RU2319277C1

RU2319277C1 - Dc electric energy autonomous supply

Info

Publication number: RU2319277C1
Application number: RU2006139115/09A
Authority: RU
Inventors: Николай Иванович Вергелис; Виктор Викторович Бартош; Анатолий Тимофеевич Левин; Сергей Николаевич Слепов
Original assignee: 16 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации
Priority date: 2006-11-08
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2008-03-10

Abstract

FIELD: electric engineering.

SUBSTANCE: autonomous supply can be used as autonomous dc supply in electric supply systems of movable communication and control objects. Dc electric energy autonomous supply has internal combustion engine, dc generator, load current detector, electric energy connecting unit, buffer accumulator battery, accumulator batter charge and discharge current detector, unit for controlling fuel supply, unit for controlling current frequency of rotation of crankshaft of engine, voltage adjustment unit, unit for changing voltage of generator at idle stroke, unit for correcting frequency of rotation of engine's crankshaft, unit for controlling modes of operation and engine's starting unit.

EFFECT: improved stability of output voltage of generator at sharp changes in load current; prolonged service life of engine; reduce number of turns of engine; reduced fuel consumption.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве автономного источника постоянного тока в системах электроснабжения подвижных объектов связи и управления.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used as an autonomous DC source in power supply systems of mobile communication and control facilities.

Известны автономные источники электроэнергии постоянного тока, в состав которых входят приводной двигатель, генератор постоянного тока, угольный регулятор напряжения и буферная аккумуляторная батарея [1].Autonomous sources of direct current electricity are known, which include a drive motor, a direct current generator, a coal voltage regulator, and a buffer battery [1].

Недостатком этого устройства является то, что при питании от такого источника стартерных двигателей для обеспечения их запуска необходимо наличие аккумуляторной батареи, так как примененный угольный регулятор не может обеспечить формирование требуемой для запуска характеристики генератора с участком максимального постоянного тока.The disadvantage of this device is that when powered from such a source of starter motors, it is necessary to have a rechargeable battery to start them, since the applied coal regulator cannot ensure the generation of the generator characteristics required for starting with the maximum direct current section.

Известен также автономный источник питания постоянного тока, содержащий приводной двигатель, на валу которого установлен генератор постоянного тока, якорные обмотки которого через измерительный шунт связаны с плюсовым и минусовым выводами источника питания, обмотка возбуждения включена через угольный столб комбинированного регулятора, на управляющем электромагните которого расположены рабочая обмотка и обмотка для параллельной работы, связанные с тремя резисторами и диодом, а также вспомогательный источник переменного тока, выход которого подключен к выпрямительному мосту [2].A self-contained DC power supply is also known, which contains a drive motor, a DC generator is installed on its shaft, whose anchor windings are connected through the measuring shunt to the plus and minus terminals of the power supply, the field winding is connected through the carbon pole of the combined controller, on the control electromagnet of which there is a working winding and winding for parallel operation associated with three resistors and a diode, as well as an auxiliary AC source, output which is connected to the rectifier bridge [2].

Недостатком такого известного устройства является сложность и пониженная надежность вследствие применения в схеме вспомогательного генератора-усилителя, приводимого двигателем внутреннего сгорания, и дополнительных термостабильных шунтов или использования специального усилителя.The disadvantage of this known device is the complexity and reduced reliability due to the use in the circuit of an auxiliary generator-amplifier driven by an internal combustion engine and additional thermostable shunts or the use of a special amplifier.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является автономный источник питания постоянного тока, содержащий генератор постоянного тока, приводимый двигателем внутреннего сгорания, комбинированный угольный регулятор напряжения, мощности и тока с электромагнитным приводом, полупроводниковый диод, три резистора, выпрямительный мост, подключенный к источнику переменного тока, обмотку для параллельной работы, рабочую обмотку и обмотку возбуждения [3].Closest to the proposed invention is an autonomous DC power supply containing a direct current generator driven by an internal combustion engine, a combined carbon voltage, power and current regulator with an electromagnetic drive, a semiconductor diode, three resistors, a rectifier bridge connected to an alternating current source, a winding for parallel operation, the working winding and the field winding [3].

Основным недостатком известного автономного источника постоянного тока является то, что вал генератора приводится во вращение двигателем внутреннего сгорания с постоянной частотой вращения независимо от тока нагрузки потребителей электроэнергии. При этом как при малой нагрузке и соответственно малой потребляемой мощности, так и при максимальной нагрузке топливо расходуется одинаково, что является неэффективным и приводит к резкому сокращению технического ресурса двигателя. Кроме того, схема запуска двигателя в известном источнике получается сложной.The main disadvantage of the known autonomous DC source is that the generator shaft is driven by an internal combustion engine with a constant speed regardless of the load current of electric consumers. At the same time, both at low load and, accordingly, low power consumption, and at maximum load, fuel is consumed equally, which is inefficient and leads to a sharp reduction in the engine's technical resource. In addition, the engine starting circuit in a known source is complex.

