный движок 9 и поршень 10 занимают новое положение, требуемое по условиям равенства моментов теплового двигателя и генератора.
Таким образом, регуляторы действуют по принципу каскадного соединения: сначала приходит в действие регулятор дизеля, его выходной шток приводит в действие золотник регулятора генератора, который поддерживает постоянное положение исполнительного органа регулятора дизеля.
Связь между рычагами АВ и СЕ устанавливает определенную зависимость между угловой скоростью и подачей топлива. Для снижения угловой скорости нужно уменьшить натяжение пружины 4, т. е. поднять поршень 3. В результате уменьшения силы пружины грузы 2 расходятся и шток 13 опускается, уменьшая подачу топлива, что приводит к снижению угловой скорости дизель-генератора. В то же время вследствие поворота рычага АВ против часовой стрелки точка О поднимается, золотниковый плунжер 6 сдвигается вверх и регулятор генератора уменьшает ток в регулировочной обмотке магнитного усилителя и возбуждение генератора. Следовательно, в начале процесса регулирования оба регулятора приходят в действие одновременно, но в дальнейшем перемещение вниз штока 13 приводит к опусканию плунжера 6, уменьшению скорости, а затем и к остановке поршня 10. Установившийся режим возможен, когда оба золотника регулятора дизеля и регулятора генератора находятся в положении перекрытия проходных отверстий, т. е. центробежные грузы и точка О занимают первоначальное положение. Так как сила пружины 4 уменьшилась, уравновешивающие ее центробежные силы должны соответственно быть меньше, что возможно при неизменном положении грузов за счет снижения угловой скорости. При перемещении вверх точки А сохранение первоначального положения точки В возможно, если в установившемся режиме точка Е и шток 13 опустятся по отношению к первоначальному положению, что означает уменьшение подачи топлива в новом режиме. Таким образом, при снижении угловой скорости уменьшается подача топлива, т. е. устанавливается определенная зависимость крутящего момента дизеля от угловой скорости. В регуляторе предусмотрена возможность изменения этой зависимости путем изменения длин рычагов 11, СD и DЕ. Следовательно, регулятор позволяет при частичных нагрузках обеспечить работу дизеля в режимах наибольшей экономичности.
Перемещение поршня 3 осуществляется электрогидравлическим приводом управления, схема и принцип действия которого рассмотрены ниже.
Когда поршень 10 достигает крайнего верхнего положения, соответствующего максимальному возбуждению генератора, регулятор последнего выключается и положение точки D не влияет на режим работы двигатель-генератора. При этом подача топлива изменяется в соответствии с мощностью, потребляемой генератором. Регулятор генератора поддерживает постоянный момент теплового двигателя путем изменения возбуждения на различном уровне для каждого положения рукоятки управления, но не препятствует уменьшению момента теплового двигателя, когда момент сопротивления генератора при максимальном возбуждении его меньше крутящего момента дизеля при заданной подаче топлива.
Гибкая обратная связь в регуляторе генератора и возможность обеспечения желательной зависимости Мд(пд) за счет кинематической связи между органом управления и исполнительным органом являются существенным преимуществом данной схемы в сравнении с ранее рассмотренными.
Недостаток системы заключается в наличии контактов реостата, подверженных износу и подгоранию, в особенности при размещении в непосредственной близости от дизеля, так как повышенная температура воздуха, водяные и масляные пары, попадание масла и топлива на контакты понижают надежность их работы. Реостат РР и сервопривод к нему могут выполняться с поступательным движением или с поворотным движком и поршнем.
Регулятор генератора в описанной системе имеет те же элементы, как и регулятор теплового двигателя: золотник, изодром, гидропривод. Уравнения их выводятся, так же, как уравнение соответствующих звеньев регулятора теплового двигателя, и отличаются от них постоянными коэффициентами и регулируемыми величинами.
При пониженной угловой скорости регулирующий орган не достигает положения упора. Регулятор генератора поддерживает постоянную подачу топлива со статической ошибкой, зависящей от мертвых ходов и трения в золотнике регулятора генератора и шарнирах рычажной системы. При номинальной угловой скорости работа регулятора зависит от настройки регулятора генератора по отношению к рейкам топливных насосов. Если перемещение золотникового плунжера вверх начинается после того, как рейки топливных насосов достигают положения упора, то при работе регулятора подача топлива постоянна и, следовательно, устраняется статическая ошибка по подаче топлива. Однако при этом трудно обеспечить устойчивую работу регулятора. Устойчивая работа легче достигается, если одновременно с изменением возбуждения меняется подача топлива, т. е. упор реек топливных насосов сдвигается дальше по отношению к положению штока 13, при котором золотник регулятора генератора находится в положении перекрытия отверстий, но при этом вводится статическая ошибка по подаче топлива.
Рассмотренный регулятор может быть использован не только совместно со схемой с селективным узлом, но и с любой схемой возбуждения генератора. Системы, подобные этой, имеют наибольшее применение в современных тепловозах США, Франции, Швейцарии и других стран, часто в цепи независимой обмотки трехобмоточного генератора.