RU89035U1 - GAS TURBOZOVOZ - Google Patents
GAS TURBOZOVOZ Download PDFInfo
- Publication number
- RU89035U1 RU89035U1 RU2009129337/22U RU2009129337U RU89035U1 RU 89035 U1 RU89035 U1 RU 89035U1 RU 2009129337/22 U RU2009129337/22 U RU 2009129337/22U RU 2009129337 U RU2009129337 U RU 2009129337U RU 89035 U1 RU89035 U1 RU 89035U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inputs
- input
- outputs
- buses
- unit
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
1. Газотурбовоз, содержащий газотурбинный агрегат, механически соединенный с валом синхронного генератора, к зажимам переменного тока которого подключен первый однонаправленный полупроводниковый управляемый преобразователь переменного напряжения в постоянное, выходы которого подключены к основным шинам постоянного тока, дополнительную плюсовую шину, «n» тяговых асинхронных двигателей, подключенных каждый к индивидуальным инверторам напряжения, сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии, включающий в себя сверхпроводниковую индуктивную тороидальную катушку и шунтирующий ее сверхпроводящий управляемый ключ, помещенные в один криостат, а также второй полупроводниковый преобразователь постоянного напряжения в постоянное, подключенный своими входами к основным шинам постоянного тока и выполненный управляемым и двунаправленным, блок управления, блок тормозных резисторов, своими входными зажимами подключенный к основной минусовой и дополнительной плюсовой шинам, блок вспомогательного электрооборудования, входами подключенный к основным шинам постоянного тока, из которых к минусовой шине, кроме того, подключены минусовые входы тяговых инверторов напряжения, плюсовой вход каждого из которых объединен с катодным и анодным электродами своей пары входных управляемых ключей, один из которых в каждой паре вентилей своим анодом, а другой своим катодом подключены к плюсовым соответственно основной и дополнительной шинам, один вход сверхпроводникового индуктивного накопителя подключен к одному из выходов второго полупроводникового преобразователя постоянного напряжения в постоянное, между 1. A gas turbine locomotive containing a gas turbine assembly mechanically connected to the shaft of a synchronous generator, to the AC terminals of which the first unidirectional semiconductor controlled AC / DC converter is connected, the outputs of which are connected to the main DC buses, an additional positive bus, “n” traction induction motors each connected to individual voltage inverters, a superconducting inductive energy storage device including superconductors an inductive toroidal coil and a superconducting controlled key shunting it, placed in one cryostat, as well as a second semiconductor DC / DC converter, connected by its inputs to the main DC buses and made controlled and bidirectional, a control unit, a block of brake resistors, its input terminals connected to the main negative and additional plus buses, auxiliary electrical unit, inputs connected to the main buses constantly current, of which the negative inputs of the traction voltage inverters are connected to the negative bus, the positive input of each of which is combined with the cathode and anode electrodes of its pair of input controlled keys, one of which in each pair of valves has its own anode, and the other its own cathode connected to the positive main and additional buses, respectively, one input of the superconducting inductive storage device is connected to one of the outputs of the second semiconductor DC-DC to DC converter, between
Description
Полезная модель относится к автономным локомотивам с газотурбинным первичным двигателем и накопителями энергии, а именно: со сверхпроводниковыми индуктивными накопителями энергии.The utility model relates to autonomous locomotives with a gas turbine prime mover and energy storage devices, namely, with superconducting inductive energy storage devices.
Известно исполнение газотурбовоза (RU №64146, B60L 11/02 от 19.02.2007), в котором газотурбинный агрегат механически соединен с валом синхронного генератора, к зажимам переменного тока которого подключен двунаправленный и управляемый полупроводниковый преобразователь переменного напряжения в постоянное, своими выходами подключенный к шинам постоянного тока. Устройство содержит тяговые асинхронные двигатели, подключенные к индивидуальным инверторам напряжения. Дополнительно в схему введена вторая плюсовая шина. Кроме того, устройство содержит сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии, включающий в себя, по крайней мере, две индуктивные катушки, - основную и дополнительную, помещенные в один криостат и шунтированные, каждая, своим индивидуальным сверхпроводниковым ключом. Каждая из указанных катушек подключена к выходам своего индивидуального двунаправленного полупроводникового управляемого преобразователя. Входы основного индивидуального преобразователя накопителя подключены к основным шинам постоянного тока, а входы дополнительного индивидуального преобразователя накопителя подключены к основной минусовой и дополнительной плюсовой шинам. Кроме того, устройство содержит блок тормозных резисторов, подключенный к дополнительной плюсовой и основной минусовой шинам, и блок вспомогательного электрооборудования, подключенный ко всем трем шинам постоянного тока. Плюсовой вход каждого тягового инвертора через встречно включенные полупроводниковые ключи подключен к обеим плюсовым шинам, а минусовой вход - к минусовой шине.A gas turbine locomotive is known (RU No. 64146, B60L 11/02 of 02/19/2007), in which the gas turbine unit is mechanically connected to the shaft of a synchronous generator, to the AC terminals of which a bi-directional and controllable semiconductor AC / DC converter is connected, with its outputs connected to the buses direct current. The device contains traction induction motors connected to individual voltage inverters. Additionally, a second positive bus is introduced into the circuit. In addition, the device contains a superconducting inductive energy storage unit, which includes at least two inductive coils, the main and additional, placed in one cryostat and shunted, each with its own individual superconducting key. Each of these coils is connected to the outputs of its individual bidirectional semiconductor controlled converter. The inputs of the main individual drive converter are connected to the main DC buses, and the inputs of the additional individual drive converter are connected to the main negative and additional plus buses. In addition, the device contains a block of braking resistors connected to an additional plus and main negative busbars, and an auxiliary electrical unit connected to all three DC buses. The positive input of each traction inverter through the on-board semiconductor switches is connected to both positive buses, and the negative input to the negative bus.
К газотурбинному агрегату подключен датчик мощности, выход которого соединен с блоком управления. А выходы последнего предназначены для подключения к управляющим цепям всех полупроводниковых ключей схемы.A power sensor is connected to the gas turbine unit, the output of which is connected to the control unit. And the outputs of the latter are designed to connect to the control circuits of all semiconductor circuit keys.