Целью изобретения является повышение стабильности выходного напряжения генератора при резких изменениях тока нагрузки, увеличение технического ресурса двигателя за счет снижения числа оборотов вала двигателя и сокращения часового расхода топлива.The aim of the invention is to increase the stability of the output voltage of the generator during sudden changes in the load current, increase the technical resource of the engine by reducing the number of revolutions of the motor shaft and reducing hourly fuel consumption.

Поставленная цель достигается тем, что в автономный источник электроэнергии постоянного тока, содержащий двигатель внутреннего сгорания, на валу которого установлен генератор постоянного тока, буферную аккумуляторную батарею и блок подключения потребителей электроэнергии, введены датчик тока нагрузки, датчик тока разряда и заряда аккумуляторной батареи, блок регулирования подачи топлива, блок регулирования напряжения, блок контроля текущей частоты вращения вала двигателя, блок изменения напряжения генератора на холостом ходу, блок коррекции частоты вращения вала двигателя, блок управления режимами работы и блок запуска двигателя, при этом выход генератора постоянного тока через датчик тока нагрузки соединен со входом блока подключения потребителей электроэнергии, вход-выход буферной аккумуляторной батареи соединен с входом-выходом датчика тока разряда и заряда аккумуляторной батареи, вход и выход которого подключен к выходу датчика тока нагрузки, вход-выход блока регулирования напряжения соединен со входом-выходом генератора постоянного тока, выход которого соединен со входом блока изменения напряжения генератора на холостом ходу, информационные выходы датчика тока нагрузки, датчика тока разряда и заряда аккумуляторной батареи, блока регулирования напряжения, блока контроля текущей частоты вращения вала двигателя и блока изменения напряжения генератора на холостом ходу подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому и пятому входам блока управления режимами работы, шестой информационный вход которого соединен с выходом блока запуска двигателя, управляющий выход которого соединен с управляющим входом двигателя внутреннего сгорания, информационный выход которого через блок контроля текущей частоты вращения вала двигателя соединен со входом блока коррекции частоты вращения вала двигателя, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления режимами работы, а управляющий выход блока коррекции частоты вращения вала двигателя через блок регулирования подачи топлива соединен со входом двигателя внутреннего сгорания.This goal is achieved by the fact that a load current sensor, a discharge current and battery charge sensor, a control unit are introduced into an autonomous source of direct current electricity containing an internal combustion engine, on the shaft of which a direct current generator, a buffer battery and a power consumers connection unit are installed fuel supply unit, a voltage control unit, a unit for monitoring the current engine shaft speed, an idle generator voltage change unit, a unit correction of the motor shaft rotation speed, the operating mode control unit and the engine starting unit, while the output of the DC generator through the load current sensor is connected to the input of the power consumers connection unit, the input-output of the buffer battery is connected to the input-output of the sensor of discharge and charge current batteries, the input and output of which is connected to the output of the load current sensor, the input-output of the voltage regulation unit is connected to the input-output of the DC generator, the output of which is connected to the input of the generator voltage change unit at idle, information outputs of the load current sensor, discharge current and battery charge sensor, voltage control unit, control unit for the current speed of the engine shaft and the generator idle voltage change unit are connected respectively to the first, second , the third, fourth and fifth inputs of the operating mode control unit, the sixth information input of which is connected to the output of the engine starting unit, the control output of which connected to the control input of the internal combustion engine, the information output of which through the current shaft speed control unit is connected to the input of the engine shaft speed correction unit, the control input of which is connected to the output of the operating mode control unit, and the control output of the engine shaft speed correction unit through the fuel supply control unit is connected to the input of the internal combustion engine.

Поставленная цель достигается также тем, что блок управления режимами работы содержит системный блок, состоящий из микропроцессора, соединенного с синхронизатором, системной шины, программного устройства, оперативного запоминающего устройства и устройства идентификации, а также содержит блок приема данных и блок формирования команд управления, причем к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому входам-выходам системной шиной подключены соответственно второй вход-выход микропроцессора, входы-выходы программного устройства, оперативного запоминающего устройства, устройства идентификации, блока приема данных и блока формирования команд управления, при этом первые, вторые, третьи, четвертые, пятые и шестые входы блока приема данных являются соответственно первыми, вторыми, третьими, четвертыми, пятыми и шестыми входами блока управления режимами работы, а выход блока формирования команд управления является управляющим выходом блока управления режимами работы.This goal is also achieved by the fact that the operating mode control unit contains a system unit consisting of a microprocessor connected to a synchronizer, a system bus, a software device, random access memory and an identification device, and also contains a data receiving unit and a control command generating unit, the first, second, third, fourth, fifth and sixth inputs and outputs of the system bus are respectively connected to the second input-output of the microprocessor, the inputs and outputs of the software device VA, random access memory, identification device, data receiving unit and control command generation unit, while the first, second, third, fourth, fifth and sixth inputs of the data receiving unit are the first, second, third, fourth, fifth and sixth inputs of the block operating mode control, and the output of the control command generation unit is the control output of the operating mode control unit.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый автономный источник электроэнергии постоянного тока отличается наличием новых блоков: датчика тока нагрузки, датчика тока разряда и заряда аккумуляторной батареи, блока регулирования подачи топлива, блока регулирования напряжения, блока контроля текущей частоты вращения коленчатого вала двигателя, блока изменения напряжения генератора на холостом ходу, блока коррекции частоты вращения коленчатого вала двигателя, блока управления режимами работы и блока запуска двигателя, а также изменением связей между известными остальными элементами схемы.Comparative analysis with the prototype shows that the claimed autonomous source of direct current electricity is distinguished by the presence of new units: a load current sensor, a discharge current and battery charge sensor, a fuel supply control unit, a voltage control unit, a current speed control unit of the engine crankshaft, a change unit voltage of the generator idling, the engine speed correction block, the operating mode control unit and the engine start block A, as well as a change in relations between certain other elements of the circuit.

