SU1260546A1 - Силова установка транспортного средства - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к силовым установкам транспортных средств. Цель изобретени  - повышение экономичности установки путем использовани  кинетической энергии торможени  транспортного средства. Силова  цепь св зывает т говые электродвигатели 1 с электрогенератором 2, который приводитс  во вращение двигателем 3 внутреннего сгорани . Двигатель 3 оснащен свободным турбокомпрессором наддува с турбиной 4 и компрессором 5. Вспомогательный нагнетатель 7 подключен параллельно основному компрессору 5 и выполнен с приводом от маховика 8. В режиме торможени  транспортного средства т говые электродвигатели 1 перевод т в генераторный режим , выключателем 12 подключают к зажимам электродвигател  9 и раскручивают маховик, а после торможени  вновь подключают к электрогенератору 2. На переходных режимах, таких как тоогание с места и разгон, открывают заслонки 10 и 11 и вращаемый маховиком 8 вспомогательный нагнетатель 7 обеспечивает дополнительную подачу воздуха в систему воздухоснабжени  двигател . 3 з.п. ф-лы, 6 ил. (Л Од о сд 4 Од Фиг. 1

Description

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

Целью изобретени   вл етс  повышение экономичности силовой установки путем обеспечени  возможности использовани  кинематической энергии торможени  транспортного средства.

На фиг. 1 приведена принципиальна  схема подключени  т говых электродвигателей к электродвигателю привода маховика; на фиг. 2 - вариант схемы дл  транспортного средства (тепловоза) с передачей посто нного тока н т говыми электродвигател ми сериесного возбуждени ; на фиг. 3 - то же, смешанного или независимого возбуждени ; на фиг. 4 - вариант схемы дл  тепловоза с передачей переменно-посто нного тока и с т говыми электродвигател ми сериесного возбуждени ; на фиг. 5 - вариант включени  асинхронного электродвигател  вспомогательного нагнетател  в силовую цепь теп- ловозов через статический преобразователь частоты (узел I на фиг. 2); на фиг. 6 - вариант исполнени  схемы в случае выполнени  вспомогательного нагнетател  винтовым (узел II на фиг. 3).

Т говые электродвигатели 1 подключены к электрогенератору 2, соединенному с двигателем 3 внутреннего сгорани . Двигатель внутреннего сгорани  оснащен свободным турбокомпрессором 4 наддува, компрессор 5 которого обеспечивает воздухоснабжение двигател . Охлаждение наддувочного воздуха осуществл етс  в охладителе 6. Вспомогательна  система подачи воздуха содержит вспомогательный нагнетатель 7 с приводом от. маховика 8, с которым св зан электродвигатель 9 привода маховика. Вспомо- гательный нагнетатель 7 подключен параллельно основному компрессору 5 и выполнен с органом перекрыти  впускного отверсти  - поворотной заслонкой 10. При обычном режиме работы двигател  внутреннего сгорани  заслонка 10 закрыта и маховик вращает нагнетатель 7 вхолостую, расходу  энергию лишь на потери в подшипниках, турбулиза- цию потока в нагнетателе и вентил ционные потери в самом маховике. Дл  снижени  потерь на турбулизацию потока в нагнетате- ле 7 при отключенной (от двигател ) системе подачи воздуха в выпускном отверстии нагнетател  также установлен орган перекрыти  - дополнительна  заслонка 11.

Выключатель 12 служит дл  подключени  электродвигател  вспомогательного наг- нетател  к силовой цепи т говых электродвигателей . Система дополнительного воз- духоснабжени  оснащена датчиком 13 частоты вращени  маховика.

Согласно фиг. 2 к электрогенератору 2 через силовые контакторы 14 подключены т говые электродвигатели 1, имеющие сериес- ные обмотки 15 возбуждени . Силова  цепь

0

о 5

0

0

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

В т говых электродвигател х 1, подключенных к генератору 2 по схеме фиг. 3, кроме обмоток 15 последовательного возбуж дени  предусматриваютс  обмотки 19 независимого возбуждени , питаемые от отдельного возбудител  20. Силова  цепь также снабжена тормозными резисторами 16 н тормозным переключателем 17. Электродвигатель 9 привода маховика подключен к части одного из тормозных резисторов 16. Электродвигатель 18 вентил тора тормозных резисторов подключен к части другого тормозного резистора 16 аналогично схеме на фиг. 2.

Схема подключени  электродвигател  9 по фиг. 4 не отличаетс  от ранее описанных по фиг. 2 и 3.

Согласно фиг. 4 т говые электродвигатели 1 присоединены к синхронному электрогенератору 21 через выпр мительную установку 22 со стороны посто нного тока через силовые контакторы 14. Т говые электродвигатели 1 имеют сериесные обмотки 15 возбуждени . Силова  цепь снабжена тормозными резисторами 16, тормозным переключателем 17, двум  мотор-вентил торами 18 с электродвигател ми, используемыми дл  охлаждени  тормозных резисторов.

