автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Автомобильный стартер-генератор с микропроцессорной системой управления

На правах рукописи

АВТОМОБИЛЬНЫЙ СТАРТЕР - ГЕНЕРАТОР С МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ

Специальность 05.09.01 - Электромеханика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 1997

Работа выполнена на кафедре "Электромеханика и нетрадиционная энергетика " Самарского государственного технического университета.

Ведущее предприятие: АО" Ульяновский автомобильный завод"

Защита диссертации состоится 19 февраля 1997 года в 14 ч 30 мин в аудитории Э-406 на заседании специализированного совета Д.063.14.05 при Уральском государственном техническом университете.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГТУ.

Отзыв в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу:620002, г. Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 19, УГТУ, ученому секретарю.

Автореферат разослан "17" января 1997 г.

Ученый секретарь специализированног

Научный руководитель заслуженный деятель науки и

техники России, д-р техн. наук, профессор Скороспешкин А.И.

Официальные оппоненты:

проф., д-р техн. наук Пластун А.Т. (г. Екатеринбург)

канд. техн. наук Копырин В.С. (г. Екатеринбург)

кандидат технических наук, доцент

Актуальность темы. В настоящее время в нашей стране и за рубежом большое внимание уделяется совершенствованию электромеханических систем автомобильного транспорта. Важнейшими из этих систем, по влиянию на надежность, весогабаритные показатели и стоимость всего автомобиля, являются электромеханические системы запуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и генерирования электроэнергии при отборе мощности с вала ДВС. Большинство современных автомобилей имеют коллекторный стартер постоянного тока, запускающий ДВС от аккумуляторной батареи (АБ), и генератор переменного тока, осуществляющий электропитание бортовой сети автомобиля и заряд АБ при работающем ДВС.

Стартерная система должна обеспечивать надежный запуск ДВС в значительном диапазоне температур окружающей среды и нормальном заряде аккумулятора. Она также должна обеспечивать режим прокрутки ДВС до включения его в рабочий режим, предусматривать возможность нескольких попыток запуска ДВС. Особенность системы генерирования электроэнергии автомобиля состоит в широком диапазоне изменения частоты вращения вала ДВС, в котором необходимо поддерживать величину напряжения бортовой сети автомобиля и осуществлять заряд АБ.

Наиболее полно требованиям технологичности, бесконтактности, надежности при значительных частотах вращения вала, а также минимизации стоимости отвечает асинхронная машина (АМ) с короткозамкнутым ротором. Выполнение функций стартера и генератора одной асинхронной машиной приводит к улучшению массогабаритных показателей стартер-генераторной системы. Для надежного запуска ДВС и генерирования электроэнергии в широком диапазоне частот вращения вала нужно применять частотное управление АМ, которое наиболее качественно может осуществлять микропроцессорная система управления.

Учитывая изложенное, можно сделать вывод, что разработка автомобильного асинхронного стартер-генератора с микропроцессорным управлением способствует совершенствованию электромеханических систем автомобильного транспорта.

Цель работы. Целью работы является разработка автомобильного асинхронного стартер-генератора (АСТГ) с микропроцессорным управлением и исследование динамических и квазиустановившихся процессов в стартерном и генера-

торном режимах, а также - статических характеристик с использованием математических моделей и испытаний макетного образца.

Задачи исследования. В работе решаются следующие основные задачи.

1. Провести анализ современного состояния и перспектив развития стар-терных и генераторных систем автомобильного транспорта.

2. Разработать технические решения, позволяющие обеспечить асинхронной машиной требования, предъявляемые к стартерным и генераторным системам автомобилей при напряжениях АБ 24 и 48 В.

3. Выбрать методы исследования асинхронного автомобильного стартер -генератора.

4. Разработать математические модели и выбрать программы расчета для исследования статических и квазиустановившихся режимов АСТГ на напряжение 24 и 48 В.

5. Разработать математические модели и выбрать программы для исследования динамики АСТГ в стартерном и генераторном режимах при указанных напряжениях.

6. Разработать микропроцессорную систему управления и регулирования

АСТГ.

7. Провести экспериментальные исследования макетного образца АСТГ с микропроцессорной системой управления.

