УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОСТАРТЕРНОГО ПУСКА ДИЗЕЛЯ Российский патент 2004 года по МПК F02N11/08 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности двигателестроению, и может быть использовано для запуска дизелей тепловозов и судовых дизелей, оснащенных системой электростартерного пуска.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство электростартерного пуска дизеля (см. а.с. СССР №1528942 "Электрическая схема запуска дизеля", кл. F 02 N 11/08, опубл. 15.12.89. Бюл. №46), которое содержит стартер-генератор, снабженный обмоткой якоря, обмоткой добавочных полюсов, пусковой и независимой обмотками, аккумуляторную батарею, к полюсам которой подключены нормально разомкнутые контакты пусковых контакторов, контакт второго по очередности включения пускового контактора подключен к выходу пусковой обмотки, и резистор.

Недостаток устройства заключается в его низкой надежности, обусловленной возникновением большой величины пускового тока аккумуляторной батареи, вследствие того, что независимая обмотка возбуждения стартер-генератора отключается в начале пуска и его ток увеличивается, что приводит к снижению надежности запуска дизеля и сокращению срока службы батареи.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности запуска дизеля и увеличение срока службы аккумуляторной батареи.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство электростартерного пуска дизеля, содержащее стартер-генератор, снабженный обмоткой якоря, обмоткой добавочных полюсов, пусковой и независимой обмотками, аккумуляторную батарею, к полюсам которой подключены нормально разомкнутые контакты пусковых контакторов, контакт второго по очередности включения пускового контактора подключен к выходу пусковой обмотки, и резистор, введены блок регулятора напряжения и блок регулятора тока возбуждения независимой обмотки, который включает трансформаторный датчик тока якоря, цепь последовательно соединенных сумматора, регулятора тока и широтно-импульсного преобразователя, подключенных к независимой обмотке, и узел обратной связи, входом подключенный к выходу широтно-импульсного преобразователя, а выходом – ко второму входу сумматора, первый вход которого предназначен для подачи сигнала настройки, а к третьему входу подключен выход трансформаторного датчика тока якоря, первичная обмотка которого подключена между нормально разомкнутым контактом первого по очередности включения пускового контактора и входом обмотки якоря стартер-генератора, к которому подключены вторые входы регулятора тока и широтно-импульсного преобразователя, вторые выходы которых подключены к минусовому полюсу аккумуляторной батареи, при этом блок регулятора напряжения включает контактор регулятора напряжения с обмоткой и нормально замкнутым и нормально разомкнутым контактами, реле датчика тока якоря с нормально замкнутым контактом и обмоткой, которая с пусковой обмоткой стартер-генератора соединена входами и через диод в прямом направлении – выходами, и нормально разомкнутый контакт датчика напряжения вспомогательного генератора, причем обмотка контактора регулятора напряжения подключена к плюсовому полюсу аккумуляторной батареи через параллельное соединение своего замкнутого контакта и резистора и к минусовому полюсу аккумуляторной батареи подключена через параллельно соединенные нормально замкнутый контакт реле датчика тока якоря и нормально разомкнутый контакт датчика напряжения вспомогательного генератора, а между полусекциями указанной батареи с возможностью их параллельного и последовательного соединения включен нормально разомкнутый контакт контактора регулятора напряжения и между каждыми одноименными полюсами полусекций подключены диоды в прямом направлении.

