Устройство пуска дизель-генератора Российский патент 2022 года по МПК F02N11/08 H02M7/48 

Описание патента на изобретение RU2781945C1

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для запуска дизель-генератора транспортного средства.

Известна система запуска дизеля тепловоза, содержащая аккумуляторную батарею, устройство отключения аккумуляторной батареи от бортовой сети тепловоза, тяговый генератор, штатные пусковые контакторы с замыкающими контактами, через которые напряжение при запуске поступает на тяговый генератор, импульсный конденсатор, в цепь заряда которого включены контактор заряда и резистор. Конденсатор подключен параллельно к тяговому генератору через диод, а параллельно ему подключено реле зарядки, которое обеспечивает двухступенчатую систему запуска дизеля от предварительно заряженного импульсного конденсатора, а затем от аккумуляторной батареи (RU, патент №94522 U1, МПК B60L 11/06, F02N 11/08, опубл. 27.05.2010 г.).

Недостатком известной системы запуска является то, что пуск дизеля возможно осуществлять только от полностью заряженной аккумуляторной батареи посредством стартер-генератора.

Известна система электропитания транспортного средства, содержащая аккумуляторную батарею и накопитель энергии, модуль управления и контроля системы электропитания, модуль преобразования напряжения модуль силовой коммутации для коммутации силовых цепей постоянного тока, зарядное устройство, предназначенное для подзаряда аккумуляторной батареи и накопителя энергии, выполненного в виде электрохимического конденсатора (RU, патент №2520180, МПК F02N 11/08, опубл. 20.06. 2014 г.).

Недостатком известной системы электропитания транспортного средства является использование вспомогательной силовой установки для пуска дизель-генератора, что приводит к увеличению массогабаритных показателей.

Известна система инверторного запуска дизель-генератора, принятая за прототип, которая включает в себя аккумуляторную батарею, накопительно-повышающий преобразователь, содержащий повышающий преобразователь постоянного тока и конденсаторный накопитель энергии на базе суперконденсаторов, пусковой инвертор и силовой модуль для питания обмотки возбуждения синхронной машины (Н.В. Анищенко, И.О. Тукалов, Г.И. Яровой, Р.В. Канунников, Ж. «Электротехнические и компьютерные системы» №15 (91), 2014 г., стр. 212-214).

Недостатком известной системы инверторного запуска дизель-генератора является то, что конденсаторный накопитель энергии на базе суперконденсаторов имеет большие массогабаритные показатели.

Техническим результатом изобретения является снижение массогабаритных показателей за счет исключения из устройства пуска дизель-генератора конденсаторного накопителя энергии и использование повышающего/понижающего преобразователя напряжения.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство пуска дизель-генератора, включающее аккумуляторную батарею, подключенную через контактор к первой фильтрующей емкости, к первому датчику напряжения и к регулятору тока возбуждения, состоящего из транзистора, шунтированного обратным диодом и последовательно соединенного с диодом, дизель-генераторную установку, содержащую синхронный генератор с обмоткой возбуждения и дизель, трехфазный инвертор напряжения, систему управления, при этом выход регулятора тока возбуждения через датчик тока возбуждения подключен к обмотке возбуждения синхронного генератора, силовые входы которого соединены с выходами/входами трехфазного инвертора напряжения, содержащего три идентичных фазных ячейки, каждая из которых содержит два последовательно соединенных транзистора, шунтированных обратными диодами, точки соединения которых являются соответствующими фазными выходами/входами трехфазного инвертора напряжения, а параллельно включенные фазные ячейки соответственно образуют положительный и отрицательный входы/выходы трехфазного инвертора напряжения, которые шунтированы второй фильтрующей емкостью и вторым датчиком напряжения, устройство также снабжено повышающим/понижающим преобразователем напряжения, включенным между положительным и отрицательным входами/выходами трехфазного инвертора напряжения и входом регулятора тока возбуждения и состоящего из N параллельно включенных ячеек напряжения, каждая из которых содержит два последовательно соединенных транзистора, шунтированных обратными диодами и к точкам соединения которых подключены последовательно включенные дроссель и входной датчика тока, которые образуют вход/выход повышающего/понижающего преобразователя напряжения, при этом информационные сигналы с входных датчиков тока, датчика тока возбуждения, первого и второго датчиков напряжения поступают на входы системы управления, которая формирует сигналы управления регулятором тока возбуждения, повышающим/понижающим преобразователем напряжения и трехфазным инвертором напряжения.

На фигуре представлена блок-схема устройства пуска дизель-генератора.

Устройство пуска дизель-генератора, содержит аккумуляторную батарею 1, подключенную через контактор 2 к первой фильтрующей емкости 3, к первому датчику 4 напряжения и к регулятору 5 тока возбуждения, дизель-генераторную установку 6, содержащую синхронный генератор 6.1 с обмоткой возбуждения 6.1.1 и дизель 6.2, трехфазный инвертор 7 напряжения, систему управления 8. Регулятор 5 тока возбуждения состоит из транзистора 5.1, шунтированного обратным диодом 5.2 и последовательно соединенного с диодом 5.3 и выходом через датчик 9 тока возбуждения подключенного к обмотке возбуждения 6.1.1 синхронного генератора 6.1, силовые входы А, В, С которого соединены с выходами/входами трехфазного инвертора 7 напряжения, содержащего три идентичных фазных ячейки 7.1, …, 7.3, каждая из которых содержит два последовательно соединенных транзистора 7.1.1 и 7.1.2, …, 7.3.1 и 7.3.2, шунтированных обратными диодами 7.1.3 и 7.1.4, …, 7.3.3 и 7.3.4, точки соединения которых являются соответствующими фазными выходами/входами трехфазного инвертора 7 напряжения, а параллельно включенные фазные ячейки 7.1, …, 7.3 соответственно образуют положительный и отрицательный входы/выходы трехфазного инвертора 7 напряжения, которые шунтированы второй фильтрующей емкостью 10 и вторым датчиком 11 напряжения. Устройство также снабжено повышающим/понижающим преобразователем 12 напряжения, включенным между положительным и отрицательным входами/выходами трехфазного инвертора 7 напряжения и входом регулятора 5 тока возбуждения и состоящего из N параллельно включенных ячеек напряжения 12.1, …, 12.N, каждая из которых содержит два последовательно соединенных транзистора 12.1.1 и 12.1.2, …, 12.N.1 и 12.N.2, шунтированных обратными диодами 12.1.3 и 12.1.4, …, 12.N.3 и 12.N.4, к точкам соединения которых подключены последовательно включенные дроссели 12.1.5, …, 12.N.5 и входные датчики 12.1.6, …, 12.N.6 тока, которые образуют входы/выходы повышающего/понижающего преобразователя 12 напряжения, при этом информационные сигналы с входных датчиков 12.1.6, … 12.N.6 тока, датчика 9 тока возбуждения, первого 4 и второго 11 датчиков напряжения поступают на входы системы управления 8, которая формирует сигналы управления регулятором 5 тока возбуждения, повышающим/понижающим преобразователем 12 напряжения и трехфазным инвертором 7 напряжения.

Транзисторы 7.1.1 и 7.1.2, …, 7.3.1 и 7.3.2, шунтированные обратными диодами 7.1.3 и 7.1.4, …, 7.3.3 и 7.3.4, трехфазного инвертора 7 напряжения и транзисторы 12.1.1 и 12.1.2, …, 12.N.1 и 12.N.2, шунтированные обратными диодами 12.1.3 и 12.1.4, …, 12.N.3 и 12.N.4 повышающего/понижающего преобразователя 12 напряжения представляют собой IGBT - модули. Первая и вторая фильтрующие емкости 3 и 10 предназначены для сглаживания пульсаций напряжения, сформированного повышающим/понижающим преобразователем 12 напряжения. Ячейки напряжения 12.1, …, 12.N работают со сдвигом по фазе на угол 360°/N для снижения пульсаций тока, потребляемого от аккумуляторной батареи 1 в режиме запуска дизель-генераторной установки 6 и снижения пульсаций тока возбуждения синхронного генератора 6.1 при работе его в штатном режиме. Количество ячеек напряжения 12.1 … 12.N зависит от допустимой величины пульсаций тока потребления повышающим/понижающим преобразователем 12 напряжения.

Устройство пуска дизель-генератора работает следующим образом.

При включении контактора 2, напряжение аккумуляторной батареи 1 одновременно прикладывается к регулятору 5 тока возбуждения и к повышающему/понижающему преобразователю 12 напряжения. Система управления 8 управляет транзистором 5.1 регулятора 5 тока возбуждения в режиме широтно-импульсной модуляции и поддерживает заданный ток в обмотке возбуждения 6.1.1 синхронного генератора 6.1 путем сравнения его с текущим значением, поступающим от датчика 9 тока возбуждения. При выключении транзистора 5.1 ток обмотки возбуждения 6.1 замыкается через диод 5.3. Одновременно система управления 8 включает повышающий/понижающий преобразователь 12 напряжения в режиме повышения напряжения. Каждая ячейка напряжения 12.1, …, 12.N включается/выключается со сдвигом по фазе на угол 360°/N, поддерживая на выходе заданное напряжение.

При работе в режиме повышения напряжения система управления 8 последовательно включает транзисторы 12.1.2, …, 12.N.2, которые коротят соответствующие дроссели 12.1.5, …, 12.N.5, при этом при выключении транзисторов на выходе каждого дросселя 12.1.5, …, 12.N.5 возникает повышенное напряжение:

U=-L di/dt,

где: L - индуктивность дросселя каждой ячейки напряжения;

di/dt - производная тока дросселя.

Напряжения каждого дросселя 12.1.5, …, 12.N.5 через обратные диоды 12.1.3, …, 12.N.3 заряжают вторую фильтрующую емкость 10. Изменяя время включения транзисторов 12.1.2, …, 12.N.2, система управления 8 регулирует напряжение на выходе повышающего/понижающего преобразователя 12 напряжения, контроль которого осуществляется вторым датчиком 11 напряжения. После заряда второй фильтрующей емкости 10 до заданного значения, система управления 8 включает трехфазный инвертор 7 напряжения, переключая транзисторы 7.1.1 и 7.1.2, …, 7.3.1 и 7.3.2 в соответствии с алгоритмом синусоидальной широтно-импульсной модуляции (ШИМ), реализуя при этом режим инвертирования. На выходе трехфазного инвертора 7 напряжения формируется трехфазное переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды, которое поступает на силовые входы А, В, С синхронного генератора 6.1, который начинает работать в двигательном режиме и прокручивает механически связанный с ним вал дизеля 6.2. После запуска дизеля 6.2 генератор 6.1 начинает работать в штатном режиме, вырабатывая трехфазное переменное напряжение. Система управления 8 выключает трехфазный инвертор 7 напряжения и включает повышающий/понижающий преобразователь 12 напряжения в режим понижения напряжения. Трехфазное переменное напряжение с выхода синхронного генератора 6.1 обратными диодами 7.1.3 и 7.1.4, …, 7.3.3 и 7.3.4 трехфазного инвертора 7 напряжения преобразуется в постоянное напряжение (режим выпрямления), которое заряжает вторую фильтрующую емкость 10 и поступает на вход повышающего/понижающего преобразователя 12 напряжения. Система управления 8 включает/выключает транзисторы 12.1.1, …, 12.N.1 каждой ячейки напряжения 12.1, …, 12.N со сдвигом по фазе на угол 360°/N. При выключении транзисторов 12.1.1, …, 12.N.1 токи дросселей 12.1.5, … 12.N.5 замыкаются через обратные диоды 12.1.4, …, 12.N.4. Изменяя время включения/выключения транзисторов 12.1.1, … 12.N.1, система управления 8 формирует заданное значение напряжения на выходе повышающего/понижающего преобразователя 12 напряжения. Пониженное напряжение контролируется первым датчиком 4 напряжения и поступает на вход регулятора 5 тока возбуждения, который предварительно отключают от аккумуляторной батареи 1 контактором 2. Одновременно управляя повышающим/понижающим преобразователем 12 напряжения и регулятором тока 5 возбуждения, система управления 8 поддерживает необходимый ток возбуждения синхронного генератора 6.1 при его работе в штатном режиме.

Заявленный технический результат достигается за счет исключения из устройства конденсаторного накопителя энергии на базе суперконденсаторов, массогабаритные показатели которого соизмеримы с аккумуляторной батареей. Кроме этого, использование одних и тех же дросселей 12.1.5, …, 12.N.5 в ячейках напряжения 12.1, …, 12.N в повышающем/понижающем преобразователе 12 напряжения для повышения и понижения входного/выходного напряжений также снижает массогабаритные показатели устройства пуска дизель-генератора.

Предлагаемое устройство пуска дизель-генератора испытано в составе ДГУ18-9ДГМ и показало свою надежность и эффективность.

Похожие патенты RU2781945C1

название год авторы номер документа
Способ регулирования напряжения системы газовая турбина - генератор для обеспечения питания вспомогательных электрических приводов транспортного средства 2016
  • Бабков Юрий Валерьевич
  • Клименко Юрий Иванович
  • Чудаков Павел Леонидович
  • Котов Олег Михайлович
  • Линьков Владимир Александрович
  • Спиридонов Дмитрий Сергеевич
RU2623643C1
ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА 2015
  • Сарсикеев Ермек Жасланович
  • Лукутин Борис Владимирович
  • Обухов Сергей Геннадьевич
  • Плотников Игорь Александрович
RU2597248C1
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ТЕПЛОВОЗА 2014
  • Бабков Юрий Валерьевич
  • Клименко Юрий Иванович
  • Перфильев Константин Степанович
  • Романов Игорь Владимирович
  • Суркова Елена Геннадьевна
  • Троицкий Анатолий Пантелеевич
RU2556236C1
Регулятор тока возбуждения генератора транспортного средства 2023
  • Кузнецов Николай Александрович
  • Перфильев Константин Степанович
  • Чупин Яков Владимирович
  • Евсеев Вячеслав Юрьевич
RU2797038C1
СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ 2022
  • Глухов Виталий Иванович
  • Ротнов Александр Вячеславович
RU2794276C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПУСКА И ОСТАНОВА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ КОМПРЕССОРА ТЕПЛОВОЗА 1992
  • Новиков О.И.
RU2039670C1
Система автономного электроснабжения пассажирских железнодорожных вагонов 2021
  • Глухов Виталий Иванович
  • Артамонов Алексей Артамонович
  • Бубен Анатолий Владимирович
  • Росляков Станислав Михайлович
  • Коваленко Сергей Юрьевич
  • Кревенцов Евгений Георгиевич
  • Драгунов Андрей Владимирович
RU2779324C1
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С АСИНХРОННЫМ СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОРОМ 2004
  • Ежова Елена Владимировна
  • Грачев Павел Юрьевич
RU2282301C2
Автономная гибридная энергоустановка 2022
  • Усенко Андрей Александрович
  • Дышлевич Виталий Александрович
  • Бадыгин Ренат Асхатович
  • Штарев Дмитрий Олегович
RU2792410C1
Система электропитания тепловоза 2020
  • Багров Анатолий Евгеньевич
RU2744068C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 781 945 C1