Это позволяет обеспечить наиболее эффективно два эксплуатационных режима работы локомотива: тормозной режим газотурбинного агрегата и режим долевых тяговых нагрузок.This allows you to provide the most efficient two operating modes of the locomotive: the braking mode of the gas turbine unit and the mode of shared traction loads.
В режиме долевых тяговых нагрузок тяговый генератор обеспечивает энергией тяговые двигатели и одновременно заряжает энергией основной сверхпроводниковый индуктивный накопитель, в результате чего указанный накопитель является дополнительной нагрузкой газотурбинной установки. При этом дополнительный сверхпроводниковый накопитель энергии питает вспомогательное электрооборудование.In the mode of shared traction loads, the traction generator provides energy to the traction motors and at the same time charges the main superconducting inductive storage with energy, as a result of which the specified storage is an additional load of the gas turbine unit. In this case, an additional superconducting energy storage device supplies auxiliary electrical equipment.
В тормозном режиме газотурбинного агрегата тяговый генератор переводится в двигательный режим, получая питание от основного сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии через двунаправленный преобразователь переменного напряжения в постоянное. Это соответствует разряду указанного накопителя, который, кроме того, обеспечивает энергией в этом режиме вспомогательное электрооборудование. В результате газотурбинный агрегат переводится в режим холостого хода с частотой вращения вала, равной 50% от номинального ее значения. При этом существенно снижается расход топлива до минимальной величины, обеспечивающей готовность камеры сгорания газотурбинной установки к работе в режиме долевых тяговых нагрузок.In the braking mode of the gas turbine unit, the traction generator is put into motor mode, receiving power from the main superconducting inductive energy storage device through a bi-directional AC to DC converter. This corresponds to the category of the specified drive, which, in addition, provides energy in this mode, auxiliary electrical equipment. As a result, the gas turbine unit is put into idle mode with a shaft rotation frequency equal to 50% of its nominal value. At the same time, fuel consumption is significantly reduced to a minimum value that ensures the readiness of the combustion chamber of a gas turbine installation for operation in the mode of shared traction loads.
Дополнительный сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии в тормозном режиме заряжается от тяговых двигателей, работающих при этом в генераторном режиме в процессе выбега перед остановкой локомотива. Излишек этой энергии гасится в тормозных резисторах.An additional superconducting inductive energy storage in the braking mode is charged from the traction motors, which operate in the generator mode during the coasting process before the locomotive stops. Excess of this energy is extinguished in the braking resistors.
Таким образом, в рассмотренном устройстве энергоемкость дополнительного индуктивного накопителя определяется параметрами тормозного режима газотурбинного агрегата.Thus, in the device under consideration, the energy consumption of the additional inductive storage is determined by the braking parameters of the gas turbine unit.
Однако известно, что к.п.д. газотурбинной установки существенно зависит от максимальной температуры газовой смеси на выходе из камеры сгорания. У газотурбинных двигателей нового поколения эта температура достигает величины 1600К, а на газотурбовозах предыдущих модификаций эта температура существенно ниже: порядка 1000К (см. Бартош Е.Т. Газотурбовозы и турбопоезда. М: Транспорт, 1978. - 310 С.).However, it is known that the efficiency of a gas turbine installation substantially depends on the maximum temperature of the gas mixture at the outlet of the combustion chamber. In gas turbine engines of a new generation, this temperature reaches 1600K, and on gas turbine carriers of previous modifications this temperature is much lower: about 1000K (see Bartosh E.T. Gas turbine and turbo trains. M: Transport, 1978. - 310 C.).
Увеличение температуры газовой смеси в газотурбинной установке приводит к увеличению ее мощности, что может быть использовано для обеспечения энергией вспомогательного электрооборудования. Это позволяет значительно упростить схему преобразования энергии газотурбовоза, как это представлено в другом его исполнении (RU №74347, B60L 11/02 от 15.02.2008), в котором газотурбовоз также содержит газотурбинный агрегат, механически соединенный с валом синхронного генератора. К зажимам переменного тока генератора подключен первый полупроводниковый однонаправленный управляемый преобразователь переменного напряжения в постоянное, выходы которого подключены к основным шинам постоянного тока. Кроме того, схема газотурбовоза содержит дополнительную плюсовую шину, "n" тяговых двигателей, подключенных каждый к индивидуальному инвертору напряжения, сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии, который включает в себя сверхпроводниковую индуктивную тороидальную катушку и шунтирующий ее сверхпроводниковый управляемый ключ, помещенные в один криостат. Накопитель энергии через второй полупроводниковый преобразователь постоянного напряжения в постоянное подключен к основным шинам постоянного тока, к которым также подключен блок вспомогательного электрооборудований. Между одним входом индуктивного накопителя и одним выходом второго полупроводникового преобразователя включен датчик тока, выход которого подключен к одному входу блока управления. К другому входу блока управления подключен датчик мощности, установленный на газотурбинном агрегате. Кроме того, к зажимам переменного тока синхронного генератора подключен третий полупроводниковый управляемый преобразователь переменного напряжения в постоянное, выходные зажимы которого подключены к входным зажимам блока вспомогательного электрооборудования.An increase in the temperature of the gas mixture in a gas turbine installation leads to an increase in its power, which can be used to provide energy to auxiliary electrical equipment. This allows you to significantly simplify the energy conversion scheme of a gas turbine locomotive, as presented in another version (RU No. 74347, B60L 11/02 of 02/15/2008), in which the gas turbine locomotive also contains a gas turbine unit mechanically connected to the shaft of a synchronous generator. The first semiconductor unidirectional controlled AC to DC converter is connected to the alternator’s AC terminals, the outputs of which are connected to the main DC buses. In addition, the gas turbine locomotive circuit contains an additional positive bus, “n” traction motors, each connected to an individual voltage inverter, a superconducting inductive energy storage device, which includes a superconducting inductive toroidal coil and a superconducting controlled key shunting it, placed in one cryostat. The energy store through the second semiconductor DC-DC to DC converter is connected to the main DC buses, to which the auxiliary electrical unit is also connected. A current sensor is connected between one input of the inductive storage device and one output of the second semiconductor converter, the output of which is connected to one input of the control unit. A power sensor mounted on a gas turbine unit is connected to another input of the control unit. In addition, a third semiconductor controlled AC / DC converter is connected to the AC terminals of the synchronous generator, the output terminals of which are connected to the input terminals of the auxiliary electrical unit.
