Дизель-генераторная установка
Владельцы патента RU 2597248:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для электроснабжения электрической нагрузки переменного тока. Технический результат: оптимальное управление потоками электроэнергии между аккумуляторной батареей и электрической нагрузкой переменного тока в тормозных режимах. Дизель-генераторная установка содержит дизельный двигатель с переменной скоростью вращения, к которому подключен синхронный генератор, связанный с выпрямителем, а также автономный инвертор. В качестве синхронного генератора использован синхронный генератор на постоянных магнитах. К дизельному двигателю подключен датчик скорости вращения вала дизельного двигателя, соединенный с блоком задания экономичной скорости вращения. Параллельно выпрямителю подключены фильтр, конвертор и датчик мощности. Информационные выводы датчика мощности связаны с блоком задания экономичной скорости вращения и с блоком управления зарядом и разрядом аккумуляторной батареи, который подключен к конвертору, соединенному с аккумуляторной батареей. Блок задания экономичной скорости вращения подключен к сервоприводу, связанному с дизельным двигателем. Электрические выводы датчика мощности соединены с автономным инвертором, к которому подключена электрическая нагрузка переменного тока, к которой подсоединен датчик напряжения, связанный с блоком управления инвертором, подключенным к автономному инвертору. 1 ил.
Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам распределения и накопления электрической энергии в электростанциях переменного тока на базе дизельного двигателя внутреннего сгорания и синхронного генератора, и может быть использовано для электроснабжения электрической нагрузки переменного тока.
Известна дизель-электрическая система привода с возбуждаемым постоянными магнитами синхронным генератором [RU 2429980 С2, МПК B60L 7/06 (2006.1), Н02Р 3/22 (2006.1), опубл. 27.09.2011], который со стороны ротора связан с дизельным двигателем и со стороны статора соединен с двухзвенным вентильным преобразователем напряжения, который со стороны генератора и нагрузки имеет соответственно по одному автономному импульсному вентильному преобразователю, которые со стороны постоянного напряжения связаны друг с другом посредством промежуточного звена постоянного напряжения.
Это устройство не позволяет полезно использовать электроэнергию, вырабатываемую электродвигателями в тормозных режимах, а также не позволяет регулировать частоту вращения вала дизельного двигателя.
Известна автономная электростанция переменного тока [RU 2412513 С1, МПК H02J 3/34 (2006.01), опубл. 20.02.2011], выбранная в качестве прототипа, содержащая последовательно соединенные ДВС с переменной скоростью вращения, синхронный генератор, преобразователь частоты, включающий управляемый выпрямитель, конденсаторную батарею, датчик тока, инвертор напряжения, к которому подключен повышающий трансформатор с выходными выводами. К ДВС подключен блок формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, содержащий регулятор частоты вращения вала ДВС, датчик частоты вращения вала ДВС, к которому подключен сумматор сигналов, связанный с блоком задания экономичной частоты вращения вала ДВС и с регулятором частоты вращения вала ДВС, подключенным к ДВС. Блок возбуждения синхронного генератора подключен к блоку питания и соединен с обмоткой возбуждения синхронного генератора, с выходами блока задания экономичной частоты вращения вала ДВС. Блок стабилизации напряжения, состоящий из задатчика напряжения, сумматора сигналов и регулятора напряжения, подключен к управляемому выпрямителю и соединен с выходом датчика напряжения, с которым соединен блок возбуждения синхронного генератора. Вход блока задания экономичной частоты вращения вала ДВС соединен с блоком вычисления мощности нагрузки, который подключен к выходам датчика напряжения и датчика тока. Выход задатчика частоты выходного напряжения соединен с инвертором напряжения.
Данное устройство не позволяет управлять зарядом и разрядом конденсаторной батареи, выполняющей одновременно функции фильтра и накопителя энергии для компенсации пиков и провалов напряжения, возникающих при изменении генерируемой и потребляемой электроэнергии, например при генерировании электроэнергии асинхронными двигателями в тормозных режимах.
Задачей изобретения является оптимальное управление потоками электроэнергии между аккумуляторной батареей и электрической нагрузкой переменного тока в тормозных режимах для повышения эффективности дизель-генераторной установки.
Предложенная дизель-генераторная установка, также как в прототипе, содержит дизельный двигатель, к которому подключен синхронный генератор, связанный с выпрямителем, а также автономный инвертор.
