СПОСОБ РАБОТЫ СИЛОВОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ НА ЭЛЕКТРОПОТРЕБИТЕЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК F02B63/04 F02D29/06 

Изобретение относится к области силовых энергоустановок и может быть использовано в целях расширения функциональных возможностей, области применения и повышения эффективности их функционирования.

Из предшествующего уровня развития техники известен способ работы дизель-генераторной установки на электропотребителей путем преобразования внутренней энергии дизельного топлива в электрическую стандартной частоты и напряжения и подачи электрической энергии энергопотребителям (см. Гребень И.И. и др. Передвижная дизельная электростанция ПЭС-50. - М.: Гослесбумиздат, 1951, - с.9, рис. 4 - [1]).

Данный способ имеет следующие недостатки:

- невозможность обеспечения электроэнергией стандартной частоты и напряжения при кратковременных значительных перегрузках;

- невозможность обеспечения электроэнергией электропотребителей при неработающем дизельном двигателе (первичном двигателе).

Известен способ работы силовой энергоустановки на электропотребителей путем преобразования подведенной энергии первичного двигателя в электрическую и подачи ее электропотребителям, предусматривающий аккумулирование электрической энергии в батареи конденсаторов при режиме нормального электропотребления, подачу электрической энергии с батареи конденсаторов и аккумуляторной батареи на вход преобразователя частоты и напряжения, преобразования электрической энергии в преобразователе частоты и напряжения и подачу электроэнергии с преобразователя частоты и напряжения потребителям при кратковременных значительных перегрузках и при остановленном первичном двигателе силовой установки (см. патент РФ на изобретение №2259492 С1 от 08.01.2004 г, МПК: F02D 29/06, F02B 63/04, опубл. 27.08.2005 г., бюл. №24 - [2]).

Данный способ имеет следующие недостатки:

невозможность обеспечения потребителей электроэнергией стандартной частоты и напряжения при долговременных значительных перегрузках;

невозможность обеспечения режима форсирования силовой установки по реактивной мощности.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому техническому решению является способ работы дизель-генераторной установки, включающий операции преобразования внутренней энергии дизельного топлива в электрическую стандартной частоты и напряжения, аккумулирования электрической энергии в батареи конденсаторов при режиме нормального электропотребления, подачи электрической энергии с батареи конденсаторов и аккумуляторной батареи на вход преобразователя частоты и напряжения, преобразования электрической энергии в преобразователе частоты и напряжения и подачи электроэнергии с преобразователя частоты и напряжения потребителям при кратковременных значительных перегрузках и при остановленном первичном двигателе силовой установки, вычисления реактивной мощности в блоке датчиков реактивного тока, вывод результатов работы датчика реактивной мощности на вход преобразователя частоты и напряжения и форсировка силовой установки по реактивной мощности (см. патент РФ на изобретение №2361099 С2 от 23.05.2007 г, МПК: F02D 29/06, F02B 63/04, опубл. 10.07.2009 г., бюл. №19 - [3]).

При несомненных достоинствах данного способа, принимаемого за прототип, он имеет ограниченные функциональные возможности, область применения и низкую эффективность работы силовой энергоустановки, обусловленные отсутствием возможностей по ее функционированию в режимах нормального электропотребления с осуществлением подзарядки аккумуляторной батареи, с частичной и малой нагрузкой, кратковременными и долговременными перегрузками по активному и реактивному току, электропитанием потребителей с переменной частотой тока, частотным обратимого пуском двигателя внутреннего сгорания и по автоматическому изменению режимов ее работы.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в расширении функциональных возможностей, области применения и повышения эффективности работы силовой энергоустановки за счет достижения следующих полезных технических результатов:

- обеспечиваются возможности по работе энергоустановки в режимах нормального электропотребления с осуществлением подзарядки аккумуляторной батареи, с частичной и малой нагрузкой, кратковременными и долговременными перегрузками по активному и реактивному току, электропитанием потребителей с переменной частотой тока, частотным обратимым пуском двигателя внутреннего сгорания;

- обеспечивается возможности по автоматическому изменению режимов работы энергоустановки при ее работе на потребителей с малой и частичной нагрузкой, перегрузками по активному и реактивному току, электропитанием потребителей с переменной частотой тока, частотным обратимом пуске двигателя внутреннего сгорания.

