АВТОНОМНАЯ ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к автономным источникам электроэнергии и может быть использована в автономных электроагрегатах с приводными тепловыми двигателями, работающими при переменной частоте вращения.
Известен автономный дизель-генератор (см. патент РФ на полезную модель, №141120 - 2013 г.) содержащий, блок управления дизель-генератором, дизель, трехфазный синхронный генератор и электромеханическую трансмиссию. Вход электромеханической трансмиссии соединен с выходным валом дизеля, а выход - с входным валом синхронного генератора, причем электромеханическая трансмиссия состоит из входного двухступенчатого редуктора и датчика скорости вала дизеля, входы которых соединены с выходным валом дизеля, выход датчика скорости вала дизеля соединен с входом блока управления дизель-генератором, выход которого соединен с входом дизеля и входами электромагнитных порошковых муфт, входы которых соединены с выходами входного двухступенчатого редуктора, а выходы - с входами выходного двухспупенчатого редуктора, выход которого соединен с входом синхронного генератора, а также с датчиком скорости входного вала синхронного генератора, вход которого соединен с входом синхронного генератора, а выход с входом блока управления дизель-генератором и датчиком потребляемой электрической мощности, вход которого соединен с выходом синхронного генератора, а выход с входом блока управления дизель-генератором.
Недостатками такого устройства является дискретное, двухступенчатое изменение частоты вращения вала дизеля, что не позволяет плавно изменять частоту вращения приводного двигателя в зависимости от изменения потребляемой мощности нагрузки и соответственно приводит к увеличению часового расхода топлива и уменьшению времени автономной работы электроагрегата от одной заправки топливом.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является дизель-генераторная установка (см. патент РФ на полезную модель, №178096 - 2017 г.), содержащая двигатель внутреннего сгорания с переменной скоростью вращения, к которому последовательно подключены датчик скорости вращения и синхронный генератор на постоянных магнитах, выход которого соединен с блоком стабилизации, выход которого соединен с накопителем энергии и входом инвертора, выход которого через датчики тока и напряжения соединен с нагрузкой, при этом информационные выходы датчиков тока, напряжения и скорости вращения подключены к входам блока управления автономной генераторной установкой, выход блока управления автономной генераторной установкой последовательно соединен с регулятором подачи топлива и двигателем внутреннего сгорания.
Недостатком данного устройства является невозможность поддержания выходного напряжения в заданном диапазоне при изменении скорости вращения вала двигателя и ротора синхронного генератора в широком диапазоне для поддержания минимального удельного расхода топлива.
Задачей полезной модели является поддержание выходного напряжения синхронного генератора автономной генераторной установки с регулируемой скоростью вращения в требуемых границах, при изменении скорости вращения и нагрузки в широком диапазоне.
Сущность полезной модели заключается в том, что в автономную генераторную установку, содержащую двигатель внутреннего сгорания с переменной скоростью вращения, датчик скорости вращения, соединенный с блоком управления, синхронный генератор, датчик мощности, подключенный к нагрузке, отличающаяся тем, что введена электромеханическая трансмиссия, вход которой соединен с выходным валом двигателя внутреннего сгорания, а выход - с входным валом синхронного генератора, причем электромеханическая трансмиссия состоит из датчика скорости вращения вала ведомого колеса тороидного вариатора, исполнительного устройства тороидного вариатора и тороидного вариатора. Выход двигателя внутреннего сгорания соединен с входом датчика скорости вращения вала двигателя внутреннего сгорания и входом тороидного вариатора, выход которого соединен с входом датчика скорости вращения вала ведомого колеса тороидного вариатора и входом синхронного генератора, выход которого соединен с входом нагрузки и входом датчика мощности, выход которого соединен с входом блока управления, с которым также соединены выходы датчика скорости вращения вала двигателя внутреннего сгорания и датчика скорости вращения вала ведомого колеса тороидного вариатора, выход блока управления соединен с входом двигателя внутреннего сгорания и входом исполнительного устройства тороидного вариатора, выход которого соединен с входом тороидного вариатора.
В предлагаемой полезной модели, представленной на фиг. 1 выход двигателя внутреннего сгорания 1 соединен с входом датчика скорости вращения вала двигателя внутреннего сгорания 2 и входом тороидного вариатора 3, выход которого соединен с входом датчика скорости вращения вала ведомого колеса тороидного вариатора 4 и входом синхронного генератора 5, выход которого соединен с входом нагрузки 6 и входом датчика мощности 7, выход которого соединен с входом блока управления 8, с которым также соединены выходы датчика скорости вращения вала двигателя внутреннего сгорания 2 и датчика скорости вращения вала ведомого колеса тороидного вариатора 4, выход блока управления соединен с входом двигателя внутреннего сгорания 1 и входом исполнительного устройства тороидного вариатора 9, выход которого соединен с входом тороидного вариатора 3.
Устройство работает следующим образом. С блока управления 8 подается сигнал на запуск двигателя внутреннего сгорания 1, который приводит во вращение ведущий вал тороидного вариатора 3 с размещенным на нем конусоидальным ведущим диском. Посредством прижимных роликов вращение от ведущего диска передается на ведомый диск ведомого вала тороидного вариатора 3, который в свою очередь приводит во вращение вал синхронного генератора 5. При подключении к выходу синхронного генератора 5 нагрузки 6 на вход блока управления 8 от датчика мощности 7 подается сигнал, несущий информацию о потребляемой электрической мощности. Блок управления 8 за счет регулятора частоты изменяет частоту вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания 1. Одновременно с этим блок управления 8, на основе полученной информации от датчика скорости вращения вала двигателя внутреннего сгорания 2 и датчика скорости вращения вала ведомого колеса тороидного вариатора 4 выдает команду исполнительному устройству тороидного вариатора 9 на изменение положения прижимных роликов, таким образом, чтобы скорость вала синхронного генератора 5 оставалась постоянной. При значении потребляемой мощности от 100% номинальной до 55% от номинальной увеличивается скорость вращения вала двигателя внутреннего сгорания 1 и соответственно блок управления 8 дает команду исполнительному устройству тороидного вариатора 9 на поворот роликов к ведомому диску тороидного вариатора 3. Угол поворота зависит от мощности потребляемой нагрузкой и скорости вращения вала двигателя внутреннего сгорания 1. При значении потребляемой мощности в диапазоне от нуля до 45% от номинальной, когда нагрузка составляет менее половины от мощности автономной генераторной установки, ее приводной двигатель работает с малой скоростью вращения приводного вала. Соответственно для поддержания необходимой частоты выходного напряжения синхронного генератора 5 блок управления 8 дает команду исполнительному устройству тороидного вариатора 9 на поворот роликов к ведущему диску тороидного вариатора 3, что обеспечивает наибольшее передаточное отношение. В диапазоне мощности нагрузки составляющий от 45% до 55% от номинальной исполнительное устройство тороидного вариатора 9 разворачивает ролики тороидного вариатора 3 перпендикулярно к ведомому и ведущему дискам, что обеспечивает передаточное отношение между валом синхронного генератора 5 и ведущим валом двигателя внутреннего сгорания 1 примерно равное единице.
Таким образом, полезная модель за счет применения электромеханической трансмиссии позволяет поддерживать оптимальные обороты двигателя внутреннего сгорания в зависимости от изменения потребляемой мощности в диапазоне от холостого хода до 100% нагрузки, при которых реализуется минимальный удельный расход топлива и соответственно увеличивается время автономной работы электроагарегата от одной заправки топливом, при этом скорость вращения вала синхронного генератора, при изменяемой скорости вращения приводного двигателя, остается постоянной и обеспечивает стабилизацию выходного напряжения автономной генераторной установки по частоте и амплитуде.