Согласно изобретению, в качестве синхронного генератора использован синхронный генератор на постоянных магнитах. К дизельному двигателю подключен датчик скорости вращения вала дизельного двигателя, соединенный с блоком задания экономичной скорости вращения. Параллельно выпрямителю подключены фильтр, конвертор и датчик мощности. Информационные выводы датчика мощности связаны с блоком задания экономичной скорости вращения и с блоком управления зарядом и разрядом аккумуляторной батареи, который подключен к конвертору, соединенному с аккумуляторной батареей. Блок задания экономичной скорости вращения подключен к сервоприводу, связанному с дизельным двигателем. Электрические выводы датчика мощности соединены с автономным инвертором, к которому подключена электрическая нагрузка переменного тока, к которой подсоединен датчик напряжения, связанный с блоком управления инвертором, подключенным к автономному инвертору.
В предложенной конструкции блок управления зарядом и разрядом аккумуляторной батареи по данным датчика мощности определяет оптимальную величину зарядного или разрядного тока для аккумуляторной батареи, которая накапливает электрическую энергию при малой мощности электрической нагрузки или генерировании электроэнергии электрической нагрузкой в тормозных режимах, а также вырабатывает электроэнергию при резком увеличении мощности электрической нагрузки.
Таким образом, такая дизель-генераторная установка позволяет оптимально управлять потоками электроэнергии между аккумуляторной батареей и электрической нагрузкой переменного тока.
На фиг. 1 представлена функциональная схема дизель-генераторной установки.
Дизель-генераторная установка содержит дизельный двигатель 1 (ДД), который соединен с синхронным генератором на постоянных магнитах 2 (СГПМ). К дизельному двигателю 1 (ДД) подключен датчик скорости вращения вала дизельного двигателя 3 (ДС), соединенный с блоком задания экономичной скорости вращения 4 (БЗЭСВ). Синхронный генератор 2 (СГПМ) соединен с выпрямителем 5 (В), параллельно которому подключены фильтр 6 (Ф), конвертор 7 (К), соединенный с аккумуляторной батареей 8 (АБ), датчик мощности 9 (ДМ). Информационные выводы датчика мощности 9 (ДМ) соединены с блоком управления зарядом и разрядом аккумуляторной батареи 10 (БУЗРАБ), связанного с конвертором 7 (К), и блоком задания экономичной скорости вращения 4 (БЗЭСВ), который соединен с сервоприводом 11 (СП), подключенным к дизельному двигателю 1 (ДД). Электрические выводы датчика мощности 9 (ДМ) соединены с автономным инвертором 12 (АИ), к которому подключена электрическая нагрузка переменного тока 13 (Н). К электрической нагрузке 13 (Н) подключен датчик напряжения 14 (ДН), соединенный с блоком управления инвертором 15 (БУИ), который подключен к автономному инвертору 12 (АИ).
В качестве дизельного двигателя 1 (ДД) может быть использован двигатель внутреннего сгорания марки KD2V86F фирмы Kipor. Синхронный генератор на постоянных магнитах 2 (СГПМ) представляет собой генератор марки EG-300.1. Использован датчик скорости вращения вала дизельного двигателя 3 (ДС) марки ТГП-1А. В качестве выпрямителя 5 (В) может быть использован неуправляемый трехфазный мостовой выпрямитель по схеме Ларионова. В качестве фильтра 6 (Ф) может быть использован электролитический конденсатор марки PH600V392YE195, в качестве конвертора 7 (К) - реверсивный импульсный преобразователь постоянного тока. Аккумуляторная батарея 8 (АБ) - свинцово-кислотная батарея серии HZB12 FA фирмы HASE. Датчик мощности 9 (ДМ) - марки ДИМ-200. В качестве автономного инвертора 12 (АИ) использован трехфазный автономный инвертор напряжения на базе биполярных транзисторов с изолированным затвором с диодами обратного тока. Блок управления заряда и разряда аккумуляторной батареи 10 (БУЗРАБ) построен на базе микропроцессора Atmel®AVR® AT32UC3L016. Блок задания экономичной скорости вращения 4 (БЗЭСВ) построен на базе микропроцессора Atmel®AVR® AT32UC3L016. Сервопривод 11 (СП) реализован на базе сервопривода MINAS А4 и контроллера движения PCI-Servo-4. Электрическая нагрузка переменного тока 13 (Н) может быть представлена, например, асинхронными двигателями, нагревательными элементами и др. Датчик напряжения 14 (ДН) представлен датчиком марки LV 25-Р8 фирмы LEM. Блок управления инвертором 15 (БУИ) выполнен на базе микропроцессора марки Piccolo F2807x фирмы Texas Instruments.
