Система электродвижения автономного объекта

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Система электродвижения автономного объекта содержит последовательно соединенные ДВС переменной частоты вращения, генератор переменного тока, преобразователь частоты, датчик тока и тяговый электродвигатель переменного тока. При этом к ДВС подключен блок формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС. Блок вычисления мощности нагрузки подключен к датчику тока. Выход блока вычисления мощности нагрузки соединен с блоком формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС. Также к выходу генератора переменного тока подключены последовательно соединенные преобразователь частоты и датчик тока. Выход датчика тока соединен с блоком вычисления мощности нагрузки. При этом между входами и выходами преобразователей частоты включены контакторы, соединенные с блоком системы управления контакторами, который также соединен с выходом блока вычисления мощности нагрузки и с входом блока формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС. Техническим результатом изобретения является снижение установленной мощности преобразователей частоты системы электродвижения автономного объекта. 1 ил.

 

Изобретение относится к системам электродвижения переменного тока автономных объектов на базе двигателей внутреннего сгорания (ДВС) (дизельных, бензиновых или газовых) и генераторов переменного тока (синхронных или асинхронных), и предназначено для питания тягового (гребного) электродвигателя переменного тока (синхронного или асинхронного), работающего с переменной частотой вращения, а также для обеспечения потребителей бортовой сети автономного объекта электроэнергией со стабилизированными параметрами частоты и амплитуды переменного напряжения, или стабилизированным постоянным напряжением, и может быть использовано в автомобилестроении, локомотивостроении, судостроении.

Известна система электродвижения автономного объекта, содержащая синхронный генератор с несколькими m-фазными обмотками статора, приводимый во вращение первичным двигателем (ДВС), и асинхронные двигатели, подключенные к генератору (авторское свидетельство СССР № 691320, кл. В 60 L 11/08, 1976). Недостатком данной системы является ступенчатое регулирование частоты вращения асинхронных двигателей и низкий КПД (высокое потребление топлива) вследствие того, что первичный двигатель (ДВС) при разных нагрузках работает с постоянной частотой вращения.

Также известна система электродвижения автономного объекта (Патент РФ № 2093378. МПК B60L 11/08, 1995), содержащая генератор переменного тока, ротор которого, несущий обмотку возбуждения, кинематически связан с первичным двигателем
(ДВС), трехфазный электродвигатель переменного тока, статорные обмотки которого подключены через преобразователь частоты к статорным обмоткам генератора переменного тока. Данное устройство позволяет плавно регулировать частоту вращения электродвигателя. Недостатком устройства является низкий КПД (высокое потребление топлива) вследствие того, что ДВС при разных нагрузках работает с постоянной частотой вращения.

Наиболее близким по техническому решению является система электродвижения автономного объекта (Патент РФ на изобретение № № 2436691, опубл. бюл. № 35, 2011 г.), содержащая последовательно соединенные ДВС переменной частоты вращения с подключенным к нему блоком формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, генератор переменного тока, преобразователь частоты, датчик тока, к которому подключен блок вычисления мощности нагрузки, выход которого соединен с блоком формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, тяговый электродвигатель переменного тока; к выходу генератора переменного тока подключены последовательно соединенные преобразователь частоты, датчик тока, выход которого соединен с блоком вычисления мощности нагрузки.

Недостатком устройства является то, что во всем диапазоне мощностей нагрузки - от нуля до номинального значения - электроэнергия, вырабатываемая генератором переменного тока, преобразуется с помощью преобразователей частоты. Известно, что существенная экономия топлива автономной электростанции переменного тока на основе ДВС переменной частоты вращения достигается при мощности нагрузки меньшей некоторого значения, которое зависит от типа ДВС и примерно равно половине от номинального значения [Хватов О.С., Дарьенков А.Б., Самоявчев И.С. Топливная экономичность единой электростанции автономного объекта на базе двигателя внутреннего сгорания переменной скорости вращения. Сборник научных статей «Эксплуатация морского транспорта», № 1/2013, ГМА им. адмирала С.О. Макарова, С.-Петербург, 2013. – с.61-66]. Поэтому, если нагрузка электростанции превышает это значение, целесообразно переводить ДВС в режим работы с постоянной (номинальной) частотой вращения и шунтировать преобразователи частоты с помощью контакторов.

Техническим результатом изобретения является снижение установленной мощности преобразователей частоты системы электродвижения автономного объекта.