Это позволяет значительно расширить возможности использования сверхпроводникового накопителя, а именно: в режиме долевых тяговых нагрузок газотурбинный двигатель обеспечивает энергопотребление не только тяговых асинхронных двигателей, но и блока вспомогательного электрооборудования, и обеспечивает запас энергии сверхпроводящим индуктивным накопителем.This allows you to significantly expand the possibilities of using a superconducting drive, namely: in the mode of shared traction loads, the gas turbine engine provides power consumption not only to traction asynchronous motors, but also to the auxiliary electrical unit, and provides a supply of energy to the superconducting inductive drive.
При этом в схеме используются не два, а один сверхпроводниковый накопитель, что улучшает массогабаритные показатели устройства и сокращает капитальные и эксплуатационные расходы на содержание накопителя.Moreover, not two, but one superconducting drive is used in the circuit, which improves the overall dimensions of the device and reduces capital and operating costs for maintaining the drive.
А энергоемкость самого накопителя определяется по мощности вспомогательного электрооборудования при холостом ходе газотурбинного агрегата.And the energy consumption of the drive itself is determined by the power of auxiliary electrical equipment at idle of the gas turbine unit.
При этом накопитель, получив полную расчетную энергию в режиме долевых нагрузок, разряжается в режиме холостого хода так, что, если его энергии больше, чем среднее расчетное ее значение, то избыток этой энергии, питающей вспомогательное электрооборудование, используется аккумуляторной батареей; если меньше расчетного значения, то работа вспомогательного электрооборудования поддерживается подпиткой от синхронного генератора. А мощность газотурбинного агрегата в режиме холостого хода не снижается ниже оптимального значения за счет дополнительной нагрузки его вспомогательным электрооборудованием.At the same time, the drive, having received the full estimated energy in the shared load mode, is discharged in the idle mode so that if its energy is greater than its average calculated value, then the excess of this energy that feeds the auxiliary electrical equipment is used by the battery; if less than the calculated value, then the operation of auxiliary electrical equipment is supported by feeding from a synchronous generator. And the power of the gas-turbine unit in idle mode does not decrease below the optimal value due to the additional load of its auxiliary electrical equipment.
В результате увеличивается к.п.д. газотурбовоза за счет увеличения коэффициента использования мощности газотурбинного агрегата.As a result, the efficiency increases. gas turbine due to an increase in the power utilization factor of the gas turbine unit.
Однако блок вспомогательного электрооборудования включает в себя потребители как постоянного, так и переменного тока. В качестве последних чаще всего используются асинхронные двигатели, а они, как известно (см. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978. - 840 с.) критичны не к величине тока нагрузки, а к величине питающего напряжения: М~U2 , то есть пропорционально квадрату напряжения. При снижении величины питающего напряжения ниже допустимых значений момент асинхронных двигателей снижается значительно больше.However, the auxiliary electrical unit includes consumers of both direct and alternating current. As the latter, asynchronous motors are most often used, and they are known (see Voldek A.I. Electric Machines. L .: Energia, 1978. - 840 p.) Are critical not to the magnitude of the load current, but to the magnitude of the supply voltage: M ~ U 2 , that is, in proportion to the square of the voltage. With a decrease in the supply voltage below the permissible values, the torque of induction motors decreases significantly more.
Этот режим работы асинхронного двигателя опасен его «опрокидыванием», то есть остановкой, что в условиях эксплуатации всего силового оборудования недопустимо.This mode of operation of the induction motor is dangerous by its "tipping over", that is, stopping, which is unacceptable in the conditions of operation of all power equipment.
В рассмотренной выше схеме газотурбовоза питание блока вспомогательного электрооборудования осуществляется либо от шин постоянного тока - в режиме долевых тяговых нагрузок, либо от сверхпроводникового накопителя энергии или дополнительного управляемого выпрямителя - в режиме холостого хода газотрубинного агрегата.In the above scheme of a gas turbine locomotive, the auxiliary electrical equipment is powered either from DC buses - in the mode of shared traction loads, or from a superconducting energy storage device or an additional controlled rectifier - in the idle mode of the gas-tubing unit.
Однако в режиме холостого хода при разряде сверхпроводникового накопителя в блок вспомогательного электрооборудования возможен режим нештатного увеличения длительности холостого хода за счет, например, увеличения длительности остановки газотурбовоза сверх нормативного ее значения.However, in the idle mode when the superconductor drive is discharged into the auxiliary electrical equipment block, a mode of abnormal increase in the idle time due to, for example, an increase in the stop duration of a gas turbine locomotive beyond its standard value is possible.
В результате сверхпроводниковый накопитель, разряжаясь в блок вспомогательного электрооборудования, может израсходовать весь запас своей энергии настолько, что оставшейся в нем энергии будет недостаточно для дальнейшего поддержания величины напряжения на зажимах блока вспомогательного электрооборудования выше критического минимума.As a result, the superconducting drive, discharging into the auxiliary electrical equipment block, can use up all of its energy so that the energy left in it will not be enough to further maintain the voltage at the terminals of the auxiliary electrical equipment above a critical minimum.
В прототипе уровень изменения электроэнергии, запасенной накопителем, отслеживается с помощью датчика тока. Однако получаемая при этом информация об изменении запасенной в накопителе энергии не позволяет оценить уровень снижения напряжения на зажимах блока вспомогательного электрооборудования при разряде в него накопителя. А это, в конечном итоге, может привести к описанным выше негативным последствиям.In the prototype, the level of change in electricity stored by the drive is monitored using a current sensor. However, the information obtained on this about the change in the energy stored in the drive does not allow us to estimate the level of voltage reduction at the terminals of the auxiliary electrical equipment when the drive is discharged into it. And this, ultimately, can lead to the negative consequences described above.
