автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Стартер-генератор автономных объектов на основе вентильно-индукторной машины

на правах рукописи

НИКОЛАЕВ ВИТАЛИЙ ВИКТОРОВИЧ

СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОР АВТОНОМНЫХ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОЙ МАШИНЫ

Специальность 05.09.01 -"Электромеханика и электрические аппараты"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена на кафедре электромеханики Московского энергетического института (Технического университета).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

КУЗНЕЦОВ Вячеслав Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

АЛИЕВСКИЙ Борис Львович

кандидат технических наук, ст. научный сотрудник

ТРОФИМЕНКО

Владимир Иванович

Ведущая организация - ОАО «КБ Электроприбор», г. Саратов.

Защита диссертации состоится «17» июня 2005г. на заседании диссертационного совета Д 212.157.15 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) в аудитории Е-205 в 14 час. 30 мин. по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 13.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый Совет МЭИ

(ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан «_»

2005г.

Ученый секретарь диссертационног совета Д 212.157.15 к.т.н.,доцент

£ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Обязательной составной частью силовых установок автономных объектов, основанных на двигателях внутреннего сгорания или реактивных двигателях, являются системы запуска двигателя и генерации электрической энергии. Противоречивые требования к ним долгое время не позволяли использовать в качестве стартер-генератора одну электрическую машину. На сегодняшний день стартер и генератор автономного объекта в большинстве случаев являются различными по принципу действия электрическими машинами.

Одним из возможных вариантов решения данной проблемы стало развитие регулируемого вентильного привода, позволяющего, с одной стороны, повысить надежность системы, с другой, совместить характеристики стартера и генератора в одной электрической машине.

Вентильно-индукторные машины (ВИМ) - один из наиболее динамично развивающихся типов электромеханических преобразователей энергии. Представляя собой органическое единство полупроводникового преобразователя частоты, микропроцессорной системы управления и индукторной машины, они являются одновременно и электрической машиной, и интегрированной системой регулируемого электропривода.

Одним из направлений деятельности электротехнических компаний в настоящее время становится разработка гибридной установки на базе ВИМ. совмещающей в себе характеристики двигателя и генератора, - вентильно-ин-дукторный стартер-генератор (ВИСГ).

За последние годы зарубежными и отечественными электротехническими компаниями были достигнуты ощутимые результаты в области разработки ВИСГ. Однако, практическое использование этих электрических машин до сих пор весьма ограничено. Несмотря на достаточно большое число работ, посвященных разработке ВИСГ, многие вопросы в области их проектирования и исследования остались нерешенными.

Трудности, возникающие при проектировании ВИСГ, обусловлены сложностью процессов электромеханического преобразования энергии, происходящего в них. Резко несинусоидальный характер пространственного и временного распределения магнитного поля в отдельных элементах магнитной системы индукторной машины предопределяет принципиальную невозможность использования при проектировании ВИСГ традиционных подходов, основанных на предположении о синусоидальном характере распределении поля и использовании понятия универсальной машинной постоянной.

Таким образом, проблема создания методики проектирования и исследование ВИСГ как единой электрической машины является актуальной научно-технической задачей.

Цель и задачи работы. Целью данной диссертации является разработка рекомендаций по проектированию ВИСГ, методики и алгоритма проектирования. Для достижения поставленных целей в ходввыводнения работы потребовалось решить следующие задачи: | ^^иммотем''** I

| С1 ' О»

- провести анализ современного состояния и перспектив использования ВИМ в качестве стартер-генератора автономного объекта;

- рассмотреть принципы электромеханического преобразования энергии в ВИМ, находящейся в режиме двигателя и генератора и при совмещении данных режимов;

- разработать математические модели для исследования динамических и установившихся режимов ВИСГ;

- исследовать влияние изменения параметров магнитной цепи, обмоточных данных и напряжения питания на выходные характеристики ВИСГ;

- провести физическое моделирование на экспериментальном образце для верификации математической модели;

- разработать технические решения, позволяющие обеспечить требования, предъявляемые к ВИСГ.

Методы исследования. При выполнении работы были использованы аналитические и численные методы моделирования процессов в ВИСГ. Модели разрабатывались на основе теории магнитного поля, электромеханического преобразования энергии и теории электрических цепей с переменными параметрами. Расчет магнитных полей проводился с использованием метода конечных элементов. Для решения системы дифференциальных уравнений применялся метод Эйлера в сочетании с имитационным моделированием на основе алгебры логики и топологического анализа цепей. При реализации моделей были применены стандартные программные пакеты (MathCad, Femm, AutoCad, Eagle, Electronics Workbench, SciLab). Экспериментальные исследования проводились на разработанном опытном образце ВИСГ с использованием сопоставительного анализа.

Научная новизна работы заключается в разработке:

- методики проектирования ВИСГ как единой электрической машины, основанной на синтезе параметров магнитной цепи на базе исходных данных, позволяющей определить главные размеры и необходимые обмоточные данные, а также конфигурацию и размеры зубцовой зоны индукторной машины (ИМ) без проведения моделирования магнитного поля;

- математических моделей различной степени сложности для расчета динамических характеристик ВИСГ, позволяющих проводить исследования переходных процессов и статических режимов, а также регулировочных характеристик.

Практическую ценность представляют:

- рекомендации по выбору размеров, обмоточных данных и регулированию напряжения питания ВИСГ;

- рекомендации по оптимизации коммутации в стартерном и генераторном режимах;

- рекомендации по корректировке основных размеров, обмоточных данных и режимов коммутации с целью улучшения выходных характеристик-ВИСГ;

- результаты проектирования интегрированного вентильно-индуктор-ного стартер-генератора двигателя внутреннего сгорания легкового автомобиля.

Достоверность полученных результатов подтверждается результатами экспериментального исследования опытного образца ВИСГ.

Реализация результатов работы. Разработанные в рамках диссертационной работы математические модели и методика проектирования использовались для проектирования ВИСГ мощностью 4кВт легкового автомобиля, реализованного в ОАО "КБ Электроприбор" (г.Саратов), а также при выполнении работ по гранту фонда поддержки молодых ученых и преподавателей МЭИ по теме "Разработка вентильно-индукторного стартер-генератора автономных объектов".

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

- Х-ая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика". Москва. Россия. 2-3 марта 2004г.

- Х1-ая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика". Москва. Россия. 1-2 марта 2005г.

