ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР

В последнее время, в связи с ухудшением экологической ситуации, а также частичным исчерпанием природных ресурсов, ведется интенсивный поиск альтернативных источников энергии. В частности, на транспорте все шире применяются газообразные виды топлива, которые характеризуются практически полным отсутствием продуктов горения и вредных выбросов в атмосферу, при стоимости ниже, чем у традиционных видов топлива. В настоящий момент на ОАО «БМЗ» идет освоение производства маневровых газотепловозов типа ТЭМ 18Г, магистральных газотепловозов типа ЧМЭ 3Г.

Применение газообразного топлива сопровождается повышенной взрывопожароопасностью и требует применения соответствующих мер защиты, таких как система вентиляции и кондиционирования, система сигнализации об утечке газа.

В системе вентиляции и кондиционирования необходимо применение взрывобезопасных асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнутым ротором. Системы сигнализации об утечке газа и автоматики содержат аппаратуру с питанием от сети переменного тока. Таким образом, для энергообеспечения собственных нужд газотепловоза необходим источник питания, преобразующей постоянное напряжение аккумуляторной батареи в переменное напряжение бортовой однофазной и трехфазных сетей тепловоза. На кафедре «АЭП» БГТУ разработан такой преобразователь.

Преобразователь (см. рис.) имеет модульную структуру и работает следующим образом.

Рис. Источник электропитания системы кондиционирования газотепловоза

Напряжение аккумуляторной батареиuaпоступает на блок защит и фильтров (БФЗ), с выхода которого подается на входы преобразовательных ячеек (ПЯ1...ПЯ6) с высокочастотной широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), выходное напряжение преобразовательной ячейки составляет 50 В. Гальванически развязанные выходные цепи преобразовательных ячеек соединены последовательно, напряжение звена постоянного токаudзависит от числа введенных в работу ПЯ, что позволяет поддерживать его в пределах 350...370 В в диапазоне входных напряженийua- 60...110В. Трехфазные автономные .инверторы (АИН1 ...АИН4) и однофазный (АИН5) питаются от звена постоянно тока, выходные синусоидальные напряжения формируются посредством ШИМ. Ключ сброса энергии (КСЭ), включенный в звено постоянного тока, .рассеивает энергию торможения АД на тормозном резистореr t,что позволяет избежать бросков напряженияudИсточник питания (ИП) формирует напряжение±5В, необходимое для питания узлов преобразователя, и напряжение 12 В - для питания вентилятора. Система управления (СУ) следит за изменениями внешних управляющих сигналов и управляет всеми узлами преобразователя. Связь с модулями, содержащими микроконтроллеры (АИН1…АИН5), ведется по последовательному каналу, управление остальными модулями осуществляется дискретными сигналами. В задачи СУ входит индикация режимов работы и неисправностей в преобразователе, поддержание связи с внешней ЭВМ по каналуrs232 на этапах пуска-наладки и диагностирования преобразователя, опрос датчика температуры (ДТ) и измерение входного напряженияua.

Высокая надёжность достигается путем выбора качественных компонентов с существенным запасом по параметрам и режимам работы, а применение модульного построения системы обеспечивает высокую ремонтопригодность, позволяет вводить в систему структурное резервирование. Наличие отдельных трехфазных инверторов для каждого из АД позволяет в случае выхода из строя одного из каналов быстро произвести коммутацию нагрузки на незадействованный или резервный канал. Коммутация осуществляется простым «перекидыванием проводов», электромеханические устройства коммутации не требуются. Для повышения надежности работы микропроцессорной системы в алгоритмы ее функционирования введены элементы временного и структурного резервирования. В программах управляющих микроконтроллеров выходных инверторов устройства предусмотрены подпрограммы самодиагностики и мониторинга состояния системы для своевременной сигнализации локомотивной бригаде об аварии или неисправности в источнике питания системы кондиционирования, а также введения в строй резерва при отказе одного из модулей. Предусмотрена возможность функционирования преобразователя в режиме диагностирования, при этом существует возможность наблюдения с внешней ЭВМ за внутренними параметрами системы.

Высокий КПД достигается путем применения высокочастотной широтно-импульсной модуляции в преобразовательных ячейках и выходных автономных инверторах, а также раздельное частотное управление каждым из АД. Снижение динамических потерь в трехфазных инверторах обуславливается применением векторного управления. В преобразователе применены БТИЗ и МДП транзисторы, обеспечивающие минимальные статические и динамические потери.

Источник питания системы кондиционирования содержит встроенную систему поддержания микроклимата, что наряду с применением полупроводниковых компонентов с расширенным температурным диапазоном, дает возможность функционирования преобразователя в суровых климатических условиях. В зависимости от показаний датчика температуры СУ принимает решение о необходимости охлаждения или обогрева преобразователя. Принудительное охлаждение осуществляется встроенным вентилятором, а нагрев - рассеянием мощности на тормозном резисторе, при этом существует возможность изменения мощности рассеяния путем изменения напряженияud, которое зависитoт числа работающих преобразовательных ячеек.

Минимальные массогабаритные показатели достигаются при использовании современной элементной базы, высокочастотных трансформаторов и обеспечении минимального тепловыделения в системе.

Применение структурного резервирования и других средств повышения надежности преобразователя приводит к его удорожанию, однако стоимость этого удорожания не сопоставима с возможными финансовыми потерями при внезапном выходе системы кондиционирования из строя.

Источник питания системы кондиционирования газотепловоза обеспечивает:

1.Высокую надежность и ремонтопригодность, так как отказ системы кондиционирования парализует работу газотеплозоза и может вызвать колоссальные материальные затраты.

2.Максимальный коэффициент полезного действия, что позволяет уменьшить емкость аккумуляторной батареи и снизить затраты на электроэнергию.

3.Приспособленность к работе в широком диапазоне температур и влажностей, что позволяет использовать источник питания системы кондиционирования на подвижном объекте в суровых климатических условиях.

4. Минимальные массогабаритные показатели, связанные с недостатком места в кабине газотепловоза.