Задача состоит в повышении эксплуатационного к.п.д. газотурбовоза за счет повышения его стабилизации в широком диапазоне мощностей в режиме долевых нагрузок газотурбинного агрегата и в режиме холостого хода путем усовершенствования схемы электропередачи.The challenge is to increase operational efficiency gas turbine by increasing its stabilization in a wide range of capacities in the fractional load mode of the gas turbine unit and in idle mode by improving the power transmission scheme.
Технический результат достигается тем, что газотуробовоз содержит газотурбинный агрегат, механически соединенный с валом синхронного генератора, к зажимам переменного тока которого подключен первый полупроводниковый управляемый преобразователь переменного напряжения в постоянное, выходы которого подключены к основным шинам постоянного тока, дополнительную плюсовую шину, «n» тяговых асинхронных двигателей, подключенных каждый к индивидуальным инверторам напряжения, сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии, включающий в себя сверхпроводниковую индуктивную тороидальную катушку и шунтирующий ее сверхпроводящий управляемый ключ, помещенные в один криостат, второй полупроводниковый преобразователь постоянного напряжения в постоянное, подключенный своими входами к основным шинам постоянного тока, выполненный управляемым и двунаправленным, блок управления, блок тормозных резисторов, входами подключенный к основной минусовой и дополнительной плюсовой шинам, блок вспомогательного электрооборудования, входами подключенный к основным шинам постоянного тока, к минусовой шине подключены минусовые входы тяговых инверторов напряжения, плюсовой вход каждого из которых объединен с катодным и анодным электродами своей пары управляемых ключей, один из последних в каждой паре вентилей своим анодом, а другой своим катодом подключены к плюсовым соответственно основной и дополнительной шинам, один вход сверхпроводникового индуктивного накопителя подключен к одному из выходов полупроводникового преобразователя постоянного напряжения в постоянное, между другим выходом которого и другим входом сверхпроводникового накопителя включен датчик тока, выход которого предназначен для подключения к одному входу блока управления, а к газотурбинному агрегату подключен датчик мощности, выходом подключенный к другому входу блока управления, первая группа выходов которого предназначена для подключения к управляющим цепям первого полупроводникового преобразователя переменного напряжения в постоянное, вторая группа выходов предназначена для подключения к управляющим цепям второго полупроводникового преобразователя постоянного напряжения в постоянное и к управляющей цепи накопителя энергии, третья и четвертая группы выходов предназначены для подключения соответственно к управляющим цепям тяговых инверторов и их входных вентилей.The technical result is achieved by the fact that the gas turbine locomotive contains a gas turbine unit mechanically connected to the shaft of the synchronous generator, to the AC terminals of which the first semiconductor controlled AC / DC converter is connected, the outputs of which are connected to the main DC buses, an additional positive bus, “n” traction asynchronous motors, each connected to individual voltage inverters, a superconducting inductive energy storage device, including a superconducting inductive toroidal coil and a superconducting controlled key shunting it, placed in one cryostat, a second semiconductor DC / DC converter, connected by its inputs to the main DC buses, made controlled and bi-directional, a control unit, a block of brake resistors, inputs connected to the main negative and additional positive tires, auxiliary electrical unit, inputs connected to the main buses of constant t ok, the negative inputs of the traction voltage inverters are connected to the negative bus, the positive input of each of which is combined with the cathode and anode electrodes of its pair of controlled keys, one of the last in each pair of valves with its own anode, and the other with its cathode connected to the plus main and additional buses , one input of the superconducting inductive storage device is connected to one of the outputs of the semiconductor DC-DC to DC converter, between the other output of which and the other input a top-drive storage device includes a current sensor, the output of which is intended to be connected to one input of the control unit, and a power sensor is connected to the gas turbine unit, connected by an output to another input of the control unit, the first group of outputs of which is designed to connect to the control circuits of the first semiconductor AC / DC converter , the second group of outputs is designed to connect to the control circuits of the second semiconductor dc converter eniya in permanent and to the control circuit of energy storage, the third and fourth groups of outputs are used to connect respectively to the traction inverter control circuits and their input valves.
Дополнительно в него включен датчик напряжения, входы переменного тока которого подключены к выходам блока вспомогательного электрооборудования, а выход указанного датчика предназначен для подключения к третьему входу блока управления.Additionally, it includes a voltage sensor, the AC inputs of which are connected to the outputs of the auxiliary electrical unit, and the output of this sensor is designed to connect to the third input of the control unit.
Блок вспомогательного электрооборудования содержит блок потребителей постоянного тока, входы которого являются входами блока вспомогательного электрооборудования, и блок потребителей переменного тока. Последний своими входами переменного тока соединен с выходами вспомогательного инвертора напряжения, входы которого соединены с одноименными входами блока потребителей постоянного тока. Выходы блока вспомогательного электрооборудования являются входами блока потребителей переменного тока. Пятая группа выходов блока управления предназначена для подключения к управляющим цепям вспомогательного инвертора напряжения.The auxiliary electrical equipment unit contains a DC consumer unit, the inputs of which are inputs of the auxiliary electrical unit, and an AC consumer unit. The latter, by its AC inputs, is connected to the outputs of the auxiliary voltage inverter, the inputs of which are connected to the inputs of the unit of direct current consumers of the same name. The outputs of the auxiliary electrical unit are the inputs of the AC consumer unit. The fifth group of outputs of the control unit is designed to connect to the control circuits of the auxiliary voltage inverter.
Новым по сравнению с прототипом является то, что в схему газотурбовоза введен датчик напряжения, выход которого предназначен для подключения к третьему входу блока управления, а его входы переменного тока соединены с входами блока потребителей переменного тока, входящего в блок вспомогательного электрооборудования. Последний, кроме сказанного, включает в себя блок потребителей постоянного тока и вспомогательный инвертор напряжения, однополярные входные зажимы которых объединены между собой и являются входными зажимами блока вспомогательного электрооборудования, которые, в свою очередь, подключены только к основным шинам силовой схемы. А выходы вспомогательного инвертора соединены с входами блока потребителей переменного тока.A new one in comparison with the prototype is that a voltage sensor is introduced into the gas turbo locomotive circuit, the output of which is designed to be connected to the third input of the control unit, and its AC inputs are connected to the inputs of the AC consumer unit included in the auxiliary electrical equipment unit. The latter, in addition to the above, includes a block of direct current consumers and an auxiliary voltage inverter, the unipolar input terminals of which are interconnected and are input terminals of the auxiliary electrical unit, which, in turn, are connected only to the main buses of the power circuit. And the outputs of the auxiliary inverter are connected to the inputs of the AC consumers block.
