УДК 629.113.006

БЕСКОНТАКТНЫЕ ВЕНТИЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ: ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ ДЛЯ АДАПТАЦИИ К ТРАНСПОРТНЫМ СРЕДСТВАМ.

 

BRUSHLESS ALTERNATORS: RESEARCH AND ANALYSIS FOR ADAPTATION TO VEHICLES

 

Гамаюнов Е.А., Сычева М.А., Зотов А.В., Ананченко Л.Н.
(Донской государственный технический университет, г.Ростов-на-Дону, РФ)

Gamаyunov E.A., Sycheva M.A., Zotov A.V., Ananchenko L.N.
(Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russia)

 

Рассмотрены некоторые варианты улучшения вентильного генератора (ВГ), на базе которых исследованы возможности адаптации ВГ для автотранспортных средств.

Some options for improving the brushless alternators are considered, providing research possibilities on adapting of brushless alternators to vehicles.

 

Ключевые слова: бесконтактный вентильный генератор, неблагоприятные климатические условия, соединение конденсаторов и якорной обмотки, потери меди

Key words: brushless alternator, adverse climatic conditions, connection of capacitors and anchor winding, copper loss

 

Преобразование механической энергии вращения приводного вала в электрическую энергию постоянного тока без использования щеточно- коллекторного узла, который может значительно снизить области применения, использующей его техники, решается при применении вентильных генераторов.

Вентильный генератор (ВГ) – представляет собой электромеханический комплекс, включающий в себя как минимум два силовых преобразующих звена: электрическую машину (ЭМ) переменного тока и выпрямительный блок (ВБ)(рис.1). В зависимости от фазности ЭМ – m и требований к пульсациям выпрямленного напряжения на выходе ВБ может устанавливаться также сглаживающий фильтр (1,2).

Эксплуатация вентильных генераторов демонстрирует их высокую эффективность и надежность. Они активно используются в тяжелой технике, которая может эксплуатироваться в неблагоприятных климатических условиях. Перспективной представляется идея использования такого рода генераторов и в легковых автомобилях. Это повысит их работоспособность и продлит период работы без ТО, особенно в регионах с тяжелыми метеоусловиями. Использование ВГ в легковых автомобилях затруднено ввиду массогабаритных параметров и ограниченного подкапотного пространства автомобиля (3).

Для наших целей был взят ВГ с совмещёнными обмотками с числом зуб-цов на стартере равным 6, а на роторе равное 8. Были приведены векторные диаграммы, рисунок магнитопровода, характеристика работы на холостом ходу (х.х).

 

Рисунок 1- Обобщенная функциональная блок-схема комбинированной машинно-электронной генерирующей системе (МЭГС) «Переменная скорость-постоянная частота-ПСЧП + ВГ (СГ + ВБ) на основе использования привода постоянных оборотов – ППО и синхронного генератора – СГ с электромагнитным возбуждением. Принятые обозначения: ИМЭ – источник механической энергии; ВБ – выпрямительный блок, РВ – регулятор возбуждения; АБ – аккумуляторная батарея; К1, К2 - ключи

 

Были рассмотрены такие виды улучшения ВГ:

 – генераторы радиального возбуждения с диодами в фазах якорной обмотки. Были проведены расчеты, построена сравнительная характеристика при работе на х.х. генератора без диодов в обмотке и с диодами.

Благодаря диодам мощность возрастает более чем в 2 раза по сравнению с серийными индукторными генераторами такого же веса и размера. Следует обозначить, что с увеличением нагрузки эффективность добавочной обмотки уменьшается пропорционально нагрузке, так как часть тока возбуждения, который протекает по якорной обмотке, выделяется в нагрузку. По массогабаритным показателям данный вариант индукторного генератора приближается к показателям серийных автомобильных генераторов с контактными кольцами.

– улучшения параметров генераторов добавлением конденсаторов в обмотку возбуждения. Были проведены расчеты, построена сравнительная характеристика при работе на х.х. генератора без конденсаторов и с конденсаторами, установленными в обмотку возбуждения.

Особенностью рассматриваемого генератора, в отличие от всех известных до настоящего времени генераторов, является то, что в обмотке возбуждения, как и в якорной обмотке, наводится ЭДС, и эта ЭДС такой же частоты и пропорциональна числу витков обмотки возбуждения. Однако, в автомобильных генераторах соединение конденсаторов и якорной обмотки не является эффективным. Линейное напряжение, что снимается с якорных выводов, является слишком малым, и для заметного улучшения характеристик генератора необходимы конденсаторы чрезвычайно большой ёмкости, а, значит, и габаритов, что для автомобильных генераторов является неприемлемым.

–         уменьшения веса меди в обмотке возбуждения индукторных генераторов.

Основными задачами, стоящими при создании модели улучшения бесконтактного ВГ, являются: построение векторной диаграммы генератора, построение математической модели ВГ, численное моделирование электромагнитных полей индукторного генератора, определение индуктивных параметров обмоток ВГ. 

Была поставлена цель построения математической модели бесконтактного ВГ с использованием вышеперечисленных улучшений генератора (рис.2).

Рисунок 2- Электрическая схема

 

Главным недостатком рассмотренных улучшений являются сравнительно большие затраты медного провода на обмотку возбуждения. Так, в одной из моделей мощностью 400 Вт потери меди составляли 480 грамм, что в 2 раза превышает потери меди на якорную обмотку.

Якорная обмотка выполнена так, что может работать также в качестве обмотки возбуждения. Если подключить источник постоянного тока ко входу AZ, то по якорной обмотке будет протекать ток возбуждения, а созданная им МДС будет суммироваться с МДС обмотки возбуждения.

На основании проведенных сравнительных исследований применение некоторых из рассмотренных улучшений ВГ, например, использование конденсаторов, включающихся в обмотку возбуждения, открывает новые многообещающие перспективы в дальнейшем усовершенствовании разрабатываемых индукторных генераторов с совмещенными обмотками.

Выполненные первичные расчеты показали рентабельность и конкурентоспособность данных моделей. Рассмотренные модели при дальнейшем углубленном исследовании  в будущем могут быть воплощены на практике.

Список использованных источников

1.    Мыцык Г.С., Кьо Зо Лин. Анализ структур вентильных генераторов. М.: Издательский дом МЭИ, Вестник МЭИ, 2010. №5. С.85-96.

2.    Ильинский Н.Ф. Перспективы применения вентильно-индукторного электропривода в современных технологиях // Электротехника. 1997.  №2. С.12-14.

3.    Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей. М.: Горячая линия – Телеком, 2006. 440 с.