СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ САМОДВИЖУЩЕГОСЯ НАЗЕМНОГО ОБЪЕКТА Российский патент 2004 года по МПК B60R16/02 

Изобретение относится к электрооборудованию самодвижущихся наземных объектов с двигателями внутреннего сгорания, преимущественно самоходных артиллерийских орудий (САО).

Традиционная система электропитания САО обычно включает в себя один или два основных источника питания, представляющие собой генератор, связанный с валом маршевого двигателя, и стояночный генератор в виде турбогенераторной установки, буферный накопитель и резервный источник питания, функции которых выполняет аккумуляторная батарея, а также вспомогательные (вторичные) источники питания.

Такая концепция построения системы электропитания, во-первых, не обеспечивает высокое качество напряжения для непосредственного питания электронных и точных измерительных устройств, а во-вторых, характеризуется низкой эксплуатационной надежностью, обусловленной малым сроком службы аккумуляторной батареи.

В последнее время для транспортных средств получили распространение системы электропитания, в которых наряду с генераторами и аккумуляторными батареями используются накапливающие энергию конденсаторы (RU 96112338 А, В 60 R 16/04, 10.10.1998; RU 2182252 C1, F 02 N 11/08, 10.05.2002; RU 2123131 C1, F 02 N 11/08, 10.12.1998; DE 19709298 А1, F 02 N 11/08, 24.09.1998; ЕР 1044852 А2, В 60 R 16/02, 18.10.2000).

Однако в известных системах функциональные возможности конденсаторов ограничиваются лишь облегчением электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания.

Наиболее близкой к предложенной является система электропитания оборудования самодвижущегося наземного объекта, содержащая электромашинную установку, выполненную в виде стартера-генератора маршевого двигателя или механически связанных с двигателем стартера и генератора и снабженную регулятором напряжения, конденсаторный модуль, подключенный через узел выпрямления и инвертирования к выходу электромашинной установки, силовую бортовую сеть, с которой соединены силовые потребители электроэнергии и реле коммутации стартера, подключенное выходом к стартерному входу электромашинной установки, зарядно-разрядное устройство, включенное между электромашинной установкой и силовой бортовой сетью, аккумуляторную батарею, связанную с аккумуляторными клеммами зарядно-разрядного устройства (WO 02/066293 А1, В 60 R 16/02, 29.08.2002).

Недостаток указанной системы проявляется в неэффективном функционировании конденсаторного модуля и аккумуляторной батареи, обусловленном несовершенной схемой их включения в силовую бортовую сеть. Кроме того, через конденсаторный модуль при его заряде протекают токи, имеющие значительную величину вследствие малого внутреннего сопротивления модуля. Это предопределяет возможность отказа системы.

Задачей изобретения является конструктивное усовершенствование подобной системы электропитания с повышением ее эксплуатационной надежности и улучшением технических характеристик.

Поставленная задача решается тем, что в системе электропитания оборудования самодвижущегося наземного объекта, содержащей электромашинную установку, выполненную в виде стартера-генератора маршевого двигателя или механически связанных с двигателем стартера и генератора и снабженную регулятором напряжения, силовую бортовую сеть, с которой соединены силовые потребители электроэнергии и реле коммутации стартера, подключенное выходом к стартерному входу электромашинной установки, аккумуляторную батарею, связанную с аккумуляторными клеммами зарядно-разрядного устройства, конденсаторный модуль, между выходом электромашинной установки и силовой бортовой сетью включен токовый монитор, измерительный выход которого соединен с дополнительным входом регулятора напряжения, а генераторные клеммы зарядно-разрядного устройства и выводы конденсаторного модуля подключены к силовой бортовой сети, при этом конденсаторный модуль выполнен с возможностью функционирования в качестве буферного накопителя электроэнергии, обеспечивающего запуск маршевого двигателя и демпфирование колебаний напряжения в силовой бортовой сети, аккумуляторная батарея - в качестве резервного источника питания при остановленном маршевом двигателе и в качестве источника непрерываемого питания потребителей электроэнергии с повышенными требованиями к электроснабжению, а регулятор напряжения - в качестве ограничителя выходного тока электромашинной установки, в том числе при заряде конденсаторного модуля.

Решению поставленной задачи способствуют частные существенные признаки изобретения.

Параллельно электромашинной установке, связанной с маршевым двигателем, включена дополнительная электромашинная установка, выполненная в виде стартера-генератора стояночного агрегата питания и снабженная регулятором напряжения, при этом измерительный выход токового монитора соединен с дополнительным входом регулятора напряжения дополнительной электромашинной установки, а реле коммутации стартера подключено дополнительным выходом к ее стартерному входу.

В систему введены один или более дополнительных конденсаторных модулей, подключенных к дополнительным клеммам реле коммутации стартера так, что при пуске маршевого двигателя конденсаторные модули соединяются последовательно, а при нормальной его работе - параллельно.

Зарядно-разрядное устройство выполнено с возможностью оптимизации режимов заряда и разряда аккумуляторной батареи.

Потребители электроэнергии с повышенными требованиями к электроснабжению, напряжение на которых не должно выходить за допустимые пределы, подключены к аккумуляторной батарее через стабилизирующие вторичные источники питания.

Стабилизирующие вторичные источники питания выполнены с выходным напряжением, отличным от напряжения аккумуляторной батареи.

На чертеже представлена функциональная схема предложенной системы электропитания оборудования самодвижущегося наземного объекта.

В систему входят электромашинная установка, выполненная, например, в виде стартера-генератора 1 маршевого двигателя (двигателя внутреннего сгорания) 2 и снабженная регулятором напряжения 3, силовая бортовая сеть 4, с которой соединены силовые потребители электроэнергии 5 и реле 6 коммутации стартера, подключенное выходом к стартерному входу стартера-генератора 1, аккумуляторная батарея 7, связанная с аккумуляторными клеммами зарядно-разрядного устройства 8, конденсаторный модуль 9. Между выходом стартера-генератора 1 и силовой бортовой сетью 4 включен токовый монитор 10, измерительный выход которого соединен с дополнительным входом регулятора напряжения 3. Генераторные клеммы зарядно-разрядного устройства 8 и выводы конденсаторного модуля 9 подключены к силовой бортовой сети 4. Конденсаторный модуль 9 выполнен с возможностью функционирования в качестве буферного накопителя электроэнергии, обеспечивающего запуск маршевого двигателя и демпфирование колебаний напряжения в силовой бортовой сети 4, аккумуляторная батарея - в качестве резервного источника питания при остановленном маршевом двигателе 2 и в качестве источника непрерываемого питания потребителей электроэнергии 11 с повышенными требованиями к электроснабжению, а регулятор напряжения 3 - в качестве ограничителя выходного тока стартер-генератора 1, в том числе при заряде конденсаторного модуля 9.

Параллельно электромашинной установке на основе стартер-генератора 1, связанной с маршевым двигателем 2, может быть включена дополнительная электромашинная установка, выполненная в виде стартер-генератора стояночного агрегата питания и снабженная регулятором напряжения (не показаны). В этом случае измерительный выход токового монитора 10 будет соединен с дополнительным входом регулятора напряжения дополнительной электромашинной установки, а реле 6 коммутации стартера подключено дополнительным выходом к ее стартерному входу.

В систему помимо конденсаторного модуля 9 могут быть введены один или более дополнительных конденсаторных модулей, подключенных к дополнительным клеммам реле коммутации стартера так, что при пуске маршевого двигателя 2 конденсаторные модули соединяются последовательно, а при нормальной его работе - параллельно (не показаны).

Зарядно-разрядное устройство 8 может быть выполнено с возможностью оптимизации режимов заряда и разряда аккумуляторной батареи 7.

Потребители электроэнергии 11 с повышенными требованиями к электроснабжению, напряжение на которых не должно выходить за допустимые пределы, подключены к аккумуляторной батарее 7 через стабилизирующие вторичные источники питания 12. При этом стабилизирующие вторичные источники питания 12 могут быть выполнены с выходным напряжением, отличным от напряжения аккумуляторной батареи.