Это позволяет эффективно оценивать величину напряжения, подаваемого в блоке вспомогательного электрооборудования к входным зажимам блока потребителей переменного тока, осуществляя, таким образом, не только контроль, но и коррекцию величины питающего напряжения на входе блока потребителей переменного тока в сторону превышения его минимально допустимого значения.This allows you to effectively evaluate the voltage supplied in the auxiliary electrical unit to the input terminals of the AC consumer unit, thus not only monitoring, but also correcting the supply voltage at the input of the AC consumer unit to exceed its minimum acceptable value.
Тем самым при сохранении всех преимуществ работы газотурбовоза, представленных схемой прототипа, обеспечивается устойчивая и бесперебойная работа вспомогательного электрооборудования переменного тока, а значит и эксплуатация силового оборудования газотурбовоза в целом при минимизации числа силовых полупроводниковых преобразователей.Thus, while maintaining all the advantages of the operation of a gas turbine locomotive, represented by the prototype circuit, stable and uninterrupted operation of auxiliary AC electrical equipment is ensured, and hence the operation of the power equipment of the gas turbine locomotive as a whole while minimizing the number of power semiconductor converters.
Сказанное позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию новизна, а также о том, что между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь.The foregoing allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of novelty, as well as the fact that there is a causal relationship between the set of essential features and the achieved technical result.
На чертеже приведена принципиальная схема газотурбовоза.The drawing shows a schematic diagram of a gas turbine locomotive.
Работу его рассмотрим на конкретном примере при числе двигателей n=4.We consider its work on a specific example with the number of engines n = 4.
Газотурбовоз содержит газотурбинный агрегат 1, механически соединенный с валом синхронного генератора 2, к зажимам 3, 4, 5 переменного тока которого подключены входы одного полупроводникового управляемого однонаправленного преобразователя 6 переменного напряжения в постоянное (Солодунов А.М., Иньков Ю.М., Коваливкер Г.Н., Литовченко В.В. Преобразовательные устройства электропоездов с асинхронными тяговыми двигателями. - Рига: Зинатне, 1991, с.250), выходы которого подключены к основным шинам 7, 8 постоянного тока; дополнительную плюсовую шину 9; четыре тяговых асинхронных двигателя 10, 11, 12, 13, подключенных каждый к индивидуальным инверторам 14, 15, 16, 17 напряжения (Солодунов A.M., Иньков Ю.М., Коваливкер Г.Н., Литовченко В.В. Преобразовательные устройства электропоездов с асинхронными тяговыми двигателями. - Рига: Зинатне, 1991, с.35); сверхпроводниковый индуктивный накопитель 18 энергии, включающий в себя одну сверхпроводниковую тороидальную индуктивную катушку 19 и шунтирующий ее сверхпроводящий управляемый ключ 20 (Глебов И.А., Шахтарин В.Н., Антонов Ю.Ф. Проблема ввода тока в сверхпроводниковые устройства. - л.: Наука, 1985. с.35.), помещенные в один криостат; а также второй полупроводниковый преобразователь 21 постоянного напряжения в постоянное, подключенный своими входами 22, 23 к основным шинам 7, 8 постоянного тока и выполненный управляемым двунаправленным - со встречно-параллельными управляемыми полупроводниковыми цепями 24, 25; блок управления 26 (схема блока управления 26 может быть реализована, например, на базе микроконтроллера фирмы «ATMEL», приведенного в справочнике «Микроконтроллеры AVR семейства Tiny и Mega фирмы ATMEL, СПБ, Додека-XXI, 2004»), блок тормозных резисторов 27, своими входными зажимами 28, 29 подключенный к основной минусовой 8 и дополнительной плюсовой 9 шинам; блок вспомогательного электрооборудования 30, своими входами 31, 32 подключенный к основным шинам 7, 8 постоянного тока. Кроме того, к минусовой шине 8 подключены минусовые входы 33, 34, 35, 36 тяговых инверторов 14, 15, 16, 17, плюсовой вход 37, 38, 39, 40 каждого из которых объединен с катодным и анодным электродами своей пары входных управляемых ключей 41, 42; 43, 44; 45, 46; 47, 48, один из которых 41, 43, 45, 47 в каждой паре вентилей своим анодом, а другой 42, 44, 46, 48 своим катодом подключены к плюсовым соответственно основной 7 и дополнительной 9 шинам; один вход 49 сверхпроводникового индуктивного накопителя 18 подключен к одному из выходов - одноименному - второго полупроводникового преобразователя 21, между другим выходом 50 которого и другим входом 51 сверхпроводникового накопителя 18 включен датчик 52 тока (датчик тока 52 описан, например, в книге авторов: Хайкин А.Б., Жадобин Н.Е. Элементы судовой автоматики: Учебное пособие. - Л.: Судостроение, 1982, с.217), выход 53 которого предназначен для подключения к первому входу 53 блока управления 26, а к газотурбинному агрегату 1 подключен датчик мощности 54 (датчик мощности 54 описан, например, в книге авторов: Хайкин А.Б., Жадобин Н.Е. Элементы судовой автоматики: Учебное пособие. - Л.: Судостроение, 1982, с.217), своим выходом 55 подключенный к второму входу блока управления 26, первая группа выходов которого предназначена для подключения к управляющим цепям первого полупроводникового преобразователя 6 переменного напряжения в постоянное, вторая группа выходов предназначена для подключения к управляющим цепям второго полупроводникового преобразователя 21 постоянного напряжения в постоянное и к управляющей цепи накопителя 18 энергии, третья и четвертая группы выходов предназначены для подключения соответственно к управляющим цепям тяговых инверторов 14-17 и их входных вентилей 41-48.The gas turbine locomotive contains a gas turbine unit 1, mechanically connected to the shaft of the synchronous generator 2, to the terminals 3, 4, 5 of the alternating current of which the inputs of one semiconductor controlled unidirectional converter 6 of alternating voltage to direct current (Solodunov A.M., Inkov Yu.M., Kovalivker