Пристрій запуску дизеля тепловоза

Реферат: Пристрій запуску дизеля тепловоза містить акумуляторну батарею, тяговий генератор, засоби комутації, що виконані з можливістю включення тягового генератора в режим стартерного двигуна, струмообмежуючий опір в ланцюзі підключення тягового генератора до акумуляторної батареї, засоби шунтування струмообмежуючого опору з пристроєм часової затримки. Засоби шунтування струмообмежуючого опору виконані у вигляді силового напівпровідникового вентиля, а пристрій часової затримки виконаний у вигляді RC-ланцюга з можливістю регулювання постійної часу. UA 68611 U (12) UA 68611 U UA 68611 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до тепловозобудування, зокрема до систем електричного запуску дизеля тепловоза від автономного джерела енергії, може бути використана для модернізації діючих тепловозів серій ЧМЭЗ, ТЭМ2 та інших. Широко відомий запуск дизеля тепловоза з використання тягового генератора, як стартерного двигуна, прямим підключенням тягового генератора до акумуляторної батареї. Такий запуск дизеля характеризується великим піковим пусковим струмом і високою швидкістю його наростання. Зазначене викликає велике навантаження на акумуляторну батарею, скорочує її термін служби. Надійність запуску дизеля знижується, особливо при значному напрацюванні акумуляторної батареї, а також в умовах низьких температур. При цьому обов'язковою умовою є використання великогабаритної і дорогої акумуляторної батареї (як правило, лужного типу), розрахованої на великі пускові струми, а не на середнє навантаження від споживачів штатної електричної системи тепловоза. Велике струмове навантаження пускових контакторів скорочує термін їх служби, можливе спікання контактів. Для усунення вказаних явищ використовують різноманітні пристрої, які дозволяють обмежити величину пускового струму і зменшити навантаження акумуляторної батареї. Так, відомий пристрій запуску дизеля тепловоза (журнал "Локомотив" №2 (566), 2004), в якому реалізовано дискретне регулювання напруги акумуляторної батареї. Електрична схема пристрою, додатково до штатних компонентів схеми тепловоза, містить акумуляторну батарею, розділену на дві рівні секції, а також засоби комутації (електромеханічні контактори, керовані відповідними реле струму і напруги), які виконані з можливістю паралельного або послідовного з'єднання секцій акумуляторної батареї в різні періоди процесу запуску дизеля. Пристрій працює наступним чином. В процесі підготовки запуску дизеля засоби комутації з'єднують секції акумуляторної батареї послідовно. Всі електричні ланцюги тепловоза підключаються до номінальної напруги. Починається прокачування масла в системі дизеля. Після закінчення часу, відведеного на прокачування масла, засоби комутації підключають тяговий генератор до акумуляторної батареї, при цьому тяговий генератор виконує функцію стартерного двигуна. При наростанні пускового струму включається струмове реле, що переводить засоби комутації в режим паралельного з'єднання секцій акумуляторної батареї. В результаті розкручування стартерного двигуна (тягового генератора) відбувається при знижених значеннях напруги і струму. З набором оборотів росте проти-ЕРС якоря стартерного двигуна, а його струм зменшується. Одночасно, за рахунок збільшення частоти обертання стартерного двигуна (тягового генератора), росте напруга допоміжного генератора тепловоза, який з'єднаний з тяговим генератором. Реле напруги, що підключене до його якоря, спрацьовує при обертанні, коли струм тягового генератора (стартерного двигуна) знижується до значення, яке відповідає струму тягового генератора в початку запуску. При цьому засоби комутації переводяться в режим послідовного з'єднання секцій акумуляторної батареї. На тяговий генератор, що працює в режимі стартерного двигуна, подається повна напруга. Далі процес запуску дизеля протікає штатно. Загальними ознаками аналога і рішення, що заявляється, є: пристрій запуску дизеля тепловоза, який включає акумуляторну батарею, тяговий генератор, засоби комутації, що виконані з можливістю включення тягового генератора в режим стартерного двигуна, засоби обмеження струму акумуляторної батареї в процесі запуску дизеля. Проблемою практичної реалізації цього пристрою є складність своєчасного перемикання секцій акумуляторної батареї в паралельне з'єднання із-за обмеженої швидкодії електромеханічних компонентів схеми. Пусковий струм наростає від 0 до 100 А за десятки мілісекунд, протягом яких струмове