УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОСТАРТЕРНОГО ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к пусковым устройствам двигателей и может быть использована в установках, снабженных источниками питания с ограниченной энергией.
Известно устройство электростартерного пуска двигателя по авторскому свидетельству СССР №1193287 кл. F02N 11/08, 1984, содержащее аккумуляторную батарею, емкостной накопитель, тяговое реле с замыкающим контактом, стартер, два выключателя и два полупроводниковых диода.
Все входящие в его состав элементы, кроме полупроводниковых диодов, входят и в состав заявляемой полезной модели устройства.
Работа этого устройства основана на том, что емкостной накопитель предварительно заряжается от аккумуляторной батареи, а стартер уже подключается к емкостному накопителю, который и поддерживает напряжение на стартере постоянным.
Причинами, препятствующими получению в этом аналоге технического результата, достигаемого в заявляемой полезной модели, являются низкая надежность пуска и низкая эффективность использования энергии емкостного накопителя.
Известно также устройство электростартерного пуска двигателя по авторскому свидетельству СССР №1455030 кл. F02N 11/08, 1987, содержащее аккумуляторную батарею, три емкостных накопителя, тяговое реле с замыкающим контактом, два выключателя, стартер, два дополнительных реле с нормально закрытыми контактами и шесть полупроводниковых диодов.
Все входящие в его состав элементы, кроме дополнительных реле и полупроводниковых диодов, входят и в состав заявляемой полезной модели устройства электростартерного пуска.
Принцип работы этого аналога такой же, как и у аналога по авторскому свидетельству №1193287, однако здесь за счет увеличения числа емкостных накопителей обеспечивается их поочередное подключение к стартеру и сокращается время разряда одного накопителя, а следовательно изменение напряжения на стартере за время этого разряда уменьшается, и тем самым повышается эффективность использования энергии емкостных накопителей.
Причиной, препятствующей получению в этом аналоге технического результата, достигаемого в заявляемой полезной модели, является то, что оно рассчитано лишь на подачу нескольких (по числу накопителей) кратковременных (продолжительностью в доли секунды) импульсов напряжения для прокрутки стартером коленвала двигателя. Повторная прокрутка требует отключения стартера на время, необходимое для заряда накопителей.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели (прототипом) является устройство для электростартерного пуска двигателя по авторскому свидетельству СССР №1746045 кл. F02N 11/08, 1989, содержащее аккумуляторную батарею, стартер, тяговое реле с замыкающими контактами, три емкостных накопителя, пусковой выключатель, три пороговых элемента, дешифратор и шесть коммутаторов с управляющими электродами, в котором обмотка тягового реле подключена через пусковой выключатель к положительному полюсу аккумуляторной батареи, а непосредственно - к отрицательным полюсам аккумуляторной батареи, стартера и емкостных накопителей, первый, второй и третий коммутаторы включены между положительным полюсом аккумуляторной батареи и положительными полюсами соответственно первого, второго и третьего емкостных накопителей, положительный полюс стартера через замыкающий контакт тягового реле подключен к выходам четвертого, пятого и шестого коммутаторов, сигнальные входы которых подключены к положительным полюсам соответственно первого, второго и третьего емкостных накопителей, управляющие входы первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого коммутаторов соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым выходами дешифратора, первый, второй и третий входы которого соответственно через первый, второй и третий пороговые элементы подключены к положительным полюсам соответственно первого, второго и третьего емкостных накопителей, при этом четвертый вход дешифратора через дополнительный замыкающий контакт тягового реле подключен к положительному полюсу аккумуляторной батареи.
Все элементы прототипа, кроме дополнительного замыкающего контакта тягового реле, входят и в состав заявляемой полезной модели.
В устройстве-прототипе за счет введения в него пороговых элементов, дешифратора и управляемых коммутаторов во время разряда одного из емкостных накопителей два других заряжаются от аккумуляторной батареи, поэтому напряжение на стартер может подаваться достаточно долго.
Причиной, препятствующей получению в прототипе, как впрочем и в указанных выше аналогах, технического результата, достигаемого в заявляемой полезной модели, является относительно низкий пусковой ток. Дело в том, что этот ток определяется энергией одного емкостного накопителя, так как одновременно на стартер разряжается только один накопитель. Увеличение же емкости накопителей требует очень значительных затрат.