Сущность изобретения, обеспечивающая достижение указанных технических результатов, заключается в следующем.

В способе работы силовой энергоустановки путем преобразования внутренней энергии сгорания дизельного топлива в первичном двигателе, механически связанном с электрогенератором, в электрическую энергию стандартной частоты и напряжения, подачи ее потребителям и аккумулирования электрической энергии в батареи конденсаторов при режиме нормального электропотребления, подачи электрической энергии с батареи конденсаторов и аккумуляторной батареи на вход преобразователя частоты и напряжения, преобразования электрической энергии в преобразователе частоты и напряжения и подачи электроэнергии с преобразователя частоты и напряжения потребителям при перегрузках, при остановленном первичном двигателе силовой энергоустановки, дополнительно осуществляют аккумулирование электрической энергии в аккумуляторной батарее при режиме нормального электропотребления, а также при работе с частичной нагрузкой, при работе с частичной нагрузкой частоту вращения первичного двигателя снижают, при этом одну часть потребителей обеспечивают электроэнергией стандартной частоты от преобразователя, а вторую часть - электроэнергией пониженной частоты от синхронного генератора, на режимах длительных перегрузок производят питание потребителей электроэнергией стандартной частоты одновременно от преобразователя и генератора, включенных на параллельную работу, на режимах малых нагрузок и холостом ходу двигатель останавливают и электропитание потребителей производят от преобразователя, причем при разряде аккумулятора двигатель запускают на период заряда аккумулятора от генератора через преобразователь, на режимах электропитания потребителей, требующих или допускающих переменную частоту тока, обеспечивают электропитание одной части потребителей от генератора в диапазоне частот ниже номинальной и/или второй части потребителей от преобразователя в диапазоне частот как ниже, так и выше стандартной, при этом преобразователь и/или генератор работают автономно, а на режимах частотного обратимого пуска двигателя энергоустановки электропитание с возрастающей частотой подают от аккумулятора через преобразователь частоты к генератору.

Для реализации указанного способа энергоустановка, содержащая двигатель внутреннего сгорания, синхронный генератор, который механически связан с двигателем внутреннего сгорания, аккумуляторную батарею, которая электрически связана с двигателем внутреннего сгорания, преобразователь частоты и напряжения, который электрически связан с аккумуляторной батареей, конденсаторную батарею, которая электрически связана с преобразователем частоты и напряжения, потребители электроэнергии, дополнительно снабжена блоком управления режимами работы энергоустановки, первым, вторым, третьим коммутационными аппаратами, при этом блок управления режимами работы энергоустановки связан каналами связи с аккумуляторной батареей, двигателем внутреннего сгорания, синхронным генератором, преобразователем частоты и напряжения, первым, вторым и третьем коммутационными аппаратами, потребителями электроэнергии, при этом первый вход потребителей электроэнергии электрически связан с синхронным генератором и с преобразователем частоты и напряжения через первый коммутационный аппарат и через последовательно соединенные третий и второй коммутационные аппараты, а второй вход потребителей электроэнергии электрически связан с синхронным генератором и с преобразователем частоты и напряжения через второй коммутационный аппарат и через последовательно соединенные третий и первый коммутационные аппараты.

Обозначенная сущность изобретения связана с достижением заявленного технического результата следующим образом соответственно.