Методы исследования. Поставленные задачи решены автором в диссертационной работе с использованием моделирования на компьютерах и экспериментальных методов исследования.

При разработке математических моделей, анализе квазиустановившихся и переходных процессов в АСТГ применен метод мгновенных значений с использованием коммутационных функций для моделирования переключений вентилей. Анализ статических режимов проводился по методу полезной составляющей.

Научная новизна

1. Разработаны математические модели для расчета статических, квази-установившихся и динамических режимов предложенного автором АСТГ.

2. Построены статические характеристики АСТГ на напряжение 24 и 48 В при частотном управлении, показывающие, что такие стартер-генераторы обеспечивают требуемые пусковые и номинальные моменты в стартерном режиме и то-коотдачу в заданном диапазоне частот вращения вала ДВС в генераторном режиме.

3. Исследованы динамические режимы работы АСТГ с учетом внутреннего сопротивления АБ. широтно-импульсного регулирования (ШИР) напряжения статора АМ, емкости фильтра и насыщения зубцов магнитопровода АМ от полей рассеяния при значительных пусковых токах.

4. Исследованы режимы работы макетного образца АСТГ на 48 В с микро-процесорной системой, уточняющие исходные данные для теоретических расчетов и подтверждающие корректность математических моделей, используемых для расчетов статических и динамических режимов АСТГ.

Практическая ценность

1. Разработаны новые системы управления стартерным и генераторным режимами, позволяющие обеспечить АСТГ требования, предъявляемые к стартерным и генераторным системам автомобилей при напряжениях АБ 24 и 48 В.

2. Разработана микропроцессорная система управления АСТГ, обеспечивающая требуемые режимы работы при запуске ДВС и генерировании электроэнергии.

3. Получены рекомендации по построению систем автоматического регулирования АСТГ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на:

-Всероссийской научно-технической конференции "Современные проблемы энергетики, электромеханики и электротехнологии'' (г.Екатеринбург, 1995 г.);

- научных семинарах кафедры "Электромеханика и нетрадиционная энергетика" (СамГТУ, 1994-1996 гг.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в которых отражены ее основные результаты.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 88 наименований и приложения, изложена на 128 страницах основного текста с семью таблицами,иллюстрирована рисунками на 63 страницах.

. . _ ^ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, определена ее цель, сформулированы задачи исследований и описаны основные результаты, полученные при их решении.

В первой главе проведен анализ современных электромеханических преобразователей - стартеров и генераторов, используемых в автомобильном транспорте. Он показал, что рост удельной мощности указанных преобразователей в настоящее время замедлился и требуются новые подходы для их дальнейшего совершенствования.

Главными направлениями дальнейшего совершенствования этих устройств с целью повышения удельной мощности и надежности являются:

- увеличение частоты вращения стартера и генератора;

- повышение напряжения бортовой сети;

- использование накопителей энергии в стартерном режиме;

- замена отдельных машин,, выполняющих функции стартера и генератора, одной электрической машиной;

- применение силовых,транзисторных ключей, интегральных схем и микропроцессорных систем для управления и защиты.

Замена стартера и генератора одной бесконтактной асинхронной машиной является наиболее эффективным решением проблемы. Асинхронная машина с короткозамкнутым ротором имеет в 2,5... 3 раза меньшую массу, конструктивно более проста и более надежна по сравнению с другими электрическими машинами. С целью выбора оптимального варианта рассмотрены наиболее перспективные разработки отечественных и зарубежных фирм.

На рис. 1 представлен выбранный автором вариант силовой схемы АСТГ, выполненный на отечественных транзисторах МТКД - 80.

Рассмотрено новое техническое решение, предложенное автором, -"Устройство /правления автомобильным асинхронным стартер-генератором", на которое получено положительное решение на выдачу патента РФ. Предложенное устройство позволяет производить частотный пуск АСТГ при ограничении магнитного потока АМ так, что обеспечивает получение значительных пусковых моментов при хороших энергетических показателях, а также осуществить плавный переход АСТГ в генераторный режим работы и ограничивать ток заряда АБ на уровне допустимого при стабилизации напряжения бортовой сети автомобиля в широком диапазоне изменения частот вращения вала ДВС.