реле і засоби комутації не встигають своєчасно спрацювати з об'єктивних причин (інертність електромеханічних засобів комутації). Контактні групи електромеханічних компонентів схеми в моменти перемикання секцій акумуляторної батареї навантажені великими струмами, що знижує надійність роботи схеми. При паралельному з'єднанні секцій напруга на акумуляторній батареї знижується удвічі, що порушує нормальний режим живлення інших штатних елементів і вузлів електричної схеми тепловоза. Відомий пристрій електростартерного запуску дизеля за патентом Російської Федерації № 2233386, МПК F02N11/08, дата подання заявки 10.10.2002. В основу пристрою поcтавлено принцип регулювання струму збудження незалежної обмотки тягового генератора, який використовується як стартерний двигун. Пристрій містить акумуляторну батарею, стартер-генератор, що виконаний з обмоткою якоря, обмоткою додаткових полюсів, пусковою і незалежною обмотками, блок регулятора напруги і струму збудження незалежної обмотки, широтно-імпульсний перетворювач, вузол зворотного зв'язку, засоби комутації зазначених пристроїв. 1 UA 68611 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Регульоване збудження незалежної обмотки дозволяє додатково підвищити магнітний потік в початковий момент запуску дизеля і обмежити пік струму акумуляторної батареї і швидкість його наростання. Загальними ознаками аналога і рішення, що заявляється, є: пристрій запуску дизеля тепловоза, який включає акумуляторну батарею, тяговий генератор, засоби комутації, що виконані з можливістю включення тягового генератора в режим стартерного двигуна, засоби обмеження струму акумуляторної батареї в процесі запуску дизеля. Складність схеми, значні витрати на її реалізацію, особливо у зв'язку з використанням широтно-імпульсного перетворювача, необхідність істотного втручання в штатну електричну схему тепловоза обмежують можливості модернізації маневрових і магістральних тепловозів, які знаходяться в експлуатації. Відомі пристрої для запуску дизеля тепловоза, загальним для яких є наявність в схемі запуску дизеля тепловоза ємнісного накопичувача енергії, виконаного, наприклад, у вигляді батареї конденсаторів високої ємності [патент РФ на корисну модель № 94522, МПК B60L11/06F02N 11/08, дата подання заявки 08.06.2009, патенти РФ на винаходи № 2042541, МПК B60L1/00 F02N11/08, дата подання заявки 02.03.1992 № 2189324, МПК B60L11/06F02N 11/08F02P3/08, дата подання заявки 30.10.2000]. Ці рішення відрізняються способами комутації і схемами ланцюгів заряду і розряду ємнісного накопичувача енергії. Проте вони мають загальний принцип дії, який полягає в тому, що в початковий момент запуску дизеля тепловоза тяговий генератор, виконуючий функцію стартерного двигуна, живиться від ємнісного накопичувача енергії, а не від акумуляторної батареї. Акумуляторна батарея підключається в ланцюг запуску у момент часу, коли досягнута частота обертання колінчастого валу дизеля, при якій струм, що споживається тяговим генератором в режимі стартера, значно зменшується. Загальними ознаками зазначених рішень, як аналогів, і рішення, що заявляється, є: пристрій запуску дизеля тепловоза, який включає акумуляторну батарею, тяговий генератор, засоби комутації, що виконані з можливістю включення тягового генератора в режим стартерного двигуна, засоби обмеження струму акумуляторної батареї в процесі запуску дизеля. Конденсатори, що використовуються в таких накопичувачах енергії, малочутливі до великих розрядних струмів. Обмеження розрядного струму акумуляторної батареї збільшує її ресурс, підвищує надійність запуску при низьких температурах, дає можливість використання акумуляторної батареї меншої ємності з зниженим допустимим розрядним струмом. Проте, можливості модернізації маневрових і магістральних тепловозів, що знаходяться в експлуатації, за зазначеним принципом обмежені необхідністю істотного втручання в штатну електричну схему тепловоза і високою вартістю ємнісних накопичувачів енергії. Слід також відзначити, що важливим є не тільки зниження пускового струму акумуляторної батареї, але і зменшення пікового крутильного моменту двигуна (тягового генератора в моторному режимі), з метою плавного провертання колінчастого валу дизеля на початку запуску і, відповідно, зниження ударних навантажень на кривошипно-шатунний механізм дизеля, поліпшення умов змащення кінематичних пар дизеля. Використання ємнісних накопичувачів енергії в пристроях запуску дизеля тепловоза цю задачу не вирішує. Основним результатом їх використання є тільки зниження пускового струму акумуляторної батареї. Простим і ефективним рішенням, яке одночасно знижує пусковий струм акумуляторної батареї і знімає ударні навантаження на колінчастий вал дизеля, є введення в електричний ланцюг запуску дизеля струмообмежуючого опору. Таке рішення пристрою запуску дизеля тепловоза (вибрано як прототип) реалізоване на маневровому тепловозі ТЭМ7 ("Тепловоз ТЭМ7" / під редакцією Т.