1. Введение в известный способ новых взаимосвязанных операций, а именно: дополнительно осуществляют аккумулирование электрической энергии в аккумуляторной батарее при режиме нормального электропотребления, а также при работе с частичной нагрузкой, при работе с частичной нагрузкой частоту вращения первичного двигателя снижают, при этом одну часть потребителей обеспечивают электроэнергией стандартной частоты от преобразователя, а вторую часть электроэнергией пониженной частоты от синхронного генератора, на режимах длительных перегрузок производят питание потребителей электроэнергией стандартной частоты одновременно от преобразователя и генератора, включенных на параллельную работу, на режимах малых нагрузок и холостом ходу двигатель останавливают и электропитание потребителей производят от преобразователя, причем при разряде аккумулятора двигатель запускают на период заряда аккумулятора от генератора через преобразователь, на режимах электропитания потребителей, требующих или допускающих переменную частоту тока, обеспечивают электропитание одной части потребителей от генератора в диапазоне частот ниже номинальной и/или второй части потребителей от преобразователя в диапазоне частот как ниже, так и выше стандартной, при этом преобразователь и/или генератор работают автономно, а на режимах частотного обратимого пуска двигателя энергоустановки электропитание с возрастающей частотой подают от аккумулятора через преобразователь частоты к генератору, позволяет обеспечить возможности по работе энергоустановки в режимах нормального электропотребления с осуществлением подзарядки аккумуляторной батареи, с частичной и малой нагрузкой, кратковременными и долговременными перегрузками по активному и реактивному току, электропитанием потребителей с переменной частотой тока, частотным обратимым пуском двигателя внутреннего сгорания и по автоматическому изменению режимов работы энергоустановки при ее работе на потребителей с малой и частичной нагрузкой, перегрузками по активному и реактивному току, электропитанием потребителей с переменной частотой тока, частотным обратимом пуске двигателя внутреннего сгорания.

2. Расширение функциональных возможностей, области применения и повышение эффективности работы силовой энергоустановки обеспечивается за счет возможностей по работе энергоустановки в режимах нормального электропотребления с осуществлением подзарядки аккумуляторной батареи, с частичной и малой нагрузкой, кратковременными и долговременными перегрузками по активному и реактивному току, электропитанием потребителей с переменной частотой тока, частотным обратимым пуском двигателя внутреннего сгорания и по автоматическому изменению режимов работы энергоустановки при ее работе на потребителей с малой и частичной нагрузкой, перегрузками по активному и реактивному току, электропитанием потребителей с переменной частотой тока, частотным обратимом пуске двигателя внутреннего сгорания (см. п. 1).

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

При работе энергоустановки в режиме нормального электропотребления (нагрузка на двигатель составляет 0, 75-1.0 от номинальной) осуществляют работу двигателя с номинальной частотой вращения. При этом потребители получают электропитание стандартной частоты и напряжения от силового генератора и в случае разряда аккумуляторной батареи осуществляют подзарядку аккумуляторной батареи и конденсаторной батареи от силового генератора посредством преобразователя частоты и напряжения.

При работе энергоустановки в режиме с частичной нагрузкой (0,2-0,75 от номинальной) двигатель переводят в более экономичный режим работы с пониженной частотой вращения (до 0,3 - 0,8 от номинальной в зависимости от типа двигателя). При этом питание потребителей осуществляют от силового генератора посредством преобразователя частоты и напряжения. В случае если часть потребителей, получающая электропитание от силового генератора требует (например, силовой электропривод) или допускает (например, электронагревательные установки) электропитание с переменной пониженной частотой тока, то на данном режиме допускается электропитание потребителей от силового генератора с переменной пониженной частотой тока и одновременно электропитание других потребителей от силового генератора посредством преобразователя частоты и напряжения с постоянной либо переменной в полном диапазоне (повышенной и пониженной) частотой тока. Одновременно с электропитанием потребителей на данном режиме производят заряд (подзарядку) аккумуляторной батареи и конденсаторной батареи от силового генератора посредством преобразователя частоты и напряжения.

При работе энергоустановки в режиме с малой нагрузкой (0-0,2 от номинальной) двигатель останавливают, а электропитание потребителей производят от аккумуляторной батареи посредством преобразователя частоты и напряжения. При разряде аккумуляторной двигатель запускают и производят подзарядку аккумуляторной батареи и конденсаторной батареи от силового генератора посредством преобразователя частоты и напряжения. После заряда аккумуляторной двигатель снова останавливают.

