Способ стабилизации частоты выходного напряжения автономного источника электропитания с силовой установкой внутреннего сгорания
METHOD FOR STABILIZING FREQUENCY OF OUTPUT VOLTAGE OF AUTONOMOUS POWER SUPPLY SOURCE WITH POWER PLANT OF INTERNAL COMBUSTION

Изобретение относится к производству, преобразованию и передаче электрической энергии - системам для управления электрическими генераторами с целью получения требуемого значения выходных параметров, а именно к автономным источникам электрического питания, имеющим в качестве источника энергии силовые установки внутреннего сгорания.
Известен способ преобразования частоты основанный на том, что с помощью двух каналов управления управляют силовыми ключами активного выпрямителя и автономного инвертора, при этом в одном канале эталонный модулирующий сигнал, задающий коммутационную функцию, последовательно подвергают фазовой и амплитудной предмодуляциям, широтно-импульсной модуляции и фазовой демодуляции, а в другом - последовательно подвергают амплитудной и адаптирующей предмодуляциям и широтно-импульсной модуляции с использованием высокочастотного опорного сигнала (см. патент РФ 2269860; МПК Н02М 5/16 (2006.01), Н02М 9/06 (2006.01); опубл. 2006 г.).
Известен способ частотной модуляции, основанный на изменении по закону модулирующего сигнала частоты перестраиваемого генератора, синхронизируемого стабильным опорным генератором, отличающийся тем, что изменяют по закону инверсного модулирующего сигнала частоту дополнительного перестраиваемого генератора, стабилизированного тем же опорным генератором, умножают в n раз частоту основного и в (n-1) раз частоту дополнительного перестраиваемых генераторов, а затем выделяют сигнал разностной частоты (см. патент РФ 2114498; МПК Н03С 3/06 (1995.01); опубл. 1998 г.).
Известен способ преобразования девиации частоты периодического сигнала, основанный на синхронизации частот периодических сигналов, заключающийся в том, что перемножают входной сигнал и первый синхронизируемый сигнал, выделяют второй сигнал синхронизации с разностной частотой, которым синхронизируют второй синхронизируемый сигнал, перемножают входной сигнал и второй синхронизируемый сигнал, выделяют первый сигнал синхронизации с разностной или суммарной частотой, которым синхронизируют первый синхронизируемый сигнал, перемножают синхронизируемые сигналы и выделяют выходной сигнал с разностной или суммарной частотой, отличающийся тем, что у одного из сигналов синхронизации дополнительно преобразуют начальную фазу таким образом, чтобы фазовый сдвиг между сигналом синхронизации и синхронизируемым сигналом стал инверсным по отношению к соответствующему фазовому сдвигу до преобразования (см. патент РФ 2216848; МПК Н03В 21/04 (2000.01), Н03С 3/06 (2000.01), H03D 7/16 (2000.01); опубл. 2003 г.).
Указанные способы направлены на стабилизацию либо изменение частот выходного сигнала и направлены на обеспечение требуемых его показателей, при этом не учитывают особенности формирования входного сигнала, и, соответственно, не обеспечивают повышение коэффициента полезного действия источника входного сигнала, не обеспечивают снижение потерь при его формировании, а, следовательно, и не обеспечивают наиболее рациональных режимов установок в целом с точки зрения их экономичности.
Наиболее близким по применяемому техническому решению и достигаемому результату является способ регулирования мощности поршневого двигателя внутреннего сгорания - прототип, заключающийся в том, что в цилиндрах силовой установки осуществляются рабочие циклы с частотой, задаваемой валом отбора мощности, путем изменения массы сжигаемого топлива для поддержания постоянной частоты вращения вала независимо от нагрузки, в котором в соответствие с изменением нагрузки изменяют частоту выполненных рабочих циклов, а частоту вращения вала выбирают из полосы частот, при которых двигатель имеет минимальный удельный расход топлива (см. патент РФ 2135802; МПК F02D 17/02 (1995.01); опубл. 1999 г.).
n
Указанный способ обеспечивает экономичный режим работы силовой установки с одновременным поддержанием оптимальной температуры внутри цилиндров, что позволяет в случае необходимости быстро вывести силовую установку на номинальный режим работы. Однако, в случае дальнейшего снижения нагрузки количество пропусков рабочих циклов увеличивается до такого значения, что сгорание рабочей смеси происходит в остывших цилиндрах, что ухудшает процессы воспламенения и горения, существенно увеличивает отложение нагара внутри цилиндров, приводит к повышенному износу и значительному увеличению вредных веществ (продуктов неполного сгорания - CH, СО) в отработавших газах, кроме того, данный способ не обеспечивает стабильную частоту вращения коленчатого вала силовой установки в случае ее работы на минимальных нагрузках и не снижает внутренние потери силовой установки, а следовательно и не повышает коэффициент полезного действия системы в целом.
Настоящее изобретение направлено на обеспечение стабильной частоты тока, вырабатываемого автономной энергетической установкой с двигателем внутреннего сгорания и повышение ее экономичности.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе регулирования мощности поршневого двигателя внутреннего сгорания дополнительно при снижении нагрузки ниже установленного значения, отключается подача топлива в один или несколько цилиндров, до тех пор, пока остается в работе такое количество цилиндров, которое обеспечивает стабильную частоту вращения выходного вала, при этом в отключенных цилиндрах выпускные клапаны устанавливают в постоянно открытом, нижнем положении, а частоту вращения входного вала силовой установки определяют по частоте вырабатываемого тока.
Способ стабилизации частоты выходного напряжения автономного источника электропитания с силовой установкой внутреннего сгорания, при котором в цилиндрах силовой установки осуществляются рабочие циклы с частотой, задаваемой датчиком измерения выходной частоты, путем изменения массы сжигаемого топлива для поддержания постоянной частоты вращения выходного вала независимо от нагрузки изменением частоты выполненных рабочих циклов, в котором дополнительно при снижении нагрузки ниже установленного значения, отключается подача топлива в один или несколько цилиндров, до тех пор, пока остаются в работе такое количество цилиндров, при котором частота вращения выходного вала остается в заданных пределах, при этом в отключенных цилиндрах выпускные клапаны устанавливают в постоянно открытом, нижнем положении, а частоту вращения выходного вала силовой установки определяют по частоте вырабатываемого напряжения.
Данный способ проиллюстрирован на фиг. 1.
Способ стабилизации частоты выходного напряжения автономного источника электропитания 1 с силовой установкой внутреннего сгорания 2 и генератором переменного тока 3, при котором в цилиндрах силовой установки 4 осуществляются рабочие циклы с частотой, задаваемой датчиком измерения выходной частоты 5, путем изменения массы сжигаемого топлива для поддержания постоянной частоты вращения выходного вала 6 независимо от нагрузки изменением частоты выполненных рабочих циклов, в котором дополнительно при снижении нагрузки ниже установленного значения, отключается подача топлива в один или несколько цилиндров 4, до тех пор, пока остаются в работе такое количество цилиндров, при котором частота вращения выходного вала 6 остается в заданных пределах, при этом в отключенных цилиндрах 4 выпускные клапаны 7 устанавливают в постоянно открытом, нижнем положении, а частоту вращения выходного вала 6 силовой установки 2 определяют по частоте вырабатываемого напряжения.
В процессе работы автономного источника электропитания 1 с силовой установкой внутреннего сгорания 2 и генератором переменного тока 3 датчик измерения выходной частоты 5 измеряет частоту напряжения, вырабатываемого автономного источника электропитания 1. В случае, если частота измеряемого напряжения отклоняется от заданной, сигнал от датчика измерения выходной частоты 5 подается на исполнительное устройство 8, которое начинает либо увеличивать количество топлива, поступающего в цилиндры 4 силовой установки 2, либо уменьшать его, тем самым поддерживая частоту вращения выходного вала 6 в заданных пределах и обеспечивая требуемую частоту вырабатываемого напряжения. В зависимости от нагрузки, и, соответственно от изменения частоты выходного напряжения исполнительное устройство 8 увеличивает либо снижает количество топлива, подаваемого в цилиндры 4 и тем самым, обеспечивает стабильную частоту вращения выходного вала 6, и, соответственно, частоту выходного напряжения. В случае существенного снижения нагрузки исполнительное устройство 8 подает топливо в цилиндры 4, пропуская необходимое количество рабочих циклов, и тем самым поддерживая частоту вращения выходного вала 6, а, следовательно, и частоту выходного напряжения в требуемом диапазоне. при дальнейшем снижении нагрузки и достижении ее заданного значения, исполнительное устройство 8 отключает подачу топлива в необходимое количество цилиндров 4, и одновременно, подает команду на предотвращение закрытия выпускных клапанов 7 в упомянутых цилиндрах 4, одновременно, оставшиеся в работе цилиндры включаются в работу без пропусков подачи топлива. При увеличении нагрузки подача топлива в цилиндры 4 восстанавливается последовательно.
Таким образом, предлагаемый способ стабилизации частоты выходного напряжения автономного источника электропитания с силовой установкой внутреннего сгорания обеспечивает стабильную частоту выходного напряжения путем изменения количества топлива, подаваемого в цилиндры силовой установки, что снижает количество потребляемого топлива по сравнению со способами электронной стабилизации частоты, при этом одновременно уменьшаются внутренние потери силовой установки за счет поддержания выпускных клапанов отключаемых цилиндров в открытом состоянии и, соответственно повышается коэффициент полезного действия автономного источника электропитания с силовой установкой внутреннего сгорания и генератором переменного тока. При этом количество нагара, образовавшегося в отключаемых цилиндрах будет незначительно ввиду преимущественной работы цилиндров в диапазоне рабочих температур, и в случае выхода силовой установки на номинальный режим, произойдет самоочистка внутренних поверхностей.