RU2406210C1

RU2406210C1 - Generator unit in vehicle

Info

Publication number: RU2406210C1
Application number: RU2009127691/11A
Authority: RU
Inventors: Валентин Иванович Богданов (RU); Валентин Иванович Богданов; Владимир Валентинович Богданов (RU); Владимир Валентинович Богданов; Геннадий Валерьевич Шестаков (RU); Геннадий Валерьевич Шестаков
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2010-12-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: generator unit consists of synchronous three-phase generator with electromagnetic excitation, voltage regulator, three-phase rectifier and transformer rectifying unit. The transformer-rectifying unit is provided with additional three-phase winding having neutral lead and auto transformer leads. Additional three-phase rectifier is coupled with auto transformer leads. A.C. frequency in transformer rectifying unit windings is set by rotor rotation frequency in synchronous three-phase generator.

EFFECT: extended performances of generator unit.

2 dwg

Description

Изобретение относится к генераторным установкам, предназначенным для питания электрооборудования транспортного средства.The invention relates to generator sets designed to power the electrical equipment of a vehicle.

Известны генераторные установки транспортного средства с одним уровнем напряжения 14 В, с номинальной мощностью тока от 600 до 1260 Вт, предназначенные для электропитания электрооборудования большинства легковых и грузовых автомобилей (Ю.П.Чижков, С.В.Акимов. Электрооборудование автомобилей, учеб. для ВУЗов, изд. «За рулем», 1999 г., таблица 3, 1, стр.96). Одна из простейших электрических схем таких генераторных установок содержит синхронный генератор с электромагнитным возбуждением и регулятор напряжения (Ю.П.Чижков, С.В.Акимов. Электрооборудование автомобилей, учеб. для ВУЗов, изд. «За рулем», 1999 г., рис.3, 6, б, стр.91). Такие установки совместно с электрохимическим источником тока - аккумуляторной батареей выполняют функцию энергоснабжения транспортного средства. В этом их большое достоинство и ограниченность использования, например, в электропитании электротехнологического инструмента при дорожном-транспортном происшествии (ДТП) и других случаях в полевых условиях.Known generator sets of a vehicle with a single voltage level of 14 V, with a nominal current power of 600 to 1260 W, designed to power the electrical equipment of most cars and trucks (Yu.P. Chizhkov, S.V. Akimov. Electrical equipment of cars, textbook for Universities, published at the wheel, 1999, table 3, 1, p. 96). One of the simplest electrical circuits of such generator sets contains a synchronous generator with electromagnetic excitation and a voltage regulator (Yu.P. Chizhkov, S.V. Akimov. Electrical equipment of cars, textbook for universities, ed. “Behind the wheel”, 1999, fig. .3, 6, b, p. 91). Such installations, together with an electrochemical current source - a battery, perform the function of power supply to the vehicle. This is their great advantage and limited use, for example, in power supply of an electrotechnological instrument during a road traffic accident (RTA) and other cases in the field.

Известны также безщеточные генераторные установки транспортного средства. Они обладают повышенной надежностью и долговечностью, при таких достоинствах имеют большие габариты и массу, а также ограниченность использования при возможных ДТП.Brushless vehicle generator sets are also known. They have increased reliability and durability, with such advantages they have large dimensions and weight, as well as limited use in possible accidents.

На большегрузных автомобилях с дизельными двигателями (КамАЗ - 5320, МАЗ - 5335, БелАЗ, ЛАЗ - 42021, ЛиАЗ - 5256, ЗИЛ - 4334) применяются генераторные установки на два уровня напряжения 14/28 В. Номинальная мощность таких генераторных установок равна 780, 1260, 2500, 4200 Вт, что позволяет подключать некоторые электротехнологические инструменты и использовать в полевых условиях в непредвиденных заранее обстоятельствах.On heavy trucks with diesel engines (KamAZ - 5320, MAZ - 5335, BelAZ, LAZ - 42021, LiAZ - 5256, ZIL - 4334), generator sets for two voltage levels of 14/28 V are used. The rated power of such generator sets is 780, 1260 , 2500, 4200 W, which allows you to connect some electrotechnological tools and use in the field in unforeseen circumstances.