- Ш-я Международная научно-техническая конференция "Информационная техника и электромеханика" (ИТЭМ-2005). Луганск. Украина. 19-21 апреля 2005 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и состав диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 121 наименования и приложений. Основная часть работы изложена на 133 страницах, включает 68 рисунков и 2 таблицы.

На защиту выносятся основные положения:

1. Методика проектирования ВИСГ, включая рекомендации по выбору главных размеров, обмоточных данных и режимов коммутации.

2. Математические модели ВИСГ для расчета динамических характеристик ВИСГ, базирующиеся на аппроксимации кривых потокосцепле-ния и численном моделировании магнитного поля индукторной машины.

3. Результаты проектирования интегрированного вентильно-индукторного стартер-генератора двигателя внутреннего сгорания легкового автомобиля.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определена ее цель, сформулированы задачи исследования, намечены методы его проведения, отмечена научная новизна и практическая значимость работы, также дается ее общая характеристика.

В первой главе проводится обоснование выбора вентильно-индуктор-ного преобразователя энергии в качестве перспективного направления при создании стартер-генераторов автономных объектов. Проведен анализ состояния вопроса в области разработки вентильно-индукторных машин и стартер-генераторных устройств.

Поскольку и стартер и генератор силовой установки АО представляют собой электрические машины, то на протяжении всего времени их существования предпринимались попытки объединения двух систем в одной электрической машине. Первые такие попытки были предприняты еще с начала 30" годов XX века.

Прогрессивным решением использования стартер-генератора является его интегрированный вариант (ИСГ) для двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Стартер-генератор при этом размещается непосредственно на коленчатом валу двигателя. Данное техническое решение, наряду с ростом мощности генераторной установки, обеспечивает следующие преимущества по сравнению с традиционными системами:

- отказ от традиционно применяемого редуктора, выступающего маховиком ДВС, благодаря чему запуск двигателя происходит быстрее и с меньшим уровнем шума, а масса силовой установки снижается на 5-10%;

- отказ от ременной передачи позволяет значительно увеличить надежность системы за счет отказа от большого числа изнашиваемых частей, а также повысить мощность генераторной установки;

- реализация системы «старт-стоп», позволяющей экономить топливо во время остановки автомобиля;

- повышение экономии топлива до 20% и соответствующее снижение вредных выбросов в атмосферу при использовании генератора для рекуперации энергии при небольших ускорениях торможения;

- реализация режим бустера, в котором стартер работает как вспомогательный двигатель на высоких оборотах вращения и обеспечивает дополнительный момент на валу ДВС.

Проведенный сравнительный анализ основных типов электрических машин на роль ИСГ показывает перспективность использования вентильно-ин-дукторной машины в качестве интегрированного стартер-генератора.

По сравнению с другими типами электрических машин ВИМ обеспечивает следущие преимущества:

- высокую надежность, благодаря отсутствию вторичной обмотки, постоянных магнитов, а также сосредоточенной обмотке;

- низкую стоимость производства, благодаря высокой технологичности, и низкие эксплуатационные расходы;

- высокий пусковой момент в режиме стартера и высокую частоту генерируемого напряжения, что уменьшает пульсации выпрямленного напряжения в режиме генератора постоянного тока;

- требуемые характеристики в широком диапазоне частот вращения, обеспечиваемые бесконтактной цифровой системой управления.

Таблица 1

Сравнение стоимости и надежности различных типов электрических машин

1 * ! 1 I i 1 1 i 1 ° Тип электрической машины не-' § I i | пользуемой а качестве стартер- " i 3 1 и генератора постоянного тока , §" 1 в ' в Ь ! 1 1 в/ < 1 1 1 Ii 1 I ! i f. S j \ gif S i S3| l ■ i* Ifl i ' I 4iii ы oi Относительная надежность, %

1 Машина постояпного тока ' Нет ' Нет 1 Да j Коллекторный " , узел 53 43

Вентильная машина постоянного тока Да д» Нет ! Да i Her ! Конта<™ь,е | | | кольца 74 65 |

Вентильный машина постоянного тока с постоянными магнитами Да Her Да Бесконтактная 100 78

Синхронная машина Да Нет | Да Да Контактные кольца 7» 62

Синхронная машина с постоянными магнитами 1 Да | Да Нет | , Да ! Беоянганпдая 100 ' 7«

Асинхронная машина , Нет Да Нет | Весюшакпш ! 70 1 82 ;

Венткльно-иядукгорная машина Да 1 Нет Hei Нет | Бесконтактная 48 91

К недостаткам ВИМ следует отнести:

- худшие, по сравнению с остальными машинами, массогабаритные показатели;

- относительно большие пульсации момента и связанные с этим повышенные шумы и вибрация.

Рис. 1 Структурная схема блока управления ВИМ.

Во второй главе приведены общие сведения о вентильно-индукторных стартер-генераторах автономных объектов, системе управления, алгоритмах коммутации, а также рассмотрены вопросы преобразования энергии ВИМ, находящейся в режиме двигателя и генератора.

Вентильно-индукторная машина представляет собой совокупность электромеханического преобразователя энергии, индукторной машины (ИМ), и электронного блока управления (рис. 1), состоящего из:

- блока управления коммутацией;

- электронного коммутатора фаз;

- датчиков тока и положения ротора, образующих обратные связи по току и положению, соответственно.

Индукторная машина неспособна производить непрерывное электромеханическое преобразование энергии без электронного блока управления. ИМ состоит из шихтованного статора и ротора, сердечники которых имеют явнопо-люсную структуру. Обмотка статора выполняется сосредоточенной, катушечной, обмотка на роторе ИМ отсутствует.

Принцип действия ИМ основан на реактивном взаимодействии зубцов статора и ротора. Под действием магнитного поля, созданного током, протекающим по катушками статора, зубцы ротора стараются занять положение, соответствующее максимальному значению сцепленного с ними магнитного потока.

Механическая характеристика ВИМ в двигательном режиме без применения специальных алгоритмов регулирования сходна с механической характеристикой ДПТ с последовательным возбуждением, что обеспечивает требуемый высокий пусковой момент стартера, ограниченный, практически, только максимально допустимым значением тока.

Отличительной особенностью ВИСГ являются требования, накладываемые автономностью силовой установки. Помимо широкого диапазона скоростей вращения как в режиме стартера, так и в режиме генератора, должно обеспечиваться перекрытие данных диапазонов, что усложняет процесс проектирования (рис. 2). Дополнительные трудности при создании стартер-генераторов состоят в низком напряжении питания (6...42В) и ограничении пускового тока, вызванного опасностью повреждения аккумуляторных батарей.

Непрерывное преобразование энергии в ВИМ достигается за счет последовательной коммутации фаз в соответствии с данными датчика положения ротора. Переход из двигательного режима в генераторный осуществляется смещением момента начала коммутации в область согласованного положения фазы. При этом этап подачи положительного напряжения в генераторном режиме соответствует этапу возбуждения, а этап гашения магнитного поля в двигательном режиме (подача отрицательного напряжения) - этапу генерации электрической энергии (рис.3). Взаимное положение статора и ротора характеризуется углом у (за у=О принимается рассогласованное положение зубцов).

область двигательного режима

I_I

область генераторного режима

Рис. 2 Диапазоны рабочих скоростей ВИСГ

а) двигательный режим; б) генераторный режим.

Особенностью генераторного режима ВИМ является отсутствие отдельной обмотки возбуждения. Ее роль часть периода коммутации выполняет обмотка статора, что позволяет уменьшить габаритные размеры и увеличить КПД генератора. Такое использование обмотки статора имеет свои недостатки. При высокой скорости вращения период коммутации фазы уменьшается, что приводит к уменьшению мощности возбуждения, передаваемой в обмотку. Мощность генератора при этом, вопреки ожидаемому увеличению, с ростом скорости падает. Данный эффект особенно хорошо заметен при низком напряжении питании.

Распределение энергии в ВИСГ имеет более сложный характер, чем в традиционных электрических машинах, что связано, в первую очередь, с разделением во времени функций обмотки статора. Так, возбуждение генератора возможно за счет преобразования механической энергии, а энергия, выделяющаяся при гашении магнитного поля стартерного режима, идет на создание магнитного поля в соседних фазах. Таким образом, В ИМ в режиме двигателя может часть времени находиться в генераторном режиме и наоборот.

Часть энергии, поступившей в ВИМ, идет только на создание магнитного поля. При этом данная энергия циркулирует по системе, уменьшаясь только на величину потерь. Как показали проведенные исследования, в генераторных режимах на низких оборотах мощность данного вида энергии может в несколько раз (3-5) превосходить номинальную мощность, что ведет к уменьшению КПД и росту мощности преобразователя, поскольку вся она проходит через его элементы.

Дополнительные трудности при рассмотрении процессов преобразования энергии возникают в низкоскоростных режимах, когда коммутация фазы осуществляется непрерывным чередованием этапов с большой частотой на всем периоде коммутации. Баланс энергии ВИМ может быть составлен только на основе мгновенных значений мощностей и для одного периода коммутации может быть записан следующим образом:

][ит*)-М2<гф+ллч№6£-Ми>. (1)

В третьей главе приведены основные положения и специфика проектирования ВИСГ. Проведен анализ влияния главных размеров, обмоточных данных, напряжения питания, конфигурации магнитной системы на выходные характеристики ВИСГ. Описана методика, алгоритм и пример проектирования, основанный на синтезе параметров магнитной цепи.

Поскольку ВИСГ представляет собой сочетание двух электрических машин в одном корпусе, то его проектирование должно вестись одновременно и как стартера, и как генератора. По сути, проектирование ВИСГ представляет собой проектирование, в первую очередь, ИМ, а затем - соответствующего ему электронного блока управления.

Проектируемая электрическая машина должна удовлетворять следующим требованиям:

- развивать требуемый пусковой момент при старте Мтах ;

- потреблять при этом ток не более ;

- обеспечивать номинальную мощность генератора Риомг в диапазоне скоростей вращения от Отт до Отах ;

- во всем диапазоне скоростей обеспечивать мощность в бустерном режиме не менее Ртмдв ;

- тепловые нагрузки должны выбираться из учета продолжительного режима - генераторного;

- напряжение питания должно соответствовать применяемому типу аккумуляторных батарей и тк ;

- номинальное напряжение генератора должно превышать напряжение аккумуляторных батарей для их устойчивого заряда.

На основе дифференциального уравнения тока фазы (2) может быть проведена качественная оценка влияния основных параметров магнитной системы, обмоточных данных и напряжения питания на выходные характеристики ВИСГ.

д¥

±=_!_Зу_> о (2)

л Ш

Основное влияние на развиваемую мощность оказывает одна из составляющих ЭДС фазы - производная потокосцепления по положению д¥(ду . Ее увеличение может быть получено увеличением активной длины машины или числа витков фазы ИМ. Это ведет к росту мощности генератора и сужению его скоростного диапазона, к уменьшению мощности в бустерном режиме и увеличению пускового момента в стартерном режиме. Уменьшение производной потокосцепления по положению повышает мощность в бустерном режиме и ведет к снижению пускового момента и выходной мощности генератора с одновременным расширением диапазона его рабочих скоростей.

Сложность проектирования ВИСГ заключается в необходимости обеспечения трех различных режимов, с противоречивыми требованиями, предъявляемыми к магнитной системе и обмотке. Преодоление этих противоречий возможно увеличением подаваемого напряжения в высокоскоростных режимах работы ВИСГ.

Предлагаемая методика проектирования базируется на синтезе параметров магнитной цепи.

Энергетическая диаграмма интегрального типа (рис. 4) определяет среднюю величину механической энергии на интервале коммутации как площадь четырехугольника ОАВС. Она может быть определена по заданному значению пускового момента.

50 АВС=Мтах^Г 0)

Из условий, налагаемых на д¥1ду , может быть получена требуемая разность потокосцеплений У тт и ¥„,„ при принятой конфигурации магнитной системы. Таким образом, синтез параметров магнитной цепи на основе исходных проводится с помощью энергетической диаграммы с заданными свойствами.

Рис. 4 К синтезу параметров магнитной системы.

В дальнейшем, исходя из данных о материале магнитопровода, определяют требуемые обмоточные данные (4) и соотношение главных размеров (5).

(4)

»О ^нас

Проектирование зубцовой зоны ИМ проводится по полученным значениям главных размеров с учетом выработанных рекомендаций к структуре зубцовой зоны ИМ. При этом должно учитываться следующее:

- Уменьшение воздушного зазора способствует повышению эффективности электромеханического преобразования, однако при использовании ВИСГ в качестве ИСГ необходимо учитывать выработку подшипниковых узлов коленчатого вала ДВС.

