Силовая установка транспортного средства Советский патент 1986 года по МПК F02B37/12 B60K41/18 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к силовым установкам транспортных средств.

Целью изобретения является повышение экономичности силовой установки путем обеспечения возможности использования кинематической энергии торможения транспортного средства.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема подключения тяговых электродвигателей к электродвигателю привода маховика; на фиг. 2 - вариант схемы для транспортного средства (тепловоза) с передачей постоянного тока н тяговыми электродвигателями сериесного возбуждения; на фиг. 3 - то же, смешанного или независимого возбуждения; на фиг. 4 - вариант схемы для тепловоза с передачей переменно-постоянного тока и с тяговыми электродвигателями сериесного возбуждения; на фиг. 5 - вариант включения асинхронного электродвигателя вспомогательного нагнетателя в силовую цепь теп- ловозов через статический преобразователь частоты (узел I на фиг. 2); на фиг. 6 - вариант исполнения схемы в случае выполнения вспомогательного нагнетателя винтовым (узел II на фиг. 3).

Тяговые электродвигатели 1 подключены к электрогенератору 2, соединенному с двигателем 3 внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания оснащен свободным турбокомпрессором 4 наддува, компрессор 5 которого обеспечивает воздухоснабжение двигателя. Охлаждение наддувочного воздуха осуществляется в охладителе 6. Вспомогательная система подачи воздуха содержит вспомогательный нагнетатель 7 с приводом от. маховика 8, с которым связан электродвигатель 9 привода маховика. Вспомо- гательный нагнетатель 7 подключен параллельно основному компрессору 5 и выполнен с органом перекрытия впускного отверстия - поворотной заслонкой 10. При обычном режиме работы двигателя внутреннего сгорания заслонка 10 закрыта и маховик вращает нагнетатель 7 вхолостую, расходуя энергию лишь на потери в подшипниках, турбулиза- цию потока в нагнетателе и вентиляционные потери в самом маховике. Для снижения потерь на турбулизацию потока в нагнетате- ле 7 при отключенной (от двигателя) системе подачи воздуха в выпускном отверстии нагнетателя также установлен орган перекрытия - дополнительная заслонка 11.

Выключатель 12 служит для подключения электродвигателя вспомогательного наг- нетателя к силовой цепи тяговых электродвигателей. Система дополнительного воз- духоснабжения оснащена датчиком 13 частоты вращения маховика.

Согласно фиг. 2 к электрогенератору 2 через силовые контакторы 14 подключены тяговые электродвигатели 1, имеющие сериес- ные обмотки 15 возбуждения. Силовая цепь

0

о 5

0

0

снабжена тормозными резисторами 16 и тормозным переключателем 17. Электродвигатель 9 подключен к части одного из тор- можных резисторов 16. Электродвигатель 18 вентилятора тормозных резисторов подключен к части другого тормозного резистора 16.

В тяговых электродвигателях 1, подключенных к генератору 2 по схеме фиг. 3, кроме обмоток 15 последовательного возбуж дения предусматриваются обмотки 19 независимого возбуждения, питаемые от отдельного возбудителя 20. Силовая цепь также снабжена тормозными резисторами 16 н тормозным переключателем 17. Электродвигатель 9 привода маховика подключен к части одного из тормозных резисторов 16. Электродвигатель 18 вентилятора тормозных резисторов подключен к части другого тормозного резистора 16 аналогично схеме на фиг. 2.

Схема подключения электродвигателя 9 по фиг. 4 не отличается от ранее описанных по фиг. 2 и 3.

Согласно фиг. 4 тяговые электродвигатели 1 присоединены к синхронному электрогенератору 21 через выпрямительную установку 22 со стороны постоянного тока через силовые контакторы 14. Тяговые электродвигатели 1 имеют сериесные обмотки 15 возбуждения. Силовая цепь снабжена тормозными резисторами 16, тормозным переключателем 17, двумя мотор-вентиляторами 18 с электродвигателями, используемыми для охлаждения тормозных резисторов.

Электродвигатель 9 привода маховика подсоединен параллельно электродвигателям 18. Перевод схемы из тягового режима в тормозной осуществляется тормозным переключателем 17.

Так как цепь обмоток возбуждения имеет малое сопротивление, то для устойчивой работы генератора включены балластные резисторы 23.