Таким образом, заявляемый автономный источник электроэнергии постоянного тока соответствует критерию изобретения "новизна".Thus, the claimed autonomous source of direct current electricity meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что введенные блоки широко известны [4, 5].Comparison of the proposed solutions with other technical solutions shows that the introduced blocks are widely known [4, 5].

Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами схемы в заявляемый автономный источник электроэнергии постоянного тока вышеуказанные блоки проявляют новые свойства, что приводит к повышению стабильности выходного напряжения генератора при резких изменениях тока нагрузки, увеличению технического ресурса двигателя за счет снижения числа оборотов вала двигателя и сокращению в соответствии с этим часового расхода топлива. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".However, when they are introduced in the indicated connection with the rest of the circuit elements into the claimed autonomous source of direct current electricity, the above blocks exhibit new properties, which leads to increased stability of the output voltage of the generator with sharp changes in the load current, to an increase in the technical resource of the engine by reducing the number of revolutions of the motor shaft and reduction in accordance with this hourly fuel consumption. This allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг.1 представлена структурная схема автономного источника электроэнергии постоянного тока, на фиг.2 показана структурная схема блока управления режимами работы, а на фиг.3 и 4 приведены соответственно графическая зависимость токоскоростной характеристики генератора постоянного тока и графическая зависимость выходного напряжения холостого хода от частоты вращения генератора.Figure 1 shows the structural diagram of an autonomous source of direct current electricity, figure 2 shows the structural diagram of the control unit of the operating modes, and figure 3 and 4 respectively show a graphical dependence of the current-speed characteristics of the DC generator and a graphical dependence of the output open-circuit voltage on frequency rotation of the generator.

Предлагаемый автономный источник электроэнергии постоянного тока содержит (см. фиг.1) двигатель 1 внутреннего сгорания, генератор 2 постоянного тока, датчик 3 тока нагрузки, блок подключения 4 потребителей электроэнергии, буферную аккумуляторную батарею 5, датчик тока разряда и заряда 6 аккумуляторной батареи, блок регулирования 7 подачи топлива, блок регулирования напряжения 8, блок контроля 9 текущей частоты вращения коленчатого вала двигателя, блок 10 изменения напряжения генератора на холостом ходу, блок коррекции 11 частоты вращения коленчатого вала двигателя, блок управления 12 режимами работы и блок запуска 13 двигателя.The proposed autonomous source of direct current electricity contains (see Fig. 1) an internal combustion engine 1, a direct current generator 2, a load current sensor 3, an electric power consumers connection unit 4, a backup battery 5, a discharge and charge current sensor 6 of the battery, a unit fuel supply control unit 7, voltage control unit 8, control unit 9 of the current engine speed, engine voltage change unit 10 idle, correction unit 11 for wheel speed chatogo motor shaft, the control unit 12 and operating modes of unit 13 start the engine.

Блок управления 12 режимами работы (фиг.2) содержит системный блок 14, состоящий из микропроцессора 15, синхронизатора 16, системной шины 17, программного устройства 18, оперативного запоминающего устройства 19 и устройства идентификации 20, а также содержит блок приема данных 21 и блок формирования 22 команд управления.The control unit 12 modes of operation (figure 2) contains a system unit 14 consisting of a microprocessor 15, a synchronizer 16, a system bus 17, a software device 18, random access memory 19 and an identification device 20, and also contains a data reception unit 21 and a generating unit 22 management teams.

Коленчатый вал двигателя 1 посредством муфты механически соединен с генератором 2 постоянного тока, выход которого через датчик 3 тока нагрузки соединен со входом блока подключения 4 потребителей электроэнергии, ко входу которого подключены также выход и вход датчика тока 6 разряда и заряда аккумуляторной батареи, вход-выход которого соединен с входом-выходом аккумуляторной батареи 5.The crankshaft of the engine 1 through a coupling is mechanically connected to a DC generator 2, the output of which through the load current sensor 3 is connected to the input of the power consumers connecting unit 4, to the input of which the output and input of the current sensor 6 of discharge and battery charge are connected, input-output which is connected to the input / output of the battery 5.

Информационные выходы генератора 2 постоянного тока, датчика 3 тока нагрузки, датчика тока 6 разряда аккумуляторной батареи, блока регулирования 8 напряжения, блока 9 контроля текущей частоты вращения коленчатого вала двигателя и блока 10 изменения напряжения генератора на холостом ходу подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому и пятому входам блока управления 12 режимами работы, шестой вход которого соединен с выходом блока 13 запуска двигателя.The information outputs of the DC generator 2, load current sensor 3, battery discharge current sensor 6, voltage regulation unit 8, current engine speed control unit 9 and generator idle voltage change unit 10 are connected respectively to the first, second, third , the fourth and fifth inputs of the control unit 12 modes of operation, the sixth input of which is connected to the output of the engine starting block 13.

Управляющий вход двигателя 1 соединен с управляющим выходом блока 7 регулирования подачи топлива, вход которого соединен с выходом блока коррекции 11 частоты вращения коленчатого вала двигателя, к первому входу которого подключен выход блока контроля 9 текущей частоты вращения коленчатого вала двигателя, вход которого соединен с информационным выходом двигателя 1, а управляющий выход блока управления 12 режимами работы соединен со вторым входом блока коррекции 11 частоты вращения коленчатого вала двигателя. Входы-выходы блока регулирования 8 напряжения нагрузки потребителей соединены с входами-выходами генератора 2 постоянного тока, информационный выход которого соединен со входом блока изменения 10 напряжения генератора на холостом ходу, а управляющий выход блока 13 запуска двигателя соединен с управляющим входом двигателя 1.The control input of the engine 1 is connected to the control output of the fuel supply control unit 7, the input of which is connected to the output of the engine crankshaft correction unit 11, the first input of which is connected to the output of the control unit 9 of the current engine speed, the input of which is connected to the information output engine 1, and the control output of the control unit 12 operating modes is connected to the second input of the correction unit 11 of the engine speed. The inputs and outputs of the consumer load voltage control unit 8 are connected to the inputs and outputs of the DC generator 2, the information output of which is connected to the input of the generator voltage change unit 10 at idle, and the control output of the engine start unit 13 is connected to the control input of the engine 1.

Первый и второй входы-выходы микропроцессора 15 системного блока 14 блока управления 12 режимами работы подключены к входам-выходам соответственно синхронизатора 16 и системной шины 17, ко второму, третьему и четвертому входам-выходам которой подключены входы-выходы соответственно программного устройства 18, оперативного запоминающего устройства 19 и устройства идентификации 20, а к пятому и шестому входам-выходам системной шины подключены соответственно входы-выходы блока приема данных 21 и блока формирования 22 команд управления, при этом к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому входам блока приема данных 21 подключены выходы соответственно датчика тока 3 нагрузки, датчика тока 6 разряда и заряда аккумуляторной батареи 5, блока регулирования 8 напряжения, блока контроля 9 текущей частоты вращения коленчатого вала двигателя, блока изменения 10 напряжения генератора на холостом ходу и блока запуска 13 двигателя, а выход блока формирования 22 команд управления соединен с управляющим входом блока коррекции 11 частоты вращения вала двигателя 1.The first and second inputs and outputs of the microprocessor 15 of the system unit 14 of the control unit 12 operating modes are connected to the inputs and outputs of the synchronizer 16 and the system bus 17, to the second, third and fourth inputs and outputs of which are connected the inputs and outputs of the software device 18, random access memory devices 19 and identification devices 20, and the inputs and outputs of the data receiving unit 21 and the control unit generating unit 22, respectively, are connected to the fifth and sixth inputs and outputs of the system bus, while The first, second, third, fourth, fifth and sixth inputs of the data receiving unit 21 are connected to the outputs of the current sensor 3 of the load, current sensor 6 of the category and charge of the battery 5, control unit 8 voltage, control unit 9 of the current speed of the crankshaft of the engine, unit changes 10 of the generator voltage at idle and the engine starting unit 13, and the output of the control command generation unit 22 is connected to the control input of the correction unit 11 of the engine speed 1.

Двигатель 1 и генератор 2 постоянного тока соединены между собой в единый блок (двигатель-генератор) через соединительную муфту.The engine 1 and the DC generator 2 are interconnected into a single unit (engine-generator) through a coupling.

Генератор 2 постоянного тока осуществляет преобразование механической энергии вращения коленчатого вала двигателя 1 в электрическую энергию, при этом напряжение с входа-выхода генератора 2 поступает на вход-выход блока регулирования напряжения 8, а с выхода генератора 2 передается на вход датчика тока 3 нагрузки. Регулирование напряжения генератора 2 постоянного тока под нагрузкой производится блоком 8 автоматически в заданных пределах.The DC generator 2 converts the mechanical energy of rotation of the crankshaft of the engine 1 into electrical energy, while the voltage from the input-output of the generator 2 is supplied to the input-output of the voltage control unit 8, and from the output of the generator 2 is transmitted to the input of the load current sensor 3. The voltage regulation of the DC generator 2 under load is carried out by block 8 automatically within the specified limits.

Блок 7 предназначен для регулирования оборотов двигателя 1 внутреннего сгорания. Воздействуя на органы подачи топлива, блок 7 поддерживает при различных нагрузках заданный скоростной режим в определенных пределах. В составе блока 7 имеется устройство, обеспечивающее изменение настройки регулятора в заданных пределах.Block 7 is designed to control the speed of the internal combustion engine 1. Acting on the fuel supply organs, block 7 maintains, at various loads, a predetermined speed mode within certain limits. As part of block 7, there is a device that provides for changing the controller settings within specified limits.

В качестве блока управления 12 режимами работы может быть использован однокристальный 8-разрядный микроконтроллер КМ1816 ВЕ48, называемый для краткости МК 1816. Микроконтроллер МК 1816 представляет собой большую интегральную схему (БИС), имеющую в своем составе все атрибуты небольшой микроЭВМ: арифметико-логическое устройство, устройство управления, постоянное ЗУ программ, ОЗУ данных и интерфейсные схемы [4].As a control unit for 12 operating modes, the KM1816 BE48 single-chip microcontroller KM1816, called MK 1816 for short, can be used. The MK 1816 microcontroller is a large integrated circuit (LSI) that incorporates all the attributes of a small microcomputer: an arithmetic logic device, control device, permanent program memory, data RAM and interface circuits [4].

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

С помощью блока 13 происходит запуск двигателя 1, который прогревается до рабочей температуры. После прогрева двигателя 1 включается цепь возбуждения генератора постоянного тока 2 и он начинает генерировать определенное напряжение, увеличивающееся до номинального значения. Напряжение номинального значения с выхода генератора постоянного тока 2 подается через блок 10 на вход блока управления 12 режимами работы. Одновременно с этим отключается блок запуска 13 двигателя и управление двигателем 1 производится блоком управления 12 режимами работы.Using block 13, the engine 1 starts up, which warms up to the operating temperature. After warming up the engine 1, the excitation circuit of the DC generator 2 is turned on and it starts to generate a certain voltage, increasing to the nominal value. The voltage of the rated value from the output of the DC generator 2 is supplied through block 10 to the input of the control unit 12 operating modes. At the same time, the engine starting unit 13 is turned off and the engine 1 is controlled by the control unit 12 operating modes.

Блок управления 12 представляет собой контроллер, в память которого внесена токоскоростная характеристика. На фиг.2 приведена ее графическая зависимость видаThe control unit 12 is a controller in the memory of which a current-speed characteristic is entered. Figure 2 shows its graphical dependence of the form

I_г=К₁·n_г,I _g = K ₁ · n _g ,

где I_г - ток генератора постоянного тока;where I _g is the current of the DC generator;

n_г - количество оборотов вала в минуту;n _g - the number of revolutions of the shaft per minute;

К₁ - коэффициент пропорциональности.To ₁ is the coefficient of proportionality.

Кроме того, в память контроллера внесена также зависимость напряжения холостого хода от частоты вращения генератора в процессе его возбужденияIn addition, the dependence of the open circuit voltage on the frequency of rotation of the generator during its excitation is also included in the controller memory

U_гxx=К₂·n_гmin,U _gxx = K ₂ · n _gmin ,

где U_гxx - напряжение на выходе генератора при работе на холостом ходу;where U _gxx - voltage at the output of the generator when idling;

n_гmin - минимально допустимые обороты генератора постоянного тока;n _gmin - the minimum allowable speed of the DC generator;

К₂ - коэффициент пропорциональности.To ₂ is the coefficient of proportionality.

На фиг.3 представлена графическая зависимость частоты вращения для возбуждения генератора. Она позволяет согласовать минимальную частоту вращения генератора с процессом полного возбуждения, так как генераторы разных типов имеют различную минимальную частоту вращения для возбуждения.Figure 3 presents a graphical dependence of the speed for excitation of the generator. It allows you to match the minimum frequency of rotation of the generator with the process of complete excitation, as generators of different types have different minimum speeds for excitation.

Рассмотрим процессы управления двигателем 1 на холостом ходу.Consider the processes of controlling the engine 1 at idle.

При токе, равном нулю, в соответствии с токоскоростной характеристикой (см. фиг.2) в блоке управления 12 режимами работы вырабатывается команда по установлению в блоке коррекции 11 минимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя 1. Если текущая (рабочая) частота вращения вала двигателя 1 больше минимально допустимой, информация о которой поступает из блока 9, то в блоке коррекции 11 частоты вырабатывается команда по снижению рабочей частоты, которая передается в блок регулирования 7. Блок регулирования 7 в соответствии с этим уменьшает подачу топлива в цилиндры двигателя 1 и частота вращения коленчатого вала начинает снижаться до тех пор, пока ее значение не сравняется со значением в токоскоростной характеристике блока управления 12. После этого команда по снижению частоты вращения коленчатого вала двигателя 1 прекращается и частота вращения вала стабилизируется на уровне токоскоростной характеристики. Далее управление скоростным режимом двигателя 1 передается блоку контроля изменения напряжения 10 при возбуждении генератора на холостом ходу.At a current equal to zero, in accordance with the current-speed characteristic (see Fig. 2), a command is generated in the control unit 12 of the operating modes for setting the minimum engine speed of the engine crankshaft 1 in the correction unit 11. If the current (working) engine speed is 1 more than the minimum allowed, information about which comes from block 9, then in the frequency correction block 11 a command is issued to reduce the operating frequency, which is transmitted to the control unit 7. The control unit 7 accordingly reduces the fuel supply to the engine 1 cylinders and the crankshaft speed begins to decrease until its value is equal to the value in the current-speed characteristic of the control unit 12. After that, the command to reduce the crankshaft speed of the engine 1 is stopped and the shaft speed is stabilized at current speed characteristics. Next, the control of the high-speed mode of the engine 1 is transferred to the voltage change control unit 10 when the generator is idled.

Если напряжение на выходе генератора 2 меньше номинального значения при несовпадении частоты вращения, то информация об отклонении напряжения с выхода блока 10 передается в блок управления 12 режимами работы. В блоке управления 12 режимами работы в соответствии с характеристикой U_гxx=К₂·n_гmin вырабатывается команда на увеличение частоты вращения коленчатого вала, которая передается в блок коррекции частоты 11. В блоке коррекции частоты 11 на основании сравнения текущей частоты с рабочей вырабатывается команда на увеличение подачи топлива в двигатель 1. При этом частота вращения коленчатого вала будет увеличиваться до тех пор, пока напряжение не достигнет номинального значения. В момент достижения номинального значения напряжения передача команды на увеличение частоты вращения из блока 12 прекращается и частота вращения стабилизируется. На этом цикл изменения частоты вращения вала двигателя 1 на холостом ходу заканчивается. При этом значение числа оборотов вала двигателя 1 соответствует минимуму, определяемому токоскоростной характеристикой в блоке 12 управления (см. фиг.3).If the voltage at the output of the generator 2 is less than the nominal value when the speed does not match, then information about the voltage deviation from the output of block 10 is transmitted to the control unit 12 operating modes. In the control unit of 12 operating modes, in accordance with the characteristic U _gxx = K ₂ · n _gmin , a command is _issued to increase the rotational speed of the crankshaft, which is transmitted to the frequency correction unit 11. In the frequency correction unit 11, based on a comparison of the current frequency with the working one, a command is issued for increase in fuel supply to the engine 1. At the same time, the crankshaft speed will increase until the voltage reaches the rated value. When the nominal voltage value is reached, the transmission of the command for increasing the speed from the block 12 is stopped and the speed is stabilized. On this cycle of changing the frequency of rotation of the shaft of the engine 1 at idle ends. The value of the number of revolutions of the shaft of the engine 1 corresponds to the minimum determined by the current-speed characteristic in the control unit 12 (see figure 3).

Рассмотрим процессы управления скоростным режимом работы двигателя 1 под нагрузкой.Consider the processes of controlling the high-speed operation of the engine 1 under load.

При включении частичной (или полной) нагрузки при частоте вращения вала двигателя 1 ниже синхронной частоты вращения генератора в последнем случае резко снижается напряжение за счет развозбуждения генератора 2, поскольку из-за инерционности системы управления двигателем 1 частота вращения вала также резко снижается. При этом потребители постоянного тока, подключенные к блоку 4, переключаются на питание от аккумуляторной батареи 5 через датчик тока 6 разряда и заряда аккумуляторной батареи. Информация об этом с выхода датчика 6 передается в блок управления 12 режимами работы.When a partial (or full) load is turned on at a rotational speed of the motor shaft 1 below the synchronous rotational speed of the generator, in the latter case, the voltage decreases sharply due to the excitation of the generator 2, since the rotational speed of the shaft also decreases sharply due to the inertia of the engine control system 1. At the same time, DC consumers connected to block 4 switch to power from the battery 5 through the current sensor 6 of the discharge and battery charge. Information about this from the output of the sensor 6 is transmitted to the control unit 12 operating modes.

С выхода датчика тока 6 разряда и заряда аккумуляторной батареи 5 информация о значении тока нагрузки поступает в блок управления 12. В блоке 12 происходит сравнение поступающей с выхода блока 9 информации о значении частоты вращения вала двигателя и данных токоскоростной характеристики генератора 2, на основании которых в блоке 12 вырабатывается команда на увеличение частоты вращения вала двигателя 1 до определенного значения. Информация о новой частоте вращения коленчатого вала двигателя передается в блок коррекции частоты 11, где она сравнивается также с рабочей частотой. На основании разности значений этих частот вырабатывается команда на увеличение подачи топлива в цилиндры двигателя 1. Информация о необходимости увеличения подачи топлива с выхода блока коррекции частоты 11 передается в блок регулирования 7 подачи топлива. В результате этого процесса частота вращения вала двигателя 1 увеличивается до требуемого значения и при ее достижении передача команды об увеличении подачи топлива прекращается, а скорость устанавливается в соответствии с токоскоростной характеристикой. В этом случае напряжение становится равным номинальному значению и ток нагрузки от генератора постоянного тока 2 к блоку подключения 4 потребителей начинает поступать через датчик тока 3 нагрузки. Информация о значении тока нагрузки с выхода датчика 3 поступает на вход блока управления 12. Аккумуляторная батарея 5 переходит в режим заряда и через датчик тока 3 протекает суммарный ток нагрузки и заряда аккумуляторной батареи 5. Так как величина этого тока больше тока разряда аккумуляторной батареи 5, происходит корректировка частоты вращения вала двигателя 1, значение которой должно быть увеличено.From the output of the current sensor 6 of the discharge and charge of the battery 5, information about the value of the load current is supplied to the control unit 12. In block 12, the information coming from the output of the block 9 on the value of the speed of the motor shaft and the current-speed characteristic of the generator 2 is compared, based on which block 12 generates a command to increase the frequency of rotation of the shaft of the engine 1 to a certain value. Information about the new engine speed is transmitted to the frequency correction unit 11, where it is also compared with the operating frequency. Based on the difference in the values of these frequencies, a command is generated to increase the fuel supply to the cylinders of engine 1. Information about the need to increase the fuel supply from the output of the frequency correction unit 11 is transmitted to the fuel supply control unit 7. As a result of this process, the rotational speed of the shaft of the engine 1 increases to the required value and when it is reached, the transmission of the command to increase the fuel supply is stopped, and the speed is set in accordance with the current-speed characteristic. In this case, the voltage becomes equal to the nominal value and the load current from the DC generator 2 to the consumer connection unit 4 starts to flow through the load current sensor 3. Information about the value of the load current from the output of the sensor 3 is fed to the input of the control unit 12. The battery 5 goes into charge mode and the current sensor 3 flows the total current load and charge of the battery 5. Since the magnitude of this current is greater than the discharge current of the battery 5, there is an adjustment of the frequency of rotation of the shaft of the engine 1, the value of which should be increased.

Процесс увеличения подачи топлива в двигателе 1 внутреннего сгорания происходит по описанному выше алгоритму.The process of increasing the fuel supply in the internal combustion engine 1 occurs according to the algorithm described above.

После заряда аккумуляторной батареи 5 устанавливается окончательно частота вращения коленчатого вала двигателя 1 в соответствии с величиной тока нагрузки, а аккумуляторная батарея 5 переходит в режим буферного содержания с незначительным током потребления.After charging the battery 5, the rotational speed of the crankshaft of the engine 1 is finally established in accordance with the magnitude of the load current, and the battery 5 goes into the buffer mode with a low current consumption.

Аналогичные процессы регулирования скоростного режима двигателя производятся в случае увеличения нагрузки до номинального значения.Similar processes for regulating the engine speed mode are performed in case of an increase in load to the nominal value.

Техническая эффективность предлагаемого автономного источника электроэнергии постоянного тока заключается в повышении стабильности выходного напряжения генератора при резких изменениях тока нагрузки, увеличении технического ресурса двигателя, приводящего во вращение генератор, и сокращении часового расхода топлива. Это достигается за счет введения блока управления 12 режимами работы со встроенной программой оптимизации частоты вращения вала двигателя при работе его на частичной нагрузке и на холостом ходу.The technical efficiency of the proposed autonomous source of direct current electricity is to increase the stability of the output voltage of the generator with sharp changes in the load current, increase the technical resource of the engine that drives the generator, and reduce the hourly fuel consumption. This is achieved by introducing a control unit of 12 operating modes with a built-in program to optimize the engine shaft speed when it is operating at partial load and at idle.

Достоинством предлагаемого изобретения является то, что в автономном источнике электроэнергии постоянного тока частота вращения двигателя изменяется пропорционально изменению тока нагрузки на генераторе, при этом снижение частоты вращения вала двигателя способствует уменьшению часового расхода топлива, что является экономически выгодным фактом, поскольку работа двигателя в облегченном режиме увеличивает его технический ресурс.The advantage of the invention is that in an autonomous source of direct current electricity, the engine speed changes in proportion to the change in the load current on the generator, while reducing the speed of the engine shaft reduces the hourly fuel consumption, which is a cost-effective fact, since the operation of the engine in light mode increases its technical resource.