Этот технический результат достигается тем, что в системе электродвижения автономного объекта, содержащей последовательно соединенные ДВС переменной частоты вращения с подключенным к нему блоком формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, генератор переменного тока, преобразователь частоты, датчик тока, к которому подключен блок вычисления мощности нагрузки, выход которого соединен с блоком формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, тяговый электродвигатель переменного тока; к выходу генератора переменного тока подключены последовательно соединенные преобразователь частоты, датчик тока, выход которого соединен с блоком вычисления мощности нагрузки, между входами и выходами преобразователей частоты включены контакторы, соединенные с блоком системы управления контакторами, которая также соединена с выходом блока вычисления мощности нагрузки и с входом блока формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС.

Подключение между входами и выходами преобразователей частоты контакторов, соединенных с блоком системы управления контакторами, которая также соединена с выходом блока вычисления мощности нагрузки и с входом блока формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как позволяет существенно снизить установленную мощность преобразователей частоты. Следовательно, снижается установленная мощность оборудования системы электродвижения автономного объекта в целом.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показана функциональная схема устройства.

Система электродвижения автономного объекта содержит последовательно соединенные ДВС 1 переменной частоты вращения, генератор 2 переменного тока, преобразователь частоты 3, датчик тока 4, тяговый (гребной) электродвигатель 5 переменного тока, гребной винт (колесо или колесную пару) 6; к выходу генератора 2 переменного тока также подключены последовательно соединенные преобразователь частоты 7, датчик тока 8, выходные выводы 9. К входу ДВС 1 подключен блок 10 формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС 1, содержащий датчик 11 частоты вращения вала ДВС 1, сумматор сигналов 12, регулятор 13 частоты вращения вала ДВС 1, блок 14 задания экономичной частоты вращения вала ДВС 1, к входу которого подключен блок 15 вычисления мощности нагрузки, соединенный с выходами датчиков тока 4,8 и датчиков напряжения 16,17 на выходе преобразователей частоты 3,7. К входам преобразователей частоты 3,7 подключены блоки 18,19 стабилизации амплитуды напряжения. Блок 18 стабилизации амплитуды напряжения, состоящий из регулятора напряжения 20, сумматора сигналов 21 и задатчика 22 амплитуды напряжения, соединен с выходом датчика напряжения 16 и выходом задатчика 23 частоты вращения электродвигателя 5, входящего в состав блока 24 стабилизации частоты вращения электродвигателя 5, в состав которого также входят регулятор 25 частоты вращения электродвигателя 5 и сумматор сигналов 26. На вход блока 24 стабилизации частоты вращения поступает сигнал с датчика частоты вращения 27 гребного (тягового) электродвигателя 5 переменного тока. Выход регулятора частоты вращения 25 подключен к входу преобразователя частоты 3. Блок 19 стабилизации амплитуды напряжения состоит из задатчика 28 амплитуды напряжения, сумматора сигналов 29 и регулятора напряжения 30. Вход блока 19 стабилизации напряжения подключен к выходу датчика напряжения 17. Выход задатчика 31 частоты выходного напряжения соединен с преобразователем частоты 7.

Контактор 32 включен между входом и выходом преобразователя частоты 3, а контактор 33 – между входом и выходом преобразователя частоты 7. Контакторы 32 и 33 соединены с системой управления контакторами 34, которая также соединена с блоком 15 вычисления мощности нагрузки и блоком 14 задания экономичной частоты вращения вала ДВС, входящим в состав блока 10 формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС.

Устройство работает следующим образом.

Блок 10 формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС 1 получает сигнал с блока вычисления мощности нагрузки 15, который соединен с выходами датчиков тока 4,8 и датчиков напряжения 16,17 на выходе преобразователей частоты 3,7. В зависимости от значения мощности нагрузки блок 14 задания экономичной частоты вращения вала ДВС 1, в программу работы которого заложены оптимальные зависимости частоты вращения вала ДВС 1 от мощности нагрузки, соответствующие минимальному расходу топлива, задает оптимальную частоту вращения вала ДВС 1. С помощью сумматора сигналов 12 вычисляется разность сигнала задания оптимальной частоты вращения вала ДВС 1 от блока 14 и сигнала датчика 11 частоты вращения вала ДВС 1. Сигнал от сумматора 12 поступает на вход регулятора 13 частоты вращения вала ДВС 1, который поддерживает частоту вращения вала ДВС 1 на уровне, заданном блоком 14. Таким образом, при изменении мощности нагрузки на выходных выводах 9, и при изменении частоты вращения гребного винта (колеса или колесной пары) 6, а, следовательно, и мощности, потребляемой тяговым (гребным) электродвигателем 5, частота вращения вала ДВС 1 будет поддерживаться оптимальной с точки зрения минимального потребления топлива.

