UA32819U

UA32819U - Diesel unit

Info

Publication number: UA32819U
Application number: UAU200802397U
Authority: UA
Inventors: Viktor Oleksiiovych Ivanov; Anatolii Romanovych Leibovych; Emanuella Hirshevna Yevzikova
Original assignee: Viktor Oleksiiovych Ivanov; Anatolii Romanovych Leibovych; Emanuella Hirshevna Yevzikova
Priority date: 2008-02-25
Filing date: 2008-02-25
Publication date: 2008-05-26

Abstract

A diesel-unit includes diesel, accumulator battery and electric power unit mechanically connected to diesel, this includes alternating current power electric generators. To electric power unit a starter is built-in, this is mechanically connected to the engine shaft.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до електроустаткування тепловозів, а також до систем, що забезпечують роботу 2 двигунів внутрішнього згоряння, і може бути використаний для забезпечення безвідмовності пуску тепловозних дизелів і модернізації двомашинних агрегатів тепловозів.The useful model refers to the electrical equipment of diesel locomotives, as well as to systems that ensure the operation of 2 internal combustion engines, and can be used to ensure trouble-free start-up of diesel locomotives and modernization of two-engine units of diesel locomotives.

Однієї з існуючих проблем у тепловозній тязі є система запуску двигуна за допомогою стартера-генератора постійного струму, що відрізняється складністю механічної передачі моменту від стартера-генератора до колінчатого вала дизель-генераторної силової установки, а також труднощами оптимізації процесу заряду 70 акумуляторної батареї.One of the existing problems in locomotive traction is the system of starting the engine with the help of a starter-generator of direct current, which is characterized by the complexity of the mechanical transmission of the moment from the starter-generator to the crankshaft of the diesel-generator power plant, as well as the difficulties of optimizing the process of charging the battery 70.

Відомий двомашинний агрегат ІГенераторь! и агрегать! тяговье: (Злектронньій ресурс|. - Режим доступа: пер:/Лапипа.ги/до. рпр7асн130352 (Сайт ЗАО "Белгородмаш")), який містить у собі збудник і допоміжний генератор. Збудники призначені для живлення обмотки незалежного збудження тягового генератора.The famous two-machine unit IGenerator! and the unit! Traction: (Zlektronnyi resource|. - Access mode: per:/Lapypa.gy/do. rpr7asn130352 (Belgorodmash ZAO website)), which contains an exciter and an auxiliary generator. Exciters are designed to power the winding of the independent excitation of the traction generator.

Допоміжний генератор призначений для живлення ланцюгів керування і для зарядки акумуляторної батареї. 12 Відомий дизель-генератор |Гепловоз маневровьй ТЗМ103: ІЗлектронньй ресурс) - Режим доступа: пер:/Лаїів.пагод.ги/Геріомо2и/ТЕМ10О3 Кгаїкое (ехорізап.раї (Сайт "Тепловозьі из альбома-каталога "Луганские локомотивь!)), який складається з дизеля і тягового агрегату, з'єднаних муфтою і встановлених на загальній піддизельній рамі. Тяговий агрегат містить у собі синхронний генератор з допоміжним генератором постійного струму для запуску дизеля, живлення допоміжних агрегатів постійного струму і збудження синхронного генератора.The auxiliary generator is designed to power the control circuits and to charge the battery. 12 The well-known diesel-generator |Heplovoz shunting locomotive TZM103: Izlektronnyi resource) - Access mode: per:/Laiiv.pagod.gy/Heriomo2y/TEM10O3 Kgaikoe (echorizap.rai (The site "Thermal locomotives from the catalog album "Luhansk locomotives!)"), which consists of a diesel engine and a traction unit connected by a coupling and installed on a common sub-diesel frame. The traction unit contains a synchronous generator with an auxiliary direct current generator for starting the diesel engine, powering the auxiliary direct current units and exciting the synchronous generator.