Расчеты, проведенные в соответствии с известной методикой [5], показали следующее.The calculations carried out in accordance with the known method [5] showed the following.

При числе оборотов вала двигателя n=1500 об/мин расход топлива составляет 26 кг/ч, а при уменьшении числа оборотов до n=1300 об/мин расход топлива составляет 20 кг/ч, то есть получаем выигрыш в 1,3 раза.With the number of revolutions of the engine shaft n = 1500 rpm, the fuel consumption is 26 kg / h, and with a decrease in the number of revolutions to n = 1300 rpm, the fuel consumption is 20 kg / h, that is, we get a gain of 1.3 times.

Для холостого хода двигателя получены еще более значительные результаты. Так для числа оборотов n_хх=900 об/мин расход топлива составляет всего 8 кг/ч и по сравнению с числом оборотов n=1500 об/мин расход уменьшается в 3,25 раза.For idling the engine obtained even more significant results. So for the number of revolutions n _xx = 900 rpm, the fuel consumption is only 8 kg / h and, compared with the number of revolutions n = 1500 rpm, the consumption decreases by 3.25 times.

Достоинством предлагаемого автономного источника является также и то, что за счет введения блока изменения напряжения на холостом ходу достигнута одинаковая стабильность выходного напряжения генератора на холостом ходу и при нагрузках. При отсутствии такого блока нестабильность может составлять 30% и более.The advantage of the proposed autonomous source is also the fact that due to the introduction of the unit for changing the voltage at idle, the same stability of the output voltage of the generator at idle and at loads is achieved. In the absence of such a block, instability can be 30% or more.

Источники информацииInformation sources

1. Перегудов В.А. и др. Наземные авиационные источники электроэнергии. - М.: Транспорт, 1980.1. Peregudov V.A. and other ground-based aviation sources of electricity. - M .: Transport, 1980.

2. SU, авторское свидетельство №320005, кл. Н02Р 9/04, 1971.2. SU, copyright certificate No. 320005, cl. H02P 9/04, 1971.

3. SU, авторское свидетельство №905974, кл. Н02Р 9/04, 1982 (прототип).3. SU, copyright certificate No. 905974, cl. H02P 9/04, 1982 (prototype).

4. Каган Б.М., Сташин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. - М.: Энергоатомиздат, 1987.4. Kagan B.M., Stashin V.V. Fundamentals of designing microprocessor automation devices. - M .: Energoatomizdat, 1987.

5. Бензоэлектрические и дизель-электрические агрегаты мощностью от 0,5 до 400 кВт. Справочник. Под ред. В.П.Лебедева. Гос. научно-технич. изд-во машиностроительной литературы. - М., 1960.5. Benzoelectric and diesel-electric units with power from 0.5 to 400 kW. Directory. Ed. V.P. Lebedev. Gos. scientific and technical. publishing house of engineering literature. - M., 1960.

Claims

1. An autonomous source of direct current electricity, comprising an internal combustion engine, on the shaft of which a direct current generator, a buffer battery and a power consumers connection unit are installed, characterized in that a load current sensor, a discharge and charge current sensor of the battery are inserted therein, a unit fuel supply control unit, voltage control unit, control unit for the current engine shaft speed, idle generator voltage change unit, correction unit the rotational speed of the motor shaft, the operating mode control unit and the engine starting unit, while the output of the DC generator through the load current sensor is connected to the input of the power consumers connection unit, the input-output of the buffer battery is connected to the input-output of the sensor for discharge and charge of the battery the input and output of which is connected to the output of the load current sensor, the input-output of the voltage regulation unit is connected to the input-output of the DC generator, the output of which is connected to the input of the generator voltage change unit at idle, the information outputs of the load current sensor, discharge current and battery charge sensor, voltage control unit, control unit for the current engine shaft speed and the generator voltage change unit at idle are connected respectively to the first, second, third the fourth and fifth inputs of the operating mode control unit, the sixth information input of which is connected to the output of the engine starting unit, the control output of which is connected n with a control input of the internal combustion engine, the information output of which is connected to the input of the engine shaft rotation speed correction unit, the control input of which is connected to the output of the operating mode control unit, and the control output of the engine shaft speed correction unit the fuel supply control unit is connected to the input of the internal combustion engine.

2. The stand-alone source according to claim 1, characterized in that the operating mode control unit comprises a system unit consisting of a microprocessor connected to a synchronizer, a system bus, a software device, random access memory and an identification device, and also contains a data receiving unit and a unit the formation of control commands, and to the first, second, third, fourth, fifth and sixth inputs / outputs of the system bus respectively connected to the second input-output of the microprocessor, the inputs and outputs of the software equipment, random access memory, identification device, data receiving unit and control command generation unit, while the first, second, third, fourth, fifth and sixth inputs of the data receiving unit are respectively the first, second, third, fourth, fifth and sixth inputs of the block operating mode control, and the output of the control command generation unit is the control output of the operating mode control unit.