Способ регулирования напряжения системы газовая турбина - генератор для обеспечения питания вспомогательных электрических приводов транспортного средства
METHOD OF REGULATING THE VOLTAGE IN GAS TURBINE - GENERATOR SYSTEM FOR POWER SUPPLY OF ELECTRICAL DRIVES OF A VEHICLE

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к газотурбовозам, гибридным локомотивам и другим транспортным средствам с электрическим приводом вспомогательных нагрузок.
Известен маневровый тепловоз с электрическим приводом вспомогательных нагрузок, на котором реализован способ регулирования напряжения для питания вспомогательных электрических приводов локомотива посредством использования штатного дизеля, главного генератора с регулятором тока и трехфазным неуправляемым выпрямителем обмотки возбуждения, статического преобразователя, устройства заряда аккумуляторной батареи, устройства питания цепей управления, электродвигателей вспомогательных нагрузок, вспомогательного малоразмерного и маломощного дизеля с генератором переменного трехфазного тока и регулятором тока обмотки возбуждения, выпрямителя. Все электродвигатели выполнены по схеме трехфазного переменного тока и через статические преобразователи соединены с генератором вспомогательного малоразмерного и маломощного дизеля, а электродвигатель привода топливных насосов высокого давления, электродвигатель привода клапанного механизма дизеля и электродвигатель привода центробежного насоса нагнетателя соединены с микропроцессорным блоком управления (Патент РФ №112874, МПК В61С 5/00, опубл. 27.01.2012 г.).
Недостатками реализации данного способа на маневровом тепловозе являются:
- наличие большого количества коммутационной аппаратуры, что сказывается на надежности работы локомотива;
- присутствие основного и вспомогательного дизель-генераторов, требующих наличия своей топливной аппаратуры и необходимость использования на локомотиве, помимо газового, и дизельного топлива, что оказывает неблагоприятное влияние на экологическое состояние окружающей среды.
Известен маневровый тепловоз с электрическим приводом вспомогательных нагрузок, на котором реализован способ регулирования напряжения для питания вспомогательных электрических приводов локомотива посредством использования на тепловозе дизеля, тягового генератора, электродвигателей вспомогательных нагрузок: компрессора, вентилятора холодильника дизеля, вентиляторов охлаждения тяговых электродвигателей, питающихся от генератора вспомогательных нагрузок, цепи управления, заряда аккумуляторной батареи и обмоток возбуждения генераторов, питающихся от вспомогательного генератора, причем генератор для привода вспомогательных нагрузок и питания цепей управления, заряда батареи и обмоток возбуждения тягового и вспомогательных генераторов выполнен единым в виде вспомогательного генератора переменного трехфазного тока, к которому подсоединены: через статический преобразователь электродвигатели компрессора и дополнительного вентилятора холодильника дизеля, цепи управления и заряда аккумуляторной батареи и дополнительно через регулятор тока обмотка возбуждения вспомогательного генератора, через инвертор напряжения и автоматический выключатель электродвигатель основного вентилятора холодильника дизеля, непосредственно через автоматические выключатели электродвигатели вентиляторов охлаждения тяговых электродвигателей, через трехфазный выпрямитель и свой регулятор тока обмотка возбуждения тягового генератора, при этом регуляторы тока обмоток возбуждения тягового и вспомогательного генераторов соединены с микропроцессорным блоком для управления токами возбуждения (Патент РФ №88326, МПК В61С 5/00, опубл. 10.11.2009 г.).