Поскольку частота вращения вала ДВС 1 будет изменяться в зависимости от частоты вращения гребного винта (колеса или колесной пары) 6 и мощности нагрузки на выходных выводах 9, то амплитуда и частота напряжения генератора переменного тока 2 будут также изменяться.

Для вращения гребного винта (колеса или колесной пары) 6 с требуемой частотой вращения необходимо поддерживать на определенном уровне частоту и амплитуду выходного синусоидального напряжения преобразователя частоты 3, питающего электродвигатель 5.

Стабилизация амплитуды и частоты переменного напряжения на входе электродвигателя 5 в зависимости от заданной частоты его вращения осуществляется следующим образом. Преобразователь частоты 3, питающий электродвигатель 5, преобразует выходное напряжение генератора 2 переменной амплитуды и частоты в переменное напряжение заданной амплитуды и частоты. На вход преобразователя частоты 3, питающего электродвигатель 5, поступает сигнал от блока 18 стабилизации напряжения, в состав которого входит сумматор сигналов 21, с помощью которого вычисляется разность сигналов от задатчика 22 амплитуды напряжения и датчика напряжения 16, установленного на выходе преобразователя частоты 3. Сигнал от сумматора 21 поступает на вход регулятора напряжения 20, который поддерживает на выходе преобразователя частоты 3 амплитуду переменного напряжения на уровне, задаваемом задатчиком 22 амплитуды напряжения, который вычисляет задание на амплитуду выходного напряжения преобразователя частоты 3 в зависимости от сигнала, поступающего на его вход с задатчика 23 частоты вращения электродвигателя 5.

На вход преобразователя частоты 3 поступает сигнал от блока 24 стабилизации частоты вращения электродвигателя 5, в состав которого входит сумматор сигналов 26, вычисляющий разность сигналов от задатчика 23 частоты вращения электродвигателя 5 и датчика частоты вращения 27 электродвигателя 5. Сигнал от сумматора 26 поступает на вход регулятора 25 частоты вращения, который поддерживает на выходе преобразователя частоты 3 частоту переменного напряжения на уровне, задаваемом задатчиком 23 частоты вращения электродвигателя 5.

Стабилизация амплитуды и частоты напряжения на выходных выводах 9, к которым подключаются потребители бортовой сети автономного объекта, на заданном уровне осуществляется следующим образом. Преобразователь частоты 7 преобразует выходное напряжение генератора 2 переменного тока в переменное напряжение с заданными параметрами амплитуды и частоты, либо в постоянное напряжение заданного уровня. На вход преобразователя частоты 7 поступает сигнал от блока 19 стабилизации амплитуды напряжения, в состав которого входит сумматор сигналов 29, с помощью которого вычисляется разность сигналов от задатчика 28 амплитуды напряжения и датчика напряжения 17 на выходе преобразователя частоты 7. Сигнал от сумматора 29 поступает на вход регулятора напряжения 30, который поддерживает на выходных выводах 9 амплитуду переменного напряжения или значение постоянного напряжения на уровне, задаваемом задатчиком 28 амплитуды напряжения.

Частота выходного напряжения на выходных выводах 9 при изменении частоты вращения вала ДВС 1 поддерживается неизменной с помощью преобразователя частоты 7 на уровне, задаваемом блоком 31 задатчика частоты выходного напряжения. В частном случае, частота напряжения на выходных выводах 9 может быть равна нулю. При этом на выходных выводах 9 формируется постоянное напряжение, значение которого стабилизируется на уровне, определяемом задатчиком 28 амплитуды напряжения.

В режиме работы системы электродвижения автономного объекта с переменной частотой вращения вала ДВС контакторы 32 и 33 разомкнуты.

Система электродвижения автономного объекта в режиме с постоянной (номинальной) частотой вращения вала ДВС работает следующим образом.

Если мощность нагрузки превышает заданное значение, система 34 управления контакторами 32 и 33, вход которой соединен с выходом блока 15 вычисления мощности нагрузки, формирует управляющие сигналы, в соответствии с которыми контакторы 32 и 33 замыкаются и тем самым шунтируют преобразователи частоты 3 и 7.