Аналіз існуючих систем запуску й обгрунтування необхідності керованого запуску дизель-агрегатів тепловозів показує, що в даний час на залізничному транспорті для запуску дизель-агрегатів тепловозів переважно використовуються дві системи: - за допомогою тягового генератора з використанням пускової обмотки і живленням від акумуляторної 22 батареї (застосовується на тепловозах з електропередачею постійного струму з тяговими генераторами - постійного струму типу ГП311 - тепловози типу ТЗ10, М62, ТЗМТ18 ії ін.) |Гепловоз ТЗ310 і його модифікації:The analysis of existing starting systems and the justification of the need for controlled starting of diesel units of diesel locomotives shows that currently two systems are mainly used in railway transport to start diesel units of diesel locomotives: - with the help of a traction generator with the use of a starting winding and powered by a battery 22 (applied on diesel locomotives with direct current transmission with traction generators - direct current of the ГП311 type - diesel locomotives of the ТЗ10, М62, ТЗМТ18 and others types) | ТЗ310 diesel locomotive and its modifications:

ІЗлектронньій ресурс! - Режим доступа: НЕр://тетрегз.Ігірод.сот/-їмап1950/ОівеІ-ТЕ10.пітІйТЗ10 (Раздел "Дизель-поезда |; - за допомогою спеціалізованої електричної машини постійного струму -стартера, з живленням від іо акумуляторної батареї (використовується на тепловозах з електропередачею змінно-постійного струму з «-- тяговими синхронними генераторами типу ГОС-501 - тепловози 213116 МЗ300 ії ін) (Тепловоз 273116:Electronic resource! - Access mode: НЕр://тетрегз.Игирод.сот/-имап1950/ОивеИ-ТЕ10.питИйТЗ10 (Section "Diesel-train |; - with the help of a specialized DC electric machine - starter, with power from the io battery (used on locomotives with alternating-direct current power transmission with "-- traction synchronous generators of the GOS-501 type - locomotives 213116 MZ300 and others) (Locomotive 273116:

ІЗлектронньій ресурс! - Режим доступа: НЕр:/Лимлму.тамад.зро.гиЛекву/2іе116.піт, (Раздел "Локомотивь со российских железньмх дорог|). сіElectronic resource! - Access mode: NEr:/Limlmu.tamad.zro.hyLekvu/2ie116.pit, (Section "Locomotives from Russian Railways").

Загальним недоліком існуючих дизель-агрегатів є те, що, незважаючи на досить велику вагу основного пускового устаткування, пуск дизеля на існуючих тепловозах протікає в дуже тяжких умовах, обумовлених с складністю механічної передачі від стартера до колінчатого вала дизеля, а також труднощами оптимізації процесу пуску і заряду акумуляторної батареї.The general disadvantage of existing diesel units is that, despite the rather large weight of the main starting equipment, diesel start-up on existing diesel locomotives takes place in very difficult conditions due to the complexity of the mechanical transmission from the starter to the crankshaft of the diesel engine, as well as the difficulties of optimizing the start-up process and battery charge.

Крім того, при цьому виникають великі сплески струму акумуляторної батареї, що досягають 2000А і « зменшують корисну ємність батареї та її термін служби. 70 Системи повітряного і пневмо-стартерного запуску дизеля вимагають додаткового устаткування (компресори, о, с пневмостартери, повітряні балони), мають практично ті ж недоліки, що і попередні системи, і не виключають з» наявності акумуляторної батареї досить великої ємності.In addition, at the same time, there are large current surges of the battery, reaching 2000A and reducing the useful capacity of the battery and its service life. 70 Air and pneumatic starter diesel start-up systems require additional equipment (compressors, o, c pneumatic starters, air cylinders), have almost the same disadvantages as the previous systems, and do not exclude the presence of a battery with a sufficiently large capacity.