- Высота полюса и ярма оказывают влияние на резонансные частоты колебаний ВИСГ. С целью улучшения виброаккустических характеристик следует стремиться к снижению высоты полюса и увеличению высоты ярма.

- Диаметр обмоточного провода должен выбираться из условий работы генератора, как наиболее продолжительного режима и условий охлаждения.

- Элементная база коммутатора должна быть рассчитана на частоту коммутации в 50...100 раз, в зависимости от точности регулирования, превосходящую частоту коммутации на максимальной скорости вращения для обеспечения режима ограничения тока и поддержания тока возбуждения генератора.

В конце главы приведен алгоритм и результат проектирования ВИСГ ( Р„омг=4 кВт V =42 В , Рюмд= 2,5 кВт и „=36 В , Мтах= 125 Нм ) для ДВС легкового автомобиля.

В четвертой главе рассматриваются математические модели, базирующиеся на аппроксимации характеристик намагничивания и численном моделировании магнитного поля ИМ.

Общепринятой математической модели (ММ) для расчета электромагнитных процессов в ВИМ не существует. Наиболее общее математическое описание электромеханических процессов преобразования энергии в электрической машине может быть представлено на основе уравнений для участка электрической цепи, содержащей переменные параметры, дополненных уравнениями состояния механической системы.

Основу математических моделей, содержащую сведения о магнитной системе ИМ, составляет зависимость потокосцепления фазы от пространственного положения и тока. В общем случае потокосцеготение также зависит от от влияния на данный контур остальных контуров магнитной системы.

Решение задачи определения зависимости потокосцепления фазы может быть найдено приближенными методами - аппроксимацией кривых намагничивания, либо численным моделированием магнитного поля ИМ.

В работе приведены методы получения характеристик намагничивания фазы ИМ, базирующиеся на Fröhlich аппроксимации зависимости потокосцепления от углового положения ротора. Хорошие результаты также показывает аппроксимация с помощью функции нормального распределения вероятности /{х,ц,а) . Для их реализации требуется определение зависимости потокосцепления фазы от тока только для согласованного и рассогласованного положений, что позволяет сократить число расчетов магнитной цепи.

К сожалению, несмотря на хорошую точность данных методов при малых насыщениях магнитопровода (рис.5,6), в насыщенных режимах они дают большое расхождение, особенно в значении производной потокосцепления по углу, что приводит к ошибкам вычисления развиваемого момента и ЭДС. Данные методы моделирования находят свое применение при проведении предварительного проектирования, поскольку позволяют провести анализ большого числа конфигураций магнитной системы за относительно короткий отрезок времени.

Рис. 5 Зависимость индуктивности фазы ИМ от углового положения.

Рис. 6 Зависимость производной индуктивности фазы ИМ по положению от

углового положения.

Рис. 7 Потокосцепление фазы по результатам моделирования магнитного поля

ИМ конфигурации 18/12.

Вторым способом получения данных о магнитной системе ИМ являются численные методы моделирования магнитного поля - методы конечных элементов (FEM) и конечных разностей (FDM). Математические модели, базирующиеся на данных методах, являются более точными, но требуют больше вычислительных ресурсов.

В главе приведена разработанная программа на языке LuaScript для программного комплекса Femm, позволяющая получить зависимость потокосцеп-

ления фазы и электромагнитного момента от углового положения и тока, моделированием магнитного поля методом конечных элементов (рис.7). Проведен анализ результатов математического моделирования спроектированного в третьей главе ВИСГ и их сравнение со сформулированными теоретическими положениями.

М,Нм

200

180 160

140 120 100 80 60 40 20

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Í1, об/мин

Рис. 8 Результаты моделирования переходного процесса пуска ВИСГ.

1- мгновенное значение механического момента;

2- среднее значение механического момента;

3- механического момент, соответствующий мощности 2,5кВт.

Результаты математического моделирования спроектированного стартер-генератора подтверждают, что он удовлетворяет поставленным требованиям (рис. 8). На рис. 9 приведены зависимости тока, механического момента и потокосцепления фазы от времени.

С целью определения путей увеличения мощности проведено моделирование разработанного стартер-генератора при различных изменениях его конструкции (рис. 10), подтвердившие выдвинутые ранее положения о влиянии основных размеров, обмоточных данных, напряжения и режимов коммутации на выходные характеристики стартера.

Также приведены результаты моделирования генераторного режима (рис. 11) и его регулировочные характеристики (рис. 12). Разработанный генератор удовлетворяет заданным требованиям, обеспечивая номинальную мощность и высокий КПД во всем требуемом диапазоне скоростей вращения.

-А —! btíif 1 / /

i f

*— i fit •"tW

i -\ \ \ Ib

i H k Щ m - —

мВб М,Нм 1, А

250 25 250

200 20 200

150 15 150

100 10 100

50 5 50

ООО

04495 045 04505 0451 04515 0452 04525 0453 04535 0454 04545 0455 1, с

Рис. 9 Зависимость основных величин от времени при скорости вращения

1375 об/мин.

1 - ток фазы; 2 - механический момент, развиваемый фазой;

3 - напряжение питания, подаваемое на обмотку фазы;

4 - потокосцепление фазы.

М,Нм 350

300

250 200 И0 100 50

0 200 400 6110 800 1000 1200 1400 1600 ¡ 800 2000 2200 2400

О. об/мин

Рис. 10 Механические характеристики различных исполнений ВИСГ.

1 - основное исполнение ( U„m=36B , w=55 , /¿=50 мм );

2 - повышенное напряжение питания ( Umm=72 В );

3 - увеличенная активная длина ( 'б=Ю0 мм );

4 - увеличенное число витков ( w=77 ).

—^

л 3

\ / 4

- 2

1

Я аб'иин

Рис. 11 Зависимость выходных характеристик от скорости. 1 - КПД; 2 - выходная мощность генератора; 3 - выходное напряжение; 4 - мощность возбуждения.

Рис. 12 Зависимость выходной мощности генератора от предельного тока возбуждения и скорости вращения.

Щ>Г/

эксперимент характеристика

8 0 015b

0 0051-

N

У-22,5

^Г— ' \

xj^ расч характеристика

Ток катушки, А

Рис. 13 Опытный образец В ИМ и характеристики намагничивания фазы ИМ

rf (К* ff* Г

s

®

я 1

О

п 4

о ооо1 о.опг ода ооо4 ода особ Время ъс

Рис 14 Осциллограмма ЭДС фазы на скорости рис. 15 Расчетное значение ЭДС на скорости 2200 об/мин (5В/дел.) вращения 2200 об/мин.