Далее осуществлен выбор методов исследования АСТГ, который является достаточно сложной автономной электромашинно-вентильной системой со значительным диапазоном частот вращения вала и нагрузок. Показано, что при математическом моделировании необходимо применение обобщенной теории электромеханических преобразователей, методов полезной составляющей при рассмотрении статики и методов мгновенных значений при построении моделей для анализа квазиустановившихся и динамических процессов. В частности, перспективным является моделирование процессов переключения вентилей в АСТГ с помощью коммутационных (переключающих) функций.

Во второй главе разработаны математические модели АСТГ для исследования статики и квазиустановившихся процессов в стартерном и генераторном режимах.

С помощью одной модели, использующей метод мгновенных значений, определяются мгновенные значения токов, напряжений и моментов в квазиуста-новившемся режиме, что важно для выбора транзисторов инвертора, критичных к максимальной величине токов, а также редуктора, устанавливаемого между ДВС и АСТГ.

По второй модели, созданной на основе метода полезной составляющей, можно рассчитать действующие значения токов и напряжений, среднее значение момента, величину токов и потери в АМ, а также построить механические и регулировочные характеристики для различных значений частот и напряжений АСТГ в стартерном и генераторном режимах.

Стартерный запуск ДВС - динамический режим, но в первом приближении автором исследован стартерный режим на основе статических характеристик АМ с частотным управлением. Эти характеристики позволяют определить закон частотного управления при запуске ДВС, величину пусковых токов в транзисторном инверторе и АБ, потери энергии и нагрев машины.

В генераторном режиме работы АСТГ также необходим расчет статических характеристик. Регулировка и стабилизация напряжения в этом режиме осуществляется за счет изменения частоты вращения поля АМ, происходящего практически безынерционно, что выгодно отличает асинхронный генератор от синхронного.

Для математического описания процессов преобразования энергии АСТГ сделан переход от уравнений трехфазной машины в фазовых осях координат к уравнениям двухфазной машины в осях а и р, которая описывается минимальным количеством дифференциальных уравнений.

В математической модели АСТГ для квазиустановившихся стартерного и генераторного режимов использованы результирующие векторы напряжения и тока, представленные в тех же координатах.

Уравнения электрического и механического равновесия АМ для результирующих векторов:

/l>s I s . -S т SR ;R .

u (k r L p) 1 + L p 1 ;

0 = I SR(p + j<ú) is + [(Rr + Lr (p - jco)] iR ;

3 рсомвх - M mkx = pn LSR Im[f iR*], 1 где us = V2 /л/3 (h иД h = с1(m - комплексная переключающая функция.

Последнее уравнение позволяет решить систему дифференциальных уравнений АМ аналитически.J Общее решение уравнений в виде экспоненциальных функций:

f = V2/V3 (hu„) [ 1 + С? е5"' + C2S с521' ] /Rs; iR = V2/V3 (h ц.) Zoof 1 + C,R e®1+ C2K c52 '• ] / (Rs Zro), где t1 = t - (m - 1) л/(ЗШ|);

coi - угловая частота выходного напряжения инвертора; C,s = (S2 1 as)/[Fi(S7. -SI)]; С/ = (S I + as) / [Б (§1 - S2)];

Силобая осени АСТГ

2£\Л)5'

к.Э. ротор AM

Рис. 1.

Пусковой режим АСТГ-48 при поддержании напряжения ШИР

Рис. г

Зависимость Мэм от способа регулировки напряжения

Время (миллисекунды)

Пусковой момент при ограничении напряжения ШИР----

Пусковой момент при параллельном включении АБ — •

Рис.3

С!Е = |§2 +а5(1®2к„ / / [К, (§2 - §1)];

С2* =■• [§1 !а3а/к?.р„ / Ь%„)] / [Б (§1 - §2)];

81, - [ Л -уо 1 А2 - 4а а3 аЕ - со2 - }2Ло>)| /2 ;

А - а8 +ая: а» - Яя/ оЬ» ; а* = Я*/ аЬ* ;

а = 1 - Г.3* / гЛ/ - коэффициент рассеяния;

со - электрическая частота вращения ротора.

При использовании двуполярной ШИР структура силовой цепи остается неизменной. Поэтому возможно аналитическое решение и в этом случае. Получены аналитические решения для 6 и 12-кратной частоты ШИР.