Генераторная установка транспортного средства, принятая за прототип, - это установка на два уровня напряжения (Ю.П.Чижков, С.В.Акимов. Электрооборудование автомобилей, учеб. для ВУЗов, изд. «За рулем», 1999 г., рис.3, 6, г, стр.91), содержит синхронный генератор 1, с обмотками - ротора 2 и статора 3; к обмотке статора подключен выпрямительный мост 4, на выходе которого устанавливается первый уровень напряжения 14 В для питания бортового электрооборудования и через ключ 5 регулятор напряжения 6. Регулятор напряжения имеет общую шину питания с корпусом, подключен к обмотке ротора 2 синхронного генератора 1. Второй уровень напряжения 28 В работает при пуске двигателя внутреннего сгорания (ДВС), используется для зарядки аккумуляторной батареи и создается трансформаторно-выпрямительным блоком (ТВБ) 7. Трансформаторно-выпрямительный блок состоит из трехфазного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к выводам трехфазной обмотки статора 2 синхронного генератора 1, а вторичная обмотка подключена к трехфазному выпрямителю этого блока. Выпрямители ТВБ и синхронного генератора 1 соединены между собой согласно, образуя второй уровень напряжения 28 В. Коэффициент трансформации трехфазного трансформатора равен единице, а регулятор напряжения 6 стабилизирует только первый уровень напряжения 14 В. К генераторной установке прототипа возможно подключение незначительного разнообразия электротехнологического оборудования, который может использоваться в полевых условиях при непредвиденных ситуациях. В этом ее существенный недостаток.The vehicle’s generator set, adopted as a prototype, is a two-voltage installation (Yu.P. Chizhkov, S.V. Akimov. Electrical equipment of cars, textbook for universities, ed. “Behind the wheel”, 1999, fig. 3, 6, g, p. 91), contains a synchronous generator 1, with windings - of the rotor 2 and stator 3; a rectifier bridge 4 is connected to the stator winding, at the output of which a first voltage level of 14 V is installed to power the on-board electrical equipment and voltage regulator 6 through a key 5. The voltage regulator has a common power bus with a housing connected to the winding of the rotor 2 of synchronous generator 1. The second voltage level 28 V works when starting the internal combustion engine (ICE), is used to charge the battery and is created by a transformer-rectifier unit (TBB) 7. A transformer-rectifier unit with It comes from a three-phase transformer, the primary winding of which is connected to the terminals of the three-phase stator winding 2 of the synchronous generator 1, and the secondary winding is connected to the three-phase rectifier of this unit. The rectifiers of the TBB and synchronous generator 1 are interconnected according to each other, forming a second voltage level of 28 V. The transformation coefficient of a three-phase transformer is unity, and voltage regulator 6 stabilizes only the first voltage level of 14 V. A small variety of electrical equipment can be connected to the prototype generator installation, which can used in the field in unforeseen situations. This is its significant drawback.

Задача предлагаемого изобретения - расширение возможностей генераторной установки для использования ее в полевых условиях при ситуациях, например, ДТП или незначительном восстановительном ремонте транспортного средства и других случаях, когда необходимо электропитание для большего количества электротехнологического инструмента постоянного и переменного разного по частоте и амплитуде тока.The objective of the invention is to expand the capabilities of the generator set for use in the field in situations, for example, accident or minor repair of the vehicle and in other cases when it is necessary to power a larger number of electrotechnological tools of constant and variable current with different frequency and amplitude.