При работе энергоустановки в режиме перегрузок по активному и реактивному току (мощности) осуществляют питание потребителей от силового генератора и одновременно от преобразователя частоты и напряжения, который получает электропитание от аккумуляторной батареи и конденсаторной батареи при кратковременных перегрузках и только от аккумуляторной батареи при длительных перегрузках. Таким образом общая мощность, отдаваемая потребителю на данном режиме, определяется суммой мощностей преобразователя частоты и напряжения и силового генератора. Форсирование работы энергоустановки по активной мощности при перегрузках по активному току обеспечивается путем изменения фазы инвертируемого в преобразователе частоты и напряжения тока по отношению к фазе тока силового генератора под воздействием управляющего сигнала с блока управления режимами работы энергоустановки. Компенсация реактивной мощности при перегрузках по реактивному току обеспечивается соответствующим изменением уставки по напряжению инвертируемого в преобразователь частоты и напряжения тока под воздействием управляющего сигнала с блока управления режимами работы энергоустановки.

При работе энергоустановки в режиме электропитания различных групп потребителей с переменной частотой тока одна часть потребителей в случае необходимости получает электропитание от силового генератора в диапазоне частот ниже номинальной, а вторая часть в случае необходимости получает электропитание от преобразователя частоты и напряжения в диапазоне частот как ниже, так и выше номинальной для силового генератора. При этом преобразователь частоты и напряжения и силовой генератор работают автономно. При необходимости электропитание с переменной частотой тока единичных потребителей большой мощности осуществляют путем параллельной работы силового генератора и преобразователя частоты и напряжения.

При работе энергоустановки в режиме частотного обратимого пуска двигателя энергоустановки по сигналам от блока управления режимами работы энергоустановки электропитание с возрастающей частотой подают от аккумуляторной батареи посредством преобразователя частоты и напряжения к силовому генератору. При наличии электростартера последний на период запуска двигателя может подключаться к аккумуляторной батареи одновременно с преобразователем частоты и напряжения, что обеспечивает более благоприятные условия запуска двигателя.

Контроль, включение и переключение режимов работы энергоустановки производят автоматически путем подачи управляющих сигналов с блока управления режимами работы энергоустановки по каналам связи на включение и выключение коммутационных аппаратов, подключенных к силовому генератору, преобразователю частоты и напряжения и потребителям электроэнергии, по сигналам от датчиков состояния основного оборудования энергоустановки, поступающим в блок управления по каналам связи и/или в результате внешних управляющих воздействий системы дистанционного управления энергоустановкой по показаниям приборов.

На чертеже изображена структурная схема устройства, реализующего способ.

Энергоустановка содержит двигатель внутреннего сгорания (1), синхронный генератор (2), который механически связан с двигателем внутреннего сгорания (1), аккумуляторную батарею (3), которая электрически связана с двигателем внутреннего сгорания (1) посредством сети электропитания постоянного тока, преобразователь частоты и напряжения (4), который электрически связан с аккумуляторной батареей (3) посредством сети электропитания постоянного тока, конденсаторную батарею (5), которая электрически связана с преобразователем частоты и напряжения (4) посредством сети электропитания постоянного тока, потребители электроэнергии (6).

Отличительной особенностью энергоустановки является то, что она дополнительно снабжена блоком управления режимами работы энергоустановки (7), первым коммутационным аппаратом (8), вторым коммутационным аппаратом (9), третьим коммутационным аппаратом (10), при этом блок управления режимами работы энергоустановки (7) связан каналами связи с аккумуляторной батарей (3), двигателем внутреннего сгорания (1), синхронным генератором (2), преобразователем частоты и напряжения (4), первым коммутационным аппаратом (8), вторым коммутационным аппаратом (9) и третьим коммутационным аппаратом (10), потребителями электроэнергии (6), первый вход потребителей электроэнергии (6) электрически связан посредством сети переменного тока с синхронным генератором (2) и с преобразователем частоты и напряжения (4) через первый коммутационный аппарат (8) и через последовательно соединенные третий (10) и второй (9) коммутационные аппараты, а второй вход потребителей электроэнергии (6) электрически связан посредством сети переменного тока с синхронным генератором (2) и с преобразователем частоты и напряжения (4) через второй коммутационный аппарат (9) и через последовательно соединенные третий (10) и первый (8) коммутационные аппараты.

Двигатель внутреннего сгорания (1) предназначен для преобразования энергии сжигания топлива в механическую энергии и в своем составе имеет измерительные датчики параметров, определяющих режим его работы, например, датчики тока, напряжения и частоты.