На рис.2 представлены фазные токи и напряжения АМ в квазиустано-вившемся стартерном режиме при регулировании напряжения с помощью ШИР. Они рассчитаны и построены на ПЭВМ по уравнениям математической модели.

На рис. 3 представлены расчетные пульсации момента АСТГ в стартерном режиме при различных способах регулирования напряжения АМ.

Уравнения математической модели установившегося режима получены путем подстановки р=]ш в исходные уравнения в осях а, р. С целью анализа работы АСТГ в стартерном • режиме по указанным уравнениям рассчитаны и построены статические характеристики, показывающие зависимости КПД, тока, потребляемого от АБ, намагничивающего тока, напряжения и абсолютного скольжения от частоты тока статора АМ. Характеристики построены для закона управления при неизменном максимальном моменте АСТГ, развиваемом в стартерном режиме, а также для закона оптимального управления при заданном пусковом моменте. Важно отметить, что по ним определяются значения абсолютного скольжения для указанных законов при программировании микропроцессорной системы управления АСТГ.

Анализ расчетных характеристик показывает, что АМ в стартерном режиме может развивать значительно больший момент, чем коллекторный стартер.

С помощью указанной математической модели также рассчитаны на ПЭВМ и построены основные характеристики генераторного режима АСТГ. Они представляют собой зависимость намагничивающего тока, тока, отдаваемого в борто-

вую сеть, КПД, полезной мощности, скольжения от частоты вращения АСТГ при неизменном напряжении на шинах постоянного тока.

Расчетные характеристики показывают, что для заданной выходной мощности диапазон частот вращения АСТГ соответствует диапазону частот вращения дизельных двигателей. Для карбюраторных ДВС необходимо на высоких частотах вращения увеличивать напряжение статора АМ. В этом случае диапазон частот вращения АСТГ может быть расширен до 1 :15.

В третьей главе рассмотрены динамические режимы работы АСТГ.

На основе известных работ, посвященных динамическим режимам частотного регулирования асинхронных двигателей и генераторов, с учетом специфики автомобильных асинхронных генераторов, сформулированы задачи исследования динамики АСТГ. Построены структурные схемы стартер-генератора с учетом инерционности изменения напряжения АБ при значительных разрядных и зарядных токах.

Структурные схемы АСТГ с системой регулирования в двигательном режиме приведены в двух вариантах:

- при запуске ДВС без широтного регулирования напряжения АМ и задатчика начальной пусковой частоты;

- при запуске с широтным регулированием напряжения АМ и заданием начальной пусковой частоты, характерных для предложенного автором нового технического решения.

Структурная схема АСТГ в генераторном режиме учитывает включение в звено постоянного тока между АИН и АБ широтно-импульсного преобразователя (ШИП), позволяющего регулировать зарядный ток АБ и поддерживать постоянным напряжение бортовой сети автомобиля при увеличении частоты вращения ДВС и напряжения статора АМ вверх от номинальной. При этом напряжение статора асинхронной машины изменяется по закону

и1 Н(.о= Сопэ!

Следующий раздел третьей главы посвящен построению математической модели АСТГ для анализа переходных процессов в системе. Показана целесообразность моделирования АМ с вентильным преобразователем в цепи статора по уравнениям в осях координат, вращающихся с частотой первой гармонической

составляющей вектора напряжения статора. Уравнения электрического равновесия в этих осях, обозначенных I) и V, в матричной форме:

Чи

"V8

0 -

0

К3+р1.5 -л,!.8"

К8 . РЬЧ г рЬж

р|/,к 11*4 рЬ* (т-го,)!."

(гага)Ь511

1и

• я

Ф 1ч

IV

где - частота вращения осей координат. Уравнение механического равновесия в этих осях

Рп 1/'1<(1уЬ1ц11-1пЧ1у") + Ммкх = ЗрЮмнх-Уравнения цепи постоянного тока: и4= иЛ-

Р и( - (ц-и-ш - ¡п ) /С ; и (Ел - ил) / КА; ¡н = ид/Ин; ¡и = иА / Яц, где р - символ дифференцирования;

А - обозначение ЭДС, тока и напряжения аккумуляторов; с) - обозначение сопротивления, напряжения и тока вентильного преобразователя;

Н - обозначение сопротивления и тока нагрузки;

П - обозначение сопротивления, учитывающего потери в преобразователе и АМ.