Выполнена верификация результатов математического моделирования на опытном образце ВИМ конфигурации 6/8 (рис.13), подтверждающая адекватность созданной математической модели.

Превышение экспериментальной характеристики намагничивания (рис.13) над расчетной объясняется тем, что при расчете магнитного поля не учитывается поле рассеяния лобовых частей. Моделирование магнитного поля методом конечных элементов проводилось в предположении о его плоскопа-раллельности, отсутствии краевых эффектов, что не учитывает, особенно при относительно малой длине магнитопровода, лобового рассеяния обмоток.

На рис. 14-16 приведены расчетные значения тока и ЭДС фазы, а также экспериментальные результаты.

Рис. 15 Осциллограмма тока фазы на скорости 2200 об/мин (1,5А/дел.)

Я з

1

\ л

\

\ ! \

/ \ 1 \

\ \

\ 1 \

О 0,001 0,002 0,003 0,004 0 005 0,006 Время t,с

Рис. 16 Расчетное значение тока фазы на скорости вращения 2200 об/мин.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В ходе выполнения работы получены следующие результаты:

1. Разработана методика проектирования вентильно-индукторного стартер-генератора (ВИСГ), которая может использоваться на этапе предварительного проектирования. Она включает в себя рекомендации по выбору главных размеров, обмоточных данных, режимов управления для совмещения режимов стартера и генератора в одной вентильно-ин-дукторной машине (ВИМ).

2. Проведен анализ влияния главных размеров, обмоточных данных, напряжения питания и конфигурации магнитной системы на выходные характеристики ВИСГ, позволяющий корректировать полученные в ходе проектирования данные для получения оптимальных результатов.

3. Создана математическая модель ВИСГ на основе аппроксимации характеристик намагничивания (быстрая математическая модель). Модель реализована в среде МаЙСаё и может производить быстрые поверочные расчеты выбранных в ходе проектирования конфигураций ИМ и анализ переходных процессов в ВИСГ при различных режимах работы.

4. Создана математическая модель ВИСГ на основе моделирования магнитного поля в ИМ методом конечных элементов. Модель реализована в программном комплексе РЕММ. Для этих целей создана программа на языке ЬиаБспр!, позволяющая для любых конфигураций ИМ получать зависимости потокосцепления фазы и механического момента в зависимости от углового положения и тока.

5. Проведено экспериментальное подтверждение адекватности созданной математической модели на разработанном для этих целей изготовленном и испытанном опытном образце.

#-8465

6. Выполнено проектирование и расчет ВИСГ мощностью 4кВт для легкового автомобиля, показавшее перспективность применения ВИМ в качестве стартер-генератора. Результаты проектирования и расчетов переданы в ОАО "КБ Электроприбор" для создания опытного образца, его испытания и внедрения.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях

1. Кузнецов В.А., Николаев В.В. Вентильно-индукторный стартер-генератор // Пращ Луганьского ввддшешя МжнародноТ академп шформатизацп, 2004, №2(9)-С. 104-109.

2. Кузнецов В.А., Николаев В.В. Стратегия проектирования вентильно-индукторного стартер-генератора // Электротехника, 2005, №4 -С .46-50.

3. Николаев В.В. Исследование режимов работы вентильно-индукторно-го стартер-генератора // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика : Тез. докл. XI-ой международной науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. В 3-х томах. 1-2 марта 2005г. - М.: Изд-во МЭИ, 2005. -Т.2 -С. 28-29.

4. Николаев В.В. Концепция интегрированного стартер-генератора // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика : Тез. докл. XI-ой международной науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. В 3-х томах. 1-2 марта 2005г. -М.: Изд-во МЭИ, 2005. -Т.2 -С. 29-30.

5. Николаев В.В., Кузьмичев В.А. Разработка вентильно-индукторного стартер-генератора // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. Х-ой межд. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. В 3-х т. 2-3 марта 2004г. - М.: Изд-во МЭИ, 2004. - Т.2. - С.26.

6. Николаев В.В., Рыбников В.А. Разработка интегрированного стартер-генератора на основе вентильно-индукторной машины //Электричество, 2005, №5 -С .32-38.

РНБ Русский фонд

Подписано в печатьЬсИ'Обълк. Тир. Ю0 П.л. ш Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д.13

Введение.

Глава 1. Перспективы применения вентильно-индукторного стартер-генератора в автономных объектах.

1.1. Анализ разработок стартер-генераторных устройств.

1.1.1. История применения стартер-генераторных устройств.

1.1.2. Концепция интегрированного стартер-генератора.

1.2. Основные типы электрических машин для стартер-генераторного устройства автономного объекта.

1.3. Состояние вопроса в области разработки вентильно-индукторных машин и стартер-генераторных устройств.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Вентильно-индукторный стартер-генератор. Общие сведения.

2.1. Описание конструкции и принципа действия вентильно-индукторной машины.

2.1.1. Общие сведения о вентильно-индукторной машине.

2.1.2. Принцип действия индукторной машины.

2.2. Стартёр-генераторное устройство на базе вентильно-индукторной машины.

2.2.1. Выходные характеристики вентильно-индукторного стартер-генератора.

2.2.2. Особенности конструкции и режимов работы вентильно-индукторного стартер-генератора.

2.3. Алгоритм управления вентильно-индукторным стартер-генератором.

2.3.1. Система и алгоритм управления вентильно-индукторным стартер-генератором.

2.3.2. Магнитное поле индукторной машины.

2.4. Электромеханическое преобразование энергии в вентильно-индуктор-ном стартер-генераторе.

2.4.1. Баланс энергии и мощности вентильно-индукторного стартер-генератора.

2.4.2. Определение мгновенного значения вращающего момента и тока вентильно-индукторного стартер-генератора.

2.4.3. Энергетическая диаграмма интервала коммутации фазы индукторной машины.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Методика проектирования вентильно-индукторного стартергенератора двигателя внутреннего сгорания.

3.1. Основные положения при проектировании вентильно-индукторного стартер-генератора.

3.2. Анализ влияния основных параметров на выходные характеристики проектируемого стартер-генератора.

3.2.1. Влияние главных размеров, обмоточных данных и напряжения питания стартер-генератора.

3.2.2. Влияние конфигурации магнитной системы.

3.3. Методика проектирования вентильно-индукторного стартер-генератора.