Технический результат достигается тем, что генераторная установка транспортного средства снабжена трансформаторно-выпрямительным блоком с дополнительной вторичной трехфазной обмоткой с нейтральным выводом (схема трехлучевой звезды), коэффициентом трансформации значительно больше единицы и дополнительным трехфазным выпрямителем. Дополнительная вторичная трехфазная обмотка имеет автотрансформаторные регулируемые выводы для подключения к ним электротехнологического инструмента с разной величиной номинального напряжения, а частота тока устанавливается частотой вращения обмотки возбуждения синхронного трехфазно генератора двигателем внутреннего сгорания транспортного средства.The technical result is achieved by the fact that the generator set of the vehicle is equipped with a transformer-rectifier unit with an additional secondary three-phase winding with a neutral output (three-beam star circuit), the transformation coefficient is much greater than unity and an additional three-phase rectifier. The additional secondary three-phase winding has autotransformer adjustable leads for connecting an electrotechnological tool with different nominal voltage to them, and the current frequency is set by the frequency of rotation of the excitation winding of the synchronous three-phase generator by the vehicle’s internal combustion engine.

На фиг.2 представлена принципиальная схема генераторной установки транспортного средства, которая содержит синхронный генератор 1, с обмотками - ротора 2 и статора 3; к обмотке статора подключен выпрямительный мост 4, на выходе которого устанавливается первый уровень напряжения 14 В для питания бортового электрооборудования и через ключ 5 регулятор напряжения 6. Регулятор напряжения имеет общую щину питания с корпусом, подключен к обмотке ротора 2 синхронного генератора 1. Второй уровень напряжения 28 В используется при пуске двигателя внутреннего сгорания (ДВС), для зарядки аккумуляторной батареи и создается трансформаторно-выпрямительным блоком (ТВБ) 7. Трансформаторно-выпрямительный блок состоит из трехфазного трансформатора, первичная обмотка 8 которого подключена к выводам трехфазной обмотки статора 2 синхронного генератора 1, а основная вторичная обмотка 9 подключена к трехфазному выпрямителю 10 этого блока. Выпрямитель 10 ТВБ и выпрямитель 4 синхронного генератора 1 соединены между собой согласно, образуя второй уровень напряжения 28 В. Коэффициент трансформации трехфазного трансформатора относительно первичной 8 и основной вторичной 9 обмоток равен единице, а регулятор напряжения 6 стабилизирует только первый уровень напряжения 14 В. Трансформаторно-выпрямительный блок 7 имеет дополнительную вторичную обмотку 11 с нейтральным выводом (схема трехлучевой звезды), коэффициентом трансформации значительно больше единицы и дополнительным трехфазным выпрямителем. Дополнительная вторичная трехфазная обмотка имеет автотрансформаторные регулируемые выводы для подключения к ним электротехнологического инструмента переменного тока с разной величиной номинального напряжения. К этим же выводам подключен дополнительный трехфазный выпрямитель 12. К выводам дополнительного выпрямителя 12 подключают электротехнологические инструменты постоянного тока, или универсальные, с разной величиной номинального напряжения. Частота тока для питания электротехнологического инструмента переменного тока устанавливается частотой вращения обмотки возбуждения 2 синхронного трехфазно генератора 1 двигателем внутреннего сгорания транспортного средства. Например, определим частоту вращения коленчатого вала ДВС при необходимости подключения электропитания ручной машины для резки металла с приводом от трехфазного асинхронного электродвигателя с номинальным (линейным) напряжением 135 В, частотой тока 200 Гц, если среднее выпрямленное напряжение первого уровня равно 14 В и поддерживается регулятором напряжения неизменным, а передаточное отношение коленчатого вала ДВС к шкиву генератора равно 1/1,82.Figure 2 presents a schematic diagram of the generator set of the vehicle, which contains a synchronous generator 1, with windings of the rotor 2 and stator 3; a rectifier bridge 4 is connected to the stator winding, at the output of which a first voltage level of 14 V is installed to power the on-board electrical equipment and voltage regulator 6 through a key 5. The voltage regulator has a common power bus with a housing, connected to the rotor winding 2 of synchronous generator 1. The second voltage level 28 V is used when starting the internal combustion engine (ICE), for charging the battery and is created by a transformer-rectifier block (TBB) 7. The transformer-rectifier block consists of t ehfaznogo transformer, the primary winding 8 of which is connected to terminals of three-phase stator winding 2 of a synchronous generator 1 and the main secondary winding 9 is connected to a three-phase rectifier 10 of the block. The rectifier 10 of the TBB and the rectifier 4 of the synchronous generator 1 are interconnected, forming a second voltage level of 28 V. The transformation coefficient of the three-phase transformer relative to the primary 8 and the primary secondary 9 windings is equal to one, and voltage regulator 6 stabilizes only the first voltage level of 14 V. the rectifier unit 7 has an additional secondary winding 11 with a neutral terminal (three-beam star circuit), the transformation coefficient is much greater than unity and an additional three-phase th rectifier. The additional secondary three-phase winding has autotransformer adjustable leads for connecting to them an electrotechnological instrument of alternating current with different values of the nominal voltage. An additional three-phase rectifier 12 is connected to the same terminals. To the terminals of the additional rectifier 12 are connected electrotechnological tools of direct current, or universal, with different values of the nominal voltage. The current frequency for powering an electrotechnological instrument of alternating current is set by the frequency of rotation of the field winding 2 of a synchronous three-phase generator 1 by the internal combustion engine of the vehicle. For example, we determine the engine speed of the internal combustion engine if it is necessary to supply power to a manual metal cutting machine driven by a three-phase asynchronous electric motor with a rated (linear) voltage of 135 V, a current frequency of 200 Hz, if the average rectified voltage of the first level is 14 V and is supported by a voltage regulator unchanged, and the gear ratio of the engine's crankshaft to the alternator pulley is 1 / 1.82.