Такое выполнение устройства, при котором введены блок регулятора напряжения и блок регулятора тока возбуждения независимой обмотки, который включает трансформаторный датчик тока якоря, цепь последовательно соединенных сумматора, регулятора тока и широтно-импульсного преобразователя, подключенных к независимой обмотке, и узел обратной связи, входом подключенный к выходу широтно-импульсного преобразователя, а выходом – ко второму входу сумматора, первый вход которого предназначен для подачи сигнала настройки, а к третьему входу подключен выход трансформаторного датчика тока якоря, первичная обмотка которого подключена между нормально разомкнутым контактом первого по очередности включения пускового контактора и входом обмотки якоря стартер-генератора, к которому подключены вторые входы регулятора тока и широтно-импульсного преобразователя, вторые выходы которых подключены к минусовому полюсу аккумуляторной батареи, при этом блок регулятора напряжения включает контактор регулятора напряжения с обмоткой и нормально замкнутым и нормально разомкнутым контактами, реле датчика тока якоря с нормально замкнутым контактом и обмоткой, которая с пусковой обмоткой стартер-генератора соединена входами и через диод в прямом направлении – выходами, нормально замкнутый контакт датчика напряжения вспомогательного генератора, причем обмотка контактора регулятора напряжения подключена к плюсовому полюсу аккумуляторной батареи через параллельное соединение своего замкнутого контакта и резистора и к минусовому полюсу аккумуляторной батареи подключена через параллельно соединенные нормально замкнутый контакт реле датчика тока якоря и нормально разомкнутый контакт датчика напряжения вспомогательного генератора, а между полусекциями указанной батареи с возможностью их параллельного и последовательного соединения включен нормально разомкнутый контакт контактора регулятора напряжения, и между каждыми одноименными полюсами полусекций подключены диоды в прямом направлении, что позволяет значительно снизить пусковой ток аккумуляторной батареи путем подключения к независимой обмотке стартер-генератора блока регулятора тока независимой обмотки возбуждения, который усиливает магнитный поток стартер-генератора и тем самым уменьшает его ток якоря, а также путем подключения к аккумуляторной батарее блока регулятора напряжения, который уменьшает напряжение, подводимое к якорю стартер-генератора в начальной фазе пуска и увеличивает его в заключительной фазе пуска, что также уменьшает пусковой ток якоря стартер-генератора, в результате чего повышается срок службы аккумуляторной батареи и надежность запуска дизеля, а также надежность устройства в целом.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства электростартерного пуска дизеля.

На фиг.2 – диаграмма изменения параметров стартер-генератора при пуске дизеля с использованием блока регулятора напряжения.

На фиг.3 – диаграмма изменения параметров стартер-генератора при пуске дизеля с использованием блока регулятора тока возбуждения независимой обмотки стартер-генератора.

Устройство (фиг.1) электростартерного пуска дизеля содержит стартер-генератор 1, снабженный обмоткой 2 якоря, обмоткой 3 добавочных полюсов, пусковой и независимой обмотками 4, 5, аккумуляторную батарею 6, к полюсам 7, 8 которой подключены нормально разомкнутые контакты 9, 10 пусковых контакторов 11, 12. Контакт 10 второго по очередности включения контактора 12 подключен к выходу пусковой обмотки 4. В устройство введены блок 13 регулятора напряжения и блок 14 регулятора тока возбуждения независимой обмотки, который включает трансформаторный датчик 15 тока якоря, цепь последовательно соединенных сумматора 16, регулятора 17 тока и широтно-импульсного преобразователя 18, подключенных к независимой обмотке 5, и узел 19 обратной связи, входом подключенный к выходу широтно-импульсного преобразователя 18, а выходом – ко второму входу сумматора 16. Первый вход сумматора 16 предназначен для подачи сигнала настройки, а к третьему входу подключен выход трансформаторного датчика 15 тока якоря, первичная обмотка 20 которого подключена между нормально разомкнутым контактом 9 первого по очередности включения пускового контактора 11 и входом обмотки 2 якоря стартер-генератора 1, к которому подключены вторые входы регулятора 17 тока и широтно-импульсного преобразователя 18, вторые выходы которых подключены к минусовому полюсу 8 аккумуляторной батареи. Блок 13 регулятора напряжения включает контактор 21 регулятора напряжения с обмоткой 22 и нормально замкнутым и нормально разомкнутым контактами 23, 24, реле 25 датчика тока якоря с нормально замкнутым контактом 26 и обмоткой 27, которая с пусковой обмоткой 4 стартер-генератора 1 соединена входами и через диод 28 в прямом направлении – выходами, и нормально разомкнутый контакт 29 датчика напряжения вспомогательного генератора. Обмотка 22 контактора 21 регулятора напряжения подключена к плюсовому полюсу 7 аккумуляторной батареи 6 через параллельное соединение своего замкнутого контакта 23 и резистора 30 и к минусовому полюсу 8 аккумуляторной батареи 6 подключена через параллельно соединенные нормально замкнутый контакт 26 реле 25 датчика тока якоря и нормально разомкнутый контакт 29 датчика напряжения вспомогательного генератора. Между полусекциями 31, 32 указанной батареи 6 с возможностью их параллельного и последовательного соединения включен нормально разомкнутый контакт 24 контактора 21 регулятора напряжения и между каждыми одноименными полюсами 7, 34 и 8, 33 полусекций 31, 32 подключены диоды 35, 36 в прямом направлении.