На фиг. 5 показан вариант исполнения привода маховика в виде высокочастотного асинхронного двигателя 24 с питанием через статический преобразователь 25 частоты

Применение высокочастотного асинхронного двигателя позволяет выполнить непосредственное соединение электродвигателя с маховиком без применения повышающей передачи.

В связи с отсутствием разобщительных муфт в системе привода вспомогательного нагнетателя и резкого изменения частоты его вращения устройство по фиг. 5 позволяет применить винтовые нагнетатели (объемного типа), имеющие большие моменты инерции вращающихся роторов и сравнительно высокую частоту вращения.

На фиг. 6 показан вариант исполнения системы дополнительного воздухоснабжения с винтовым нагнетателем 26 и электродвигателем постоянного тока.

Привод винтового нагнетателя также может осуществляться высокочастотным асинхронным двигателем с питанием через статический преобразователь частоты аналогично приводу, показанному на фиг. 5.

Установка работает следующим образом.

В случае торможения транспортного средства по фиг. 1 тяговые электродвигатели переводят в режим генератора и выключаменным. Силу торможения изменяют посредством изменення возбуждения возбудителя или частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания.

В других аналогичных схемах каждый электродвигатель включают на отдельный тормозиой резистор.

Чтобы уменьщнть размеры и вес тормозных резисторов, применяется интеиснвная их вентиляция. Электродвигатель вентилятотелем 12 подключают к зажимам электродви- Ю ра 18 питают от части тормозного резистора

гателя 9, при этом электродвигатель 9 раскручивает маховик 8 и происходит накопление кинетической энергии маховиком.

На переходных режимах двигателя, таких как трогание с места и разгон, заслонки 10 и 11 открывают и нагнетатель 7 подает воздух в двигатель за счет использования кинетической энергии маховика, накопленной в периоды торможения.

На разгон маховика может быть использована только часть энергии торможения транспортного средства, поэтому осуществляемый способ воздухоснабжёния целесообразно использовать совместно с при- меиением электрического тормоза.

Возможно торможение тяговыми двигателями с помощью тормозных резисторов (реостатное торможение) или торможение путем передачи тормозиой мощности первичному двигателю транспортного средства, пр иводящему во вращение электрогенератор (рекуперативное торможение).

При рекуперативном торможении транспортного средства с дизелем основная часть энергии от тяговых электродвигателей, обращенных в генераторы, передается генератору, обращенному в двигатель, вращающий дизель. При этом тормозная мощность используется для компенсации потерь в дизель-генераторе и для привода вспомогательных механизмов (в том числе и нагнетателя системы дополнительного воздухо- снабжения), что позволяет уменьшить расход топлива. Рекуперативное торможение может быть реализовано на транспортном средстве с передачей постоянного тока.

При реостатном торможении вырабатываемая тяговыми электродвигателями энергия поглощается в тормозных резисторах и рассеивается в виде тепла, а частично используется для привода вентиляторной установки тормозных резисторов и других вспомогательных механизмов.

При торможении транспортного средства по фиг. 2 тяговые электродвигатели 1 отключают от генератора 2 и соединяют попарно последовательно с тормозными резисторами 16. Обмотки возбуждеиия соединяют последовательно и питают от главного генератора.

Переключение осуществляют тормозным переключателем 17. Тормозное сопротивление при торможении обычно остается неиз

15

20

25

30

35

40

45

50

55

16, используя при этом тормозную мощность. Кроме того, с увеличением мощности, рассеиваемой сопротивлениями, растет производительность вентнлятора.

При торможении электродвигатель 9 питают от части тормозного резистора 16 аналогично электродвигателю вентилятора, при этом также с увеличением мощности, рассеиваемой сопротивлениями, растет мощность на привод маховика.

Согласно фиг. 3 генератор 2 остается включенным в цепь тяговых электродвигателей 1 при тормозном режиме. В силовой цепи не требуется переключения для присоединения обмоток возбуждения. Тормозные резисторы 16 при тяговом режиме замкнуты контакторами тормозного переключателя 17, которые в тормозном режиме разомкнуты.

Если электродвигатели имеют обмотки последовательного возбуждения, их целесообразно реверсировать, что может быть осуществлено реверсором.

При больших скоростях генератор 2 работает в режиме электродвигателя, компенсируя механические потери в двигателе внут реннего сгорания, при этом расход топлива при торможении существеино снижается и при некоторых режимах может быть доведен до нуля.

При меньших скоростях генератор переводится в генераторный режим. ЭДС генератора складывается из ЭДС тяговых электродвигателей, вследствие чего возможно реализовать при снижении скорости мак- симальиую силу торможения. На тепловозах, имеющих передачу переменно-постоянного тока, также применяется реостатное торможение.

При торможении к тяговому синхронному генератору 21 через выпрямительную установку 22 со стороны постоянного тока подсоединяют обмотки 15 возбуждения тяговых электродвигателей 1. Якорь каждого электродвигателя 1 включают на отдельный тормозной резнстор 16.

Питание обмотки возбуждения тягового генератора как в тяговом режиме, так и в режиме торможения происходит от синхронного возбудителя через управляемый выпрямитель. Это дает возможность при торможении плавно регулировать возбуждение тяговых электродвигателей в требуемых предеменным. Силу торможения изменяют посредством изменення возбуждения возбудителя или частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания.

В других аналогичных схемах каждый электродвигатель включают на отдельный тормозиой резистор.

Чтобы уменьщнть размеры и вес тормозных резисторов, применяется интеиснвная их вентиляция. Электродвигатель вентилятора 18 питают от части тормозного резистора

5

0

5

0

5

0

5

0

5

16, используя при этом тормозную мощность. Кроме того, с увеличением мощности, рассеиваемой сопротивлениями, растет производительность вентнлятора.

При торможении электродвигатель 9 питают от части тормозного резистора 16 аналогично электродвигателю вентилятора, при этом также с увеличением мощности, рассеиваемой сопротивлениями, растет мощность на привод маховика.

Согласно фиг. 3 генератор 2 остается включенным в цепь тяговых электродвигателей 1 при тормозном режиме. В силовой цепи не требуется переключения для присоединения обмоток возбуждения. Тормозные резисторы 16 при тяговом режиме замкнуты контакторами тормозного переключателя 17, которые в тормозном режиме разомкнуты.

Если электродвигатели имеют обмотки последовательного возбуждения, их целесообразно реверсировать, что может быть осуществлено реверсором.

При больших скоростях генератор 2 работает в режиме электродвигателя, компенсируя механические потери в двигателе внутреннего сгорания, при этом расход топлива при торможении существеино снижается и при некоторых режимах может быть доведен до нуля.

При меньших скоростях генератор переводится в генераторный режим. ЭДС генератора складывается из ЭДС тяговых электродвигателей, вследствие чего возможно реализовать при снижении скорости мак- симальиую силу торможения. На тепловозах, имеющих передачу переменно-постоянного тока, также применяется реостатное торможение.

При торможении к тяговому синхронному генератору 21 через выпрямительную установку 22 со стороны постоянного тока подсоединяют обмотки 15 возбуждения тяговых электродвигателей 1. Якорь каждого электродвигателя 1 включают на отдельный тормозной резнстор 16.

Питание обмотки возбуждения тягового генератора как в тяговом режиме, так и в режиме торможения происходит от синхронного возбудителя через управляемый выпрямитель. Это дает возможность при торможении плавно регулировать возбуждение тяговых электродвигателей в требуемых преде

лах (на фиг. 4 синхронный возбудитель и управляемый выпрямитель не показаны).

Система дополнительного воздухоснаб- жения может быть снабжена устройством подключения электродвигателя привода маховика к силовой цепи тепловоза для обеспечения первоначальной раскрутки маховика после запуска двигателя 3 и перед началом работы транспортного средства.

Как показано на фиг. 2, 3 и 4, при наличии электрического тормоза подключение электродвигателя привода маховика к силовой цепи не требует дополнительного оборудования и изменений в энергетической цепи тепловоза.

Система дополнительного воздухоснаб- жения (по типу вспомогательного нагнетателя и схеме его подключения к системе воздухоснабжения дизеля) может иметь некоторые варианты. Так, вспомогательный нагнетатель центробежного типа может быть подключен в систему воздухоснабжения двигателя параллельно или последовательно с основным. Маховик может быть выпонен в виде ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой типа беличьей клетки, а катушки обмотки статора смонтированы на кожухе маховика.

