ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2205762
ЛОКОМОТИВ-ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
Имя изобретателя: Андрияка В.Н.; Курбасов А.С.; Киржнер Д.Л.; Нестрахов А.С.
Имя патентообладателя: Андрияка Владимир Николаевич; Курбасов Александр Севостьянович; Киржнер Давид Львович; Нестрахов Александр Сергеевич
Адрес для переписки: 121165, Москва, ул. Киевская, 20, кв.26, А.С.Курбасову
Дата начала действия патента: 2001.02.27
Область применения -
железнодорожный транспорт, где
используются автономные локомотивы,
способные обеспечить питание объектов
электроэнергией в нештатной ситуации от
своей дизель-генераторной установки. Для
получения на выходе трехфазного напряжения
380 В, 50 Гц для питания промышленных и других
объектов в нештатных ситуациях
предлагается переключать две статорные
обмотки генератора на последовательное
соединение посредством переключателя. Для
перехода с режима тяги в режим
электростанции локомотив имеет
дополнительный переключатель.
Использование двух турбокомпрессоров
наддува позволяет реализовать полную
тяговую мощность тепловоза и повысить его
топливную экономичность во всем диапазоне
эксплуатационных нагрузок.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область применения -
железнодорожный транспорт, где требуется
автономный локомотив, способный
обеспечивать питание от своей дизель-генераторной
установки в нештатной ситуации объектов,
нуждающихся в источнике электрической
мощности с напряжением 380 В, 50 Гц.
Для многих ситуаций требуется иметь
передвижную электростанцию, при
значительной мощности - локомотив-электростанцию.
Как правило, такое устройство состоит из
автономного локомотива-тепловоза и
прицепного вагона, в котором расположена
дизель-генераторная установка или
преобразовательное устройство,
позволяющее иметь на выходе стандартное
напряжение 380 В, 50 Гц.
Такая энергетическая установка, состоящая
из собственно локомотива и
преобразовательного устройства в
обособленном вагоне, сложна и требует
дополнительных затрат, в том числе и по
содержанию.
Желательно иметь локомотив, генераторная
установка которого способна служить
источником мощности трехфазного
переменного тока частотой 50 Гц и линейным
напряжением 380 В.
В настоящее время дизельные тепловозы
имеют трехфазные генераторы, питающие
через выпрямители тяговые двигатели
постоянного тока. Оптимальными параметрами
дизель-генераторной установки, например
для тепловозов 2Э116 и ТЭП70, являются: частота
вращения дизеля 1000 об/мин, линейное
напряжение 580-600 В при частоте 100 Гц и обмотке
статора, выполненной в виде двух обмоток,
соединенных в звезду и сдвинутых
пространственно на 30 эл. град эл (см.1, стр. 45
рис.22 и стр.192 табл. 11).
Этот вариант исполнения дизель-генераторной
установки следует принять за прототип.
Недостаток ее в том, что такая дизель-генераторная
установка без радикального изменения не
может быть использована для получения на
выходе напряжения 380 В при частоте 50 Гц. При
снижении частоты вращения дизеля до 500 об/мин
для получения напряжения с частотой 50 Гц
линейное напряжение генератора снизится до
290 В. Увеличить его до 380 В за счет увеличения
тока возбуждения невозможно из-за
насыщенной магнитной характеристики.
Создание тепловоза с дизель-генераторной
установкой с выходным напряжением 380 В и 50
Гц нерационально по ряду причин:
а - большие токи в силовой цепи при заданной
мощности;
б - частота 50 Гц может быть получена либо за
счет снижения расчетной частоты вращения
дизеля и увеличения его габаритов, либо за
счет уменьшения числа полюсов генератора,
что также приводит к увеличению габаритов
генератора из-за увеличения лобовых
вылетов статорной обмотки и толщины спинки
магнитопровода статора.
Предлагается решение, при котором можно
получить на выходе генератора трехфазное
напряжение 380 В и однофазное напряжение 220 В
при частоте 50 Гц за счет переключения
обмоток статора и снижения частоты
вращения дизеля до 500 об/мин. При этом у
трехфазных статорных обмоток, подключенных
к выпрямительным установкам параллельно,
одноименные фазы соединяются
последовательно.
Сущность и принцип работы предлагаемого
локомотива-электростанции поясняются фиг.1-3.
На фиг. 1 приведена электрическая схема
прототипа (см.1, рис.22), в которой две
статорные обмотки, одноименные фазы
которых, например А-х и А'-х', смещены на 30 эл.
град для уменьшения пульсаций тока, питают
выпрямительную установку ВУ и далее от них
тяговые двигатели постоянного тока.
На фиг.2 показана измененная схема
статорных обмоток, когда одноименные фазы
соединены последовательностью, за счет
чего можно получить на выходе генератора
напряжение 380 В при частоте 50 Гц, подводимое
к объектам с промышленной нагрузкой.
На фиг.3 показана схема переключателя П1,
подающего напряжение от синхронного
генератора ГС либо к промышленной нагрузке
- режим I - режим электростанции, либо к
выпрямителю ВУ - режим II - режим тяги.
Поскольку суммарный ток при включении фаз
обмоток последовательно снижается в два
раза, то в этой же кратности снижается и
мощность генератора. Мощность дизеля при
снижении частоты вращения до 500 об/мин также
снизится в два раза. Однако она остается
значительной, поскольку мощность дизель-генераторной
установки, например тепловоза 2ТЭ116,
составляет 2120Ч2
кВт. При работе по предложенной схеме
мощность составит 1060Ч2
кВт, что достаточно для электроснабжения
крупного поселка и промышленного объекта.
Пересоединение обмоток статора
выполняется в лобовых вылетах генератора (см.1,
стр.194) и никакой трудности не представляет.
У дизелей с турбонаддувом потребуется
модернизация проточной части
турбокомпрессора для реализации при
частоте вращения коленчатого вала 500 об/мин
половиной мощности дизель-генератора. В
связи с тем, что напряжение на отдельных
фазах будет снижено, не возникнут трудности
с током возбуждения, а также с другими
вспомогательными машинами. Если на
локомотиве предусмотрены две дизель-генераторные
установки, то трудностей работы двух
синхронных генераторов на общую сеть не
возникает. Тяговая мощность локомотива-электростанции
уменьшится в два раза, т. е. он будет в режиме
тяги реализовывать те же расчетные
скорости, что и базовый тепловоз, но при
уменьшенной в два раза массе состава.
Таким образом, с помощью предложенных
конструктивных изменений в электрической
схеме тепловоза можно получить
универсальный агрегат: локомотив-электростанцию.
Имеется возможность расширить функции
локомотива-электростанции, если добавить
еще одно переключающее устройство:
групповой переключатель фаз П2. Связь его
контактов со схемой обмоток показана на фиг.4,
на фиг.5 - расположение контактов для
обеспечения требуемых режимов работы.
Сущность нового конструктивного
дополнения состоит в том, что согласно фиг. 4
у двух фазных обмотках одноименные фазы А и
А', В и В', С и С' могут включаться либо
последовательно (фиг.2), либо обособленно
параллельно, как показано на фиг. 1. На фиг.5
переключатель П2, замыкая контакты 1-2-3-7-8,
обеспечивает параллельное питание
обмотками выпрямительной установки ВУ и
полную мощность генератора, например, для
тепловоза 2ТЭ116 она составляет 2120Ч2
кВт при работе дизеля на частоте вращения
1000 об/мин. Это исходный режим III. При
размыкании контактов 1-2-3-7-8 и замыкании
контактов 3-4-5 обеспечиваются режимы I и II,
когда дизель-генераторная установка
работает в режиме электростанции (режим I) и
в режиме тяги, но с половинной тяговой
мощностью (режим II).
Таким образом, имеется возможность создать
два варианта локомотива-электростанции.
Первый вариант предельно прост в
реализации, но позволяет использовать
только половину мощности дизель-генераторной
установки как в режиме тяги, так и в режиме
электростанции; второй вариант требует
дополнительного усложнения за счет
добавочного группового переключателя, но
позволяет реализовать полную тяговую
мощность, сохраняя половинную мощность в
режиме электростанции. В этом варианте
тепловоз, изготовленный на оптимальные
параметры, может находиться в обычной
эксплуатации, но в нужный момент
переключиться на режим электростанции. Для
этого потребуется установить на двигателе
два турбокомпрессора, один из которых будет
обеспечивать его воздухоснабжение при 500 об/мин
и половинной мощности, а при автоматическом
подключении второго турбокомпрессора (регистровая
система наддува) - реализовать при 1000 об/мин
номинальную мощность дизель-генератора.
Такое техническое решение позволит также
повысить топливную экономичность
тепловоза во всем диапазоне
эксплуатационных нагрузок.
Предлагаемые многофункциональные
локомотивы-электростанции могут быть
использованы не только для чрезвычайных,
нештатных ситуаций, но и как временные
источники электроэнергии, когда по каким-то
причинам ее недостает, а также как
резервные электростанции для объектов, где
прерывание электроснабжения недопустимо.
ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ
Луков Н. М., Стрекопыв В.В., Рудая К.И.
Передачи мощности тепловозов. - М.:
Транспорт, 1987, с. 45, 192.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Локомотив-электростанция на базе
тепловоза с двигателем внутреннего
сгорания, трехфазным генератором с двумя
фазными обмотками статора, одноименные
фазы которых смещены на 30 эл. град и каждая
обмотка выполнена с возможностью
подключения к выпрямительной установке для
подачи напряжения на тяговые двигатели
постоянного тока, отличающаяся тем, что
одноименные фазы статорных обмоток
генератора выполнены с возможностью
последовательного соединения, а генератор
снабжен переключателем нагрузки для
перехода с режима тяги на режим
электростанции.
2. Локомотив-электростанция по п.1,
отличающаяся тем, что она снабжена
дополнительным переключателем,
позволяющим осуществлять переключение
одноименных фаз статорных обмоток с
последовательного соединения на
параллельное и обратно.
3. Локомотив-электростанция по пп.1 и 2,
отличающаяся тем, что она снабжена двумя
турбокомпрессорами наддува двигателя
внутреннего сгорания для повышения
топливной экономичности тепловоза.
Версия для печати
Дата публикации 26.04.2007гг
вверх
|