Напряжения эквивалентной двухфазной АМ связаны с напряжением в звене постоянного тока вентильного преобразователя следующим матричным уравнением:

"и___

и,/

и„

= <6П

Со5(7Ш, /3 - Сй^ -+ 7Т/6)

5т(гт| /3 - ая! + л/6)

и«>

где Ри, - коммутационные функции; гь = еп^Зм^ /л), еп1 - обозначение целой части.

Такая математическая модель удобна для описания ШИР напряжения статора АМ. Приведены коммутационные функции, описывающие" ШИР с одним и

двумя импульсами на шаге инвертора, при однополярных и двуполярных импульсах фазного напряжения на полупериоде.

Далее описан пакет прикладных программ, использованный автором для моделирования динамики АСТГ на компьютерах, и приведены результаты расчета и анализа динамических режимов.

Анализ процессов пуска ДВС от АСТГ-24 и АСТГ-48 показал, что для последнего варианта возможен запуск без ШИР напряжения АМ. При запуске ДВС от АБ на 24В и применении отечественных транзисторов необходимо для ограничения их максимальных токов в начале пуска уменьшить напряжение на входе АИН (например, вводить ШИР). Показано, что максимальный электромагнитный момент в начале пуска в 4 раза превышает номинальный, а выбранный закон частотного регулирования позволяет на первом этапе пуска вдвое снизить время разгона ДВС.

Приведенные в конце второй главы расчетные осциллограммы генераторных режимов работы АСТГ - с ШИР при частоте вращения вала АСТГ ниже номинальной, а также с ШИП в звене постоянного тока при частоте вращения значительно выше номинальной - иллюстрируют устойчивую работу АСТГ в этих режимах.

В четвертой главе рассматриваются вопросы разработки и изготовления АСТГ с микропроцессорной системой управления. Приводится описание системной программы, обеспечивающей нормальное функционирование всей системы. Описаны экспериментальные исследования АСТГ, которые сравниваются с данными предыдущих глав.

К силовой части АСТГ следует отнести асинхронную машину и инвертор напряжения (вентильный преобразователь), осуществляющий ее питание. В качестве базовой машины была выбрана серийно выпускаемая отечественной промышленностью асинхронная машина с короткозамкнутым ротором типа 4А71В4УЗ. Для данной машины были рассчитаны и изготовлены статорные обмотки, позволяющие работать ей от инвертора напряжения при питании его от аккумуляторных батарей с напряжениями 24 и 48 В. Основные данные обмоток следующие: Ъ\ - 24, 2р =4, я =2, т1 = 3, у = 6, \Л/К = 8 для 1)с1 = 48 В и \/Ук=4 для иа = 24 В. Для машин с этими обмотками были проведены исследования по определению их параметров на синусоидальном токе частотой 50 Гц.

Инвертор напряжения, служащий для питания асинхронной машины, собран на транзисторах МТКДЗ-80-5 по мостовой трехфазной схеме. Для управления транзисторами разработаны схемы, обеспечивающие развязку и усиление сигналов управления.

Управление АСТГ осуществляется микропроцессорной системой, которая рассчитывает все необходимые параметры режима. Исходной информацией для расчета являются сигналы с датчиков напряжения и частоты скорости вращения. Необходимые временные задержки при управлении ключами инвертора формируются использованием программных счетчиков, которые подключены к системе прерывания микропроцессора. Данные с датчиков напряжения и скорости вращения принимаются через параллельные порты. Схемы управления транзисторами инвертора также подключены к параллельным портам.

Структурная схема системного модуля приведена на рис. 4.

Структурная схепя системного модуля

Рис. Ц.

