RU2543076C2 - Стартер-генератор автомобиля - Google Patents
Стартер-генератор автомобиля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2543076C2 RU2543076C2 RU2013129596/07A RU2013129596A RU2543076C2 RU 2543076 C2 RU2543076 C2 RU 2543076C2 RU 2013129596/07 A RU2013129596/07 A RU 2013129596/07A RU 2013129596 A RU2013129596 A RU 2013129596A RU 2543076 C2 RU2543076 C2 RU 2543076C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- starter
- generator
- output
- angular
- proportional
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автономных объектах, в частности автомобилях для генерирования электрической энергии и запуска двигателей внутреннего сгорания.
Техническим результатом является повышение ресурса безотказной работы при одновременном снижении энергопотребления стартер-генератора. Согласно изобретению стартер-генератор снабжен задатчиком угловой скорости вращения, устройством сравнения, измерителем угловой скорости вращения ротора, пропорционально-интегральным регулятором угловой скорости, вход которого соединен с выходом устройства сравнения, на входы которого подаются сигналы с задатчика угловой скорости вращения и с измерителя угловой скорости вращения ротора, а выход пропорционально-интегрального регулятора угловой скорости соединен с аналоговым входом управляющего контроллера, а выходы управляющего контроллера соединены с входами ключевых транзисторов трехфазного мостового инвертора, на выходе стартер-генератора введен стабилизатор напряжения, выход которого подключен к аккумуляторной батареи и нагрузке, причем пропорционально-интегральный регулятор угловой скорости настраивают на компенсацию эквивалентной механической постоянной времени стартер-генератора при работе в стартерном режиме. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам пуска двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и выработке электроэнергии на автомобиле.
В качестве аналогов предлагаемого устройства известны объединенные (совмещенные) стартер-генераторы (СГ) для автомобилей «Тойта-Краун» (см., например, [1] «Поверь в гибрид». - Журнал «За рулем» №6, 2002. - с.72-73), выполненные в виде навесной электромашины, соединенной с бензиновым двигателем внутреннего сгорания, широким плоским ремнем. В таком стартер-генераторе имеются недостатки, присущие ременной передаче, - износ и обрыв ремня, необходимость периодического обслуживания, а также недостатки, обусловленные незащищенностью конструкции от пыли и влаги.
Известен также бесконтактный стартер-генератор, обмотки которого закреплены на корпусе двигателя, а ротором является маховик двигателя (см., например, [2] «В новый век без стартера». - Журнал «За рулем», №9, 1998. - с.58). В такой конструкции устраняются недостатки известных СГ, связанных с наличием ременной передачи, и конструкция СГ защищена от пыли и влаги. Недостатками данного устройства являются: проблематичность обеспечения равномерного воздушного зазора по окружности между пакетом статора с обмотками и магнитами из-за того, что установочные базы обмоток на корпусе ДВС и маховика с магнитами на фланце коленвала разные и не привязаны между собой; возможность залипания (с ударом) маховика с магнитами на фланце коленвала; не обеспечивается наиболее эффективное использование массы СГ с точки зрения получения максимального момента с единицы массы и недостаточная эффективность характеристик и технологичность конструкции СГ.
В качестве прототипа выбрано устройство стартер-генератора (патент RU №2265133 С1), содержащее вентильную электромашину с управляющим контроллером, постоянные магниты, установленные на маховике двигателя, и обмотки статора, закрепленные на картере двигателя. Маховик двигателя установлен с возможностью перемещения относительно пакета и обмоток статора вдоль оси коленвала. Пакет статора с обмотками установлен на картере двигателя посредством диска соосно с маховиком и коленвалом. А плоскость диска параллельна плоскости маховика. При этом на выходе стартер-генератора введен высоковольтный преобразователь напряжения, управляющий вход которого связан с управляющим контроллером через регулятор напряжения.