GN, Litovchenko VV Converting devices of electric trains with asynchronous traction motors. - Riga: Zinatne, 1991, p.250), the outputs of which are connected to the main DC buses 7, 8; additional plus tire 9; four traction induction motors 10, 11, 12, 13, each connected to individual voltage inverters 14, 15, 16, 17 (Solodunov AM, Inkov Yu.M., Kovalivker G.N., Litovchenko V.V. Converting devices of electric trains with asynchronous traction motors. - Riga: Zinatne, 1991, p.35); superconducting inductive energy storage 18, including one superconducting toroidal inductive coil 19 and shunting its superconducting controlled key 20 (Glebov I.A., Shakhtarin V.N., Antonov Yu.F. The problem of introducing current into superconducting devices. - l. : Nauka, 1985. p. 35.), Placed in one cryostat; as well as a second semiconductor DC-to-DC converter 21, connected by its inputs 22, 23 to the main DC buses 7, 8 and made controllable bidirectional - with counter-parallel controllable semiconductor circuits 24, 25; control unit 26 (the circuit of control unit 26 can be implemented, for example, on the basis of an ATMEL microcontroller listed in the reference manual “AVR microcontrollers of the ATMEL family, SPB, Dodeka-XXI, 2004”), a braking resistor block 27, its input terminals 28, 29 connected to the main negative 8 and additional plus 9 buses; auxiliary electrical unit 30, with its inputs 31, 32 connected to the main DC buses 7, 8. In addition, the negative inputs 33, 34, 35, 36 of the traction inverters 14, 15, 16, 17, the positive input 37, 38, 39, 40 of each of which is combined with the cathode and anode electrodes of its pair of input controlled keys, are connected to the negative bus 8 41, 42; 43, 44; 45, 46; 47, 48, one of which 41, 43, 45, 47 in each pair of valves with its own anode, and the other 42, 44, 46, 48 with their cathode are connected to the plus 7 main and 9 additional buses; one input 49 of the superconducting inductive storage 18 is connected to one of the outputs of the same name of the second semiconductor converter 21, between the other output 50 of which and the other input 51 of the superconducting storage 18, a current sensor 52 is connected (a current sensor 52 is described, for example, in the book of authors: Khaikin A .B., Zhadobin NE Elements of ship automation: a Training manual. - L .: Sudostroenie, 1982, p.217), the output 53 of which is intended to be connected to the first input 53 of the control unit 26, and a sensor is connected to the gas turbine unit 1 power 54 ( the power sensor 54 is described, for example, in the authors' book: Khaikin AB, Zhadobin NE Elements of ship automation: a Training manual. - L .: Sudostroenie, 1982, p.217), with its output 55 connected to the second input of the unit control 26, the first group of outputs of which is designed to connect to the control circuits of the first semiconductor converter 6 of AC to DC, the second group of outputs is intended to connect to the control circuits of the second semiconductor converter of 21 DC to DC and to The connecting circuits of the energy storage device 18, the third and fourth groups of outputs are intended for connection to the control circuits of the traction inverters 14-17 and their input valves 41-48, respectively.
Дополнительно в схему включен датчик 56 напряжения (датчик 56 напряжения, описан, например, в книге авторов: Хайкин А.Б., Жадобин Н.Е. Элементы судовой автоматики: Учебное пособие. - Л.: Судостроение, 1982, с.217), входы 57 переменного тока которого подключены к выходам 57 блока 30 вспомогательного электрооборудования. Выход 58 указанного датчика 56 предназначен для подключения к третьему входу 58 блока 26 управления.Additionally, a voltage sensor 56 is included in the circuit (a voltage sensor 56, described, for example, in the authors' book: Khaikin AB, Zhadobin NE Elements of ship automation: Textbook. - L .: Sudostroenie, 1982, p.217) the AC inputs 57 of which are connected to the outputs 57 of the unit 30 of the auxiliary electrical equipment. The output 58 of the specified sensor 56 is intended to be connected to the third input 58 of the control unit 26.
Блок 30 вспомогательного электрооборудования содержит блок 59 потребителей постоянного тока, входы 31, 32 которого являются входами 31, 32 блока 30 вспомогательного электрооборудования, и блок 60 потребителей переменного тока, который своими входами 61 переменного тока соединен с выходами вспомогательного инвертора 62 напряжения (Солодунов A.M., Иньков Ю.М., Коваливкер Т.Н., Литовченко В.В. Преобразовательные устройства электропоездов с асинхронными тяговыми двигателями. - Рига: Зинатне, 1991, с.35), входы 63, 64 которого соединены параллельно с однополярными входами 31, 32 блока 59 потребителей постоянного тока. Выходы 57 блока 30 вспомогательного электрооборудования являются входами 61 блока 60 потребителей переменного тока. А пятая группа выходов блока 26 управления предназначена для подключения к управляющим цепям вспомогательного инвертора 62 напряжения.The auxiliary electrical equipment unit 30 comprises a direct current consumer unit 59, the inputs 31, 32 of which are inputs 31, 32 of the auxiliary electrical power unit 30, and an alternating current consumer unit 60, which is connected to the outputs of the auxiliary voltage inverter 62 by its inputs 61 of alternating current (Solodunov AM, Inkov Yu.M., Kovalivker TN, Litovchenko VV Converting devices of electric trains with asynchronous traction motors. - Riga: Zinatne, 1991, p. 35), inputs 63, 64 of which are connected in parallel with unipolar mi inputs 31, 32 of the block 59 consumers of direct current. The outputs 57 of the block 30 of the auxiliary electrical equipment are the inputs 61 of the block 60 of the consumers of alternating current. And the fifth group of outputs of the control unit 26 is designed to connect to the control circuits of the auxiliary voltage inverter 62.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства.Consider the operation of the proposed device.
1. Режим долевых тяговых нагрузок газотурбинного агрегата1. The mode of shared traction loads of a gas turbine unit
Датчик мощности 54 фиксирует текущее значение мощности газотурбинного агрегата 1 и посылает его в преобразованном виде на вход 55 блока управления 26, который посылает сигналы в управляющие цепи вентилей первого преобразователя 6, входных вентилей 41, 43, 45, 47 и вентилей инверторов 14-17, а также в прямую вентильную цепь 24 второго преобразователя 21. В результате напряжение синхронного генератора 2, выпрямленное преобразователем 6, поступает на основные шины 7, 8 постоянного тока, от которых, во-первых, через инверторы 14-17 получают питание асинхронные тяговые двигатели 10-13, и, во-вторых, через прямую вентильную цепь 24 получает питание, а значит заряжается, индуктивная катушка 19 сверхпроводникового накопителя энергии 18. Сверхпроводящий управляемый ключ 20 при этом находится в нормальном - несверхпроводящем состоянии, то есть отключен. Величина тока заряда iзар.СПИН фиксируется датчиком тока 52. Запасенная в индуктивной катушке энергия определяется по известному выражению:The power sensor 54 captures the current power value of the gas turbine unit 1 and sends it in converted form to the input 55 of the control unit 26, which sends signals to the control circuits of the valves of the first converter 6, input valves 41, 43, 45, 47 and inverter valves 14-17, and also into the direct valve circuit 24 of the second converter 21. As a result, the voltage of the synchronous generator 2 rectified by the converter 6 is supplied to the main DC buses 7, 8, from which, firstly, asynchronous power is supplied through inverters 14-17 traction motors 10-13, and, secondly, through a direct valve circuit 24 receives power, and therefore is charging, the inductive coil 19 of the superconducting energy storage 18. In this case, the superconducting controlled key 20 is in a normal - non-superconducting state, that is, turned off. The value of the charge current i charge SPIN is detected by the current sensor 52. The energy stored in the inductive coil is determined by the well-known expression:
, ,
где WСПИН - текущее значение энергии заряда накопителя, Дж;where W SPIN - the current value of the energy of the charge of the drive, J;
iзар.СПИН _ текущее значение тока заряда индуктивной катушки накопителя, А;i charge SPIN _ current value of the charge current of the inductive coil of the drive, A;
L - индуктивность катушки накопителя, Гн.L is the inductance of the drive coil, GN.
При постоянной индуктивности энергия накопителя однозначно определяется по величине тока заряда. Величина максимально допустимого тока накопителя определяется требуемой энергоемкостью, которая в свою очередь зависит от средней величины времени холостого хода газотурбинного двигателя 1:With a constant inductance, the energy of the drive is uniquely determined by the value of the charge current. The maximum permissible drive current is determined by the required energy consumption, which in turn depends on the average idle time of a gas turbine engine 1:
WСПИН=WСр.хол.хода.W SPIN = W Avg .
Если WСПИН>WСр.хол.хода, то есть превышает расчетное значение, то блок управления 26 по входу 53 получает эту информацию и блокирует подачу управляющих сигналов в вентильную цепь 24 преобразователя 21 и разрешает включить сверхпроводящий управляемый ключ 20, шунтирующий сверхпроводящую индуктивную катушку 19 накопителя 18. В результате сверхпроводниковый накопитель 18 переходит в режим хранения запасенной энергии. При этом блок вспомогательного электрооборудования 30 получает питание от шин постоянного тока 7, 8.If W SPIN > W Mean path distance , that is, exceeds the calculated value, then the control unit 26 at the input 53 receives this information and blocks the supply of control signals to the valve circuit 24 of the converter 21 and allows you to turn on the superconducting controlled key 20 shunting the superconducting inductive coil 19 of the drive 18. As a result, the superconducting drive 18 enters the storage mode of the stored energy. When this block auxiliary electrical equipment 30 receives power from the DC bus 7, 8.
2. Режим холостого хода газотурбинного агрегата2. The idle mode of the gas turbine unit
По сигналу датчика мощности 54, фиксирующего в режиме холостого хода снижение вырабатываемой газотурбинным агрегатом 1 мощности, блок управления 26 снимает управляющие сигналы с вентилей преобразователя 6 и с входных вентилей 41, 43, 45, 47, подавая управляющие сигналы на входные вентили 42, 44, 46, 48 и обеспечивая переход инверторов 14-17 в выпрямительный режим. В результате преобразователь 6 оказывается отключенным от шин 7, 8 постоянного тока, асинхронные двигатели 10-13 переходят в генераторный режим, и вырабатываемая ими энергия гасится через обратные входные вентили 42, 44, 46, 48 и шины 9, 8 в тормозных резисторах.According to the signal of the power sensor 54, which detects a decrease in the power generated by the gas turbine unit 1 in idle mode, the control unit 26 removes the control signals from the valves of the converter 6 and from the input valves 41, 43, 45, 47, supplying control signals to the input valves 42, 44, 46, 48 and ensuring the transition of the inverters 14-17 in the rectifier mode. As a result, converter 6 turns out to be disconnected from DC buses 7, 8, asynchronous motors 10-13 go into generator mode, and the energy generated by them is extinguished through non-return input valves 42, 44, 46, 48 and buses 9, 8 in brake resistors.
Кроме того, блок управления 26 своим сигналом отключает сверхпроводящий управляемый ключ 20 накопителя 18 и включает в работу обратную вентильную цепь 25 преобразователя 21. В результате сверхпроводниковая индуктивная катушка 19 накопителя энергии 18 начинает разряжаться через основные шины 7, 8 постоянного тока в блок вспомогательного электрооборудования 30.In addition, the control unit 26 switches off the superconducting controlled key 20 of the drive 18 with its signal and switches on the return valve circuit 25 of the converter 21. As a result, the superconducting inductive coil 19 of the energy store 18 starts to discharge through the main DC buses 7, 8 to the auxiliary electrical unit 30 .