Основные узлы рассматриваемого модуля следующие: системный генератор СГ, служащий для формирования тактовых сигналов; микропроцессор МП, служащий для вычислений временных задержек и управления ключами инвертора; системный контроллер СК, служащий для формирования сигналов управления элементами системы; оперативное запоминающее устройство ОЗУ, предназначенное для хранения переменных и промежуточной информации о состоянии асинхронной машины; постоянное запоминающее устройство ПЗУ, хранящее программу управления и таблицы функций управления. Блоки БС (блок счетчиков) и СФВП (схема формирования вектора прерывания) служат для программного отсчета заданого времени, необходимого для формирования управляющих воздействий на ключи инвертора. Блоки ППИ (порт приема информации) и ПВИ (порт выдачи информации) служат для приема информации от датчиков и выдачи управляющих воздействий на ключи инвертора.

Использование информации о частоте вращения АСТГ накладывает повышенные требования к точности датчика. Для решения указанной проблемы автором разработан датчик частоты вращения со следующими данными. Максимальная скорость вращения вала, при которой ошибка измерения не превышает заданную, птзх = 3000 мин, число отсчетов за оборот N = 4, точность измерения 0=0,05%, минимальная частота вращения без потери точности измерения птт= 30 мин.

Важнейшим элементом микропроцессорной системы управления является программное обеспечение, которое разделено на две части: основная программа и программа обработки прерывания. В задачи основной программы входят: инициализация системы, определение момента запуска системы, определение режима работы асинхронной машины (стартерный или генераторный), определение длительности шага инвертора и скважности ШИР, вычисление временных интервалов, в течение которых должна быть включена та или иная группа транзисторов инвертора.

Для вычисления частоты и напряжения, подаваемых на асинхронную машину, программой используются математические модели, приведенные во второй и третьей главах. С целью сокращения количества вычислений, которые необходимо осуществлять при работе системы в реальном времени, данные моделей для режима стартера сведены в цифровые таблицы Ъ\ (п) и 22(п). В

режиме генератора используется программная реализация ПИ регулятора в цепи обратной связи по напряжению.

Программа обработки прерывания вызывается в момент завершения счета блоком программируемых счетчиков. Ее задачами являются: определение номера состояния ключей М , выдача его на ключи инвертора, запись в блок счетчиков длительности текущего цикла и запуск блока счетчиков.

Экспериментальные исследования проводились с целью проверки корректности разработанных математических моделей. При определении параметров схемы замещения большое внимание было уделено определению активного сопротивления обмотки статора АСТГ при различных токовых нагрузках и времени их воздействия. На основании указанных измерений были определены косвенным путем (активное сопротивление пропорционально температуре) предельные токовые нагрузки при продолжительном режиме работы (режим генератора) и определена длительность работы при нагрузках, существенным образом превышающих номинальные (режим стартера).

Как в режиме стартера, так и в режиме генератора, экспериментальные исследования проводились при разомкнутых и замкнутых обратных связях.

В режиме стартера при заторможенном роторе определялись установившиеся значения пусковых моментов в зависимости от частоты вращения и величины напряжения статора АМ. Максимальный пусковой момент 16Нм был достигнут при частоте питающего напряжения 20Гц и скважности 0,86 двухполярного ШИР. При замкнутых обратных связях определены механические и пусковые характеристики АСТГ, которые удовлетворяют требуемым для стартеров заданного класса.

В режиме генератора были определены регулировочные и токоскоростные характеристики без ШИР и ШИП. из которых следует, что диапазон скоростей вращения, при которых АСТГ отдает требуемую мощность, равен 1:4. Для современных автомобилей с карбюраторными двигателями такого диапазона недостаточно. Поэтому в предыдущей главе показана возможность его расширения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Основные результаты диссертационной работы могут быть обобщены в следующих выводах и рекомендациях:

1. Анализ современного уровня развития электромеханических преобразователей автотранспорта показал, что совершенствование их идет по пути замены коллекторных машин быстроходными бесконтактными машинами переменного тока с полупроводниковыми коммутаторами и регуляторами, рассчитанными на повышенное напряжение АБ: 24 и 48 В. Это дает возможность снизить массу, габариты, затраты материалов и повысить надежность стартеров и генераторов.

2. Современные автомобильные электромеханические преобразователи -стартеры и генераторы - находятся на пределе возможностей по дальнейшему снижению массы, габаритов и затрат материалов. Дальнейшее развитие возможно при использовании бесконтактной асинхронной машины в качестве стартера и генератора. Такая машина имеет наименьшие габариты, массу, момент инерции и конструктивно более надежна по сравнению с другими электрическими машинами.