Технической задачей, на решение которой направлено создание полезной модели, является повышение пускового тока без увеличения емкости накопителей.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве по а.с. №1746045 введены кнопка кратковременного замыкания и седьмой коммутатор с управляющим электродом, при этом дешифратор выполнен с семью выходами, кнопка кратковременного замыкания включена между положительным полюсом аккумуляторной батареи и четвертым входом дешифратора, сигнальный вход седьмого коммутатора подключен к положительному полюсу аккумуляторной батареи, управляющий вход - к седьмому выходу дешифратора, а выход - к положительному полюсу стартера.
Для достижения технического результата в известное устройство электростартерного пуска двигателя, содержащее аккумуляторную батарею, стартер, тяговое реле с замыкающим контактом, три емкостных накопителя, пусковой выключатель, три пороговых элемента, дешифратор и шесть коммутаторов с управляющими электродами, в котором обмотка тягового реле подключена к положительному полюсу аккумуляторной батареи через пусковой выключатель, а к отрицательным полюсам аккумуляторной батареи, стартера и емкостных накопителей непосредственно, первый, второй и третий коммутаторы включены между положительным полюсом аккумуляторной батареи и положительными полюсами соответственно первого, второго и третьего емкостных накопителей, положительный полюс стартера через замыкающий контакт тягового реле подключен к выходам четвертого, пятого и шестого коммутаторов, сигнальные входы которых подключены к положительным полюсам соответственно первого, второго и третьего емкостных накопителей, управляющие входы первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого коммутаторов соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым выходами дешифратора, первый, второй и третий входы которого соответственно через первый, второй и третий пороговые элементы подключены к положительным полюсам соответственно первого, второго и третьего емкостных накопителей, введены кнопка кратковременного замыкания и седьмой коммутатор с управляющим электродом, при этом дешифратор выполнен с семью выходами, кнопка кратковременного замыкания включена между положительным полюсом аккумуляторной батареи и четвертым входом дешифратора, сигнальный вход седьмого коммутатора подключен к положительному полюсу аккумуляторной батареи, управляющий вход - к седьмому выходу дешифратора, а выход - к положительному полюсу стартера.
Совокупность вновь введенных элементов коммутации и связей и особенностей выполнения дешифратора не является самостоятельным устройством и не следует явным образом из уровня техники. Отсутствуют какие-либо источники информации, в которых она была описана самостоятельно или в совокупности с остальными элементами заявляемого устройства. Поэтому предлагаемое устройство для электростартерного пуска следует считать новым.
Сущность полезной модели поясняется рисунком, на котором на фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит аккумуляторную батарею 1, стартер 2, тяговое реле, включающее в себя обмотку 3 с замыкающим контактом 4, пусковой выключатель 5, емкостные накопители 6, 7 и 8, кнопку 9 кратковременного замыкания, пороговые элементы 10, 11 и 12, дешифратор 13 и коммутаторы 14, 15, 16, 17, 18, 19 и 20 с управляющими электродами.
Положительный полюс батареи 1 через выключатель 5 подключен к первому выводу обмотки 3 тягового реле, через кнопку 9 - к четвертому входу дешифратора 13, а непосредственно - к сигнальным входам коммутаторов 17, 18, 19 и 20. Отрицательный полюс батареи 1 подключен к отрицательным полюсам накопителей 6, 7 и 8, стартера 2 и ко второму выводу обмотки 3 тягового реле. Положительный полюс накопителя 6 подключен непосредственно к выходу коммутатора 17 и сигнальному входу коммутатора 14, а через пороговый элемент 10 - к первому входу дешифратора 13. Положительный полюс накопителя 7 подключен непосредственно к выходу коммутатора 18 и сигнальному входу коммутатора 15, а через пороговый элемент 11 - ко второму входу дешифратора 13. Положительный полюс накопителя 8 подключен непосредственно к выходу коммутатора 19 и сигнальному входу коммутатора 16, а через пороговый элемент 12 - к третьему входу дешифратора 13. Выходы коммутаторов 14, 15 и 16 через замыкающий контакт 4 тягового реле подключены к положительному полюсу стартера 2 и выходу коммутатора 20. Первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы дешифратора 13 подключены к управляющим входам коммутаторов 14, 15, 16, 17, 18, 19 и 20 соответственно.
Работа полезной модели заключается в следующем.
З
З
P
P
Пороговые элементы 10, 11 и 12 имеют пороги срабатывания и отпускания, между которыми существует зона гистерезиса. При величине напряжения на их входах, превышающей порог срабатывания, они формируют на своих выходах сигналы логического «0», а при величине напряжения, меньшей порога отпускания, - сигналы логической «1». Значения порогов срабатывания и отпускания выбраны так, что они соответствуют допустимым пределам изменения напряжений на накопителях 6÷8. При этом ток разряда (заряда) накопителей 6, 7, 8 равен величине тока удержания коммутаторов 14, 15, 16 (17, 18, 19) при разряде (заряде) накопителей 6, 7, 8. Параметры элементов схемы устройства выбираются так, чтобы ток I заряда и время t заряда были связаны с током I разряда и временем t разряда соотношениями:
З
Р
З
Р
I≈(0,5÷0,52)I; t≈(1,9÷2,0)t.
В исходном положении при разомкнутой кнопке 9, отсутствии напряжения на четвертом входе дешифратора 13, напряжениях на накопителях 6, 7 и 8, меньших порога срабатывания элементов 10, 11 и 12 и сигналах логической «1» на их выходах и первом, втором и третьем входах дешифратора 13, дешифратор 13 формирует сигнал на закрытие коммутаторов 14, 15, 16 и 20 и открытие коммутаторов 17, 18 и 19. Накопители 6, 7 и 8 заряжаются от батареи 1 через коммутаторы 17, 18 и 19. В процессе их заряда напряжение на них и входах пороговых элементов 10, 11 и 12 возрастает, достигая порога срабатывания. Последние формируют на своих выходах и первых трех входах дешифратора 13 сигналы логического «0». Коммутаторы 17, 18 и 19 при токе, проходящем через них и равном току удержания тиристоров, закрываются.
Для пуска двигателя замыкают пусковой выключатель 5. Срабатывает тяговое реле. Замыкается контакт 4, подключая выходы коммутаторов 14, 15, 16 к положительному полюсу стартера 2. Теперь заряд и разряд накопителей 6, 7 и 8 осуществляется открытием коммутаторов 14, 15, 16, 17, 18 и 19 путем подачи управляющих сигналов на их управляющие электроды с выходов дешифратора 13. при этом напряжение на четвертом входе дешифратора 13 по-прежнему отсутствует.
1. При сигналах с уровнем логического «0» на первых трех входах дешифратора 13 последний формирует сигнал на открытие коммутатора 14. Через последний осуществляется разряд накопителя 6 на стартер 2, в результате чего осуществляется вращение его ротора. Ток, протекающий через коммутатор 14, и напряжение на накопителе 6 при его разряде уменьшаются, достигая порога отпускания порогового элемента 10. Пороговый элемент 10 формирует сигнал уровня логической «1», который поступает на первый вход дешифратора 13.
2. При сигнале с уровнем логической «1» на первом входе дешифратора 13 он формирует сигналы на открытие коммутаторов 15 и 17. Через коммутатор 15 осуществляется разряд накопителя 7 на стартер 2, поддерживая вращение его ротора, а через коммутатор 17 - заряд накопителя 6. Ток, проходящий через коммутатор 15, и напряжение на накопителе 7 при его разряде уменьшаются, достигая значений тока удержания коммутатора 15 и порога отпускания порогового элемента 11. Коммутатор 15 закрывается, а элемент 11 формирует на своем выходе сигнал уровня логической «1», который поступает на второй вход дешифратора 13. Заряд накопителя 6 в это время продолжается.
3. При сигналах с уровнем логической «1» на первом и втором входах дешифратора 13 он формирует сигналы на открытие коммутаторов 16 и 18. Через коммутатор 16 осуществляется разряд накопителя 8 на стартер 2, поддерживая вращение его ротора, а через коммутатор 18 - заряд накопителя 7. С учетом выбранных параметров накопителей к моменту времени полного разряда накопителя 8 накопитель 6 заряжается, то есть ток заряда, проходящий через коммутатор 17, уменьшается до величины тока удержания коммутатора, и коммутатор 17 закрывается, а напряжение на накопителе 6 достигает значения порога срабатывания элемента 10, который формирует сигнал с уровнем логического «0», поступающий на первый вход дешифратора 13. Ток, протекающий через коммутатор 16, и напряжение на накопителе 8 при его разряде уменьшаются, достигая значений тока удержания коммутатора 16 и порога отпускания порогового элемента 12. Коммутатор 16 закрывается, а элемент 12 формирует на своем выходе сигнал уровня логической «1», который поступает на третий вход дешифратора 13. Заряд накопителя 7 в это время продолжается.
4. При сигналах с уровнем логической «1» на втором и третьем входах дешифратора 13 он формирует сигналы на открытие коммутаторов 14 и 19. Через коммутатор 14 осуществляется разряд накопителя 6 на стартер 2, поддерживая вращение его ротора, а через коммутатор 19 - заряд накопителя 8. С учетом выбранных параметров накопителей к моменту времени полного разряда накопителя 6 накопитель 7 заряжается, то есть ток заряда, проходящий через коммутатор 18, уменьшается до величины тока удержания коммутатора, и коммутатор 18 закрывается, а напряжение на накопителе 7 достигает значения порога срабатывания элемента 11. Элемент 11 формирует на своем выходе и втором входе дешифратора 13 сигнал с уровнем логического «0». Ток, проходящий через коммутатор 14, и напряжение на накопителе 6 при его разряде уменьшаются, достигая значений соответственно тока удержания коммутатора 14 и порога отпускания порогового элемента 10. Коммутатор 14 закрывается. Элемент 10 формирует на своем выходе и первом входе дешифратора 13 сигнал с уровнем логической «1». Заряд накопителя 8 в это время продолжается.
5. При сигналах с уровнем логической «1» на первом и третьем входах дешифратора 13 он формирует сигналы на открытие коммутаторов 15 и 17. Через коммутатор 15 осуществляется разряд накопителя 7 на стартер 2, поддерживая вращение его ротора, а через коммутатор 17 - заряд накопителя 6.
С учетом выбранных параметров накопителей к моменту времени полного разряда накопителя 7 накопитель 8 заряжается, то есть ток заряда, проходящий через коммутатор 19, уменьшается до величины тока удержания коммутатора, и коммутатор 19 закрывается, а напряжение на накопителе 8 достигает порога срабатывания элемента 12. Элемент 12 формирует на своем выходе и третьем входе дешифратора 13 сигнал с уровнем логического «0».
Ток, проходящий через коммутатор 15, и напряжение на накопителе 7 при его разряде уменьшаются, достигая значений соответственно тока удержания коммутатора 15 и порога отпускания порогового элемента 11. Коммутатор 15 закрывается. Элемент 11 формирует на своем выходе и втором входе дешифратора 13 сигнал с уровнем логической «1». Заряд накопителя 8 в это время продолжается.
Далее описанный процесс поочередного разряда накопителей 8, 6 и 7 на стартер 2 с одновременным зарядом двух других накопителей от батареи 1 повторяется.
Время поступления напряжения на стартер 2 определяется длительностью замкнутого состояния выключателя 5. При размыкании последнего обмотка 3 тягового реле обесточивается и контакт 4 размыкается, прерывая цепь питания стартера 2.
В некоторых случаях, например, при повышенной вязкости масла в двигателе при низких температурах, крутящий момент на валу электростартера, развиваемый разрядом одного накопителя, становится недостаточным для пуска двигателя и возникает необходимость в кратковременном увеличении тока стартера.
В этом случае осуществляется кратковременное нажатие кнопки 9, в результате которого положительный полюс батареи 1 подключается к четвертому входу дешифратора 13. При поступлении на четвертый вход дешифратора напряжения с выхода батареи 1 дешифратор 13 формирует на всех семи своих выходах и управляющих входах коммутаторов 14÷20 сигналы на открытие этих коммутаторов. Коммутаторы 14÷20 открываются, в результате чего осуществляется разряд всех трех накопителей на стартер 2. Кроме того, через коммутатор 20 к стартеру 2 подключается и сама батарея 1. В результате на время нахождения кнопки 9 в замкнутом состоянии ток стартера кратно возрастает по сравнению со случаем разряда на стартер 2 только одного из накопителей.
После отпускания (размыкания) кнопки 9 пуск двигателя продолжается в описанном выше режиме поочередного разряда накопителей с одновременным зарядом двум остальных. Однако даже кратковременного повышения пускового тока достаточно для увеличения крутящего момента на валу стартера до необходимого для запуска двигателя уровня.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым в предлагаемой полезной модели, является существенное повышение пускового тока стартера по сравнению с аналогами и прототипом.
Полезная модель легко реализуема. Она может быть выполнена на тех же элементах, что и прототип. В качестве пороговых элементов могут быть использованы триггеры Шмитта. Коммутаторы могут быть реализованы на тиристорах. Дешифратор может быть выполнен на интегральных микросхемах серии 530.