Розробка інтегрованого стартер-генератора на основі вентильно-індукторного машини

Миколаїв В.В. Рибніков В.А.

Розглядаються принципи роботи стартер-генераторного пристрої автономного об'єкта на базі вентильно-індукторного машини. Проведено дослідження режимів роботи вентильно-індукторного стартер-генератора на основі математичного моделювання. Запропоновано вирішення проблем розширення діапазону робочих швидкостей в стартерних і генераторному режимах.

Вступ

Автомобіль є одним з найбільш масових видів автономних об'єктів. Пуско-генераторна установка автомобіля, як і на початку XX століття, складається з двох незалежних пристроїв - синхронного генератора і стартера на основі двигуна постійного струму. За такий великий проміжок часу дані пристрої не зазнали значних змін. Поряд з цим, розвиток автомобільної промисловості демонструє швидке зростання кількості енергоспоживачів в нових моделях автомобілів, що вимагає постійного підвищення потужностей їх генераторних установок. Необхідно відзначити, що в більшості випадків привід генератора здійснюється за допомогою ремінною передачі, ресурс якої і переданий момент обмежені.

Рішенням завдання збільшення потужності одночасно з збільшенням ресурсу генераторної установки та зменшення маси двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ) може послужити інтегрований стартер-генератор на основі вентильно-індукторного електричної машини. Він встановлюється безпосередньо на колінчастий вал ДВС, що дозволяє значно збільшити надійність системи за рахунок відмови від великої кількості зношуватися частин.

У стартерних режимі таке рішення дозволяє відмовитися від традиційно вживаного редуктора, що є маховиком ДВС, завдяки чому запуск двигуна відбувається швидше і з меншим рівнем шумів. Це також дозволяє реалізувати систему "стоп-старт", що заощаджують паливо під час зупинки автомобіля, яка заглушає ДВС, якщо машина простоює довше певного проміжку часу і пускає двигун з початком руху.

Генератор також може використовуватися як електромагнітний гальмо при невисоких ступенях гальмування, що сприяє економії палива за рахунок рекуперації енергії. Сумарна економія палива, а значить і зменшення кількості шкідливих викидів, з використанням інтегрованого стартер-генераторного пристрою (ІСГУ) на базі вентильно-індукторного електричної машини, як свідчать зарубіжні дослідження [1], [2], може досягати 20%.

вентильно-індукторного машина (ВІМ)

вентильно-індукторного машина відноситься до класу синхронних реактивних машин з вентильним управлінням. У світовій технічної літературі ВІМ позначається як Switched Reluctance Machine (SRM) і являє собою сукупність електромеханічного перетворювача енергії - індукторного машини (ІМ) (рис.1) - і електронного блоку керування (рис.2). Необхідними складовими блоку керування є:

блок керування комутацією, що містить алгоритм і систему управління електронним комутатором;

датчики положення ротора і струму фази, які можуть виконуватися інтегрованими з блоком управління комутацією;

електронний комутатор, що забезпечує підключення обмоток індукторного машини до джерела живлення.

Рис.1 Конструкція індукторного машини конфігурації 6/4.

Рис.2 Схема блоку керування ВІМ.

Статор і ротор ІМ - зубчасті з шіхтованной електротехнічної сталі. Обмотки статора ІМ виконується у вигляді зосереджених, розміщених на зубцях котушок, що забезпечує високу технологічність їх виготовлення. Ротор ІМ не має обмотки, що підвищує надійність і зменшує вартість ВІМ в порівнянні з іншими типами вентильного приводу. Конфігурацію ВІМ прийнято позначати дробом, у чисельнику якого вказують число зубців статора, а в знаменнику число зубців ротора.

Принцип дії ІМ заснований на реактивному взаємодії зубців статора та ротора. Зубці ротора ІМ, під дією протікає в котушках фази струму, намагаються зайняти положення, відповідне найбільшим значенням енергії магнітного поля, що відповідає режиму двигуна. Потокозчеплення котушок залежать від взаємного кутового положення зубців статора і ротора