Управляющий сигнал с выхода системы 34 управления контакторами поступает также на вход блока 14 задания экономичной частоты вращения вала ДВС 1, который формирует на входе сумматора сигналов 12 номинальное значение частоты вращения вала ДВС 1.

Таким образом, ДВС 1 при мощности нагрузки, превышающей заданное в системе управления контакторами 34 значение, работает с постоянной (номинальной) частотой вращения.

По данным научно-технической и патентной литературы автору не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Система электродвижения автономного объекта, содержащая последовательно соединенные ДВС переменной частоты вращения с подключенным к нему блоком формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, генератор переменного тока, преобразователь частоты, датчик тока, к которому подключен блок вычисления мощности нагрузки, выход которого соединен с блоком формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, тяговый электродвигатель переменного тока; к выходу генератора переменного тока подключены последовательно соединенные преобразователь частоты, датчик тока, выход которого соединен с блоком вычисления мощности нагрузки, отличающаяся тем, что между входами и выходами преобразователей частоты включены контакторы, соединенные с блоком системы управления контакторами, который также соединен с выходом блока вычисления мощности нагрузки и с входом блока формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии помощи предотвращения столкновения для транспортного средства. Устройство работает следующим образом.

Изобретение относится к устройству и способу для обработки требования крутящего момента для приводного двигателя и для уменьшения биений трансмиссии. Устройство выполнено с возможностью принимать на входе по меньшей мере одно требование (8а, 9а) крутящего момента и по меньшей мере один идентификатор (8b, 9b) для идентификации источника (5) требования крутящего момента.

Изобретение относится к гибридным транспортным средствам. Устройство управления трансмиссией гибридного транспортного средства содержит электронный блок управления, сконфигурированный для управления двигателем, первым и вторым электродвигателем так, что гибридное транспортное средство движется с требуемой движущей силой, необходимой для движения.

Изобретение относится к способу оптимизации расхода топлива в транспортном средстве. Предложенный способ выдачи сигнала оператору автомобильного транспортного средства для оптимизации расстояния до остановки включает в себя определение скорости транспортного средства и определение предпочтительного времени до остановки на основании, по крайней мере частично, скорости транспортного средства.

Изобретение относится к узлу гидравлического насоса и может быть использовано в системе, включающей дисковые тормоза мокрого типа для распределения крутящего момента между передними и задними осями полного привода дорожного транспортного средства и/или между левыми и правыми колесами транспортного средства с двух- или четырехколесным приводом.

Предложена система содействия водителю для автомобильного транспортного средства, которая следит за приближающимися объектами вокруг транспортного средства и выполняет процедуру по содействию водителю при обнаружении опасности столкновения с приближающимся объектом в соответствии с пороговым значением времени до столкновения.

Изобретение относится к коробке отбора мощности сельскохозяйственной рабочей машины. Рабочая машина содержит приводной двигатель (3), коробку (5) отбора мощности с расположенным на выходной стороне валом (6) отбора мощности для привода присоединяемого к рабочей машине (1) рабочего агрегата (2).

Изобретение относится к устройствам управления транспортными средствами. Способ эксплуатации транспортного средства характеризуется тем, что для маршрута следования транспортного средства из первого пункта во второй пункт вычисляют профиль скорости и основанное на профиле скорости расчетное время прибытия транспортного средства во второй пункт.

Изобретение относится к гибридным ТС. Устройство контроля для управления энергией для гибридного транспортного средства, имеющее трансмиссию с множеством зацепляющих муфт в качестве элементов переключения передач, которые полностью зацепляются посредством хода из расцепленной позиции, и выполняющее EV-трогание с места, содержит контроллер управления энергией, осуществляющий управление при подготовке к EV-троганию с места, на основе условия емкости аккумулятора.

Изобретение относится к трансмиссиям гибридных автомобилей. Устройство управления трансмиссией для гибридного транспортного средства, имеющей множество зацепляющих муфт, содержит контроллер трансмиссии, управляющий переключением передач для переключения между множеством схем переключения передач, которые устанавливаются посредством перемещения зацепляющих муфт на основе запроса на переключение передач.

Изобретение относится к силовым установкам на судах. Электроэнергетическая установка судна содержит главный первичный тепловой двигатель, механически соединенный с синхронным генератором, на статоре которого размещены изолированные друг от друга трехфазные обмотки, преобразователь частоты, гребной электродвигатель, на статоре которого размещены изолированные друг от друга трехфазные обмотки, число которых равно числу обмоток генератора, систему управления, датчик напряжения, трехфазные контакторы с электромагнитным приводом, число которых равно удвоенному числу обмоток генератора плюс один.

Изобретение относится к силовым установкам на судах. Гребная электроэнергетическая установка содержит два тепловых двигателя, два трехфазных электрических генератора, два трехфазных двухполупериодных выпрямителя напряжения, два конденсатора звена постоянного тока, трехуровневые инверторы напряжения, гребные электродвигатели, работающие каждый на свой винт.

Изобретение относится к гибридным транспортным средствам. Устройство управления выработкой мощности для гибридного транспортного содержит контроллер выработки мощности, при которой электрическая мощность вырабатывается посредством второго электромотора посредством приема движущей силы из двигателя внутреннего сгорания при движении с использованием первого электромотора в качестве источника приведения в движение.

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Энергоэффективный тяговый электропривод автономного транспортного средства содержит первичный дизельный двигатель, синхронный генератор переменного тока, управляемый выпрямитель и автономный инвертор напряжения, выполненные на основе полностью управляемых полупроводниковых ключей, два измерительных блока, асинхронный тяговый двигатель, датчик напряжения, конденсатор, тормозной резистор и систему управления.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автономных объектах, в частности автомобилях для генерирования электрической энергии и запуска двигателей внутреннего сгорания.

Группа изобретений относится к локомотивам и моторным вагонам. Способ работы маневрового локомотива с гибридной энергетической установкой заключается в питании тяговых асинхронных электродвигателей тяговыми аккумуляторными батареями и дизель-генератором.

Изобретение относится к гибридным транспортным средствам. Гибридное транспортное средство содержит двигатель внутреннего сгорания; первую и вторую вращающиеся электромашины; приводной вал; планетарный механизм; аккумуляторную батарею и электронный блок управления.

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе содержит тепловой двигатель, асинхронный генератор переменного тока с фазным ротором, тяговый асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором и обратимый статический преобразователь частоты.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроэнергетических системах распределения генерируемой электроэнергии. Техническим результатом является обеспечение эксплуатационной надежности электроэнергетической системы за счет трансформации отношения между тихоходным и быстроходным валами для исключения режима аварийного перехода генераторов в асинхронный режим.

Изобретение относится к контролю системы энергосбережения транспортного средства. Система планирования поездок включает в себя компьютеры, расположенные удаленно от электромобиля и выполненные с возможностью получать данные об общей денежной сумме, которую пользователь планирует потратить на зарядку электромобиля для совершения поездки, и получать данные о состоянии заряда одного или нескольких аккумуляторных блоков, имеющихся в электромобиле.

Изобретение относится к транспортным средствам. Устройство управления для приводного агрегата транспортного средства, который включает в себя источник энергии, бесступенчатую трансмиссию и сцепление, содержит электронный блок управления, сконфигурированный для получения значения температуры гидравлического масла для управления бесступенчатой трансмиссией и сцеплением. Блок управляет сцеплением так, что когда температура масла равна или ниже заданной температуры, то допустимая величина крутящего момента сцепления становится меньше, чем допустимая величина крутящего момента, который устанавливается в случае, когда температура масла выше заданной температуры масла. Либо блок управляет бесступенчатой трансмиссией так, что когда температура масла равна или ниже заданной температуры, то передаточное число бесступенчатой трансмиссии становится равным или больше установленного заранее нижнего предела. Предотвращается проскальзывание ремня в трансмиссии при низкой температуре. 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Система электродвижения автономного объекта содержит последовательно соединенные ДВС переменной частоты вращения, генератор переменного тока, преобразователь частоты, датчик тока и тяговый электродвигатель переменного тока. При этом к ДВС подключен блок формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС. Блок вычисления мощности нагрузки подключен к датчику тока. Выход блока вычисления мощности нагрузки соединен с блоком формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС. Также к выходу генератора переменного тока подключены последовательно соединенные преобразователь частоты и датчик тока. Выход датчика тока соединен с блоком вычисления мощности нагрузки. При этом между входами и выходами преобразователей частоты включены контакторы, соединенные с блоком системы управления контакторами, который также соединен с выходом блока вычисления мощности нагрузки и с входом блока формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС. Техническим результатом изобретения является снижение установленной мощности преобразователей частоты системы электродвижения автономного объекта. 1 ил.

Наверх