Устройство работает следующим образом.

Подготовка к пуску дизеля начинается с включения рубильника (на фиг.1 не показан). Полусекции 31, 32 аккумуляторной батареи 6 соединяются параллельно через диоды 35, 36, и напряжение батареи 6 становится равным половине номинального значения. При этом напряжении включается контактор 21 регулятора напряжения, обмотка 22 которого рассчитана на включение при пониженном напряжении. Контактор 21 замыкает свой нормально разомкнутый контакт 24, соединяя полусекции 31, 32 аккумуляторной батареи 6 последовательно, и размыкает свой нормально замкнутый контакт 23 в цепи собственной обмотки 22, вводя в ее цепь резистор 30. После этого машинист нажимает кнопку "пуск" штатной системы. Это приводит к включению контакта 9 пускового контактора 11. Через обмотку 20 трансформаторного датчика 15 тока якоря подается напряжение на регулятор 17 тока и широтно-импульсный преобразователь 18. На первый вход сумматора 16 подают сигнал настройки, который через регулятор 17 тока задает широтно-импульсному преобразователю 18 уровень сигнала, при котором ток независимой обмотки 5 создает такой магнитный поток стартер-генератора 1, при котором скорость его якоря превышает скорость запуска дизеля.

Далее с выдержкой времени, необходимой для прокачки масла в системе, штатная система пуска обеспечивает включение контакта 10 пускового контактора 12. Ток от плюсового полюса 7 аккумуляторной батареи 6, полусекции 31, 32 которой включены последовательно, а напряжение номинальное, проходит через первичную обмотку 20 трансформаторного датчика 15 тока, обмотку 2 якоря стартер-генератора 1, его обмотки 3, 4 добавочных полюсов и пусковую к минусовому полюсу 8 батареи 6. Ее ток нарастает с инерционным запаздыванием, вызванным действием индуктивности обмотки 2 якоря и обмоток 3, 4 добавочных полюсов и пусковой. Нарастание пускового тока якоря стартер-генератора 1 ограничивается, во-первых, путем создания дополнительного магнитного потока независимой обмотки 5 стартер-генератора 1, формируемого до начала пуска током независимой обмотки 5, а также увеличением этого тока и магнитного потока стартер-генератора 1 во время нарастания тока якоря с целью компенсации размагничивания стартер-генератора 1 путем подачи на сумматор 16 сигнала, пропорционального скорости нарастания тока якоря. Узел 19 обратной связи поддерживает ток независимой обмотки 5, задаваемый сумматором 16. Во-вторых, при появлении тока якоря под его влиянием включается реле 25 датчика тока якоря. Его нормально замкнутый контакт 26 прерывает ток якоря в обмотку 22 контактора 21. Он размыкает свой контакт 24 в рассечке полусекций 31, 32 аккумуляторной батареи 6, отчего полусекции 31, 32 переходят на параллельное включение на очень короткий интервал времени в начальной фазе пуска стартер-генератора 1. Напряжение при таком соединении батареи 6, подводимое к якорю стартер-генератора 1, уменьшается в два раза. Ток трогания вала и набора скорости стартер-генератора 1 снижается, а вращающий момент стартер-генератора 1 поддерживается его возросшим магнитным потоком. При этом увеличивается противоЭДС якоря, снижая его ток. Ориентируясь на его заданное снижение, устанавливается определенное напряжение его вспомогательного генератора (на фиг.1 не показан), при котором замыкается контакт 29 реле датчика напряжения вспомогательного генератора в цепи контактора 21, который включается и своим контактом 24 соединяет полусекции 31, 32 последовательно. Напряжение батареи возрастает в два раза, а ток якоря к этому времени ограничивается его возросшей ЭДС. Кроме того, после прохождения своего пика ток якоря 2 уменьшается, под влиянием чего трансформаторный датчик 15 тока изменяет знак своего сигнала на отрицательный, который препятствует намагничиванию системы возбуждения стартер-генератора 1, что способствует возрастанию его скорости. Происходит запуск дизеля, после чего штатная система пуска дизеля отключает ее от аккумуляторной батареи 6.

