Введение к работе
Актуальность проблемы. Электрохимические аккумуляторы (АК) нашли широкое применение во всех бортовых системах мобильной сельскохозяйственной техники оснащённой двигателями внутреннего сгорания (ДВС) в виде стартерных аккумуляторных батарей (АКБ), которые обеспечивают стартерный пуск ДВС и являются автономными источниками электрической энергии потребителей бортовой сети при неработающем двигателе. Особым технологическим требованиям, предъявляемым к стартерным АКБ, наиболее полно удовлетворяют свинцово-кислотные (СК) аккумуляторы. Вместе с генератором АКБ является основной системой электрообеспечения мобильного средства, отказ которой ведёт к полному простою соответствующей техники и значительному технологическому ущербу. Поэтому разработка и создание принципиально новых зарядных средств, используемых для продления срока службы стартерных СК аккумуляторов мобильной сельскохозяйственной техники путём эффективного регенеративного (восстановительного) заряда, является актуальной задачей не только по экономическим соображениям, а и по повышению экологической безопасности окружающей среды.
Объект исследования. Вентильно-конденсаторный (ВКП) преобразователь с дозированной передачей энергии (ДПЭ) для осуществления регенеративного заряда стартерных аккумуляторов мобильной сельскохозяйственной техники импульсным током.
Методы исследования. Базируются на элементах теории проектирования электрических цепей с применением современного программного обеспечения и компьютерной техники. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях.
Цель работы и задачи исследования. Разработка и обоснование параметров вентильно-конденсаторного преобразователя электроэнергии зарядной установки для регенерации стартерных аккумуляторов сельскохозяйственной техники импульсным током.
В связи с этим решаются следующие основные задачи:
На основании анализа технологий и средств заряда стартерных СК АКБ в службах сельского хозяйства обосновать возможность использования вентильно-конденсаторного преобразователя с дозированной передачей энергии в качестве зарядного устройства стартерных СК АКБ с возможностью электрической регенерации батарей.
Обосновать схемотехническое выполнение энергетических цепей вентильно-конденсаторного преобразователя с дозированной передачей энергии для регенеративного заряда стартерных СК АКБ.
Произвести анализ и расчёт параметров энергетической части зарядного преобразователя.
Разработать конструктивное выполнение энергетической части преобразователя
Разработать математическую модель и обосновать параметры схемы замещения аккумулятора, как нагрузки с противо-ЭДС. при заряде импульсным током.
На основании математической модели схемы замещения аккумулятора обосновать электротехнологию и требования к средству регенеративного заряда стартерных СК АКБ импульсным током.
Оценить тепловой режим силовых элементов преобразователя и аккумулятора при электрической регенерации импульсным током от вентильно-конденсаторного преобразователя с дозированной передачей энергии.
Обосновать и осуществить выбор технических средств измерения и управления контролируемых параметров преобразователя.
Провести цикл экспериментальных исследований для апробации эффективных технологических режимов.
10. Дать технико-экономическую оценку эффективности разработанной элек
тротехнологии регенеративного заряда аккумуляторов от вентильно-
конденсаторного преобразователя с дозированной передачей энергии.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
Обоснована возможность использования вентильно-конденсаторного преобразователя с дозированной передачей энергии (ВКП с ДПЭ) в качестве зарядного средства стартерных СК АКБ импульсным током с возможностью электрической регенерации батарей.
Предложены схемотехнические решения ВКП с ДПЭ для регенеративного заряда стартерных АКБ импульсным током, защищенные патентами на изобретения.
Разработана методика расчёта и обоснованы параметры энергетической части ВКП с ДПЭ для восстановительного заряда стартерных АКБ импульсным током.
4. На основании схемы замещения АКБ разработана математическая модель
процессов заряда и разряда ёмкости двойного электрического слоя (ДЭС)
при заряде стартерных АКБ импульсным током от ВКП с ДПЭ.
Установлено, что ВКП с ДПЭ по отношению к аккумуляторной нагрузке обладает свойствами источника стабильного тока.
Предложена программная автоматизация процесса регенеративного заряда стартерных АКБ в режиме гальваностатического заряда.
Обоснована технология регенеративного заряда стартерной АКБ импульсным током от ВКП с ДПЭ в зависимости от исходного состояния батареи.
Практическая значимость работы. Спроектированы, созданы и проверены на практике опытные образцы ВКП с ДПЭ в качестве эффективного средства регенерации стартерных АКБ импульсным током, подтверждённое патентом РФ на изобретение № 2 415 505, опубликовано 27.03.2011, бюл.9. Технические решения и результаты, полученные в данной работе, позволяют развивать современные электротехнологии и проектировать средства восстановительного заряда стартерных АКБ на основе ВКП с ДПЭ.
Реализация результатов исследования. Результаты исследования были использованы при проектировании, изготовлении и при лабораторных и производственных испытаниях опытных образцов ВКП с ДПЭ, для регенерации ут-
раченных стартерных АКБ импульсным током, внедрённые в учебный процесс дисциплины «Силовая преобразовательная техника» кафедры ИЭСТ РГАЗУ и в производственный процесс сельскохозяйственного производственного кооператива «Кузьминский» Московской области, что подтверждается соответствующими актами внедрения.
Достоверность полученных результатов подтверждена экспериментальными испытаниями и опытной эксплуатацией ВКП с ДПЭ в качестве средства регенерации стартерных АКБ импульсным током, а также сопоставлением расчётных и опытных данных.
Апробация работы. Основные результаты исследования рассматривались и получили одобрение на ежегодных научных и научно-практических конференциях, совещаниях и семинарах различных организаций, в том числе РГАЗУ (г. Балашиха), ВИЭСХ (г. Москва), МКТ-Групп (г. Москва).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе в 2-х описаниях к патентам РФ на изобретения и в 3-х научных статьях в журналах, входящих в перечень ВАК РФ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 102 наименований и приложения; содержит 122 с машинописного текста Основной материал диссертации изложен на 116 с машинописного текста, вспомогательный в виде приложения - на 6 страницах.
На защиту выносятся:
Обоснование возможности использования ВКП с ДПЭ в качестве бестрансформаторного средства регенеративного заряда стартерных АКБ импульсным током.
Схемотехническое выполнение и обоснование параметров двухтактного ВКП с ДПЭ для регенеративного заряда стартерных АКБ сельскохозяйственной техники.
Электротехнология, параметры нагрузки и режимы регенерации стартерных АКБ импульсным током ВКП с ДПЭ.
Конструктивное выполнение ВКП с ДПЭ для регенерации стартерных АКБ сельскохозяйственной техники.
