СИСТЕМА ЗАПУСКА ДИЗЕЛЯ ТЕПЛОВОЗА
LOCOMOTIVE DIESEL STARTING SYSTEM

Изобретение относится к запуску двигателей тепловозов и других транспортных средств электродвигателями, объединенными с тяговыми генераторами, и касается электрических цепей, приспособленных для запуска двигателей, и может быть использовано для модернизации магистральных и маневровых тепловозов всех серий.
Известна система запуска дизеля тепловоза с использованием батареи конденсаторов сверхвысокой емкости, содержащая цепь заряда конденсаторов с резистором и тиристором, управляющий электрод которого подключен к замыкающему контакту штатной кнопки «Пуск дизеля» тепловоза (заявка WO 93/18300, кл. F02N 11/08, публ. 1993).
Основным недостатком системы является возможность самопроизвольного открытия тиристора от воздействия электромагнитных помех или случайного повторного нажатия на кнопку «Пуск дизеля», в результате чего напряжение на емкостном накопителе энергии, заряжающемся при работающем дизеле от зарядного генератора, становится выше номинального. Это приводит к уменьшению срока службы конденсаторов и может стать причиной выхода их из строя.
Известна система запуска дизеля тепловоза, содержащая аккумуляторную батарею, устройство отключения аккумуляторной батареи от бортовой сети тепловоза, тяговый генератор, штатные пусковые контакты, через которые напряжение при запуске поступает на тяговый генератор, емкостной накопитель энергии, в цепь заряда которого включены тиристор и токоограничивающий резистор, диод, шунтирующий цепь заряда при протекании тока разряда емкостного накопителя энергии, контактный элемент для включения тиристора, контактный выключатель цепи питания емкостного накопителя энергии и разрядный резистор, подключенный к емкостному накопителю, причем контактный элемент для включения тиристора выполнен в виде отдельного выключателя, расположенного на одной панели с индикатором заряда и выключателем цепи питания накопителей энергии, а упомянутая панель выполнена с возможностью ее установки в высоковольтную камеру тепловоза (патент RU №2189324 C1, кл. F02N 11/08, 2002).
Основным недостатком системы является вероятность сохранения включенного состояния цепи заряда емкостного накопителя энергии после запуска дизеля (предусмотрено ручное отключение данной цепи) и, как следствие этого, возможность несанкционированного открытия тиристора с последующим зарядом накопителя до повышенного напряжения, вырабатываемого зарядным генератором. Соответственно, это приводит к снижению ресурса емкостного накопителя энергии и может стать причиной выхода его из строя.
Известна система запуска дизеля тепловоза, принятая за прототип, содержащая аккумуляторную батарею, устройство отключения аккумуляторной батареи от бортовой сети тепловоза, электростартер, в качестве которого используется стартер-генератор или тяговый генератор, пусковые контакторы, через контакты которых напряжение при запуске поступает на электростартер, емкостной накопитель энергии, выполненный в виде параллельно или параллельно-последовательно соединенных конденсаторов с двойным электрическим слоем, в цепь заряда которого включен токоограничивающий резистор, и диод, шунтирующий токоограничивающий резистор при протекании тока разряда накопителя энергии, и снабженная дополнительным контактором с замыкающими контактами, первый из которых включен в цепь заряда емкостного накопителя энергии, и управляющим реле, обмотка которого подключена к емкостному накопителю энергии через контакт пускового контактора, при этом обмотка дополнительного контактора подключена к бортовой сети тепловоза через последовательно соединенные размыкающий контакт управляющего реле, и дополнительно введенным первым выключателем с размыкающим контактом и вторым выключателем с замыкающим контактом, параллельно которому включен второй замыкающий контакт дополнительного контактора. Параллельно токоограничивающему резистору подключен световой индикатор наличия тока заряда емкостного накопителя энергии, а параллельно обмотке дополнительного контактора - световой индикатор включенного состояния цепи заряда (патент RU №2253079 С1, кл. F02N 11/04, 2006 г.).