Конструктивно блоки 3, 6, 8, 10, 12 объединяются в один общий блок с габаритами, не превышающими принятые для стандартного блока стартерного пуска.

Работает данная система следующим образом.

При стартерном пуске отключаются силовые потребители электроэнергии 5 и цепь возбуждения стартера-генератора 1. Если при этом стоят и маршевый двигатель 3 и стояночный двигатель, то конденсаторный модуль 9 дозаряжается до номинального напряжения от аккумуляторной батареи 7. Далее производится предпусковая подготовка, а именно включаются маслозакачивающий насос, бензонасос, при необходимости предпусковой подогреватель, свечи накаливания. Подается на стартер напряжение страгивания, например, через ключ с широтно-импульсной модуляцией и отключается подзаряд конденсаторного модуля 9. Вслед за этим на стартер подается полное напряжение, а после начала автономной работы двигателя 3 плавно увеличивается напряжение возбуждения стартера-генератора 1 и контролируется его пуск. Отключается возбуждение стартер-генератора другого двигателя, если он работает и включается подзаряд аккумуляторной батареи 7.

При наличии в системе нескольких конденсаторных модулей реле 6, входящее в подсистему стартерного пуска, обеспечивает необходимую коммутацию модулей и их заряд от аккумуляторной батареи 7 до напряжения, требуемого для стартерного пуска (для стартера МД “Мста-С” 48 В), после чего реализует циклограмму стартерного пуска. При неудачном пуске процесс повторяется достаточное количество раз (до 10 раз), поскольку стартерный ток в 1,5...2 тысяч ампер обеспечивается буферным накопителем (конденсаторными модулями 9), а аккумуляторная батарея разряжается на буферный накопитель значительно меньшим током, выдавая свою полную мощность.

При нормальной работе от маршевого двигателя 3 или стояночного агрегата питания регулируется ток обмотки возбуждения работающего стартера-генератора 1 и поддерживается номинальное напряжение на конденсаторном модуле 9. Затем через зарядно-разрядное устройство 8 подзаряжается аккумуляторная батарея 7 и запитываются потребители 11 с повышенными требованиями к электроснабжению (приборы управления). При этом ток, отбираемый зарядно-разрядным устройством 8, определяется как сумма оптимального тока заряда аккумуляторной батареи 7 и тока, потребляемого потребителями 11.

Подчеркнем, что в настоящее время созданы конденсаторные модули, имеющие при малых габаритах емкость, достаточную для буферных накопителей в силовой бортовой сети САО. В отличие от широко применяемых в САО аккумуляторных батарей, характеризующихся внутренним сопротивлением в десятки миллиом, КПД, уменьшающимся в несколько раз при токах стартерного пуска, форсированного заряда и низких температурах, и как следствие не допускающих более одной попытки запуска маршевого двигателя и не обеспечивающих демпфирование всплесков и провалов напряжения бортовой сети при пусковых токах сильноточных потребителей, конденсаторные модули имеют на порядок более низкое внутреннее сопротивление (единицы миллиом) и КПД, приближающийся к 100%, в том числе при низких температурах и при пиковых токах заряда и разряда в несколько тысяч ампер (например, при стартерном пуске дизеля). Кроме того, конденсаторные модули имеют срок службы, соответствующий сроку службы объекта и являются необслуживаемыми, что позволяет разместить их в непосредственной близости от сильноточных источников и потребителей, сократить потери в проводах и уровень электромагнитных помех при коммутации сильноточных потребителей.

Таким образом, буферный накопитель на основе конденсаторного модуля 9 способен демпфировать броски тока в силовой бортовой сети 4 величиной до несколько тысяч ампер, не допуская значительных всплесков и провалов напряжения. При длительных просадках основных источников питания резервный источник питания в виде аккумуляторной батареи 7 добавляет в сеть недостающий ток. При остановленном маршевом двигателе 2 питание, как уже отмечалось, осуществляется от аккумуляторной батареи 7, при этом конденсаторный модуль 9 демпфирует броски тока в сети, обеспечивая разряд аккумуляторной батареи 7 током, близким к номинальному.