I. Недостатками устройства прототипа являются:
1. «Прямой» пуск стартер-генератора в режиме запуска ДВС. При прямом пуске статорные обмотки СГ через инвертор подключаются на полное напряжение источника питания - аккумуляторную батарею. Известно, что прямой пуск неблагоприятен для питающей сети, при ограниченной мощности аккумуляторной батареи на ней падает напряжение, что нарушает работу других потребителей. К недостаткам этого способа пуска следует отнести также нерациональный расход емкости аккумуляторной батареи из-за значительной неравномерности тока, низкий КПД (до 35%) (см., например, [3] Электрооборудование летательных аппаратов. Т.2; учебник для вузов / под ред. С.А. Грузкова. - М.: Издательство МЭИ. - 2008. - §8.3.2; стр.266-268). Следует также отметить, что при прямом пуске из-за большой частоты вращения происходит мгновенная выборка люфтов в зацеплениях редукторов коробки перемены передач автомобиля, что сопровождается значительными ударными нагрузками на его элементы. Предлагаемый регулируемый пуск СГ устраняет указанные недостатки - при этом обеспечивается выбор люфтов в редукторе коробки перемены передач при малой частоте вращения и плавное, безударное сцепление вала СГ с вращающимися соединениями запускаемого ДВС, что ведет к уменьшению динамических нагрузок, повышению ресурса безотказной работы, т.е. в целом приводит к повышению эксплуатационных свойств как стартер-генератора, так и устройств, обеспечивающих запуск ДВС.
2. Постоянные времени стартер-генератора как электрической машины не скомпенсированы. Это приводит к низким показателям в динамических режимах работы: перерегулированию, большому времени переходного процесса при пуске ДВС, что в целом приводит к увеличению времени запуска ДВС.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение ресурса безотказной работы при одновременном снижении энергопотребления в стартерном режиме работы устройства. Эта цель достигается тем, что: стартер-генератор автомобиля, содержащий вентильную электрическую машину с управляющим контроллером с датчиками положения ротора, постоянные магниты, установленные на маховик двигателя и статор с обмотками, закрепленный на картере двигателя снабжен пропорционально-интегральным регулятором скорости, вход которого соединен с выходом устройства сравнения, на входы которого подаются сигналы с задатчика угловой скорости вращения и обратной связи по скорости с выхода измерителя угловой скорости вращения ротора, вход которого подключен к одному из выходов датчика положения ротора, а выход пропорционально-интегрального регулятора скорости соединен с аналоговым входом управляющего контроллера, на выходе стартер-генератора введен стабилизатор напряжения, выход которого подключен к аккумуляторной батарее, причем пропорционально-интегральный регулятор угловой скорости настраивают на компенсацию эквивалентной механической постоянной времени стартер-генератора при работе в стартерном режиме.
Техническая сущность предложенного изобретения поясняется электрическими схемами, изображенными на фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4. Работа СГ поясняет структурная электрическая схема, изображенная на фиг.1, где обозначено:
1. вентильная электрическая машина (электрическая машина с магнитоэлектрическим возбуждением), работающая как в генераторном, так и в стартерном режимах;
2. трехфазный мостовой инвертор;
3. выпрямительный диод;
4. аккумуляторная батарея;
5. датчик положения ротора;
6. управляющий контроллер;
7. стабилизатор напряжения;
8. задатчик угловой скорости вращения;
9. измеритель угловой скорости вращения ротора;
10. устройство сравнения;
11. пропорционально-интегральный регулятор угловой скорости;
12. сглаживающий фильтр;
13. выключатель стартера замка зажигания;
14. блок предварительной обработки и получения заданного закона управления стартер-генератором.
Перечисленные устройства выполнены следующим образом:
Задатчик угловой скорости вращения 8 выполнен в виде резистивного делителя напряжения, питающегося от аккумуляторной батареи 4 при включении выключателя стартера замка зажигания 13, при этом напряжение с одного из плеч делителя подается на один из входов устройства сравнения. Измеритель угловой скорости вращения ротора 9 выполнен по схеме, аналогичной схеме электронного тахометра автомобиля, на вход которого подается сигнал с датчика положения ротора (ДПР) 5. Датчик положения ротора 5 содержит три датчика Холла, расположенных под углом 120°. Устройство сравнения 10 выполнено в виде операционного усилителя с резистором в цепи обратной связи, на один неинвертирующий вход которого подается напряжение с задатчика угловой скорости вращения 8, на другой инвертирующий вход - напряжение с выхода измерителя угловой скорости 9, а выходное напряжение устройства сравнения подается на вход пропорционально-интегрального регулятора угловой скорости 11. Пропорционально-интегральный регулятор угловой скорости 11 выполнен на базе операционного усилителя, в цепи обратной связи которого включены последовательно соединенные резистор Roc и конденсатор Сос, вход которого соединен через резистор с выходом устройства сравнения, а выход пропорционально-интегрального регулятора скорости подключен к аналоговому входу управляющего контроллера 6, причем пропорционально-интегральный регулятор угловой скорости настраивается на компенсацию эквивалентной механической постоянной времени стартер-генератора при работе в стартерном режиме. Задатчик угловой скорости вращения 8, измеритель угловой скорости вращения ротора 9, устройство сравнения 10, пропорционально-интегральный регулятор угловой скорости 11 образует блок предварительной обработки сигнала с датчика положения ротора и получения заданного закона управления стартер-генератором 14 в режиме пуска (фиг.2). Управляющий контроллер 6 включает в себя аналого-цифровой преобразователь, аппаратный ШИМ и имеет аналоговый вход и цифровые входы и выходы, и управляет переключением ключей в инверторе, то есть переключением обмоток СГ в зависимости от сигналов ДПР 5.