Устройство работает следующим образом.
При работе дизель-генераторной установки дизельный двигатель 1 (ДД) приводит во вращение ротор синхронного генератора на постоянных магнитах 2 (СГПМ), который генерирует трехфазный переменный ток. Выпрямитель 5 (В) преобразует трехфазный переменный ток от синхронного генератора на постоянных магнитах 2 (СГПМ) в постоянный ток. Затем фильтр 6 (Ф) уменьшает пульсации выпрямленного напряжения. Конвертор 7 (К) преобразует выпрямленное напряжение от выпрямителя 5 (В) до значений аккумуляторной батареи 8 (АБ) согласно сигналу от блока заряда и разряда аккумуляторной батареи 10 (БУЗРАБ). Датчик мощности 9 (ДМ) регистрирует показания текущего значения мощности и направление потока электроэнергии. Автономный инвертор 12 (АИ) преобразует постоянное напряжение в переменное трехфазное напряжение с регулированием частоты переменного трехфазного тока и величины напряжения в соответствии с данными от блока управления инвертора 15 (БУИ), который получает сигнал о величине напряжения от датчика напряжения 14 (ДН).
Датчик мощности 9 (ДМ) подает сигнал на блок задания экономичной скорости вращения 4 (БЗЭСВ), который формирует сигнал управления для сервопривода 11 (СП) согласно поступающим данным о текущей скорости вращения от датчика скорости вала дизельного двигателя 3 (ДС). Сервопривод 11 (СП) управляет подачей топлива в дизельный двигатель 1 (ДД).
В тормозных режимах асинхронные двигатели, входящие в состав электрической нагрузки переменного тока 13 (Н), генерируют электроэнергию. Датчик мощности 9 (ДМ) определяет обратное направление электроэнергии и ее значение, затем подает сигнал на блок управления зарядом и разрядом аккумуляторной батареи 10 (БУЗРАБ), который управляет конвертором 7 (К) для заряда аккумуляторной батареи 8 (АБ), и одновременно подает сигнал на блок задания экономичной скорости вращения 4 (БЗЭСВ) для уменьшения скорости вращения дизельного двигателя 1 (ДД) пропорционально вырабатываемой электроэнергии от нагрузки переменного тока 13 (Н).
При резком уменьшении мощности электрической нагрузки переменного тока 13 (Н) и вне диапазона регулирования напряжения блоком управления инвертором 15 (БУИ), блок управления зарядом и разрядом аккумуляторной батареи 10 (БУЗРАБ) подает сигнал на конвертор 7 (К) для оптимального заряда аккумуляторной батареи 8 (АБ). При резком увеличении мощности электрической нагрузки 13 (Н) и вне диапазона регулирования напряжения блоком управления инвертором 15 (БУИ), блок управления зарядом и разрядом аккумуляторной батареи 10 (БУЗРАБ) подает сигнал на конвертор 7 (К) для оптимального разряда аккумуляторной батареи 8 (АБ).
Дизель-генераторная установка, содержащая дизельный двигатель с переменной скоростью вращения, к которому подключен синхронный генератор, связанный с выпрямителем, а также автономный инвертор, отличающаяся тем, что в качестве синхронного генератора использован синхронный генератор на постоянных магнитах, к дизельному двигателю подключен датчик скорости вращения вала дизельного двигателя, соединенный с блоком задания экономичной скорости вращения, параллельно выпрямителю подключены фильтр, конвертор и датчик мощности, причем информационные выводы датчика мощности связаны с блоком задания экономичной скорости вращения и с блоком управления зарядом и разрядом аккумуляторной батареи, который подключен к конвертору, соединенному с аккумуляторной батареей, а блок задания экономичной скорости вращения подключен к сервоприводу, связанному с дизельным двигателем, при этом электрические выводы датчика мощности соединены с автономным инвертором, к которому подключена электрическая нагрузка переменного тока, к которой подсоединен датчик напряжения, связанный с блоком управления инвертором, подключенным к автономному инвертору.