Синхронный генератор (2) предназначен для преобразования механической энергии, которая поступает от двигателя внутреннего сгорания посредством муфты, установленной на валах двигателя внутреннего сгорания (1) и синхронного генератора (2), в электрическую энергию и имеет в своем составе измерительные датчики, определяющие режим его работы, например, датчики тока, напряжения и частоты.

Аккумуляторная батарея (3) предназначена для аккумулирования электрической энергии и имеет в своем составе измерительные датчики, определяющие режим ее работы, например, датчики тока, напряжения и может быть выполнена на базе известных стартерных батарей.

Преобразователь частоты и напряжения (4) предназначен для преобразования электроэнергии переменного тока и постоянного тока в электрическую энергию переменного тока установленной частоты и напряжения, а также преобразования электроэнергии переменного тока в электроэнергию постоянного тока и может быть выполнен на базе известных статических преобразователей.

Конденсаторные батареи (5) предназначены для аккумулирования электроэнергии постоянного тока и могут быть выполнены в виде блока конденсаторов, обладающих высокой емкостью.

Потребители электрической энергии (6) предназначены для потребления электрической энергии стандартной частоты и напряжения, а также переменных частоты и напряжения, необходимых для обеспечения частотного пуска и частотного регулирования динамических электропотребителей на базе электродвигателей, и имеют в своем составе измерительные датчики, определяющие режим их работы, например, датчики тока, напряжения и частоты.

Блок управления режимами работы энергоустановки (7) предназначен для сбора, обработки измерительной информации, поступающей от измерительных датчиков двигателя внутреннего сгорания (1), синхронного генератора (2), аккумуляторной батареи (3) и потребителей электроэнергии (6), выбора режима работы энергоустановки путем подачи управляющих сигналов на коммутационные аппараты (8), (9), (10) и управления работой преобразователя частоты и напряжения (4) путем подачи управляющих сигналов по каналам связи. Он может быть выполнен на базе микропроцессорной техники, например, контроллеров со встроенным источником электропитания.

Коммутационные аппараты (8), (9), (10) предназначены для переключения сетей электропитания переменного тока при поступлении сигналов управления от блока управления режимами работы энергоустановки (7) в зависимости от режимов работы энергоустановки и могут быть выполнены на базе известных автоматических выключателей, переключателей с дистанционным управлением.

Предложенный способ работы энергоустановки на электропотребителей и устройство для его осуществления реализуются следующим образом.

Блок управления режимами работы энергоустановки (7) автоматически определяет и обеспечивает следующие режимы работы энергоустановки: режим нормального электропотребления; режим с частичной нагрузкой; режим с малой нагрузкой; режим на кратковременных и долговременных перегрузках по активному и реактивному току; режим электропитания потребителей с переменной частотой тока, режим частотного обратимого пуска двигателя внутреннего сгорания.

1. Работа энергоустановки в режиме нормального электропотребления

При включении двигателя внутреннего сгорания (1) он начинает вырабатывать механическую энергию, которая преобразуется в синхронном генераторе (2) в электроэнергию переменного тока. При достижении параметров работы энергоустановки, соответствующих режиму нормального электропотребления (нагрузка на двигатель составляет 0,75-1.0 от номинальной, номинальные значения частоты тока и напряжения сети переменного тока), под воздействием управляющего сигнала блока управления (7) осуществляется включение первого коммутационного аппарата (8) и третьего (10) коммутационных аппаратов и электроэнергия переменного тока поступает от синхронного генератора (2) через включенные коммутационные аппараты (8) и (10) к первому и второму входу потребителей электроэнергии (6). Одновременно электроэнергия переменного тока от синхронного генератора (2) поступает к преобразователю частоты и напряжения (4). В свою очередь преобразователь (4) начинает вырабатывать электроэнергию постоянного тока и осуществляется заряд (подзарядка) аккумуляторной батареи (3) и конденсаторной батареи (5). Второй коммутационный аппарат (9) в этом режиме работы энергоустановки отключен.