Электродвигатель 9 привода маховика подсоединен параллельно электродвигател м 18. Перевод схемы из т гового режима в тормозной осуществл етс  тормозным переключателем 17.

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

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

Применение высокочастотного асинхронного двигател  позвол ет выполнить непосредственное соединение электродвигател  с маховиком без применени  повышающей передачи.

В св зи с отсутствием разобщительных муфт в системе привода вспомогательного нагнетател  и резкого изменени  частоты его вращени  устройство по фиг. 5 позвол ет применить винтовые нагнетатели (объемного типа), имеющие большие моменты инерции вращающихс  роторов и сравнительно высокую частоту вращени .

На фиг. 6 показан вариант исполнени  системы дополнительного воздухоснабжени  с винтовым нагнетателем 26 и электродвигателем посто нного тока.

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

Установка работает следующим образом .

В случае торможени  транспортного средства по фиг. 1 т говые электродвигатели перевод т в режим генератора и выключаменным . Силу торможени  измен ют посредством измененн  возбуждени  возбудител  или частоты вращени  вала двигател  внутреннего сгорани .

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

Чтобы уменьщнть размеры и вес тормозных резисторов, примен етс  интеиснвна  их вентил ци . Электродвигатель вентил тотелем 12 подключают к зажимам электродви- Ю ра 18 питают от части тормозного резистора

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

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

На разгон маховика может быть использована только часть энергии торможени  транспортного средства, поэтому осуществл емый способ воздухоснабжёни  целесообразно использовать совместно с при- меиением электрического тормоза.

Возможно торможение т говыми двигател ми с помощью тормозных резисторов (реостатное торможение) или торможение путем передачи тормозиой мощности первичному двигателю транспортного средства, пр ивод щему во вращение электрогенератор (рекуперативное торможение).

При рекуперативном торможении транспортного средства с дизелем основна  часть энергии от т говых электродвигателей , обращенных в генераторы, передаетс  генератору, обращенному в двигатель, вращающий дизель. При этом тормозна  мощность используетс  дл  компенсации потерь в дизель-генераторе и дл  привода вспомогательных механизмов (в том числе и нагнетател  системы дополнительного воздухо- снабжени ), что позвол ет уменьшить расход топлива. Рекуперативное торможение может быть реализовано на транспортном средстве с передачей посто нного тока.

При реостатном торможении вырабатываема  т говыми электродвигател ми энерги  поглощаетс  в тормозных резисторах и рассеиваетс  в виде тепла, а частично используетс  дл  привода вентил торной установки тормозных резисторов и других вспомогательных механизмов.

При торможении транспортного средства по фиг. 2 т говые электродвигатели 1 отключают от генератора 2 и соедин ют попарно последовательно с тормозными резисторами 16. Обмотки возбуждеии  соедин ют последовательно и питают от главного генератора .

Переключение осуществл ют тормозным переключателем 17. Тормозное сопротивление при торможении обычно остаетс  неиз

15

20

25

30

35

40

45

50

55

16, использу  при этом тормозную мощность . Кроме того, с увеличением мощности, рассеиваемой сопротивлени ми, растет производительность вентнл тора.

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

Согласно фиг. 3 генератор 2 остаетс  включенным в цепь т говых электродвигателей 1 при тормозном режиме. В силовой цепи не требуетс  переключени  дл  присоединени  обмоток возбуждени . Тормозные резисторы 16 при т говом режиме замкнуты контакторами тормозного переключател  17, которые в тормозном режиме разомкнуты.

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

При больших скорост х генератор 2 работает в режиме электродвигател , компенсиру  механические потери в двигателе внут реннего сгорани , при этом расход топлива при торможении существеино снижаетс  и при некоторых режимах может быть доведен до нул .

При меньших скорост х генератор переводитс  в генераторный режим. ЭДС генератора складываетс  из ЭДС т говых электродвигателей, вследствие чего возможно реализовать при снижении скорости мак- симальиую силу торможени . На тепловозах , имеющих передачу переменно-посто нного тока, также примен етс  реостатное торможение.

При торможении к т говому синхронному генератору 21 через выпр мительную установку 22 со стороны посто нного тока подсоедин ют обмотки 15 возбуждени  т говых электродвигателей 1. Якорь каждого электродвигател  1 включают на отдельный тормозной резнстор 16.

Питание обмотки возбуждени  т гового генератора как в т говом режиме, так и в режиме торможени  происходит от синхронного возбудител  через управл емый выпр митель . Это дает возможность при торможении плавно регулировать возбуждение т говых электродвигателей в требуемых предеменным . Силу торможени  измен ют посредством измененн  возбуждени  возбудител  или частоты вращени  вала двигател  внутреннего сгорани .