С. Меликджанова. - Москва, "Транспорт", 1989. - C. 137, 138). Пристрій містить струмообмежуючий опір, який включається при запуску дизеля в ланцюг між акумуляторною батареєю і тяговим генератором, що використовується як стартерний двигун. Пристрій також містить електромеханічний контактор, який шунтує струмообмежуючий опір в період часу, що задається електромеханічного реле часу, включеним в ланцюг живлення шунтуючого електромеханічного контактора. Пристрій працює таким чином. На початку запуску дизеля струм від акумуляторної батареї надходить на тяговий генератор, що використовується як стартерний двигун, через додатковий опір, за рахунок якого зрізається пік пускового струму. Одночасно електромеханічне реле часу починає відпрацьовувати встановлену затримку часу, по закінченню якого контактор шунтує струмообмежуючий опір. Частота обертання дизеля збільшується, разом з нею росте протиЕРС обмотки якоря тягового генератора, струм тягового генератора знижується. До моменту закінчення часової затримки струм тягового генератора знижується до величини, що не вимагає 2 UA 68611 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 його обмеження струмообмежуючим опором. Після відробітку встановленої затримки реле часу включає шунтуючий контактор, який шунтує струмообмежуючий опір в ланцюзі живлення тягового генератора, і тяговий генератор далі живиться безпосередньо від акумуляторної батареї. Загальними ознаками прототипу і рішення, що заявляється, є: пристрій запуску дизеля тепловоза, який включає акумуляторну батарею, тяговий генератор, засоби комутації, що виконані з можливістю включення тягового генератора в режимі стартерного двигуна, струмообмежуючий опір в ланцюзі підключення тягового генератора до акумуляторної батареї, засоби шунтування струмообмежуючого опору з пристроєм часової затримки. Експлуатація тепловозів ТЭМ7 показала ефективність застосування описаної системи запуску дизеля тепловоза і доцільність розробки подібних пристроїв для модернізації інших тепловозів, зокрема, основного маневрового тепловоза УЗ ЧМЭЗ. Проте застосування електромеханічних засобів в пристрої запуску дизеля тепловоза (електромеханічний контактор, електромеханічне реле часу) обмежує можливості регулювання системи запуску, не забезпечує стабільність роботи в різних умовах експлуатації, ускладнює пристрій, збільшує його матеріаломісткість. Вказані недоліки є об'єктивним слідством застосування засобів електромеханіки в системах управління двигунами. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення пристрою запуску дизеля тепловоза, в якому за рахунок конструктивних особливостей забезпечується спрощення пристрою, зниження матеріаломісткості, розширення можливостей його регулювання і підвищення стабільності роботи в різних умовах експлуатації. Поставлене задача вирішується тим, що в пристрої запуску дизеля тепловоза, який включає акумуляторну батарею, тяговий генератор, засоби комутації, що виконані з можливістю перемикання тягового генератора в режим стартерного двигуна, струмообмежуючий опір в ланцюзі підключення тягового генератора до акумуляторної батареї, засоби шунтування струмообмежуючого опору з пристроєм часової затримки, відповідно з корисною моделлю, засоби шунтування струмообмежуючого опору виконані у вигляді, силового напівпровідникового вентиля, а пристрій часової затримки виконаний у вигляді RC-ланцюга з можливістю регулювання постійної часу. Зазначені ознаки є істотними ознаками корисної моделі. Доцільно як силовий напівпровідниковий вентиль використати тиристор, а пристрій часової затримки виконати з можливістю регулювання величини опору RC-ланцюга. Істотні ознаки корисної моделі знаходяться в причинно-наслідковому зв'язку з результатом, що досягається. Так, відмітні ознаки корисної моделі (засоби шунтування струмообмежуючого опору виконані у вигляді силового напівпровідникового вентиля, а пристрій часової затримки виконаний у вигляді RC-ланцюга з можливістю регулювання постійної часу) в сукупності з істотними