Автономный энергоагрегат для запуска двигателей внутреннего сгорания

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в повышении оперативности при последовательном запуске двух и более двигателей внутреннего сгорания. Автономный энергоагрегат для запуска двигателей внутреннего сгорания содержит последовательно соединенные приводной двигатель и генератор, два датчика тока, два емкостных накопителя энергии, устройство управления, два устройства сравнения, узел развязки по питанию, пульт управления и блок коммутации. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к оборудованию для внешнего электростартерного запуска двигателей внутреннего сгорания.

Автономный энергоагрегат предназначен для оперативного обеспечения внешнего электростартерного одиночного и последовательного группового запуска авиационных двигателей летательных аппаратов при подготовке к вылету с необорудованных аэродромов. Энергоагрегат обладает малыми массогабаритными характеристиками и может транспортироваться на внешней подвеске летательных аппаратов.

Известен автономный электроэнергоагрегат для запуска двигателей внутреннего сгорания (аналог) [RU 2095616 C1, МПК F02N 11/08 от 10.11.1997 г.], содержащий приводной двигатель, генератор, выпрямительный мост, регулятор напряжения, включенный между обмоткой возбуждения и выпрямительным мостом, и молекулярный накопитель энергии, выполненный в виде конденсатора с двойным электрическим слоем.

Недостатком автономного электроэнергоагрегата является низкая оперативность при внешнем последовательном электростартером запуске, по меньшей мере, двух двигателей внутреннего сгорания.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототип) является автономный энергоагрегат для запуска двигателей внутреннего сгорания [RU 2119592 С1, МПК F02N 11/08 от 27.09.1988 г.], который содержит приводной двигатель, генератор, датчики тока и емкостные накопители энергии, каждый из которых выполнен в виде одного или нескольких параллельно соединенных конденсаторов и коммутационное устройство для переключения накопителей в процессе запуска с параллельного подключения на последовательное.

Емкостные накопители энергии используются для гарантированного электрозапуска мощных двигателей внутреннего сгорания в условиях низких температур при минимальных массогабаритных характеристиках энергоагрегата.

Наиболее энергозатратной является последняя фаза запуска авиационного двигателя внутреннего сгорания, при этом емкостные накопители энергии после запуска первого авиационного двигателя не успевают зарядиться до номинального напряжения и обеспечить оперативный последовательный запуск двух и более авиационных двигателей.

Недостатком автономного энергоагрегата является низкая оперативность (t_зар>0, где t_зар - время ожидания заряда емкостных накопителей энергии после запуска первого двигателя) при внешнем последовательном электростартером запуске, по меньшей мере, двух двигателей внутреннего сгорания.

Техническим результатом данного изобретения является повышение оперативности при последовательном запуске двух и более двигателей внутреннего сгорания.

Технический результат достигается тем, что в автономный энергоагрегат для запуска двигателей внутреннего сгорания, содержащий последовательно соединенные приводной двигатель, генератор, первый датчик тока, первый емкостной накопитель энергии и блок коммутации, а также последовательно соединенные второй датчик тока и второй емкостной накопитель энергии, выход которого соединен со вторым входом блока коммутации, при этом вход второго датчика тока объединен со входом первого датчика тока, дополнительно введены последовательно соединенные первое устройство сравнения и устройство управления, а также второе устройство сравнения, выход которого соединен со вторым входом устройства управления, а первый вход соединен с потребителем, кроме того дополнительно введены узел развязки по питанию и пульт управления, выход которого соединен со вторым входом второго устройства сравнения, при этом устройство управления выходом соединено с третьим входом блока коммутации, а первое устройство сравнения первым и вторым входами соединено со вторыми выходами первого и второго датчиков тока, кроме того узел развязки по питанию первым и вторым входами, и выходом соединен с объединенным входом первого и второго датчиков тока, с выходом блока коммутации и с потребителем соответственно.

Сущность изобретения заключается в поддержании как минимум одного емкостного накопителя энергии в заряженном состоянии до номинального значения уровня напряжения (U_ном) для последовательного запуска, по меньшей мере, второго двигателя потребителя. Это достигается за счет дополнительного ввода в автономный энергоагрегат устройства управления, первого и второго устройства сравнения, а также узла развязки по питанию и пульта управления. Первое устройство сравнения предназначено для определения наиболее заряженного емкостного накопителя энергии и выдаче информации о нем в виде информационного сигнала на устройство управления. Второе устройство сравнения предназначено для сравнения значений уровней текущего напряжения (U_тек) с минимально-допустимым напряжением (U_кр) и при достижении U_тек<U_кр, выдачи информационного сигнала на устройство управления. Если в устройство управления поступают сигналы с первого и второго устройств сравнения, то устройство управления выдает управляющий сигнал в блок коммутации на подключение к потребителю наиболее заряженного емкостного накопителя энергии. В это время второй емкостной накопитель энергии продолжает заряжается до номинального значения напряжения. При последовательном запуске следующего двигателя, в момент пиковых нагрузок второе устройство сравнения выдает информационный сигнал на устройство управления, которое на блок коммутации выдает управляющий сигнал о подключении к потребителю того емкостного накопителя энергии, который заряжен до номинального значения напряжения, а разряженный емкостной накопитель продолжает заряжаться до U_ном. Узел развязки по питанию осуществляет интеграцию силовых линий от генератора к потребителю и от блока коммутации к потребителю в одну силовую линию.

На чертеже приведена функциональная схема изобретения, где: 1 - приводной двигатель, 2 - генератор, 3.1 и 3.2 - первый и второй датчики тока, 4.1 и 4.2 - первый и второй емкостные накопители энергии, 5 - блок коммутации, 6 - устройство управления, 7.1 и 7.2 - первое и второе устройства сравнения, 8 - узел развязки по питанию, 9 - пульт управления.

Приводной двигатель - 1 последовательно соединен с генератором - 2, первым датчиком тока - 3.1, первым емкостным накопителем энергии - 4.1 и блоком коммутации - 5. Кроме того, первый датчик тока - 3.1 вторым выходом последовательно соединен с первым устройством сравнения - 7.1, вторым датчиком тока - 3.2, вторым емкостным накопителем энергии - 4.2 и вторым входом блока коммутации - 5. При этом, входы первого и второго датчиков тока - 3.1 и - 3.2 объединены с первым входом узла развязки по питанию - 8. Устройство управления - 6 первым и вторым входами, и выходом соединено с выходами первого и второго устройств сравнения - 7.1 и - 7.2, и третьим входом блока коммутации - 5 соответственно. При этом, узел развязки по питанию - 8 выходом соединен с потребителем, а вторым входом с выходом блока коммутации - 5. Кроме того, второе устройство сравнения - 7.2 одним входом соединено с пультом управления - 9, а другим с потребителем.

Первый и второй датчики тока - 3.1 и - 3.2 предназначены для определения уровня заряда емкостных накопителей - 4.1 и - 4.2.

Датчики тока могут быть выполнен в виде датчиков Холла [https://sensorse.com/page16.html].

Блок коммутации - 5 предназначен для подключения к потребителю одного из двух емкостных накопителей энергии - 4.1 или - 4.2. Блок коммутации - 5 может быть выполнен в виде многоканального контактора [https://promelectrica.ru/catalog/cccp/kontaktor_tks233dod.html].

Устройство управления - 6 предназначено для выдачи сигналов управления на блок коммутации - 5 в зависимости от информационных сигналов, поступающих с первого и второго устройств сравнения - 7.1 и - 7.2.

Устройство управления - 6 может быть выполнено в виде микроконтроллера [https://ph0en1x.net/70-avr-microcontroller-applications-where-to-use.html].