2. Работа энергоустановки в режиме с частичной нагрузкой

При достижении параметров работы энергоустановки, соответствующих режиму с частичной нагрузки (0,2-0,75 от номинальной), под воздействием управляющего сигнала блока управления (7) осуществляется перевод работы двигателя (1) в режим работы с переменной пониженной по отношению к номинальной частотой вращению (до 0,3-0,8 от номинальной в зависимости от типа двигателя). При этом питание потребителей (6) производится от силового генератора (2) через преобразователь частоты и напряжения (4), включенные коммутационные аппараты (9) и (10). Первый коммутационный аппарат (8) в этом случае отключен. В том случае если часть потребителей, получающая электропитание от силового генератора (2) через первый коммутационный аппарат (8), требует (например, силовой электропривод) или допускает (например, электронагревательные установки) электропитание с переменной пониженной частотой тока, то на данном режиме осуществляется электропитание потребителей от силового генератора (2) через включенный коммутационный аппарат (8) с переменной пониженной частотой тока и одновременно от силового генератора (2) через преобразователь частоты и напряжения (4) и включенный второй коммутационный аппарат (9) с постоянной либо переменной в полном диапазоне (повышенной и пониженной) частотой тока, при этом третий коммутационный аппарат (10) отключен. Одновременно с электропитанием потребителей на данном режиме производится заряд (подзарядка) аккумуляторной батареи (3) и конденсаторной батареи (6) от силового генератора (2) через преобразователь частоты и напряжения (4).

3. Работа энергоустановки в режиме с малой нагрузки.

При достижении параметров работы энергоустановки, соответствующих режиму с малой нагрузкой (0-0,2 от номинальной), под воздействием управляющего сигнала блока управления (7) осуществляется остановка работы двигателя (1). При этом электропитание потребителей (6) производят от аккумуляторной батареи (3) через преобразователь частоты и напряжения (4) и включенные коммутационные аппараты (8) и (10). При разряде аккумуляторной батареи (3) под воздействием управляющего сигнала блока управления (7) двигатель (1) запускается и производится подзарядка аккумуляторной батареи (3) от силового генератора (2) через преобразователь частоты и напряжения (4). После окончания заряда аккумуляторной батареи (3) двигатель (1) под воздействием управляющего сигнала блока управления (7) снова останавливается. Коммутационный аппарат (9) в этом режиме работы энергоустановки отключен.

4. Работа энергоустановки в режиме с кратковременными и долговременными перегрузками.

При достижении параметров работы энергоустановки, соответствующих режиму работы с кратковременными и долговременными перегрузками, под воздействием управляющего сигнала блока управления (7) включается второй коммутационный аппарат (9). При этом электроэнергия переменного тока поступает потребителям (6) при кратковременных перегрузках от аккумуляторной батареи (3) и конденсаторной батареи (5), а при долговременных перегрузках от аккумуляторной батареи (3), через преобразователь частоты и напряжения (4) и включенный коммутационный аппарат (9) ко второму входу потребителей электроэнергии (6). Одновременно с этим на первый вход потребителей электроэнергии (6) поступает электроэнергия переменного тока от синхронного генератора (2) через включенный первый коммутационный аппарат (8). В данном режиме работы энергоустановки третий коммутационный аппарат (10) отключен. Таким образом, общая мощность, отдаваемая потребителям электроэнергии на данном режиме, определяется суммой мощностей, вырабатываемых синхронным генератором (2) и преобразователем частоты и напряжения (4).

Форсирование работы энергоустановки по активной мощности при перегрузках по активному току обеспечивается путем изменения фазы инвертируемого в преобразователе частоты и напряжения (4) тока по отношению к фазе тока силового генератора (2) под воздействием управляющего сигнала с блока управления (7). Компенсация реактивной мощности при перегрузках по реактивному току обеспечивается соответствующим изменением уставки по напряжению инвертируемого в преобразователь частоты и напряжения (4) тока.

4. Работа энергоустановки в режиме электропитания различных групп потребителей с переменной частотой тока.