Недостатками реализации данного способа на маневровом тепловозе являются:
- наличие вспомогательного генератора, что повышает стоимость силового агрегата и повышает сложность его обслуживания;
- наличие большого количества коммутационной аппаратуры, что сказывается на надежности работы локомотива;
- наличие дизеля, требующего свою топливную аппаратуру и использование на локомотиве дизельного топлива, что оказывает неблагоприятное влияние на экологическое состояние окружающей среды.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности системы регулирования напряжения питания вспомогательных нагрузок за счет исключения вспомогательных первичных источников напряжения, а также использование экологически безопасного топлива.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе регулирования напряжения системы газовая турбина - генератор для обеспечения питания вспомогательных электрических приводов транспортного средства в качестве первичного источника напряжения используют силовую установку транспортного средства, имеющую в своем составе генератор, для питания обмотки возбуждения которого используют регулятор тока, электродвигатели вспомогательных приводов подключают к источнику питания через статические преобразователи частоты, для получения питающего напряжения постоянного тока используют выпрямитель, причем в качестве силовой установки транспортного средства используют систему газовая турбина - генератор, напряжение с силовых обмоток тягового генератора подают на входные шины тягового выпрямителя, к выходным шинам которого подключают многоканальный преобразователь собственных нужд, имеющий в своем составе один или несколько каналов с выходным напряжением, соответствующим напряжению бортовой сети для питания бортового коммутационного оборудования и несколько каналов с высоковольтным выходным напряжением, обеспечивающим заряд бортовых аккумуляторных батарей и работу статических преобразователей частоты, питающих вспомогательные приводы.
На чертеже представлена структурная блок-схема реализации способа регулирования напряжения системы газовая турбина - генератор для обеспечения питания вспомогательных электрических приводов транспортного средства.
Система газовая турбина - генератор содержит газотурбинный двигатель 1, тяговый генератор 2, тяговый выпрямитель 3, преобразователь собственных нужд 4 с выходным каналом 5 и высоковольтными выходными каналами 6.1…6.N, 7 и 8, бортовую аккумуляторную батарею 9, тяговую аккумуляторную батарею 10, регулятор тока 11, статические преобразователи частоты 12.1…12.N, вспомогательные электроприводы 13.1…13.N.
Способ регулирования напряжения системы газовая турбина - генератор для обеспечения питания вспомогательных электрических приводов транспортного средства реализуется следующим образом.
После запуска системы газовая турбина-генератор газотурбинный двигатель 1 приводит во вращение тяговый генератор 2, имеющий две трехфазные обмотки (на чертеже не показаны). Напряжение с силовых обмоток тягового генератора 2 поступает на входные шины тягового выпрямителя 3, имеющего два диодных моста (на чертеже не показаны). С выходных шин тягового выпрямителя 3 напряжение постоянного тока поступает на вход преобразователя собственных нужд 4. Преобразователь собственных нужд 4 преобразует поступающее от тягового выпрямителя 3 входное напряжение в выходное напряжение канала 5 и высоковольтное выходное напряжение постоянного тока каналов 6.1…6.N, 7 и 8.
Выходное напряжение канала 5 соответствует напряжению бортовой сети постоянного тока и позволяет выполнять заряд бортовой аккумуляторной батареи 9, обеспечивающей питание бортового оборудования (на чертеже не показано). При необходимости количество каналов 5 преобразователя собственных нужд 4 может быть увеличено.
Высоковольтное выходное напряжение постоянного тока каналов 6.1…6.N необходимо для работы статических преобразователей частоты 12.1…12.N, обеспечивающих плавный запуск и регулирование режимов работы вспомогательных электроприводов 13.1…13.N транспортного средства (центральной вентиляционной системы, приводов тормозных компрессоров и др.). Количество реализуемых вспомогательных электроприводов 13.1…13.N определяется структурой оборудования транспортного средства и суммарной электрической мощностью нагрузок, ограниченной лимитирующим элементом схемы питания.
К каналу 8 преобразователя собственных нужд 4 подключен регулятор тока 11, регулирующий ток в обмотке возбуждения тягового генератора 2.
От канала 7 преобразователя собственных нужд 4 выполняется заряд тяговой аккумуляторной батареи 10.
При остановленном газотурбинном двигателе 1 питание преобразователя собственных нужд 4 производится от тяговой аккумуляторной батареи 10 напряжением постоянного тока, при этом выполняется заряд бортовой аккумуляторной батареи 9, обеспечивается питание бортовой схемы (на чертеже не показана), выполняется питание вспомогательных электроприводов 13.1…13.N преобразованным напряжением в соответствии с требуемыми режимами их работы при обеспечении маневрового режима движения транспортного средства. Внешней системой формирования задания режимов работы (на чертеже не показана) для регулятора тока 11 системы газовая турбина - генератор, преобразователя собственных нужд 4, статических преобразователей частоты 12.1…12.N является бортовая электронная микропроцессорная система управления (на чертеже не показана).