Реферат патента 2022 года Устройство пуска дизель-генератора

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для запуска дизель-генератора транспортного средства. Техническим результатом изобретения является снижение массогабаритных показателей. Заявленный технический результат достигается за счет замещения конденсаторного накопителя энергии на базе суперконденсаторов, массогабаритные показатели которого соизмеримы с аккумуляторной батареей, преобразователем напряжения. Устройство снабжено повышающим/понижающим преобразователем напряжения, включенным между положительным и отрицательным входами/выходами трехфазного инвертора напряжения и входом регулятора тока возбуждения и состоящим из N параллельно включенных ячеек напряжения, каждая из которых содержит два последовательно соединенных транзистора, шунтированных обратными диодами и к точкам соединения которых подключены последовательно включенные дроссель и входной датчик тока, которые образуют вход/выход повышающего/понижающего преобразователя напряжения. При этом информационные сигналы с входных датчиков тока, датчика тока возбуждения, первого и второго датчиков напряжения поступают на входы системы управления, которая формирует сигналы управления регулятором тока возбуждения, повышающим/понижающим преобразователем напряжения и трехфазным инвертором напряжения. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 781 945 C1

Устройство пуска дизель-генератора, включающее аккумуляторную батарею, подключенную через контактор к первой фильтрующей емкости, к первому датчику напряжения и к регулятору тока возбуждения, состоящему из транзистора, шунтированного обратным диодом и последовательно соединенного с диодом, дизель-генераторную установку, содержащую синхронный генератор с обмоткой возбуждения и дизель, трехфазный инвертор напряжения, систему управления, при этом выход регулятора тока возбуждения через датчик тока возбуждения подключен к обмотке возбуждения синхронного генератора, силовые входы которого соединены с выходами/входами трехфазного инвертора напряжения, содержащего три идентичные фазные ячейки, каждая из которых содержит два последовательно соединенных транзистора, шунтированных обратными диодами, точки соединения которых являются соответствующими фазными выходами/входами трехфазного инвертора напряжения, а параллельно включенные фазные ячейки соответственно образуют положительный и отрицательный входы/выходы трехфазного инвертора напряжения, которые шунтированы второй фильтрующей емкостью и вторым датчиком напряжения, отличающееся тем, что устройство снабжено повышающим/понижающим преобразователем напряжения, включенным между положительным и отрицательным входами/выходами трехфазного инвертора напряжения и входом регулятора тока возбуждения и состоящим из N параллельно включенных ячеек напряжения, каждая из которых содержит два последовательно соединенных транзистора, шунтированных обратными диодами и к точкам соединения которых подключены последовательно включенные дроссель и входной датчик тока, которые образуют вход/выход повышающего/понижающего преобразователя напряжения, при этом информационные сигналы с входных датчиков тока, датчика тока возбуждения, первого и второго датчиков напряжения поступают на входы системы управления, которая формирует сигналы управления регулятором тока возбуждения, повышающим/понижающим преобразователем напряжения и трехфазным инвертором напряжения.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2022 года RU2781945C1

Устройство для поочередного запуска дизелей силовой дизельгенераторной установки 1978
  • Хомич Анатолий Захарович
  • Симсон Альфред Эдуардович
  • Тартаковский Эдуард Давидович
  • Дмитренко Игорь Викторович
  • Карелин Игорь Алексеевич
SU775372A1
Способ брикетирования мелкого топлива 1951
  • Голощапов Б.А.
SU94522A1
CN 204231232 U, 25.03.2015
CN 105680558 A, 15.06.2016
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ГАРАНТИРОВАННОГО ПИТАНИЯ 1996
  • Виксман Александр Самойлович[Ru]
  • Радченко Валерий Анатольевич[Ru]
  • Левин Григорий Хаимович[Ru]
  • Егоров Станислав Семенович[Ru]
  • Кононов Борис Тимофеевич[Ua]
  • Планкин Анатолий Васильевич[Ru]
RU2097899C1
CN 212366920 U, 15.01.2021.

RU 2 781 945 C1

Авторы

Кузнецов Николай Александрович

Перфильев Константин Степанович

Плешаков Андрей Александрович

Стальнов Евгений Юрьевич

Даты

2022-10-21Публикация

2022-03-31Подача