Дизель-агрегат

1. Дизель-агрегат, що містить дизель, акумуляторну батарею і механічно з'єднаний з дизелем електричний силовий агрегат, що містить силові електричні генератори змінного струму, який відрізняється тим, що в електричний силовий агрегат додатково вбудований стартер, механічно з'єднаний з валом двигуна. U 1 3 32819 генераторами постійного струму тип у ГП311 - тепловози типу ТЭ10, М62, ТЭМ18 і ін.) [Тепловоз ТЭ10 і його модифікації: [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://members.tripod.com/~ivan1950/DiselTE10.html#TЭ10 (Раздел «Дизель-поезда»)]; - за допомогою спеціалізованої електричної машини постійного струму -стартера, з живленням від акумуляторної батареї (використовується на тепловозах з електропередачею змінно-постійного струму з тяговими синхронними генераторами типу ГС-501 - тепловози 2ТЭ116 V300 і ін.) [Тепловоз 2ТЭ116: [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.mavag.spb.ru/tekst/2te116.htm, (Раздел «Локомотивы российских железных дорог»)]. Загальним недоліком існуючих дизельагрегатів є те, що, незважаючи на досить велику вагу основного пускового уста ткування, пуск дизеля на існуючих тепловозах протікає в дуже тяжких умовах, обумовлених складністю механічної передачі від стартера до колінчатого вала дизеля, а також труднощами оптимізації процесу пуску і заряду акумуляторної батареї. Крім того, при цьому виникають великі сплески струму акумуляторної батареї, що досягають 2000А і зменшують корисну ємність батареї та її термін служби. Системи повітряного і пневмо-стартерного запуску дизеля вимагають додаткового устаткування (компресори, пневмостартери, повітряні балони), мають практично ті ж недоліки, що і попередні системи, і не виключають наявності акумуляторної батареї досить великої ємності. Відсутність на ринку пристроїв безстартерного запуску дизеля унеможливлювало рішення проблеми широкої заміни застарілих генераторів постійного струму синхронними генераторами на тепловозах серій ТЭ10, М62, ТЭМ2 та інших, а також впровадження електропередач переміннопостійного струму (з тяговими синхронними генераторами і випрямляч) на маневрових і промислових тепловозах. На тепловозах з передачею змінно-постійного струму тяговий генератор являє собою синхронну машину змінного струму і, отже, прямо не може бути використаний для повороту колінчатого вала дизеля. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, за технічною суттю, призначенням і результатом, що досягається, є пристрій для пуску двигуна і його використання в автомобілі [Міжнародна публікація WО2006121005 А1 від 2006-1116], до складу якого входить дизель, акумуляторна батарея й механічно з'єднаний з дизелем електричний силовий агрегат, що містить силові електричні генератори, а також конденсаторні накопичувачі енергії і зарядних пристроїв змінного струму. Запуск дизеля в даному пристрої здійснюється за допомогою електричної машини постійного струму. Недоліками цього відомого пристрою є: - прямий пуск електродвигуна постійного струму з ударним додатком максимального пускового моменту (так називаний момент страгування), що приводить до підвищеного зносу механічних 4 частин дизельного двигуна, тому що робота відбувається без мастила. - на тепловозах з електропередачею перемінно-постійного струму для стартерів установлюється додатковий редуктор для передачі обертання від стартера на колінчатий вал дизеля, що значно ускладнює кінематичну систему дизеля і може привести до механічних поломок частин дизеля. Вага стартера разом з редуктором на тепловозах 2ТЭ116 складає приблизно 850кг при потужності стартера рівної 50кВт. При застосуванні бесстартерного запуску дизеля збільшується КПД. системи запуску, зменшується витрата ємності, номінальна ємність, маса й обсяг акумуляторної батареї, знижується пусковий струм. В основу корисної моделі поставлена задача зменшення зносу механічних частин дизельного двигуна, а також задача спрощення кінематичної схеми дизеля. Поставлена задача вирішується тим, що до складу дизель-агрегату входить дизель, акумуляторна батарея й механічно з'єднаний з дизелем електричний силовий агрегат, що містить силові електричні генератори змінного струму. Відповідно до корисної моделі, в електричний силовий агрегат додатково вбудований стартер, механічно зв'язаний з валом двигуна. Як стартер використаний безконтактний багатополюсний асинхронний короткозамкнутий електродвигун. В окремому варіанті виконання корисної моделі до складу пристрою додатково введений пусковий інверторний блок, вихідні ланцюги якого підключені до стартера через пусковий контактор. Можливе виконання корисної моделі, у якому пусковий інверторний блок виконаний на IGВТмодулях з інтелектуальними драйверами. У ще