В данном режиме на основе информации о необходимости электропитания потребителей с переменной частотой тока под воздействием управляющих сигналов с блока управления (7) включается первый коммутационный аппараты (8) и/или второй коммутационный аппарат (9) и электропитание в диапазоне частот ниже номинальной подается к первому входу потребителей электроэнергии (6) от силового генератора (2) через включенный коммутационный аппарат (8) и/или в диапазоне частот как ниже, так и выше номинальной для силового генератора (2) ко второму входу потребителей электроэнергии (6) от аккумуляторной батареи (3) и конденсаторной батареи (5) посредством преобразователя частоты и напряжения (4). При этом третий коммутационный аппарат (10) отключен и силовой генератор (2) совместно с преобразователем частоты и напряжения (4) работают автономно.

В случае необходимости обеспечения электропитанием с переменной частотой тока единичных потребителей большой мощности под воздействием управляющего сигнала с блока управления (7) включается третий коммутационный аппарат (10) и при переменной частоте вращения двигателя (1) осуществляется параллельная работа силового генератора (2) и преобразователя частоты и напряжения (4) на электропотребителей (6).

5. Работа энергоустановки в режиме частотного обратимого пуска двигателя внутреннего сгорания.

В данном режиме на основе информации о невозможности запуска двигателя внутреннего сгорания (1) в штатном режиме под воздействием управляющих сигналов с блока управления (7) электропитание с возрастающей частотой подается к синхронному генератору (2) от аккумуляторной батареи (3) посредством преобразователя частоты и напряжения (4). При наличии на двигателе электростартера (системы электростартерного пуска) последний на период запуска двигателя, также, может подключаться к аккумуляторной батарее (3) одновременно с подключением преобразователя частоты и напряжения (4), что может обеспечить более благоприятные условия частотного обратимого пуска двигателя (1).

Параметры сети переменного тока у потребителей (6), величина нагрузки, состояние основного оборудования энергоустановки - двигателя (1), силового генератора (2), аккумуляторной батареи (3), преобразователя частоты и напряжения (5), а также положение коммутационных аппаратов (8), (9) и (10) в автоматическом режиме контролируются блоком управления (7) по каналам связи. Включение и переключение режимов работы энергоустановки также производятся автоматически под управлением блока управления (7) по сигналам от датчиков состояния основного оборудования, поступающим в блок управления (7) по каналам связи и/или в результате внешних управляющих воздействий системы дистанционного управления энергоустановкой по показаниям приборов.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет обеспечить возможности по работе энергоустановки в режимах нормального электропотребления с осуществлением подзарядки аккумуляторной батареи, с частичной и малой нагрузкой, кратковременными и долговременными перегрузками по активному и реактивному току, электропитанием потребителей с переменной частотой тока, частотным обратимым пуском двигателя внутреннего сгорания и по автоматическому изменению режимов работы энергоустановки, что приводит к расширению функциональных возможностей, области применения и повышению эффективности работы силовой энергоустановки.

Источники информации

1. Гребень И.И. и др. Передвижная дизельная электростанция ПЭС-50. - М.: Госмелбумиздат, 1951. с .9, рис. 4.

2. Патент №2259492 С1, Российская Федерация, МПК F02D 29/06, F02B 63/04. Способ работы силовой установки на электропотребителей и устройство для его осуществления [Текст] / Прутчиков И.О., Камлюк В.В. и др.; заявитель и патентообладатель. - Военный инженерно-технический университет, №2004100653/06; заявл. 08.01.2004; опубл. 27.08.2005. Бюл. №24.

3. Патент №2361099 С2, Российская Федерация, МПК F02D 29/06, F02B 63/04. Способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания [Текст] / Прутчиков И.О., Камлюк В.В. и др.; заявитель и патентообладатель. - ГОУ ВИО Военный инженерно-технический университет, №2007119207/06; заявл. 23.05.2007; опубл. 10.07.2009. Бюл. №19.