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

Чтобы уменьщнть размеры и вес тормозных резисторов, примен етс  интеиснвна  их вентил ци . Электродвигатель вентил тора 18 питают от части тормозного резистора

5

0

5

0

5

0

5

0

5

16, использу  при этом тормозную мощность . Кроме того, с увеличением мощности, рассеиваемой сопротивлени ми, растет производительность вентнл тора.

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

Согласно фиг. 3 генератор 2 остаетс  включенным в цепь т говых электродвигателей 1 при тормозном режиме. В силовой цепи не требуетс  переключени  дл  присоединени  обмоток возбуждени . Тормозные резисторы 16 при т говом режиме замкнуты контакторами тормозного переключател  17, которые в тормозном режиме разомкнуты.

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

При больших скорост х генератор 2 работает в режиме электродвигател , компенсиру  механические потери в двигателе внутреннего сгорани , при этом расход топлива при торможении существеино снижаетс  и при некоторых режимах может быть доведен до нул .

При меньших скорост х генератор переводитс  в генераторный режим. ЭДС генератора складываетс  из ЭДС т говых электродвигателей, вследствие чего возможно реализовать при снижении скорости мак- симальиую силу торможени . На тепловозах , имеющих передачу переменно-посто нного тока, также примен етс  реостатное торможение.

При торможении к т говому синхронному генератору 21 через выпр мительную установку 22 со стороны посто нного тока подсоедин ют обмотки 15 возбуждени  т говых электродвигателей 1. Якорь каждого электродвигател  1 включают на отдельный тормозной резнстор 16.

Питание обмотки возбуждени  т гового генератора как в т говом режиме, так и в режиме торможени  происходит от синхронного возбудител  через управл емый выпр митель . Это дает возможность при торможении плавно регулировать возбуждение т говых электродвигателей в требуемых преде

лах (на фиг. 4 синхронный возбудитель и управл емый выпр митель не показаны).

Система дополнительного воздухоснаб- жени  может быть снабжена устройством подключени  электродвигател  привода маховика к силовой цепи тепловоза дл  обеспечени  первоначальной раскрутки маховика после запуска двигател  3 и перед началом работы транспортного средства.

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

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

Выполнение устройств по данному способу воздухоснабжени  не требует разобщительных муфт, которые  вл ютс  наиболее слабым звеном в системе привода.

Отсутствие разобщительных муфт в сие- теме привода, резких сбросов или резкого увеличени  частоты вращени  позвол ет применить винтовые нагнетатели (объемного типа), имеющие больщие моменты инерции вращающихс  роторов. Применение винтовых нагнетателей дает широкие возможности по применению различных схем подачи дополнительного воздуха. Подача воздуха при этом может осуществл тьс  на лопатки центробежного компрессора турбоагрегата или в цилиндры двигател  перед началом сжати .

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

Привод дополнительного нагнетател , реализуемый в предлагаемой установке, не требует отбора мощности от вала двигател , а обеспечиваетс  за счет использовани  аккумулированной в периоды торможени  кинетической энергии транспортного средства, что дополнительно повышает КПД и эффективность транспортного средства.

Claims (4)

1.Силова  установка транспортного средства, содержаща  двигатель внутреннего сгорани , св занный с ним электрогенератор , подключенные к последнему при помощи силовой цепи т говые электродвигатели , турбокомпрессор наддува, подключенный к впускному трубопроводу двигател , вспомогательный нагнетатель наддува с приводом от маховика и электродвигатель привода маховика, отличающа с  тем, что, с целью повыщени  экономичности путем обес- печеии  возможности использовани  кинетической энергии торможени , т говые электродвигатели выполнены в виде обратимых электрических машин, и установка снабжена схемой подключени  последних к электродвигателю привода маховика при работе т говых электродвигателей в режиме электрогеиератор а.

2.Установка по п. 1, отличающа с  тем, что силова  цепь снабжена тормозными резисторами , тормозным переключателем и схе. мой их соединени  с т говыми электродвигател ми , причем схема подключени  т говых электродвигателей к электродвигателю привода маховика выполнена заодно со схемой соединени  тормозных резисторов и тормозиого переключател  с т говыми электродвигател ми с возможностью подключени  электродвигател  привода маховика к части по меньшей мере одного из тормозных резисторов.

3.Установка по пп. 1 и 2, отличающа с  тем, что она снабжена статическим преобразователем частоты, причем электродвигатель привода маховика-выполнен асинхронным и статический преобразователь частоты включен в схему подключени  т говых электродвигателей к электродвигателю привода маховика.

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

-hxHJм

13 Н

tn11:

/«

/«

O J

jij- T-ajLi

16

U

15

Li

17

,JLH-

UJL

Л5

JL

/7

/7

7d

20

Фиг.З

f

(PU8. 5

I

Фиг. б

Составитель М. Фаин

Редактор И. РыбченкоТехред И. ВересКорректор И. Эрдейи

Заказ 5204/29Тираж 523Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытнй

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

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