Відсутність на ринку пристроїв безстартерного запуску дизеля улоеможливлювало рішення проблеми широкої заміни застарілих генераторів постійного струму синхронними генераторами на тепловозах серій 310, М62, 49 ТЗМ?2 та інших, а також впровадження електропередач перемінно-постійного струму (з тяговими синхронними і генераторами і випрямляч) на маневрових і промислових тепловозах. з На тепловозах з передачею змінно-постійного струму тяговий генератор являє собою синхронну машину змінного струму і, отже, прямо не може бути використаний для повороту колінчатого вала дизеля. со Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, за технічною суттю, призначенням і результатом, що - 20 досягається, є пристрій для пуску двигуна і його використання в автомобілі (Міжнародна публікаціяThe lack of starterless diesel start-up devices on the market made it possible to solve the problem of widespread replacement of outdated direct current generators with synchronous generators on diesel locomotives of the 310, M62, 49 TZM?2 series and others, as well as the introduction of alternating-direct current power transmissions (with traction synchronous and generators and rectifiers) on shunting and industrial locomotives. z On diesel locomotives with alternating-direct current transmission, the traction generator is a synchronous alternating current machine and, therefore, cannot be directly used to turn the crankshaft of a diesel engine. The closest to the claimed utility model, in terms of technical essence, purpose and the result achieved, is a device for starting an engine and its use in a car (International publication

М/О2006121005 А1 від 2006-11-16), до складу якого входить дизель, акумуляторна батарея й механічно ме з'єднаний з дизелем електричний силовий агрегат, що містить силові електричні генератори, а також конденсаторні накопичувачі енергії і зарядних пристроїв змінного струму. Запуск дизеля в даному пристрої здійснюється за допомогою електричної машини постійного струму. 29 Недоліками цього відомого пристрою є: с - прямий пуск електродвигуна постійного струму з ударним додатком максимального пускового моменту (так називаний момент страгування), що приводить до підвищеного зносу механічних частин дизельного двигуна, тому що робота відбувається без мастила. - на тепловозах з електропередачею перемінно-постійного струму для стартерів установлюється додатковий 60 редуктор для передачі обертання від стартера на колінчатий вал дизеля, що значно ускладнює кінематичну систему дизеля і може привести до механічних поломок частин дизеля. Вага стартера разом з редуктором на тепловозах 273116 складає приблизно 850кг при потужності стартера рівної 5ОкВт.M/O2006121005 A1 from 2006-11-16), which includes a diesel engine, a battery and an electric power unit mechanically connected to the diesel engine, containing power electric generators, as well as capacitor energy storage devices and alternating current chargers. The diesel engine in this device is started using a direct current electric machine. 29 The disadvantages of this well-known device are: c - direct start of the direct current electric motor with a shock application of the maximum starting moment (the so-called throttling moment), which leads to increased wear of the mechanical parts of the diesel engine, because the work takes place without lubrication. - on diesel locomotives with AC power transmission for starters, an additional 60 reducer is installed to transfer rotation from the starter to the diesel crankshaft, which greatly complicates the diesel kinematic system and can lead to mechanical breakdowns of diesel parts. The weight of the starter together with the gearbox on diesel locomotives 273116 is approximately 850 kg with a starter power equal to 5 kW.

При застосуванні бесстартерного запуску дизеля збільшується КПД. системи запуску, зменшується витрата ємності, номінальна ємність, маса й обсяг акумуляторної батареї, знижується пусковий струм. бо В основу корисної моделі поставлена задача зменшення зносу механічних частин дизельного двигуна, а також задача спрощення кінематичної схеми дизеля.When using a starterless diesel engine, the efficiency increases. starting system, capacity consumption, nominal capacity, mass and volume of the battery are reduced, the starting current is reduced. because the useful model is based on the task of reducing the wear of the mechanical parts of the diesel engine, as well as the task of simplifying the kinematic scheme of the diesel engine.