одному варіанті реалізації пристрою стартер виконаний з можливістю живлення від акумуляторної батареї через перетворювач частот, а обмотка безконтактного багатополюсного асинхронного короткозамкнутого електродвигуна виконана багатошарової з укороченими вильотами лобових частин обмоток. Задача зменшення зносу механічних частин дизельного двигуна досягається за рахунок використання в конструкції дизель-агрегату безконтактного багатополюсного асинхронного короткозамкнутого електродвигуна, що забезпечує регульований запуск дизель-агрегату. Це дозволить уникнути надмірних стрибків струму (ударних моментів під час пуску), які несприятливо впливають на роботу акумуляторної батареї. При цьому значення струмів, споживаних від акумуляторної батареї, нижче ніж при запуску від стартера постійного струму і на порядок нижче, ніж при безстартерному запуску. Задача спрощення кінематичної схеми дизеля забезпечується завдяки тому, що при створенні системи інверторного запуску з використанням вбудованого в тяговий агрегат безконтактного багатополюсного асинхронного короткозамкнутого електродвигуна виключається привод розподільного вала, що значно спрощує кінематичну схему дизель-агрегату і підвищує його енергоефектив 5 32819 ність за рахунок зниження витрати палива й мастила. Крім того, додатковим технічним результатом корисної моделі є те, що він дозволяє: - підвищити КПД і знизити масу дизельгенераторної силової установки за рахунок спрощення кінематичної схеми механічної передачі; - знизити витрати палива за рахунок підвищення КПД дизель-генераторної установки; - продовжити термін служби акумуляторних батарей приблизно на 40% за рахунок зм'якшення режимів експлуатації в пускових режимах; - зменшити імовірність механічних ушкоджень дизеля за рахунок реалізації керованого пуску, що виключає ударні моменти під час пуску. На кресленні представлена принципова електрична схема запропонованого пристрою. Дизель-агрегат містить у собі дизель 1 і електричний силовий агрегат 2. В електричний силовий агрегат 2 входять генератори - тяговий синхронний генератор 3, що забезпечує живлення тягових електродвигунів, і допоміжний синхронний генератор 4, використовуваний для живлення власних потреб тепловоза, а також багатополюсний асинхронний електродвигун з короткозамкнутим ротором 5 (далі асинхронний електродвигун 5), який виконує роль стартера дизеля, пусковий інверторний блок 6 і акумуляторну батарею 7. Всі електричні машини, що входять в електричний силовий агрегат 2, мають загальний вал 8, з'єднаний за допомогою муфти з валом дизеля 1. Пристрій працює в такий спосіб. Найкращим способом запуску дизеля 1 є частотний керований запуск від асинхронного електродвигуна 5 за допомогою пускового інверторного блоку 6 (інвентор). Після запуску дизеля 1 інвертор 6 переводиться в режим заряду акумуляторної батареї 7 і живлення допоміжних навантажень. У режимі запуску асинхронний електродвигун 5 дизеля 1 через пусковий контактор 9 підключа Комп’ютерна в ерстка І.Скворцов а 6 ється до вихідних ланцюгів пускового інверторного блоку 6. Інвертор 6 виконаний на IGBT-модулях з інтелектуальними драйверами, що забезпечують внутрішній захист від неприпустимих стр умів [Рогачев К.Д. Силовые биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT): [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/publ/igbt/transistor.htm (Сайт «Рынок микроэлектроники»)]. Керування пусковим інверторним блоком 6 здійснюється мікропроцесорним блоком керування інверторним пуском 10 по сигналу Uy, що формується за сигналами зворотних зв'язків фазних струмів електродвигуна 5 (Іфu, Iфw) і частоти обертання вала 8 дизеля 1 (nд). Алгоритм керування двигуном 5 передбачає квазівекторне керування, з формуванням моменту по куту навантаження електродвигуна 5. При цьому підтримується задане значення струму намагнічування (ФАД=const), а величина моменту регулюється активною складовою струму ста тора двигуна 5. ШИМ-конвертор інвертора 6 формує алгоритм переключення силових ключів, що забезпечує формування синусоїдальних фазних струмів (коефіцієнт синусоїдальності - не менше 0,955 від першої гармонійної фазного струму). Алгоритм пуску дизеля 1 забезпечує пуск протягом 12...15с, при цьому частота обертання стартера 5 і дизеля 1 повинна досягти 200об/хв, після чого дизель 1 запускається, фазний струм знижується, інвертор 6 замикається і відключається пусковий контактор 9. Пусковий момент 7000Н*м забезпечується до швидкості обертання вала 80об/хв. Повторний пуск дизеля відбувається через 5 хвилин. Таким чином, корисна модель, що заявляється, дозволяє зменшити знос механічних частин і спростити кінематичну схему дизельного двигуна. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601