Выполнение устройств по данному способу воздухоснабжения не требует разобщительных муфт, которые являются наиболее слабым звеном в системе привода.

Отсутствие разобщительных муфт в сие- теме привода, резких сбросов или резкого увеличения частоты вращения позволяет применить винтовые нагнетатели (объемного типа), имеющие больщие моменты инерции вращающихся роторов. Применение винтовых нагнетателей дает широкие возможности по применению различных схем подачи дополнительного воздуха. Подача воздуха при этом может осуществляться на лопатки центробежного компрессора турбоагрегата или в цилиндры двигателя перед началом сжатия.

Воздухоснабжение двигателя внутреннего сгорания предлагаемой силовой установки транспортного средства обеспечивает подачу дополнительного количества воздуха в периоды резкого увеличения нагрузки, что приводит к непосредственному увеличению коэффициента избытка воздуха в цилиндрах двигателя, а следовательно, обеспечи вает высокую экономичность переходных процессов.

Привод дополнительного нагнетателя, реализуемый в предлагаемой установке, не требует отбора мощности от вала двигателя, а обеспечивается за счет использования аккумулированной в периоды торможения кинетической энергии транспортного средства, что дополнительно повышает КПД и эффективность транспортного средства.

Формула изобретения

1.Силовая установка транспортного средства, содержащая двигатель внутреннего сгорания, связанный с ним электрогенератор, подключенные к последнему при помощи силовой цепи тяговые электродвигатели, турбокомпрессор наддува, подключенный к впускному трубопроводу двигателя, вспомогательный нагнетатель наддува с приводом от маховика и электродвигатель привода маховика, отличающаяся тем, что, с целью повыщения экономичности путем обес- печеиия возможности использования кинетической энергии торможения, тяговые электродвигатели выполнены в виде обратимых электрических машин, и установка снабжена схемой подключения последних к электродвигателю привода маховика при работе тяговых электродвигателей в режиме электрогеиератор а.

2.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что силовая цепь снабжена тормозными резисторами, тормозным переключателем и схе. мой их соединения с тяговыми электродвигателями, причем схема подключения тяговых электродвигателей к электродвигателю привода маховика выполнена заодно со схемой соединения тормозных резисторов и тормозиого переключателя с тяговыми электродвигателями с возможностью подключения электродвигателя привода маховика к части по меньшей мере одного из тормозных резисторов.

3.Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что она снабжена статическим преобразователем частоты, причем электродвигатель привода маховика-выполнен асинхронным и статический преобразователь частоты включен в схему подключения тяговых электродвигателей к электродвигателю привода маховика.

4.Установка по пп. 1-3, отличающаяся тем, что вспомогательный нагнетатель выполнен с органами перекрытия впускного и выпускного отверстий.

-hxHJм

13 Н

tn11:

/«

/«

O J

jij- T-ajLi

16

U

15

Li

17

,JLH-

UJL

Л5

JL

/7

/7

7d

Изобретение относится к силовым установкам транспортных средств. Цель изобретения - повышение экономичности установки путем использования кинетической энергии торможения транспортного средства. Силовая цепь связывает тяговые электродвигатели 1 с электрогенератором 2, который приводится во вращение двигателем 3 внутреннего сгорания. Двигатель 3 оснащен свободным турбокомпрессором наддува с турбиной 4 и компрессором 5. Вспомогательный нагнетатель 7 подключен параллельно основному компрессору 5 и выполнен с приводом от маховика 8. В режиме торможения транспортного средства тяговые электродвигатели 1 переводят в генераторный режим, выключателем 12 подключают к зажимам электродвигателя 9 и раскручивают маховик, а после торможения вновь подключают к электрогенератору 2. На переходных режимах, таких как тоогание с места и разгон, открывают заслонки 10 и 11 и вращаемый маховиком 8 вспомогательный нагнетатель 7 обеспечивает дополнительную подачу воздуха в систему воздухоснабжения двигателя. 3 з.п. ф-лы, 6 ил. (Л Од о сд 4 Од Фиг. 1

20

Фиг.З

f

(PU8. 5

I

Фиг. б

Составитель М. Фаин

Редактор И. РыбченкоТехред И. ВересКорректор И. Эрдейи

Заказ 5204/29Тираж 523Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытнй

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4