При этом в случае отклонения реального времени холостого хода газотурбинного двигателя от расчетного среднего значения возможны следующие варианты работы схемы.Moreover, in the event of a real-time deviation of the idle speed of the gas turbine engine from the calculated average value, the following circuit operation options are possible.
1. Если tтек.XX<tср.XX, то накопитель 18, разряжаясь в цепь блока вспомогательного электрооборудования 30, не успевает израсходовать всю накопленную в нем энергию. Тогда ее остаток может быть использован, например, для подзарядки аккумуляторной батареи, которая входит в состав блока 59 потребителей постоянного тока.1. If t tech.XX <t cf.XX , then drive 18, discharging into the circuit of the auxiliary electrical unit 30, does not have time to use up all the energy stored in it. Then its remainder can be used, for example, to recharge the battery, which is part of the block 59 of direct current consumers.
2. Если tтек.XX>tср.XX, то энергии, запасенной в сверхпроводниковом накопителе 18 в режиме долевых нагрузок недостаточно для питания вспомогательного электрооборудования 30.2. If t tech.XX > t cf.XX , then the energy stored in the superconducting storage device 18 in the shared load mode is not enough to power auxiliary electrical equipment 30.
При этом в блоке управления 26 анализируется информация, поступающая в него по каналу 58 от датчика напряжения 56 о величине питающего напряжения на входах 61 блока 60 потребителей переменного тока в блоке вспомогательного электрооборудования 30. Если величина сигнала 58 в датчике 56 меньше минимального напряжения на входах 61, то по сигналам из блока управления 26 осуществляется открытие вентилей первого преобразователя 6 и вентильной цепи 24 второго преобразователя 21. И таким образом, на шинах 7, 8 появляется напряжение, которое поддерживает питающее напряжение потребителей переменного тока 60 в блоке вспомогательного электрооборудования 30 и обеспечивает новый заряд энергией сверхпроводникового накопителя 18. При этом тяговые инверторы 14-17 остаются в выпрямительном режиме, а тяговые двигатели - в генераторном.At the same time, the control unit 26 analyzes the information supplied to it via channel 58 from the voltage sensor 56 about the value of the supply voltage at the inputs 61 of the block 60 of the AC consumers in the auxiliary electrical unit 30. If the signal value 58 in the sensor 56 is less than the minimum voltage at the inputs 61 then, according to the signals from the control unit 26, the valves of the first converter 6 and the valve circuit 24 of the second converter 21 are opened. And thus, a voltage appears on the buses 7, 8, which supports the power supply. its voltage AC loads 60 to the auxiliary electrical equipment unit 30 and provides a new charge energy storage device 18. The superconducting Thus traction inverters 14-17 remain in rectifier mode, and traction motors - as a generator.
В результате в режиме «затянувшегося» холостого хода нагрузкой для газотурбинного агрегата являются блок вспомогательного электрооборудования и сверхпроводниковый накопитель энергии.As a result, in the “prolonged” idle mode, the load for the gas turbine unit is the auxiliary electrical equipment unit and a superconductor energy storage device.
Это позволяет расширить пределы стабилизации к.п.д. газотурбинной установки и обеспечить ее устойчивую работу за счет бесперебойного питания потребителей переменного тока в блоке вспомогательного электрооборудования.This allows you to expand the stabilization limits of efficiency. gas turbine installation and ensure its stable operation due to uninterrupted power supply of alternating current consumers in the auxiliary electrical equipment block.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009129337/22U RU89035U1 (en) | 2009-07-29 | 2009-07-29 | GAS TURBOZOVOZ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009129337/22U RU89035U1 (en) | 2009-07-29 | 2009-07-29 | GAS TURBOZOVOZ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU89035U1 true RU89035U1 (en) | 2009-11-27 |
Family
ID=41477090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009129337/22U RU89035U1 (en) | 2009-07-29 | 2009-07-29 | GAS TURBOZOVOZ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU89035U1 (en) |
-
2009
- 2009-07-29 RU RU2009129337/22U patent/RU89035U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6228586B2 (en) | Electric vehicle | |
| US20180361877A1 (en) | Automotive Hybrid Energy Supply System and Method and Hybrid Energy Automobile | |
| JP5674379B2 (en) | System for storing and managing a plurality of energies and method for producing the same | |
| US20170256957A1 (en) | Hybrid power delivery with improved power control | |
| US20050225090A1 (en) | Island network and method for operation of an island network | |
| CN204928358U (en) | Diesel generator economizer system of intermittent type nature operation continuation power supply | |
| CN104660129B (en) | Switch reluctance wind driven generator control system and method | |
| CN106208071B (en) | Hybrid AC and DC distribution system and method of use | |
| CN103944157A (en) | Direct current supply system for drilling machine and control method of direct current supply system | |
| CN104163111A (en) | Electric vehicle combined energy range extending system based on bidirectional DC/DC | |
| CN111953016B (en) | Mobile multi-energy micro-grid control method and system | |
| CN101599710A (en) | Monopole inverter capable of boosting voltage | |
| CN106961150B (en) | Control method and system of composite energy storage battery | |
| CN212400925U (en) | Energy management system of extended-range hybrid power engineering machinery | |
| CN212579619U (en) | Energy supply device for a rail vehicle and rail vehicle | |
| EP2423103A1 (en) | Electric propulsion of a ship incorporating an energy storage system | |
| CN103166220B (en) | A kind of off-grid type Stirling electric power system structure and control method | |
| WO2019061694A1 (en) | Boat electric-power system and method for controlling same | |
| TWI623482B (en) | A three-power hybrid energy saving system of a rubber-tyred gantry crane | |
| US9257859B2 (en) | Dynamic battery control based on demand | |
| CN104358650A (en) | Integrated device for starting diesel engine and charging battery, as well as diesel locomotive | |
| CN109103983A (en) | Using flywheel energy storage to the system and control method of converter plant uninterrupted power supply | |
| CN112072781A (en) | Emergency seamless switching system and method for full-water-cooling permanent magnet synchronous diesel generator set | |
| CN109131380B (en) | Main and auxiliary transmission system of diesel locomotive and diesel locomotive | |
| RU94195U1 (en) | HYBRID BATTERY VEHICLE ELECTRIC DRIVE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20100730 |