Основным недостатком системы является вероятность сохранения включенного состояния цепи заряда емкостного накопителя энергии после запуска дизеля при преждевременном нажатии кнопки «Пуск дизеля» (предусмотрен визуальный контроль процесса окончания заряда емкостного накопителя энергии с последующим выжиданием от 30 до 60 секунд), с последующим зарядом накопителя до повышенного напряжения, вырабатываемого зарядным генератором. Соответственно, это приводит к снижению ресурса емкостного накопителя энергии и может стать причиной выхода его из строя.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности и ресурса системы запуска дизеля, а также улучшение условий обслуживания тепловоза за счет полной автоматизация процесса заряда емкостного накопителя энергии.
Указанный технический результат достигается тем, что система запуска дизеля тепловоза, содержащая аккумуляторную батарею, устройство отключения аккумуляторной батареи от бортовой сети тепловоза, электростартер, в качестве которого используется тяговый генератор, контакты пускового контактора, через которые напряжение при запуске поступает на электростартер, емкостной накопитель энергии, выполненный в виде параллельно или параллельно-последовательно соединенных конденсаторов, в цепь заряда которого включен токоограничивающий резистор, и диод, шунтирующий токоограничивающий резистор при протекании тока разряда емкостного накопителя энергии, дополнительный контактор с замыкающими контактами, которые подключают аккумуляторную батарею к емкостному накопителю энергии перед запуском дизеля тепловоза, снабжена контактором с замыкающими контактами, датчиками тока и напряжения заряда емкостного накопителя энергии, управляемым выпрямителем заряда емкостного накопителя энергии, блоком задания напряжения и индикации заряда емкостного накопителя энергии, блоком импульсно-фазового управления, при этом емкостной накопитель энергии с помощью контактора с замыкающими контактами подключен через датчик тока к выходу управляемого выпрямителя, силовой вход которого подключен к выходу зарядного генератора, параллельно емкостному накопителю энергии подключен датчик напряжения, выход датчика тока и выход датчика напряжения соединены с входом блока задания напряжения и с входом блока индикации, выход блока задания напряжения соединен с блоком импульсно-фазового управления, выход которого соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя.
На чертеже представлена схема предлагаемой системы запуска дизеля тепловоза.
Система содержит аккумуляторную батарею 1, устройство 2 отключения аккумуляторной батареи 1 от бортовой сети (БС) тепловоза (на схеме не показана), электростартер 3, в качестве которого используется тяговый генератор, контакты пускового контактора 4, через которые напряжение при запуске поступает на электростартер 3, емкостной накопитель энергии 5, выполненный в виде параллельно или параллельно-последовательно соединенных конденсаторов, в цепь заряда которого включен токоограничивающий резистор 6, и диод 7, шунтирующий токоограничивающий резистор 6 при протекании тока разряда емкостного накопителя энергии 5, дополнительный контактор 8 с замыкающими контактами, которые подключают аккумуляторную батарею 1 к емкостному накопителю энергии 5 перед запуском дизеля тепловоза. Емкостной накопитель энергии 5 с помощью контактора 9 с замыкающими контактами подключен через датчик тока 10 заряда емкостного накопителя энергии 5 на выход управляемого выпрямителя 11 заряда емкостного накопителя энергии 5, силовой вход которого подключен к выходу зарядного генератора 12, параллельно емкостному накопителю энергии 5 подключен датчик напряжения 13 заряда емкостного накопителя энергии 5. Выход датчика тока 10 и выход датчика напряжения 13 соединены с входом блока 14 задания напряжения заряда емкостного накопителя энергии 5 и с входом блока 15 индикации заряда емкостного накопителя энергии 5. Выход блока 14 задания напряжения заряда емкостного накопителя энергии 5 соединен с входом блока 16 импульсно-фазового управления, выход которого соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя 11.
Предлагаемая система запуска дизеля тепловоза работает следующим образом.
Аккумуляторная батарея 1 подключается к бортовой сети тепловоза с помощью устройства 2. Далее нажимается кнопочный выключатель «Пуск дизеля» (на схеме не показан), через который замыкается цепь питания дополнительного контактора 8, контакты которого, замыкаясь, подключают аккумуляторную батарею 1 к емкостному накопителю энергии 5, происходит заряд емкостного накопителя энергии 5 через токоограничивающий резистор 6 до напряжения аккумуляторной батареи 1, который ограничен временем работы маслопрокачивающего насоса (на схеме не показан). По окончании работы маслопрокачивающего насоса замыкаются контакты пускового контактора 4, через которые напряжение комбинированного источника питания в виде параллельно соединенных аккумуляторной батареи 1 и емкостного накопителя энергии 5 через диод 7 поступает на электростартер 3.
После запуска дизеля контакты пускового контактора 4 и контакты дополнительного контактора 8 размыкаются, отключая емкостной накопитель энергии 5 от электростартера 3 и от аккумуляторной батареи 1, и замыкаются контакты контактора 9, тем самым подключая емкостной накопитель энергии 5 через датчик тока 10 на выход управляемого выпрямителя 11 заряда емкостного накопителя энергии 5.
С выхода датчика напряжения 13, подключенного параллельно емкостному накопителю энергии 5, сигнал, пропорциональный напряжению емкостного накопителя энергии 5, поступает на вход блока 14 задания напряжения заряда емкостного накопителя энергии 5, в блоке 14 сигнал, пропорциональный напряжению емкостного накопителя энергии 5, сравнивают с заранее заданной максимальной уставкой напряжения заряда емкостного накопителя энергии 5, результат сравнения подают на вход блока 16 импульсно-фазового управления, усиливают и с выхода блока 16 импульсно-фазового управления подают на управляющие входы управляемого выпрямителя 11, осуществляют фазоимпульсное управление этим управляемым выпрямителем, начинается заряд емкостного накопителя энергии 5. С выхода датчика тока 10 сигналы, пропорциональные току заряда емкостного накопителя энергии 5, поступают на вход блока 14 задания напряжения заряда емкостного накопителя энергии 5, в блоке 14 задания напряжения заряда емкостного накопителя энергии 5 сравнивают сигнал, пропорциональный току заряда емкостного накопителя энергии 5, с заранее заданными минимальной и максимальной уставками тока заряда емкостного накопителя энергии 5, по результату сравнения задают уставку напряжения заряда емкостного накопителя энергии 5, при этом уставку напряжения заряда емкостного накопителя энергии 5 ограничивают заранее заданной максимальной уставкой напряжения заряда емкостного накопителя энергии 5, сравнивают уставку напряжения заряда емкостного накопителя энергии 5 с сигналом, пропорциональным напряжению емкостного накопителя энергии 5, с выхода датчика напряжения 13 сигнал, пропорциональный результату сравнения, подают на вход блока 16 импульсно-фазового управления, усиливают и с выхода блока 16 импульсно-фазового управления подают на управляющие входы управляемого выпрямителя 11, осуществляют фазоимпульсное управление этим управляемым выпрямителем, регулируя ток и напряжение заряда емкостного накопителя энергии 5.
При снижении с выхода датчика тока 10 сигнала, пропорционального току заряда емкостного накопителя энергии 5, ниже заранее выбранной минимальной уставки тока заряда емкостного накопителя энергии 5, блок 14 задания напряжения заряда емкостного накопителя энергии 5 перестает подавать сигналы задания на вход блока 16 импульсно-фазового управления, тем самым прекращая заряд емкостного накопителя энергии 5.
Сигналы с выхода датчика напряжения 13 и с датчика тока 10 поступают на вход блока 15 индикации заряда емкостного накопителя энергии 5.
Отличительные признаки изобретения обеспечивают заряд емкостного накопителя энергии в автоматическом режиме (без вмешательства локомотивных бригад) после запуска дизеля тепловоза, создают наиболее комфортные условия заряда емкостного накопителя энергии и обеспечивают надежность работы, защиту емкостного накопителя энергии от воздействия повышенного напряжения зарядного генератора, что позволяет увеличить период эксплуатации емкостного накопителя энергии. Блок индикации заряда емкостного накопителя энергии позволяет визуально контролировать ток и напряжение заряда емкостного накопителя энергии.
Предложенная система запуска дизеля тепловоза была испытана на натурном стенде и опытном тепловозе ТЭМ18 и показала положительные результаты.
Предложенная система запуска дизеля тепловоза может быть использована для модернизации магистральных и маневровых тепловозов всех серий.