Первое устройство сравнения - 7.1 предназначено для определения наиболее заряженного емкостного накопителя энергии - 4.1 или - 4.2 путем сравнения сигналов, поступающих от датчиков тока - 3.1 и - 3.2 и выдачи информационного сигнала на устройство управления - 6. Второе устройство сравнения - 7.2 предназначено для сравнения уровней сигналов поступающих от потребителя (U_тек) с допустимым уровнем (U_кр), который задается с пульта управления - 9 и при достижении U_тeк<U_кp выдачи информационного сигнала на устройство управления - 6.

Устройства сравнения - 7.1 и - 7.2 могут быть выполнены в виде компараторов [https://studopedia.su/15_11251_komparatori-napryazheniya.html].

Узел развязки по питанию - 8 предназначен для объединения силовых линий от генератора к потребителю и от блока коммутации к потребителю в одну силовую линию.

Узел развязки по питанию - 8 может быть выполнен в виде диодной развязки по питанию [http://azjio.narod.ru/elektrovoz/vl80c/razviaz-diod.htm]].

Пульта управления - 9 предназначен для ввода минимально-допустимого значения уровня напряжения (U_кр) на второй вход второго устройства сравнения - 7.2 и может быть выполнен в виде устройства ввода и вывода информации [RU 2524852 С2 МПК: G06F 3/00 от 10.08.2014 г.].

Автономный энергоагрегат для запуска двигателей внутреннего сгорания работает следующим образом. С пульта управления - 9 во второе устройство сравнения - 7.2 вводят минимально-допустимое значение уровня напряжения (U_кр), которое определено в ГОСТ Р54073-2017 п. 5.2.2.4. При запуске приводного двигателя - 1 генератор - 2 осуществляет подачу напряжения через узел развязки по питанию - 8 потребителю и через датчики тока - 3.1 и - 3.2 на два емкостных накопителя энергии - 4.1 и - 4.2, которые заряжаются до номинального напряжения (U_ном) и не принимают участия в запуске двигателя внутреннего сгорания. При этом, с первого и второго датчиков тока - 3.1 и - 3.2 информационный сигнал об уровне заряда емкостных накопителей энергии - 4.1 и - 4.2 поступает на входы первого устройства сравнения - 7.1, которое определяет наиболее заряженный емкостной накопитель - 4.1 или - 4.2. и выдает информационный сигнал на устройство управления - 6. При запуске первого двигателя второе устройство сравнения - 7.2 сравнивает текущее напряжение (U_тек) с минимально допустимым напряжением (U_кр) и в момент пиковых нагрузок (при достижении U_тек<U_кр), подает сигнал на устройство управления - 6, которое выдает сигнал управления на блок коммутации - 5. Блок коммутации - 5 подключает наиболее заряженный емкостной накопитель энергии - 4.1 или - 4.2. к потребителю через узел развязки по питанию - 8. При последовательном запуске второго двигателя алгоритм работы повторяется, и устройство управления - 6 выдает сигнал на блок коммутации - 5 о подключении более заряженного накопителя энергии - 4.1 или - 4.2. к потребителю. При этом другой накопитель энергии продолжает заряжаться до номинального значения (U_ном).

Автономный энергоагрегат для запуска двигателей внутреннего сгорания, содержащий последовательно соединенные приводной двигатель, генератор, первый датчик тока, первый емкостной накопитель энергии и блок коммутации, а также последовательно соединенные второй датчик тока и второй емкостной накопитель энергии, выход которого соединен со вторым входом блока коммутации, при этом вход второго датчика тока объединен со входом первого датчика тока, отличающийся тем, что введены последовательно соединенные первое устройство сравнения и устройство управления, а также второе устройство сравнения, выход которого соединен со вторым входом устройства управления, а первый вход соединен с потребителем, кроме того дополнительно введены узел развязки по питанию и пульт управления, выход которого соединен со вторым входом второго устройства сравнения, при этом устройство управления выходом соединено с третьим входом блока коммутации, а первое устройство сравнения первым и вторым входами соединено со вторыми выходами первого и второго датчиков тока, кроме того узел развязки по питанию первым и вторым входами и выходом соединен с объединенным входом первого и второго датчиков тока, с выходом блока коммутации и с потребителем соответственно.