При таких электрических данных, используя расчетные формулы из (1. Ю.П.Чижков, С.В.Акимов. Электрооборудование автомобилей, учеб. для ВУЗов, изд. «За рулем», 1999 г., стр.83; 2. Основы промышленной электроники / Под ред. В.Г.Герасимова. 3-е изд. - М.: Высшая школа, 1986 г., стр.235) определяется:With such electrical data, using the calculation formulas from (1. Yu.P. Chizhkov, S.V. Akimov. Electrical equipment of cars, textbook for universities, ed. “Behind the wheel”, 1999, p. 83; 2. Basics Industrial Electronics / Edited by V.G. Gerasimov. 3rd ed. - M.: Higher School, 1986, p. 235) is defined:

частота вращения коленчатого вала ДВС, обеспечивающая частоту тока 200 Гц, равна n=200/0,1·1,82=1100 мин^-1,the engine speed of the engine, providing a current frequency of 200 Hz, is n = 200 / 0.1 · 1.82 = 1100 min ^-1 ,

коэффициент трансформации, по отношению к автотрансформаторным выводам дополнительной вторичной обмотки трансформаторно-выпрямительного блока, равен k_Т=Uф₂/Uф₁=(135/√3)/(0,427·14)=13.the transformation coefficient, in relation to the autotransformer terminals of the additional secondary winding of the transformer-rectifier unit, is k _T = Uf ₂ / Uf ₁ = (135 / √3) / (0.427 · 14) = 13.

Работа предлагаемой генераторной установки в полной мере выполняется во многих случаях на автомобильных дорогах. При этом значительно повышается сервисное обслуживание в полевых условиях и обеспечивается так необходимая в аварийных случаях взаимовыручка участников дорожного движения транспортных средств. Все это в большей мере повышает уровень безопасности на автомобильных дорогах.The work of the proposed generator set is fully performed in many cases on highways. At the same time, service in the field is significantly increased and the mutual assistance of road users of vehicles so needed in emergency cases is provided. All this to a greater extent increases the level of safety on the roads.

Claims

A vehicle generator set containing a synchronous three-phase generator with electromagnetic excitation, the rotor of which is connected to a voltage regulator, the stator windings of the generator are connected to a three-phase rectifier and to the primary winding of the transformer-rectifier unit, providing a second side voltage level with a transformation ratio of the main windings equal to one, characterized in that the transformer-rectifier unit is equipped with an additional secondary three-phase winding with a neutral with an output terminal and with a transformation coefficient greater than one and having autotransformer outputs that supply AC power, to which an additional three-phase rectifier is connected, which supplies DC power, the frequency of the alternating current in the windings of the transformer-rectifier unit is set by the rotor speed of the synchronous three-phase generator provided in turn, a vehicle engine.