На фиг.2 представлена работа блока 13 регулятора напряжения. Под действием нарастающего тока якоря реле 25 датчика тока якоря своим контактом 26 размыкает цепь контактора 21 в самой начальной фазе пуска. Размыкается контакт 24 контактора 21, отчего полусекции 31, 32 батареи 6 с последовательного переключаются на параллельное соединение. Пик тока батареи 6 I_Б достигает 700 А и по мере увеличения угловой скорости стартер-генератора до ω=11 рад/с ток снижается до I_Б=280 A. Через 2,9 с включается реле датчика напряжения вспомогательного генератора, которое своим контактом 29 замыкает контактор 21, включается его контакт 24, и полусекции 31, 32 батареи 6 соединяются последовательно. Напряжение батареи 6 возрастает до U_Б=54B, ток якоря I_А и батареи I_Б увеличиваются до 800 А. Угловая скорость стартер-генератора 1 увеличивается до ω=13 рад/с. Дизель запускается, отчего ток якоря I_А и батареи 6 I_Б резко снижаются.

На фиг.3 представлена работа блока 14 регулятора тока возбуждения независимой обмотки 5 стартер-генератора 1. Под действием нарастающего тока якоря I_А после включения стартер-генератора 1 контактом 10 контактора 12 ток независимой обмотки 5 резко возрастает с 45 до 110 А, доводя магнитный поток стартер-генератора 1 до максимального значения. Используется свойство стартер-генератора уменьшать ток якоря I_А во столько же раз, во сколько увеличивается его магнитный поток. Однако скорость нарастания тока якоря I_А уменьшается со временем, что приводит к снижению тока I_L независимой обмотки и магнитного потока стартер-генератора 1. Но к этому времени возрастает скорость якоря ω и его ЭДС. Поэтому пик тока якоря I_А в процессе пуска дизеля не превышает 572 А. Через 1,8 с ток якоря начинает снижаться, что приводит к смене знака сигнала трансформаторного датчика тока. От этого ток I_L независимой обмотки 5 уменьшается с 45 до 17 А, что способствует увеличению скорости стартер-генератора 1 и запуску дизеля. В итоге блок 17 регулятор тока возбуждения независимой обмотки 5 стартер-генератора 1 обеспечивает уменьшение его тока ≈ в три раза.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности двигателестроению, и может быть использовано для запуска дизелей тепловозов и судовых дизелей, оснащенных системой электростартерного пуска. Технический результат заключается в возможности повышения надежности запуска дизеля и увеличения срока службы аккумуляторной батареи. Устройство электростартерного пуска дизеля содержит стартер-генератор, аккумуляторную батарею и резистор. Стартер-генератор снабжен обмоткой якоря, обмоткой добавочных полюсов, пусковой и независимой обмотками. К полюсам аккумуляторной батареи подключены нормально разомкнутые контакты пусковых контакторов, а контакт второго по очередности включения пускового контактора подключен к выходу пусковой обмотки. Устройство также содержит блок регулятора напряжения и блок регулятора тока возбуждения независимой обмотки, который включает трансформаторный датчик тока якоря, цепь последовательно соединенных сумматора, регулятора тока и широтно-импульсного преобразователя, подключенных к независимой обмотке, и узел обратной связи. Узел обратной связи входом подключен к выходу широтно-импульсного преобразователя, а выходом – ко второму входу сумматора. Первый вход сумматора предназначен для подачи сигнала настройки, а к третьему входу подключен выход трансформаторного датчика тока якоря, первичная обмотка которого подключена между нормально разомкнутым контактом первого по очередности включения пускового контактора и входом обмотки якоря стартер-генератора, к которому подключены вторые входы регулятора тока и широтно-импульсного преобразователя, вторые выходы которых подключены к минусовому полюсу аккумуляторной батареи. Блок регулятора напряжения включает контактор регулятора напряжения с обмоткой и нормально замкнутым и нормально разомкнутым контактами, реле датчика тока якоря с нормально замкнутым контактом и обмоткой, которая с пусковой обмоткой стартер-генератора соединена входами и через диод в прямом направлении – выходами, и нормально разомкнутый контакт датчика напряжения вспомогательного генератора. При этом обмотка контактора регулятора напряжения подключена к плюсовому полюсу аккумуляторной батареи через параллельное соединение своего замкнутого контакта и резистора и к минусовому полюсу аккумуляторной батареи подключена через параллельно соединенные нормально замкнутый контакт реле датчика тока якоря и нормально разомкнутый контакт датчика напряжения вспомогательного генератора. Между полусекциями указанной батареи с возможностью их параллельного и последовательного соединения включен нормально разомкнутый контакт контактора регулятора напряжения и между каждыми одноименными полюсами полусекций подключены диоды в прямом направлении. 3 ил.

Устройство электростартерного пуска дизеля, содержащее стартер-генератор, снабженный обмоткой якоря, обмоткой добавочных полюсов, пусковой и независимой обмотками, аккумуляторную батарею, к полюсам которой подключены нормально разомкнутые контакты пусковых контакторов, контакт второго по очередности включения пускового контактора подключен к выходу пусковой обмотки, и резистор, отличающееся тем, что введены блок регулятора напряжения и блок регулятора тока возбуждения независимой обмотки, который включает трансформаторный датчик тока якоря, цепь последовательно соединенных сумматора, регулятора тока и широтно-импульсного преобразователя, подключенных к независимой обмотке, и узел обратной связи, входом подключенный к выходу широтно-импульсного преобразователя, а выходом – ко второму входу сумматора, первый вход которого предназначен для подачи сигнала настройки, а к третьему входу подключен выход трансформаторного датчика тока якоря, первичная обмотка которого подключена между нормально разомкнутым контактом первого по очередности включения пускового контактора и входом обмотки якоря стартер-генератора, к которому подключены вторые входы регулятора тока и широтно-импульсного преобразователя, вторые выходы которых подключены к минусовому полюсу аккумуляторной батареи, при этом блок регулятора напряжения включает контактор регулятора напряжения с обмоткой и нормально замкнутым и нормально разомкнутым контактами, реле датчика тока якоря с нормально замкнутым контактом и обмоткой, которая с пусковой обмоткой стартер-генератора соединена входами и через диод в прямом направлении – выходами, и нормально разомкнутый контакт датчика напряжения вспомогательного генератора, причем обмотка контактора регулятора напряжения подключена к плюсовому полюсу аккумуляторной батареи через параллельное соединение своего замкнутого контакта и резистора и к минусовому полюсу аккумуляторной батареи подключена через параллельно соединенные нормально замкнутый контакт реле датчика тока якоря и нормально разомкнутый контакт датчика напряжения вспомогательного генератора, а между полусекциями указанной батареи с возможностью их параллельного и последовательного соединения включен нормально разомкнутый контакт контактора регулятора напряжения и между каждыми одноименными полюсами полусекций подключены диоды в прямом направлении.