В целом предложенная система электропитания характеризуется по сравнению с известными повышенной надежностью работы и улучшенными техническими параметрами.

Изобретение относится к электрооборудованию самодвижущихся наземных объектов с двигателями внутреннего сгорания, преимущественно самоходных артиллерийских орудий. Электромашинная установка выполнена в виде стартера-генератора маршевого двигателя и снабжена регулятором напряжения. Аккумуляторная батарея связана с аккумуляторными клеммами зарядно-разрядного устройства. Между выходом стартера-генератора и силовой бортовой сетью включен токовый монитор, измерительный выход которого соединен с дополнительным входом регулятора напряжения. Генераторные клеммы зарядно-разрядного устройства, вход реле коммутации стартера, выводы конденсаторного модуля и силовые потребители электроэнергии подключены к силовой бортовой сети. Конденсаторный модуль выполнен с возможностью функционирования в качестве буферного накопителя электроэнергии, обеспечивающего запуск маршевого двигателя и демпфирование колебаний напряжения в силовой бортовой сети, аккумуляторная батарея - в качестве резервного источника питания при остановленном маршевом двигателе и в качестве источника непрерываемого питания потребителей электроэнергии с повышенными требованиями к электроснабжению, а регулятор напряжения - в качестве ограничителя выходного тока стартера-генератора, в том числе при заряде конденсаторного модуля. Система характеризуется повышенной надежностью работы и улучшенными техническими параметрами. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система электропитания оборудования самодвижущегося наземного объекта, содержащая электромашинную установку, выполненную в виде стартер-генератора маршевого двигателя или механически связанных с двигателем стартера и генератора и снабженную регулятором напряжения, силовую бортовую сеть, с которой соединены силовые потребители электроэнергии и реле коммутации стартера, подключенное выходом к стартерному входу электромашинной установки, аккумуляторную батарею, связанную с аккумуляторными клеммами зарядно-разрядного устройства, конденсаторный модуль, отличающаяся тем, что между выходом электромашинной установки и силовой бортовой сетью включен токовый монитор, измерительный выход которого соединен с дополнительным входом регулятора напряжения, а генераторные клеммы зарядно-разрядного устройства и выводы конденсаторного модуля подключены к силовой бортовой сети, при этом конденсаторный модуль выполнен с возможностью функционирования в качестве буферного накопителя электроэнергии, обеспечивающего запуск маршевого двигателя и демпфирование колебаний напряжения в силовой бортовой сети, аккумуляторная батарея - в качестве резервного источника питания при остановленном маршевом двигателе и в качестве источника непрерываемого питания потребителей электроэнергии с повышенными требованиями к электроснабжению, а регулятор напряжения - в качестве ограничителя выходного тока электромашинной установки, в том числе, при заряде конденсаторного модуля.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что параллельно электромашинной установке, связанной с маршевым двигателем, включена дополнительная электромашинная установка, выполненная в виде стартер-генератора стояночного агрегата питания и снабженная регулятором напряжения, при этом измерительный выход токового монитора соединен с дополнительным входом регулятора напряжения дополнительной электромашинной установки, а реле коммутации стартера подключено дополнительным выходом к ее стартерному входу.3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в нее введены один или более дополнительных конденсаторных модулей, подключенных к дополнительным клеммам реле коммутации стартера так, что при пуске маршевого двигателя конденсаторные модули соединяются последовательно, а при нормальной его работе - параллельно.4. Система по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что зарядно-разрядное устройство выполнено с возможностью оптимизации режимов заряда и разряда аккумуляторной батареи.5. Система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что потребители электроэнергии с повышенными требованиями к электроснабжению, напряжение на которых не должно выходить за допустимые пределы, подключены к аккумуляторной батарее через стабилизирующие вторичные источники питания.6. Система по п.5, отличающаяся тем, что стабилизирующие вторичные источники питания выполнены с выходным напряжением, отличным от напряжения аккумуляторной батареи.