Стабилизатор напряжения 7 выполнен как импульсный регулятор напряжения релейного типа и может включать в себя силовой ключ, обратный диод и силовой дроссель, работающий в диапазоне частот 20÷40 кГц, с релейным элементом в схеме управления с гистерезисной характеристикой.
Устройство работает следующим образом.
При замыкании выключатель стартера замка зажигания 13 система регулирования формирует на входе управляющего контроллера 6 сигнал запуска стартерного режима работы СГ. Ток с аккумуляторной батареи 4 через выпрямительный диод 3 и трехфазный мостовой инвертор 2 подается на статорные обмотки вентильной электрической машины 1. При этом в зависимости от положения ротора управляющим контроллером 6 формируются программно-реализованные сигналы распределителя импульсов, промодулированные ШИМ напряжением с выхода пропорционально-интегрального регулятора угловой скорости вращения СГ, которые включают ту или иную пару силовых ключей инвертора. Требование безударного запуска вентильного двигателя в режиме пуска ДВС находится в согласии с требованием повышения эксплуатационных свойств СГ. С этой целью устройство снабжено пропорционально-интегральным регулятором угловой скорости вращения 11, вход которого соединен с выходом устройства сравнения 10, на входы которого подаются сигналы с задатчика угловой скорости вращения 8 и измерителя угловой скорости вращения ротора 9, вход которого подключен к датчику положения ротора 5, а выход пропорционально-интегрального регулятора угловой скорости 11 соединен с аналоговым входом управляющего контроллера 6. Получение безударного и энергетически малозатратного запуска вентильного двигателя осуществляется за счет широтно-импульсного регулирования напряжения, подводимого к обмоткам статора СГ. Программно реализованный распределитель импульсов получает широтно-модулированный сигнал с выхода пропорционально-интегрального регулятора угловой скорости 11 и в зависимости от положения ротора включает ту или иную пару силовых ключей трехфазного мостового инвертора 2, на время, зависящее от величины напряжения на выходе пропорционально-интегрального регулятора угловой скорости 11. При этом среднее напряжение на обмотках СГ прямо-пропорционально зависит от величины напряжения на входе пропорционально-интегрального регулятора угловой скорости 11.
Под действием вращающего момента СГ коленчатый вал ДВС раскручивается и при достижении угловой скорости вращения, равной величине (200÷300) мин-1, происходит запуск ДВС, который увеличивает угловую скорость вращения до оборотов холостого хода порядка (800÷1000) мин-1. С ростом угловой скорости вращения ротора, при ω≥ωуст работа ШИМ прекращается и управляющий контроллер 6 закрывает ключи трехфазного мостового инвертора 2, а вентильная электрическая машина 1 переходит в генераторный режим работы, трехфазный мостовой инвертор 2 при этом работает в режиме трехфазного мостового выпрямителя. Напряжение на выходе трехфазного выпрямителя становится больше напряжения бортовой сети автомобиля, равного UАКБ(UГ>UАКБ). При этом стабилизатор напряжения 7 (импульсный регулятор напряжения релейного типа) преобразует напряжение с выхода генератора, стабилизирует его до величины напряжения бортовой сети и подает его в бортовую сеть автомобиля, заряжая при этом частично разряженную аккумуляторную батарею 4.