Поставлена задача вирішується тим, що до складу дизель-агрегату входить дизель, акумуляторна батарея й механічно з'єднаний з дизелем електричний силовий агрегат, що містить силові електричні генератори змінного струму. Відповідно до корисної моделі, в електричний силовий агрегат додатково вбудований стартер, механічно зв'язаний з валом двигуна. Як стартер використаний безконтактний багатополюсний асинхронний короткозамкнутий електродвигун. В окремому варіанті виконання корисної моделі до складу пристрою додатково введений пусковий інверторний блок, вихідні ланцюги якого підключені до стартера через пусковий контактор.The task is solved by the fact that the diesel unit includes a diesel engine, a battery and an electric power unit mechanically connected to the diesel engine, which contains alternating current power generators. According to the utility model, a starter mechanically connected to the engine shaft is additionally built into the electric power unit. A contactless multipole asynchronous short-circuit electric motor is used as a starter. In a separate version of the utility model, a starting inverter block is additionally included in the device, the output circuits of which are connected to the starter through the starting contactor.

Можливе виконання корисної моделі, у якому пусковий інверторний блок виконаний на ІЗВТ-модулях з 7/0 інтелектуальними драйверами.It is possible to implement a useful model in which the starting inverter unit is made on IZVT modules with 7/0 intelligent drivers.

У ще одному варіанті реалізації пристрою стартер виконаний з можливістю живлення від акумуляторної батареї через перетворювач частот, а обмотка безконтактного багатополюсного асинхронного короткозамкнутого електродвигуна виконана багатошарової з укороченими вильотами лобових частин обмоток.In another version of the device, the starter is made with the possibility of powering from a battery through a frequency converter, and the winding of a non-contact multipole asynchronous short-circuited electric motor is made of multilayers with shortened departures of the frontal parts of the windings.

Задача зменшення зносу механічних частин дизельного двигуна досягається за рахунок використання в 7/5 Конструкції дизель-агрегату безконтактного багатополюсного асинхронного короткозамкнутого електродвигуна, що забезпечує регульований запуск дизель-агрегату. Це дозволить уникнути надмірних стрибків струму (ударних моментів під час пуску), які несприятливо впливають на роботу акумуляторної батареї. При цьому значення струмів, споживаних від акумуляторної батареї, нижче ніж при запуску від стартера постійного струму і на порядок нижче, ніж при безстартерному запуску.The task of reducing the wear of mechanical parts of the diesel engine is achieved by using a non-contact multi-pole asynchronous short-circuit electric motor in 7/5 Design of the diesel unit, which provides adjustable starting of the diesel unit. This will avoid excessive current surges (shock moments during start-up), which adversely affect the operation of the battery. At the same time, the value of the currents consumed from the battery is lower than when starting from a DC starter and an order of magnitude lower than when starting without a starter.

Задача спрощення кінематичної схеми дизеля забезпечується завдяки тому, що при створенні системи інверторного запуску з використанням вбудованого в тяговий агрегат безконтактного багатополюсного асинхронного короткозамкнутого електродвигуна виключається привод розподільного вала, що значно спрощує кінематичну схему дизель-агрегату і підвищує його енергоефективність за рахунок зниження витрати палива й мастила.The task of simplifying the kinematic diagram of a diesel engine is achieved due to the fact that when creating an inverter start system using a non-contact multipole asynchronous short-circuit electric motor built into the traction unit, the camshaft drive is turned off, which significantly simplifies the kinematic diagram of the diesel unit and increases its energy efficiency by reducing fuel and lubricant consumption .