ознаками, загальними з прототипом, забезпечують спрощення пристрою, зниження матеріаломісткості, розширення можливостей його регулювання і підвищення стабільності роботи в різних умовах експлуатації. Це є наслідком застосування електронних засобів для шунтування струмообмежуючого опору замість електромеханічних засобів, використаних в прототипі. Для пристрою характерні простота і компактність. Реалізація пристрою вимагає мінімальних витрат, оскільки в ньому використані дешеві і доступні елементи, широко використовувані і перевірені на практиці. Пристрій шунтування не має рухомих деталей, контактних груп, що забезпечує надійність роботи в широкому діапазоні температур, вологості, вібрацій. Постійна часу RC-ланцюга може регулюватися в широкому діапазоні за рахунок вибору параметрів опору і ємності RC-ланцюга. Плавність регулювання часової затримки досягається застосуванням змінного опору в RCланцюзі. Все, вище зазначене, дозволяє здійснити модернізацію існуючого парку тепловозів з мінімальним втручанням в штатну схему і мінімальними витратами. Нижче приводиться опис пристрою запуску дизеля тепловоза, що заявляється, з посиланнями на креслення, на якому показана принципова схема пристрою. Пристрій запуску дизеля тепловоза містить акумуляторну батарею 1, тяговий генератор 2, засоби комутації 3, що виконані з можливістю включення тягового генератора 2 в режим стартерного двигуна, струмообмежуючий опір 4 в ланцюзі підключення тягового генератора 2 до акумуляторної батареї 1, засоби шунтування 5 струмообмежуючого опору 4 з пристроєм часової затримки. Засоби шунтування 5 струмообмежуючого опору 4 виконані у вигляді силового напівпровідникового вентиля 6 (наприклад тиристора), а пристрій часової затримки виконаний у 3 UA 68611 U 5 10 15 20 вигляді RC-ланцюга (змінний опір 7, конденсатор 8), який сполучений через пороговий елемент 9 (наприклад динистор) з керуючим електродом силового напівпровідникового вентиля 6. Можливість регулювання часу затримки забезпечується управлінням постійної часу RCланцюга за рахунок зміни величини опору 7, який виконаний перемінним. Слід зазначити, що замість тиристора як силовий напівпровідниковий вентиль 6 може бути використаний транзисторний ключ, виконаний по широко відомих схемах. Пристрій працює наступним чином. Тяговий генератор 2 засобами комутації З включають в режим стартерного двигуна. На початку процесу запуску дизеля тепловоза струм від акумуляторної батареї 1 поступає до тягового генератора 2 через опір 4, який обмежує пік пускового струму. Одночасно включається в роботу пристрій часової затримки. В результаті перепаду напруги на струмообмежуючому опорі 4 відбувається заряд конденсатора 8 через змінний опір 7 до заданої порогової напруги. Час заряду конденсатора (встановлений інтервал часової затримки) залежить від величини опору 7 і ємності конденсатора 8. При досяганні порогової напруги на конденсаторі 8 спрацьовує пороговий елемент 9. Сигнал подається на керуючий електрод силового напівпровідникового вентиля, який відкривається і шунтує струмообмежуючий опір 4 в ланцюзі підключення тягового генератора 2 до акумуляторної батареї 1 (тобто виключає струмообмежуючий опір 4 з зазначеного ланцюга). Акумуляторна батарея 1 з'єднується безпосередньо з тяговим генератором 2 через силовий напівпровідниковий вентиль 6. Далі процес запуску дизеля протікає штатно. Пристрій запуску дизеля тепловоза, що заявляється, дозволяє модернізувати діючий парк маневрових і магістральних тепловозів з мінімальними витратами без істотного втручання в штатну електричну схему тепловоза. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 1. Пристрій запуску дизеля тепловоза, що містить акумуляторну батарею, тяговий генератор, засоби комутації, що виконані з можливістю включення тягового генератора в режим стартерного двигуна, струмообмежуючий опір в ланцюзі підключення тягового генератора до акумуляторної батареї, засоби шунтування струмообмежуючого опору з пристроєм часової затримки, який відрізняється тим, що засоби шунтування струмообмежуючого опору виконані у вигляді силового напівпровідникового вентиля, а пристрій часової затримки виконаний у вигляді RC-ланцюга з можливістю регулювання постійної часу. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що як силовий напівпровідниковий вентиль використано тиристор, а пристрій часової затримки виконаний з можливістю регулювання величини опору RC-ланцюга. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4