Для получения удовлетворительной динамики запуска ДВС необходимо рассмотреть синтез регулятора угловой скорости. Рассматриваемый стартер-генератор на базе вентильной электрической машины, в стартерном режиме работы является бесконтактным двигателем постоянного тока (БДПТ) (см., например, [4] Авдолоткин Н.П., Гращенков В.Т. Лебедев Н.И. Управляемый бесконтактный двигатель постоянного тока - Л.: Энергоатомиздат. - 1984, стр.3-8). При синтезе регулятора угловой скорости БДПТ может быть заменен эквивалентным двигателем постоянного тока (ДПТ) (см., например, [5] Герман - Галкин С.Г. Matlab&Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. - Спб.: КОРОНА-Век, 2008, стр.362-364, рис.9.58; стр.247-248).
Выделим функциональную схему системы регулирования на фиг.1, которая включает: задатчик угловой скорости вращения 8, измеритель угловой скорости вращения ротора 9, осуществляющий обратную связь по угловой скорости вращения ротора вентильной электрической машины 1, устройство сравнения 10, пропорционально-интегральный регулятор угловой скорости вращения 11, управляющий контроллер 6, содержащий ШИМ-регулятор, трехфазный мостовой инвертор 2, вентильную электрическую машину 1, работающую в стартерном режиме.
Настраивая контур на оптимум по модулю (ОМ), определим тип необходимого регулятора угловой скорости. Настройка на ОМ дает перерегулирование ωвых величиной 4,3% при запасе по фазе 64°. Для реализации показателей желаемая передаточная функция разомкнутого контура должна быть:
При представлении объекта регулирования вентильной электрической машины при работе в стартерном режиме двумя апериодическими звеньями имеем передаточную функцию W6-2-1 [5]:
где T1, Т2 - электромагнитная и механическая постоянные времени стартер-генератора соответственно, причем Т2>>T1,
кЕ - коэффициент пропорциональности между величиной противо-ЭДС и угловой скоростью вращения эквивалентного ДПТ (e=кЕ·ω), является конструктивной постоянной;
кос - коэффициент передачи измерителя угловой скорости вращения ротора, характеризующий работу звена обратной связи по угловой скорости вращения.
Трехфазный мостовой инвертор 2, работающий в режиме ШИМ регулирования и управляемый от управляющего контроллера 6, считаем безынерционным звеном с коэффициентом кср:
При выборе Tm=T1 определяется передаточная функция необходимого регулятора:
Из последнего соотношения видно, что для компенсации механической постоянной времени Т2, которая определяется параметрами нагрузки стартер-генератора, а именно ДВС, необходим пропорционально-интегральный регулятор угловой скорости 11, схема которого представлена на фиг.3. Предлагаемый регулятор реализуется на операционном усилителе КР140УД12.
На фиг.4 видно, что выходное напряжение (Uвых) пропорционально-интегрального регулятора угловой скорости реагирует на скачок входного напряжения (пропорциональное воздействие) не форсированно, а медленно линейно нарастает до напряжения насыщения (интегральная составляющая).
Таким образом, предлагаемые технические решения обладают новизной и предназначены для повышения быстродействия управления при одновременном повышении ресурса безотказной работы и снижении энергопотребления в стартерном режиме работы СГ.