Крім того, додатковим технічним результатом корисної моделі є те, що він дозволяє: - підвищити КПД і знизити масу дизель-генераторної силової установки за рахунок спрощення кінематичної - схеми механічної передачі; - знизити витрати палива за рахунок підвищення КПД дизель-генераторної установки; - продовжити термін служби акумуляторних батарей приблизно на 4095 за рахунок зм'якшення режимів Фо зо експлуатації в пускових режимах; - зменшити імовірність механічних ушкоджень дизеля за рахунок реалізації керованого пуску, що виключає (7 ударні моменти під час пуску. соIn addition, an additional technical result of the useful model is that it allows: - to increase the efficiency and reduce the mass of the diesel-generator power plant due to the simplification of the kinematic - mechanical transmission scheme; - reduce fuel consumption by increasing the efficiency of the diesel generator set; - to extend the service life of accumulator batteries by approximately 4095 due to the softening of the Fo zo operation modes in start-up modes; - to reduce the probability of mechanical damage to the diesel engine due to the implementation of controlled start-up, which excludes (7 shock moments during start-up.

На кресленні представлена принципова електрична схема запропонованого пристрою.The drawing shows the basic electrical diagram of the proposed device.

Дизель-агрегат містить у собі дизель 1 і електричний силовий агрегат 2. В електричний силовий агрегат2 С з5 Входять генератори - тяговий синхронний генератор З, що забезпечує живлення тягових електродвигунів, і с допоміжний синхронний генератор 4, використовуваний для живлення власних потреб тепловоза, а також багатополюсний асинхронний електродвигун з короткозамкнутим ротором 5 (далі асинхронний електродвигун 5), який виконує роль стартера дизеля, пусковий інверторний блок 6 і акумуляторну батарею 7.The diesel unit includes diesel 1 and electric power unit 2. The electric power unit 2 C c 5 includes generators - traction synchronous generator C, which provides power for the traction electric motors, and c auxiliary synchronous generator 4, used to power the diesel locomotive's own needs, as well as a multi-pole asynchronous electric motor with a short-circuited rotor 5 (hereinafter asynchronous electric motor 5), which acts as a diesel starter, a starting inverter unit 6 and a battery 7.

Всі електричні машини, що входять в електричний силовий агрегат 2, мають загальний вал 8, з'єднаний за « допомогою муфти з валом дизеля 1. з с Пристрій працює в такий спосіб. Найкращим способом запуску дизеля 1 є частотний керований запуск від асинхронного електродвигуна 5 за допомогою пускового інверторного блоку 6 (інвентор). Після запуску дизеля 1 з інвертор 6 переводиться в режим заряду акумуляторної батареї 7 і живлення допоміжних навантажень.All electric machines, included in the electric power unit 2, have a common shaft 8, which is connected by means of a coupling to the shaft of the diesel engine 1. The device works in the following way. The best way to start a diesel engine 1 is a frequency-controlled start from an asynchronous electric motor 5 using a starting inverter unit 6 (inventor). After starting the diesel engine 1, the inverter 6 switches to the mode of charging the battery 7 and powering the auxiliary loads.

У режимі запуску асинхронний електродвигун 5 дизеля 1 через пусковий контактор 9 підключається доIn the starting mode, the asynchronous electric motor 5 of the diesel engine 1 is connected to the starting contactor 9 through the