Изобретение относится к области силовых энергоустановок. Способ работы силовой энергоустановки путем преобразования внутренней энергии сгорания дизельного топлива в первичном двигателе, механически связанном с электрогенератором, в электрическую энергию стандартной частоты и напряжения и подачи ее потребителям при режиме нормального электропотребления. При этом в случае разряда аккумуляторной батареи осуществляют подзарядку аккумуляторной батареи и конденсаторной батареи от силового генератора посредством преобразователя частоты и напряжения. При работе с частичной нагрузкой частоту вращения первичного двигателя снижают, при этом одну часть потребителей обеспечивают электроэнергией стандартной частоты от преобразователя, а вторую часть – электроэнергией пониженной частоты от синхронного генератора. На режимах длительных перегрузок производят питание потребителей электроэнергией стандартной частоты одновременно от преобразователя и генератора, включенных на параллельную работу. На режимах малых нагрузок и холостом ходу двигатель останавливают и электропитание потребителей производят от преобразователя, причем при разряде аккумулятора двигатель запускают на период заряда аккумулятора от генератора через преобразователь. На режимах электропитания потребителей, требующих или допускающих переменную частоту тока, обеспечивают электропитание одной части потребителей от генератора в диапазоне частот ниже номинальной и/или второй части потребителей от преобразователя в диапазоне частот как ниже, так и выше стандартной, при этом преобразователь и/или генератор работают автономно. На режимах частотного обратимого пуска двигателя энергоустановки электропитание с возрастающей частотой подают от аккумулятора через преобразователь частоты к генератору. Раскрыто устройство, реализующее способ. Достигаются расширение функциональных возможностей, области применения и повышение эффективности работы энергоустановки. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы силовой энергоустановки путем преобразования внутренней энергии сгорания дизельного топлива в первичном двигателе, механически связанном с электрогенератором, в электрическую энергию стандартной частоты и напряжения, подачи ее потребителям и аккумулирования электрической энергии в батареи конденсаторов при режиме нормального электропотребления, подачи электрической энергии с батареи конденсаторов и аккумуляторной батареи на вход преобразователя частоты и напряжения, преобразования электрической энергии в преобразователе частоты и напряжения и подачи электроэнергии с преобразователя частоты и напряжения потребителям при перегрузках, при остановленном первичном двигателе силовой энергоустановки, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют аккумулирование электрической энергии в аккумуляторной батарее при режиме нормального электропотребления, а также при работе с частичной нагрузкой, при работе с частичной нагрузкой частоту вращения первичного двигателя снижают, при этом одну часть потребителей обеспечивают электроэнергией стандартной частоты от преобразователя, а вторую часть – электроэнергией пониженной частоты от синхронного генератора, на режимах длительных перегрузок производят питание потребителей электроэнергией стандартной частоты одновременно от преобразователя и генератора, включенных на параллельную работу, на режимах малых нагрузок и холостом ходу двигатель останавливают и электропитание потребителей производят от преобразователя, причем при разряде аккумулятора двигатель запускают на период заряда аккумулятора от генератора через преобразователь, на режимах электропитания потребителей, требующих или допускающих переменную частоту тока, обеспечивают электропитание одной части потребителей от генератора в диапазоне частот ниже номинальной и/или второй части потребителей от преобразователя в диапазоне частот как ниже, так и выше стандартной, при этом преобразователь и/или генератор работают автономно, а на режимах частотного обратимого пуска двигателя энергоустановки электропитание с возрастающей частотой подают от аккумулятора через преобразователь частоты к генератору.

2. Энергоустановка, содержащая двигатель внутреннего сгорания, синхронный генератор, который механически связан с двигателем внутреннего сгорания, аккумуляторную батарею, которая электрически связана с двигателем внутреннего сгорания, преобразователь частоты и напряжения, который электрически связан с аккумуляторной батареей, конденсаторную батарею, которая электрически связана с преобразователем частоты и напряжения, потребители электроэнергии, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена блоком управления режимами работы энергоустановки, первым, вторым, третьим коммутационными аппаратами, при этом блок управления режимами работы энергоустановки связан каналами связи с аккумуляторной батареей, двигателем внутреннего сгорания, синхронным генератором, преобразователем частоты и напряжения, первым, вторым и третьем коммутационными аппаратами, потребителями электроэнергии, при этом первый вход потребителей электроэнергии электрически связан с синхронным генератором и с преобразователем частоты и напряжения через первый коммутационный аппарат и через последовательно соединенные третий и второй коммутационные аппараты, а второй вход потребителей электроэнергии электрически связан с синхронным генератором и с преобразователем частоты и напряжения через второй коммутационный аппарат и через последовательно соединенные третий и первый коммутационные аппараты.