3. Разработаны математические модели с использованием метода полезной составляющей и с уравнениями в комплексных мгновенных составляющих, которые позволяют рассчитать характеристики АСТГ в стартерном и генераторном режимах для действующих значений переменных, а также определить максимальные значения токов и напряжений, необходимых для проектирования АСТГ. По характеристикам определяются значения абсолютного скольжения, необходимые для программирования микропроцессорной системы управления АСТГ.

4. Анализ расчетных данных и испытания макетного образца АСТГ в стартерном режиме показали, что момент, развиваемый им, может превышать момент коллекторных стартеров той же мощности.

Б. В генераторном режиме АСТГ, в отличие от синхронного генератора, развивает наибольшую мощность при низкой частоте вращения ДВС. Эта мощность значительно больше мощности, развиваемой синхронным генератором.

6. Показано, что мощность АСТГ, развиваемая в генераторном режиме, ограничена по частоте вращения снизу и сверху. Диапазон частот вращения АСТГ при заданной мощности соответствует диапазону частот вращения дизельных двигателей.

7. Предложено ввести ШИП в звено постоянного тока АСТГ, что позволяет расширить диапазон рабочих частот вращения в генераторном режиме в 3...4 раза.

8. Разработаны математические модели и пакет прикладных программ, позволяющие в переходных процессах учесть дискретные переключения вентилей инвертора АСТГ, свойства АБ как автономного источника питания, а также возможность работы АСТГ с ШИР фазного напряжения и ШИП в звене постоянного тока АСТГ.

9. Разработан и изготовлен макетный образец АСТГ с использованием отечественных силовых транзисторов для работы в автомобилях с АБ напряжением 24 и 48 В. Результаты испытаний макетного образца показали хорошее совпадение расчетных и экспериментально снятых характеристик АСТГ в стартерном и генераторном режимах.

10. Разработанная микропроцессорная система управления АСТГ с цифровым датчиком частоты вращения высокой точности позволяет реализовать практически любые законы регулирования как в стартерном, так и в генераторном режимах.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Автомобильный асинхронный стартер-генератор/ А.И.Скороспешкин, В.М.Анисимов. П.Ю.Грачев. В.Н.Кудояров/СамГТУ. Самара, 1984. 12 с. Деп. в Ин-формэлектро. 1994. № 43 , эт 94.

2. Автомобильный асинхронный стартер - генератор I В.М.Анисимов, П.Ю.Грачев, В.Н.Кудояров, А.И.Скороспешкин // Вестник УГТУ. Современные проблемы энергетики, электромеханики и электротехнологии. Екатеринбург УГТУ,

1995. С.58 - 59.

3. Анисимов В.М., Скороспешкин А.И. Автомобильные стартеры и генераторы. Состояние и перспективы развития //Автомобильная промышленность. 1995. № 11. С. 9-11.

4. Анисимов В.М., Тарановский В.Р. Микропроцессорная система управления автомобильным стартер-генератором // Автомобильная промышленность. 1996. № 4. С. 6-8.

5. Положительное решение по заявке № 95107184/07 на выдачу патента РФ. Устройство управления автомобильным асинхронным стартер-генератором / А.И.Скороспешкин, В.М.Анисимов, П.Ю.Грачев, В.Н.Кудояров. Письмо от 25.12.96. * 6. Математическая модель автомобильного асинхронного стартер-генератора / В.М.Анисимов, П.Ю.Грачев, В.Н.Кудояров, А.И.Скороспешкин //Электрические машины общего и специального назначения: Межвуз. сб. научн. тр. Омск. 1996. С. 45-49.

7. Анисимов В.М., Тарановский В.Р. Определение статических характеристик автомобильного стартер-генератора методом комплексных переменных./ СамГТУ. Самара, 1996. 13 с. Деп. в Информэлектро. 1996. № 8, эт 96.

Подписано б печать 13.01.97 Формат 60x84 1/16

.Бумага типографская Плоская почать Усл.п.л. 1,16 Уч.-изд.л. 0,91 Тиран 100 Заказ 9 Бесплатно

Издательство УТТУ 620002, Екатеринбург, ¡Лира, 19 Ротапринт УГТУ. 620002, Екатеринбург, Мира, 19