Claims (1)
- Стартер-генератор автомобиля, содержащий вентильную электрическую машину с управляющим контроллером с датчиком положения ротора, постоянные магниты, установленные на маховике двигателя, и статор с обмотками, закрепленный на картере двигателя, отличающийся тем, что стартер-генератор снабжен пропорционально-интегральным регулятором угловой скорости, вход которого соединен с выходом устройства сравнения, на входы которого подаются сигналы с задатчика угловой скорости вращения и обратной связи по угловой скорости вращения с выхода измерителя угловой скорости вращения ротора, вход которого подключен к выходу датчика положения ротора, а выход пропорционально-интегрального регулятора угловой скорости соединен с аналоговым входом управляющего контроллера, на выходе стартер-генератора введен стабилизатор напряжения, выход которого подключен к аккумуляторной батарее, причем пропорционально-интегральный регулятор угловой скорости настраивают на компенсацию эквивалентной механической постоянной времени стартер-генератора при работе в стартерном режиме.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013129596/07A RU2543076C2 (ru) | 2013-06-27 | 2013-06-27 | Стартер-генератор автомобиля |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013129596/07A RU2543076C2 (ru) | 2013-06-27 | 2013-06-27 | Стартер-генератор автомобиля |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013129596A RU2013129596A (ru) | 2015-01-10 |
RU2543076C2 true RU2543076C2 (ru) | 2015-02-27 |
Family
ID=53278834
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013129596/07A RU2543076C2 (ru) | 2013-06-27 | 2013-06-27 | Стартер-генератор автомобиля |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2543076C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2650889C2 (ru) * | 2016-06-06 | 2018-04-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Стартер-генератор |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2104612C1 (ru) * | 1995-05-04 | 1998-02-10 | Самарский государственный технический университет | Устройство управления автомобильным асинхронным стартер-генератором |
RU2265133C1 (ru) * | 2004-04-14 | 2005-11-27 | Дубских Николай Иванович | Стартер-генератор автомобиля |
US6992403B1 (en) * | 2001-03-08 | 2006-01-31 | Pacific Scientific | Electric power and start system |
GB2443032A (en) * | 2006-11-14 | 2008-04-23 | Goodrich Control Sys Ltd | Rotating machine operable as a generator and as a starter |
-
2013
- 2013-06-27 RU RU2013129596/07A patent/RU2543076C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2104612C1 (ru) * | 1995-05-04 | 1998-02-10 | Самарский государственный технический университет | Устройство управления автомобильным асинхронным стартер-генератором |
US6992403B1 (en) * | 2001-03-08 | 2006-01-31 | Pacific Scientific | Electric power and start system |
RU2265133C1 (ru) * | 2004-04-14 | 2005-11-27 | Дубских Николай Иванович | Стартер-генератор автомобиля |
GB2443032A (en) * | 2006-11-14 | 2008-04-23 | Goodrich Control Sys Ltd | Rotating machine operable as a generator and as a starter |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2650889C2 (ru) * | 2016-06-06 | 2018-04-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Стартер-генератор |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013129596A (ru) | 2015-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4883973A (en) | Automotive electrical system having a starter/generator induction machine | |
US8118627B2 (en) | Propulsion arrangement | |
EP1848084A1 (en) | Electrical power regulation for a turbogenerator and generator associated with an internal combustion engine | |
CN102105675B (zh) | 用于监控车辆的热力发动机的起动时间的方法和设备 | |
JP2001510522A (ja) | 特に乗り物の駆動システム及び駆動システムにおける無負荷回転数の変化に対抗する方法 | |
JP6301240B2 (ja) | 車両用バッテリ充電装置 | |
EP3024116A1 (en) | A three phase regulator rectifier for automotive battery charging and control application suitable for a two wheeled vehicle | |
SE469758B (sv) | Foerfarande foer styrning av effekt alstrad av en gasturbin samt anordning foer genomfoerande av foerfarandet | |
CN108291520B (zh) | 用于在机动车的驱动系中起动内燃机的电机的扭矩控制 | |
US9840150B2 (en) | Three phase regulator rectifier for automotive battery charging and control application suitable for of a two wheeled vehicle | |
RU2543076C2 (ru) | Стартер-генератор автомобиля | |
US20180222330A1 (en) | Using dc motor with a controller as a generator | |
RU2510796C1 (ru) | Система стартер-генератор двигателя внутреннего сгорания | |
EP2871770B1 (en) | Control device for vehicle ac generator | |
RU2741136C1 (ru) | Система управления и передачи вращательного момента на винт(ы) в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА), стартер-генератор, плата управления стартером-генератором и амортизатор для этой системы | |
RU2349790C2 (ru) | Способ управления стартер-генератором и устройство для реализации этого способа | |
US9035481B1 (en) | Using AC and DC generators with controllers as a regenerative power burn off device | |
EP2891574A2 (en) | Using ac induction motor as a generator in a utility vehicle | |
RU2650889C2 (ru) | Стартер-генератор | |
CN110397539A (zh) | 具有无刷起动机马达的系统的总线电压稳定 | |
US9719477B2 (en) | Using a DC or AC generator as a starter with fault detection | |
RU2173020C2 (ru) | Электрическая система с асинхронным стартером-генератором | |
KR101916796B1 (ko) | 차량을 위한 교류 발전기 및 그것의 동작 방법 | |
RU63464U1 (ru) | Система автономного электроснабжения | |
JP7225720B2 (ja) | 回転電機の発電トルク制御装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150628 |