3.3.1. Синтез параметров магнитной системы индукторной машины на основе исходных данных.

3.3.2. Определение главных размеров и обмоточных данных индукторной машины.

3.3.3. Проектирование зубцовой зоны индукторной машины.

3.3.4. Расчет магнитной цепи индукторной машины.

3.3.5. Выбор элементной базы электронного коммутатора фаз.

3.4. Алгоритм проектирования вентильно-индукторного стартер-генератора ДВС.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Математическая модель для анализа электромагнитных процессов в вентильно-индукторном стартер-генераторе.

4.1. Выбор метода математического моделирования.

4.2. Математическая модель стартер-генератора на базе вентильно-индук-торной машины.

4.2.1. Быстрая математическая модель.

4.2.2. Уточненная математическая модель вентильно-индукторного стартер-генератора.

4.3. Анализ результатов математического моделирования вентильно-индукторного стартер-генератора.

4.3.1. Стартерный режим.

4.3.2. Генераторный режим.

4.4. Верификация данных полученных с помощью математического моделирования.

Выводы по главе 4.

В настоящее время невозможно представить себе мир без средств передвижения. В течение всего времени их существования человечество вкладывало передовые инженерные и научные разработки в создание более безопасных, комфортных и быстрых средств передвижения. Современный автомобиль, самолет или морское судно являют собой средоточие всех новых идей и знаний в различных областях науки.

Основой любого автономного объекта (АО) является силовая установка. В основном, за редким исключением, в таких объектах применяются двигатели внутреннего сгорания или реактивные установки. Реже применяются установки с химическим источником энергии (топливные элементы) или атомным. Назначение силовой установки — обеспечение объекта электрической или механической энергией для поддержания его способности длительно выполнять свои функции без привязки к определенному положению в пространстве.

Обязательной составной частью силовых установок, основанных на двигателях внутреннего сгорания или реактивных двигателях, являются системы запуска двигателя и генерации электрической энергии. Вполне естественным желанием конструктора является снижение массы силовой установки за счет комбинирования этих двух систем в одном устройстве - электрической машине. Однако противоречивые требования к системе запуска двигателя и генерации электроэнергии долгое время не позволяли использовать в качестве стартер-генератора одну электрическую машину. До сегодняшнего дня стартер и генератор автономного объекта в большинстве случаев являются различными по принципу действия электрическими машинами.

Одним из возможных вариантов решения данной проблемы стало развитие регулируемого вентильного привода, позволяющего, с одной стороны, повысить надежность системы запуска и генерации электроэнергии, с другой, совместить характеристики стартера и генератора в одной электрической машине.

Вентильно-индукторные машины (ВИМ) — один из наиболее динамично развивающихся типов электромеханических преобразователей энергии. Представляя собой органическое единство полупроводникового преобразователя частоты, микропроцессорной системы управления и индукторной машины, они являются одновременно и электрической машиной, и интегрированной системой регулируемого электропривода.

Вентильно-индукторный преобразователь энергии хорошо зарекомендовал себя в двигательном режиме и в настоящее время ведется разработка генераторов для специальных установок на основе вентильно-индукторных машин.

Одним из направлений деятельности электротехнических компаний становится гибридная установка на базе ВИМ, совмещающая в себе характеристики двигателя и генератора, — вентильно-индукторный стартер-генератор (ВИСГ). Использование в качестве стартер-генератора автономного объекта ВИМ является перспективным направлением, поскольку вентильно-индуктор-ная машина имеет более простую конструкцию, благодаря чему она исключительно надежна, долговечна и технологична; хорошо приспособлена для работы во взрывоопасных и агрессивных средах при повышенной температуре. Важной особенностью вентильно-индукторной машины является отсутствие обмотки на роторе, что существенно повышает ее надежность и снижает стоимость по сравнению с другими видами вентильного электропривода. По экономическим показателям ВИСГ не уступают своим основным конкурентам: приводам на основе синхронной, асинхронной машины и машины постоянного тока.

Наличие в структуре машины микропроцессорной системы управления позволяет оптимизировать характеристики двигателя под конкретную нагрузку, что обеспечивает высокие энергетические характеристики системы привода.

Основная область применения ВИСГ - энергетические установки, требующие запуска от электрической машины и генерирующие электроэнергию. К данному классу устройств относятся двигатели внутреннего сгорания, дизельгенераторные установки, реактивные двигатели. Так, в двигателе внутреннего сгорания ВИСГ может заменить не только стартер и генератор, но и выполнять функции маховика, а также позволяет избавиться от некоторых механических передач, что повышает надежность всей системы в целом. Также существует огромный класс перспективных объектов, где возможна установка стартер-генератора — мобильные объекты, использующие электрическую энергию непосредственно для движения. Установка на них стартер-генератора позволит производить рекуперацию энергии, что значительно увеличит время автономной работы всей установки.

Это объясняет существующий повышенный интерес к данному типу электрических машин зарубежных и отечественных автомобилестроительных компаний. За последние годы ими были достигнуты ощутимые результаты в области исследования и проектирования ВИСГ. Однако, несмотря на все усилия, практическое использование этих электрических машин до сих пор весьма ограничено.

Трудности, возникающие при проектировании ВИСГ, обусловлены сложностью процессов электромеханического преобразования энергии, происходящего в них. Резко несинусоидальный характер пространственного и временного распределения магнитного поля в отдельных элементах магнитной системы индукторной машины предопределяет принципиальную невозможность использования при проектировании ВИСГ традиционных подходов, основанных на предположении о синусоидальном характере распределении поля и использовании понятия универсальной машинной постоянной.

Основополагающими в области разработки и исследования электромеханических систем на базе ВИМ являются труды Бута Д.А., Бычкова М.Г., Кузнецова В.А., Кузьмичева В.А., Матвеева А.В., Миллера Т. Г. Е. Однако, вопрос генераторного режима ВИМ в работах данных авторов практически не освещается.

Вопросами проектирования ВИСГ занимались, в основном, иностранные авторы: A. de Veies, Drager В.Т., Edrington C.S., Fahimi B.A., Ferreira C.,

Gabriel Gallegos-Lopez, Jones S.R., Ritcher E.

Несмотря на достаточно большое число работ, посвященных исследованию ВИСГ, многие вопросы в области проектирования стартер-генераторов на базе ВИМ остались нерешенными. В частности, не исследованы принципы электромеханического преобразования энергии при совмещении двигательного и генераторного режимов в ВИМ, а также вопросы влияния главных размеров, обмоточных данных и конфигурации магнитной системы на характеристики стартера и генератора. До настоящего времени не существует методики проектирования ВИСГ как единой электрической машины.

Цель и задачи работы. Целью данной диссертации является разработка рекомендаций по проектированию ВИСГ, методики и алгоритма проектирования. Для этого поставлены следующие задачи:

1. Провести анализ современного состояния и перспектив использования ВИМ в качестве стартер-генератора автономного объекта.

2. Рассмотреть принципы электромеханического преобразования энергии в ВИМ находящейся в режиме двигателя и генератора и при совмещении данных режимов.

3. Разработать математические модели для исследования динамических и установившихся режимов ВИСГ.

4. Исследовать влияние изменения параметров магнитной цепи, обмоточных данных и напряжения питания на выходные характеристики ВИСГ.

5. Провести физическое моделирование на экспериментальном образце для верификации математической модели.

6. Разработать технические решения, позволяющие обеспечить требования, предъявляемые к ВИСГ.

Методы исследования. При выполнении работы были использованы аналитические и численные методы моделирования процессов в ВИСГ. Расчет магнитных полей проводился с использованием метода конечных элементов, для решения системы дифференциальных уравнений применялся метод Эйлеpa. Модели разрабатывались на основе теории магнитного поля, электромеханического преобразования энергии. При их реализации были применены стандартные программные пакеты (MathCad, Femm, AutoCad, Eagle, Electronics Workbench, SciLab). Экспериментальные исследования проводились на разработанном опытном образце ВИСГ.

Научная новизна работы заключается в разработке:

- методики проектирования ВИСГ, основанной на синтезе параметров магнитной цепи и обмоточных данных на базе исходных данных, позволяющей определить главные размеры и необходимые обмоточные данные индукторной машины (ИМ) без проведения моделирования магнитного поля;

- математических моделей различной степени сложности для расчета динамических характеристик ВИСГ, позволяющих исследовать работу ВИСГ в любых режимах.

Практическую ценность представляют:

- рекомендации по выбору размеров, обмоточных данных, регулированию напряжения питания и выбору режимов коммутации ВИСГ;

- рекомендации по корректировке основных размеров, обмоточных данных и режимов коммутации с целью изменения выходных характеристик ВИСГ;

- результаты проектирования интегрированного вентильно-индукторного стартер-генератора двигателя внутреннего сгорания легкового автомобиля.

Достоверность полученных результатов подтверждается результатами экспериментального исследования опытного образца ВИСГ.

На защиту выносятся основные положения.

1. Методика проектирования ВИСГ, включая рекомендации по выбору главных размеров, обмоточных данных и режимов коммутации.

2. Математическая модель ВИСГ для расчета динамических характеристик ВИСГ, базирующаяся на аппроксимации кривых потокосцепле-ния и численном моделировании магнитного поля ИМ.

3. Результаты проектирования интегрированного вентильно-индукторного стартер-генератора двигателя внутреннего сгорания легкового автомобиля.

Реализация результатов работы. Разработанные в рамках диссертационной работы математические модели и методика проектирования использовались для проектирования ВИСГ легкового автомобиля мощностью 4кВт, реализованного в ОАО "КБ Электроприбор" (г.Саратов), а также при выполнении работ по гранту фонда поддержки молодых ученых и преподавателей МЭИ по теме "Разработка вентильно-индукторного стартер-генератора автономных объектов".

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

- Х-ая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика". Москва. Россия. 2-3 марта 2004г.

- XI-ая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика". Москва. Россия. 1-2 марта 2005г.

- Ш-я Международная научно-техническая конференция "Информационная техника и электромеханика" (ИТЭМ-2005). Луганск. Украина. 19-21 апреля 2005 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и состав диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 121 наименования и приложений. Основная часть работы изложена на 133 страницах, включает 68 рисунков и 2 таблицы.

Выводы по главе 4

1. Результаты проведенного математического моделирования подтверждают сформулированные в главе 3 подходы к проектированию стартер-генераторов, что позволяет использовать сформулированные рекомендации при проектировании ВИСГ.

2. Путем математического моделирования подтверждено численное влияние главных размеров, обмоточных данных и напряжения питания на выходные характеристики ВИСГ.

3. Проведен поверочный расчет спроектированного ВИСГ, подтверждающий корректность предложенного метода проектирования.

4. Получены регулировочные характеристики ВИСГ в генераторном режиме, позволяющие оптимизировать энергетические показатели ВИСГ.

5. Физическое моделирование процессов в ВИСГ подтверждает адекватность созданной математической модели, которая может использоваться для проведения поверочного расчета при проектировании ВИСГ.

6. Для более точного моделирования магнитного поля в ИМ требуется производить учет лобового рассеяния обмоток и влияния конструктивных элементов (вала, корпуса статора) на характер магнитного поля. С этой целью возможно использование трехмерных математических моделей, основанных на методе конечных элементов.

Заключение

В ходе выполнения работы получены следующие результаты:

1. Разработана методика проектирования ВИСГ, которая может использоваться на этапе предварительного проектирования. Она включает в себя рекомендации по выбору главных размеров, обмоточных данных, режимов управления, и позволяет совместить режимы стартера и генератора в одной ВИМ.

2. Проведен анализ влияния главных размеров, обмоточных данных, напряжения питания и конфигурации магнитной системы на выходные характеристики ВИСГ, позволяющий корректировать полученные в ходе проектирования данные для получения оптимальных результатов.

3. Создана математическая модель ВИСГ на основе аппроксимации характеристик намагничивания (быстрая математическая модель). Модель реализована в среде MathCad и позволяет производить быстрые поверочные расчеты выбранных в ходе проектирования конфигураций ИМ и анализ переходных процессов в ВИСГ при различных режимах работы.

4. Создана математическая модель ВИСГ на основе моделирования магнитного поля в ИМ методом конечных элементов. Модель реализована в программном комплексе FEMM. Для этих целей создан алгоритм на языке программирования LuaScript, позволяющий для любых конфигураций ИМ получать зависимости потокосцепления фазы и механического момента в зависимости от углового положения и тока.

5. Проведено экспериментальное подтверждение адекватности созданной математической модели на разработанном для этих целей опытном образце.

6. Выполнено проектирование и расчет ВИСГ мощностью 4кВт для легкового автомобиля, показавшее перспективность применения ВИМ в качестве стартер-генератора. Результаты проектирования и расчетов переданы в ОАО "КБ Электроприбор" для создания опытного образца, его испытания и внедрения.

1. Анисимов В.М. Электромеханические стартер-генераторные системы автомобильных транспортных средств: Дисс. . докт. техн. наук: Самара, 2004 — 367 с.

2. Аракелян А.К. Афанасьев А.А. Вентильные электрические машины и регулируемый электропривод. В 2-х кн. Кн.1. М.:Энергоатомиздат, 1997 -509с.: ил.

3. Аракелян А.К. Афанасьев А.А. Вентильные электрические машины и регулируемый электропривод. В 2-х кн. Кн.2. М.:Энергоатомиздат, 1997 -498с.: ил.

4. Аракелян А.К., Глухенький Т.Г. Определение положения ротора в высокоскоростных бездатчиковых вентильно-индукторных электроприводах // Электрическтво, 2003, №4 -С .27-30

5. Балагуров В.А. Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 280 е.: ил.

6. Беляков А.И. Ассиметричные электрохимические конденсаторы, "Электрохимические конденсаторы и гибридные источники энергии", под ред. Р.Бродд, по материалам международного симпозиума электрохимического общества, 2002-7, -С. 121, ISBN 156677-325-3.

7. Беляков А.И., Асимметричные электрохимические конденсаторы. Рефераты 201-го Симпозиума Электрохимического Общества (Vol. 2002-1, № 217), 12-17 мая, 2002г., Филадельфия, Пенсильвания,1. США.

8. Бут Д.А. Модификации вентильно-индукторных двигателей и особенностей их расчетных моделей // Электричество, 2000, №7. -С.34-44.

9. Бут Д.А. Электромеханика сегодня и завтра // Электричество, 1995, №1. —С.2-10.

10. Бут Д. А., Чернова Е.Н. Линейные вентильно-индукторные двигатели // Электричество, 1999-2000, №12-1 С.32-41, 39-42.

11. Бычков М.Г. Основы теории, управления и проектирования вентильно-индукторного привода: Дисс. . д-ра. техн. наук. М.: МЭИ, 1999.-372 с.

12. Бычков М.Г., Дроздов П.А. Экспериментальное исследование характеристик вентильно-индукторного электропривода малых транспортных средств // Труды МЭИ. Электропривод и системы управления. 2000, Вып. 676. С.47-57.

13. Гаинцев Ю.В. Еще раз о вентильно-индукторном электроприводе // Электротехника, 1998, №6. С.25-27.

14. Глухенький Т.Г. Разработка и исследование бездатчиковых систем управления вентильно-индукторными электродвигателями: Дисс. . канд. техн. наук. — Чебоксары: Чувашский гос. ун-тет, 2004. 137с.

15. Демирчян К.С., Солнышкин Н.И. Расчет трехмерных магнитных полей методом конечных элементов. //Изв. АН СССР. Энергетива и транспорт. -1975. №5. -С.28-35.

16. Дж. Холл, Дж. Уатт и др. Современные численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений: Пер. с англ. М.: Мир, 1979-312с.

17. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: Учебник для вузов. М.: Энергия, 1980.- 928 е., ил.

18. Иванов-Смоленский А.В. Электромагнитные силы и преобразование энергии в электрических машинах. -М.: Высш. шк., 1989. — 312с.

19. Иванов-Смоленский А.В., Абрамкин Ю.В., Власов А.И., Кузнецов В.А. Универсальный метод расчета электромагнитных процессов в электрических машинах / Под редакцией Иванова-Смоленского А.В. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 216 е.: ил.

20. Извеков В.И., Кузнецов В.А. Вентильные электрические двигатели. — М: Изд-во МЭИ, 1998. 60 е., ил.

21. Ильинский Н.Ф. Перспективы применения вентильно-индукторного электропривода в современных технологиях // Электротехника, 1997, № 1. — с. 1 -2.

22. Интеграция электрохимических конденсаторов в бортовые электронные системы автомобилей. А.И. Беляков, 1999-Автомобильные электронные системы Европейская конференция и выставка (материалы конференции), 9-10 июня 1999 г., Ковентри, Великобритания.

23. Каппель А.И. Стартер генераторы колен-валового типа (KSG). Основа будущих концепций. Издательство "Expert", ФРГ, 1999 -120с.

24. Коломейцев Л.Ф., Пахомин С.А. О влиянии чисел зубцов статора и ротора на характеристики трехфазного реактивного индукторного двигателя // Изв. вузов. Электромеханика, 1998, №2-3. С.34-39.

25. Кузнецов В.А. Универсальный метод расчета полей и процессов электрических машин с дискретно распределенными обмотками: Дисс. . докт. техн. наук. -М.: МЭИ, 1990 -317с.

26. Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели.— М.: Изд-во МЭИ, 2003. 68с.

27. Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Оптимизация конструкции вентильно-индукторного двигателя // Физико-технические проблемы электротехнических материалов и компонентов: Сб. тр. четвертой межд. конф. 24-27 октября 2001г. Клязьма, 2001. -С.230.

28. Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А., Балабанов Н.А. Выбор оптимальной схемы соединения катушек фазы в трехфазном вентильно-индукторном двигателе с удвоенным числом полюсов // Bichhk Схщноукрашського нацюнального ушверситету, 2001, № 3. С.203-207.

29. Кузнецов В.А., Николаев В.В. Вентильно-индукторный стартер-генератор // Пращ Луганьского вщцшешя М1жнародно1 академи шформатизащУ. -2004, №2(9). -С. 104-109.

30. Кузнецов В.А., Николаев В.В. Стратегия проектирования вентильно-индукторного стартер-генератора // Электротехника, 2005, №4 -С.46-50.

31. Кузнецов В.А., Садовский JI.A., Виноградов В.Л. и др. Особенности расчета индукторных двигателей для вентильного электропривода // Электротехника, 1998, №6. — С.35-42.

32. Кузнецов В.А., Садовский Л.А., Кузьмичев В.А. и др. Вентильно-индукторный двигатель с улучшенными характеристиками // Сб. тр. Пермского ГТУ. Пермь, 2003. - С.7-11.

33. Кузнецов В.А., Фисенко В.Г., Кузьмичев В.А. и др. Определение вращающего момента вентильно-индукторного двигателя // Электротехника, электромеханика и электротехнологии: Сб. тр. четвертой межд. конф. 18-22 сентября 2000г. