Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в нашей стране и за рубежом большое внимание уделяется совершенствованию электромеханических систем автомобильного транспорта. Важнейшими из этих систем, по влиянию на надежность, весогабаритные показатели и стоимость всего автомобиля, являются электромеханические системы запуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и генерирования электроэнергии при отборе мощности с вала ДВС. Большинство современных автомобилей имеют коллекторный стартер постоянного тока, запускающий ДВС от аккумуляторной батареи (АБ), и генератор переменного тока, осуществляющий электропитание бортовой сети автомобиля и заряд АБ при работающем ДВС.
Стартерная система должна обеспечивать надежный запуск ДВС в значительном диапазоне температур окружающей среды и нормальном заряде аккумулятора. Она также должна обеспечивать режим прокрутки ДВС до включения его в рабочий режим, предусматривать возможность нескольких попыток запуска ДВС. Особенность системы генерирования электроэнергии автомобиля состоит в широком диапазоне изменения частоты вращения вала ДВС, в котором необходимо поддерживать величину напряжения бортовой сети автомобиля и осуществлять заряд АБ.
Наиболее полно требованиям технологичности, бесконтактности, надежности при значительных частотах вращения вала, а также минимизации стоимости отвечает асинхронная машина (AM) с короткозамкнутым ротором. Выполнение функций стартера и генератора одной асинхронной машиной приводит к улучшению массогабаритных показателей стартер-генераторной системы. Для надежного запуска ДВС и генерирования электроэнергии в широком диапазоне частот вращения вала нужно применять частотное управление AM, которое наиболее качественно может осуществлять микропроцессорная система управления.
Учитывая изложенное, можно сделать вывод, что разработка автомобильного асинхронного стартер-генератора с микропроцессорным управлением способствует совершенствованию электромеханических систем автомобильного транспорта.
Цель работы. Целью работы является разработка автомобильного асинхронного стартер-генератора (АСТГ) с микропроцессорным управлением и исследование динамических и квазиустановившихся процессов в стартерном и генера-
4 торном режимах, а также - статических характеристик с использованием математических моделей и испытаний макетного образца.
Задачи исследования. В работе решаются следующие основные задачи.
-
Провести анализ современного состояния и перспектив развития стар-терных и генераторных систем автомобильного транспорта.
-
Разработать технические решения, позволяющие обеспечить асинхронной машиной требования, предъявляемые к стартерным и генераторным системам автомобилей при напряжениях АБ 24 и 48 В.
-
Выбрать методы исследования асинхронного автомобильного стартер -генератора.
-
Разработать математические модели и выбрать программы расчета для исследования статических и квазиустановившихся режимов АСТГ на напряжение 24 и 48 В.
-
Разработать математические модели и выбрать программы для исследования динамики АСТГ в стартерном и генераторном режимах при указанных напряжениях.
-
Разработать микропроцессорную систему управления и регулирования АСТГ.
-
Провести экспериментальные исследования макетного образца АСТГ с микропроцессорной системой управления.
Методы исследования. Поставленные задачи решены автором в диссертационной работе с использованием моделирования на компьютерах и экспериментальных методов исследования.
При разработке математических моделей, анализе квазиустановившихся и переходных процессов в АСТГ применен метод мгновенных значений с использованием коммутационных функций для моделирования переключений вентилей. Анализ статических режимов проводился по методу полезной составляющей.
5 Научная новизна
-
Разработаны математические модели для расчета статических, квази-установившихся и динамических режимов предложенного автором АСТГ.
-
Построены статические характеристики АСТГ на напряжение 24 и 48 В при частотном управлении, показывающие, что такие стартер-генераторы обеспечивают требуемые пусковые и номинальные моменты в стартерном режиме и то-коотдачу в заданном диапазоне частот вращения вала ДВС в генераторном режиме.
-
Исследованы динамические режимы работы АСТГ с учетом внутреннего сопротивления АБ. широтно-импульсного регулирования (ШИР) напряжения статора AM, емкости фильтра и насыщения зубцов магнитопровода AM от полей рассеяния при значительных пусковых токах.
-
Исследованы режимы работы макетного образца АСТГ на 48 В с микро-процесорной системой, уточняющие исходные данные для теоретических расчетов и подтверждающие корректность математических моделей, используемых для расчетов статических и динамических режимов АСТГ.
Практическая ценность
-
Разработаны новые системы управления стартерным и генераторным режимами, позволяющие обеспечить АСТГ требования, предъявляемые к стартерным и генераторным системам автомобилей при напряжениях АБ 24 и 48 В.
-
Разработана микропроцессорная система управления АСТГ, обеспечивающая требуемые режимы работы при запуске ДВС и генерировании электроэнергии.
-
Получены рекомендации по построению систем автоматического регулирования АСТГ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на:
-Всероссийской научно-технической конференции "Современные проблемы энергетики, электромеханики и электротехнологии" (г.Екатеринбург, 1995 г.);
- научных семинарах кафедры "Электромеханика и нетрадиционная энергетика" (СамГТУ, 1994-1996 гг.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в которых отражены ее основные результаты.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 88 наименований и приложения, изложена на 128 страницах основного текста с семью таблица-ми, иллюстрирована рисунками на 63 страницах.
