Реферат: Разработка интегрированного стартер-генератора на основе вентильно-индукторной машины

Рис.6 Генераторный режим работы ВИМ

Регулировка выходного напряжения генератора осуществляется изменением длительности режима возбуждения по показаниям датчика положения ротора. В тех случаях, когда точность регулировки по углу коммутации недостаточна, ее осуществляют по показаниям датчиков тока, которые также служат для регулировки токов в стартерном режиме с целью их ограничения. Генераторные режимы ВИМ для различных условий эксплуатации обсуждаются в [7], [8], [9].

Стартер-генераторное устройство на основе ВИМ

Стартер-генератор - это электрическая машина, предназначенная для кратковременной работы в двигательном режиме и продолжительной работы в режиме генератора. Стартер-генератор автомобиля, помимо этого, должен обеспечивать кратковременный бустерный режим, при котором на валу ДВС создается дополнительный двигательный момент.

Стартер-генератор на базе ВИМ - вентильно-индукторный стартер-генератор (ВИСГ) - имеет ряд особенностей по сравнению с ВИМ общего назначения, связанных как с конструкцией, так и с режимами работы.

ВИСГ имеет большой диаметр вала ротора, что вызвано интеграцией его с диском сцепления автомобиля. Сцепление размещается внутри ротора ВИСГ, который также выступает маховиком ДВС. Длина активной части, как правило, небольшая и обусловлена размещением ВИСГ в автомобиле.

Диапазон скоростей вращения ВИСГ, как в стартерном, так и в генераторном режиме, должен быть широким и полностью покрывать диапазон рабочих скоростей вращения ДВС. Особенность ВИСГ заключается в том, что существует диапазон скоростей вращения, при которых ВИМ должна работать и как стартер, и как генератор, что исключается при проектировании ВИМ на один из режимов (рис.7а). Таким образом, диапазоны рабочих скоростей стартера и генератора должны взаимно перекрываться (рис.7б).

Рис.7 Диапазоны рабочих скоростей ВИМ и ВИСГ

ВИСГ автомобиля должен обладать высоким пусковым моментом, что в сумме с низким напряжением питания, обусловленным низким напряжением бортовой сети, и широким рабочим диапазоном частот вращения, затрудняет его проектирование.

Математическое моделирование процессов в ВИСГ

Процессы, происходящие в ВИСГ, ввиду своей сложности и нелинейности, не могут быть рассмотрены на основе аналитических выражений и зависимостей. Этим также объясняется сложность проектирования данного класса машин. Структура статора и ротора должны быть принципиально зубчатыми, иначе становиться невозможным преобразование энергии на основе реактивного момента. Магнитное поле ВИМ носит более сложный характер, чем в традиционных машинах [3].

Рассмотреть процессы электромеханического преобразования энергии в ВИМ можно путем математического моделирования электромеханической системы, включающей в себя ИМ, и блок управления.

При этом принимаются следующие допущения:

взаимная индуктивность фаз равна нулю, так как коммутация фаз ВИСГ симметричная одиночная;

потери в стали и механические потери ВИМ не учитываются;

ключи блока коммутации считаются идеальными, т.е. осуществляют коммутацию без временных задержек и падения напряжения на них;

демпфирующая емкость принимается бесконечно большой;

нагрузка в генераторном режиме считается активной.

В основу математической модели положены нелинейные дифференциальные уравнения электрической цепи содержащей переменные индуктивности обмоток и уравнения движения.

Уравнения для стартерного режима

Уравнение электрической цепи для одной фазы

, где

- потокосцепление фазы ИМ;

- сопротивление фазы ИМ;

- нелинейная зависимость тока фазы от потокосцепления и взаимного положения зубцов статора и ротора.

- зависимость напряжения на фазе ИМ от времени, формируемая по алгоритму коммутации фаз.

Зависимость определяется из расчета магнитного поля ВИМ, с учетом нелинейностей магнитных проводимостей стали, путем сплайн-аппроксимации точек поверхности . На основе данной зависимости строится зависимость , позволяющая однозначно определить ток фазы ВИМ по потокосцеплению катушки и относительному положению зубцов

Уравнение движения: