АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве автономного источника постоянного тока в системах электроснабжения подвижных объектов связи и управления.
Известен автономный источник электроэнергии постоянного тока [1], содержащий приводной двигатель, на валу которого установлен генератор постоянного тока, якорные обмотки которого через измерительный шунт связаны с плюсовым и минусовым выводами источника питания; обмотка возбуждения генератора включена через угольный столб комбинированного генератора, на управляющем электромагните которого расположены рабочая обмотка и обмотка для параллельной работы.
Недостатком такого устройства является то, что вал генератора приводится во вращение двигателем внутреннего сгорания с постоянной частотой, независимо от тока нагрузки. При этом независимо от нагрузки генератора, топливо расходуется практически одинаково, что неэффективно и приводит к сокращению технического ресурса двигателя.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является автономный источник электроэнергии постоянного тока [2], содержащий двигатель внутреннего сгорания, на валу которого установлен генератор постоянного тока, блок регулирования напряжения, соединенный с входом-выходом генератора, а другой его выход подключен к одному из входов блока управления режимами работы двигателя, выход которого подключен к входу блока коррекции частоты вращения вала двигателя, соединенного с входом блока регулирования подачи топлива.
Недостатками прототипа является невысокая точность регулирования в связи с приближенным прогнозированием реальной токоскоростной характеристики генератора, сложность реализации и относительно низкая надежность из-за большого количества функциональных блоков (более 10 шт.).
Целью полезной модели является повышение точности регулирования частоты вращения вала двигателя в соответствии с токоскоростной характеристикой генератора, повышение надежности и упрощение конструкции.
Поставленная цель достигается тем, что автономный источник электроэнергии постоянного тока содержит двигатель внутреннего сгорания, на валу которого установлен генератор постоянного тока, блок регулирования частоты и блок регулирования напряжения, который состоит из устройства сравнения и устройства усиления сигнала рассогласования между заданным и действительным значением выходного напряжения генератора.
Устройство усиления может быть реализовано с помощью пропорционального, интегрального, пропорционально-интегрального или пропорционально-интегрально-дифференциального автоматического регулятора. Автоматические регуляторы можно реализовать, например, на операционном усилителе по известным схемам.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный автономный источник отличается от известного наличием устройства сравнения (формирования сигнала рассогласования) и усилителя-регулятора, выход которого подключен к входу блока регулирования частоты вращения вала двигателя.
Таким образом, заявленный автономный источник соответствует критерию «новизна».
Автоматическое регулирование частоты вращения вала двигателя с помощью усилителя-регулятора в соответствии с реальной токоскоростной характеристикой генератора приводит к повышению коэффициента использования электроагрегата и снижению расхода топлива при одновременном повышении точности регулирования, упрощению реализации и повышению надежности устройства.
Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного автономного источника критерию «существенное отличие».
На рис. представлена структурная схема устройства. Сущность предлагаемого устройства состоит в следующем. Контролируется величина напряжения на выходе генератора, которое сравнивается с напряжением задания. Полученный сигнал рассогласования усиливается с помощью автоматического усилителя-регулятора и используется для регулирования частоты вращения вала двигателя.
Устройство (рис.) содержит двигатель (1), генератор (2), блок регулирования подачи топлива (4), блок регулирования напряжения (3), содержащий устройство сравнения (5) и устройство усиления (6).
з
xx
хх
xx
Устройство работает следующим образом. С помощью стартера (на схеме не показан) происходит запуск двигателя (1) на холостом ходу. Одновременно на вход усилителя-регулятора (6) подается сигнал задания U напряжения на выходе генератора (2). Сигнал с выхода усилителя-регулятора (6) блока регулирования напряжения (3) поступает на вход блока подачи топлива (4), поддерживая частоту вращения вала двигателя (1) на уровне, достаточном для обеспечения напряжения на входе генератора (2), соответствующего сигналу задания. Генератор (2) имеет постоянный поток возбуждения. При достаточно большом коэффициенте усиления усилителя-регулятора (6) частота вращения вала двигателя (1) устанавливается в начальной точке токоскоростной характеристики генератора (2) с координатами: I≈0, n=n, где I - ток на выходе генератора (2) (в нагрузке), Пхх- частота вращения вала в режиме холостого хода.
г
H
H
H
з
г
з
H
H
H
H
г
г
H
г*
H
H
н
При подключении нагрузки напряжение на выходе генератора (2) понижается в соответствии с формулой U=IR, где R - сопротивление нагрузки. Возникающий при этом сигнал рассогласования δ=U-U=U-IR усиливается регулятором (6) и, воздействуя на увеличение подачи топлива (4), увеличивает частоту вращения вала двигателя (1), а, следовательно, увеличивает ток на выходе генератора (2). Новое значение частоты вращения вала в установившемся режиме будет равно n=I/К, где K - коэффициент пропорциональности реальной токоскоростной характеристики генератора I=Kn. Следовательно, новая рабочая точка с координатами n и I также находится на реальной токоскоростной характеристике.
Таким образом, автономный источник электроэнергии постоянного тока позволяет повысить точность регулирования частоты вращения вала двигателя и обеспечивает ее изменение в строгом соответствии с токоскоростной характеристикой генератора, минимизируя при этом расход топлива. Одновременно предложенный автономный источник электроэнергии позволяет упростить устройство и повысить его надежность.
Источники информации
1. SU. Авторское свидетельство №905974, кл. Н02Р 9/04, 1982.
2. Патент RU 2319277, МПК H02J 9/08, 2008 (прототип).