Вихідних ланцюгів пускового інверторного блоку 6. Інвертор 6 виконаний на ІСВТ-модулях з інтелектуальними с драйверами, що забезпечують внутрішній захист від неприпустимих струмів |Рогачев К.Д. Силовне биполярнье транзисторь с о изолированньм затвором (ЗВТ): ІЗОлектронньй ресурс) - Режим доступа: ко пЕр://лумли дами ги/пЕті.сдійхробі/дрілгапвзівіог.піт (Сайт "Рьінок микрозлектроники")). о Керування пусковим інверторним блоком 6 здійснюється мікропроцесорним блоком керування інверторним 5о пуском 10 по сигналу Шу, що формується за сигналами зворотних зв'язків фазних струмів електродвигуна 5 - (Іфи» Ір) і частоти обертання вала 8 дизеля 1 (пд). Алгоритм керування двигуном 5 передбачає квазівекторне «с керування, з формуванням моменту по куту навантаження електродвигуна 5. При цьому підтримується задане значення струму намагнічування (Ф дд-сопвІ), а величина моменту регулюється активною складовою струму статора двигуна 5. ШИМ-конвертор інвертора 6 формує алгоритм переключення силових ключів, що забезпечує в Формування синусоїдальних фазних струмів (коефіцієнт синусоїдальності - не менше 0,955 від першої гармонійної фазного струму). с Алгоритм пуску дизеля 1 забезпечує пуск протягом 12...15сє, при цьому частота обертання стартера 5 і дизеля 1 повинна досягти 200об/хв, після чого дизель 1 запускається, фазний струм знижується, інвертор 6 замикається і відключається пусковий контактор 9. Пусковий момент 7000Н"м забезпечується до швидкості во обертання вала 80об/хв. Повторний пуск дизеля відбувається через 5 хвилин.Output circuits of the starting inverter unit 6. Inverter 6 is made of ISVT modules with intelligent drivers that provide internal protection against unacceptable currents |Rogachev K.D. Power bipolar transistor with an isolated gate (ZVT): ISOelectronic resource) - Access mode: ko pEr://lumly damy gy/pEti.sdiykhrobi/drilgapvziviog.pit (Site "Market of microelectronics")). o Control of the starting inverter unit 6 is carried out by the microprocessor control unit of the inverter 5o starting 10 according to the Shu signal, which is formed by the feedback signals of the phase currents of the electric motor 5 - (Ify»Ir) and the frequency of rotation of the shaft 8 of the diesel engine 1 (pd). The motor control algorithm 5 provides for quasi-vector control with the formation of a moment according to the load angle of the electric motor 5. At the same time, the set value of the magnetizing current (F dd-sopvI) is maintained, and the moment value is regulated by the active component of the stator current of the motor 5. The PWM converter of the inverter 6 forms algorithm for switching power switches, which ensures the formation of sinusoidal phase currents (sinusoidal coefficient - not less than 0.955 of the first harmonic of the phase current). c The diesel engine 1 start-up algorithm ensures start-up within 12...15 seconds, while the rotation frequency of the starter 5 and diesel engine 1 must reach 200 rpm, after which diesel engine 1 starts, the phase current decreases, the inverter 6 is closed and the starting contactor 9 is disconnected. Starting moment 7000 Nm is provided up to a shaft rotation speed of 80 rpm. The diesel restarts after 5 minutes.

Таким чином, корисна модель, що заявляється, дозволяє зменшити знос механічних частин і спростити кінематичну схему дизельного двигуна.Thus, the proposed useful model allows to reduce the wear of mechanical parts and to simplify the kinematic scheme of the diesel engine.

Claims

The formula of the invention b5

1. A diesel unit containing a diesel engine, a storage battery and an electric power unit mechanically connected to the diesel engine, containing alternating current power generators, which is characterized by the fact that a starter mechanically connected to the shaft is additionally built into the electric power unit engine.

2. Diesel unit according to claim 1, which differs in that a contactless multipole asynchronous short-circuit electric motor is used as a starter.

3. Diesel unit according to claims 1, 2, which differs in that the device additionally includes a starting inverter block, the output circuits of which are connected to the starter through the starting contactor.

4. Diesel unit according to claim 3, which differs in that the starting inverter unit is made of 7/0 IZVT modules with intelligent drivers.

5. Diesel unit according to claims 1-4, which is distinguished by the fact that the starter is made with the possibility of power supply from a battery through a frequency converter.

b. The diesel unit according to claims 2-5, which is distinguished by the fact that the winding of the contactless multi-pole asynchronous short-circuited electric motor is multi-layered with shortened projections of the frontal 7/5 parts of the windings. that from (22) "-- (ge) with Zo "o

- and? (55) ko so - (32) 60 b5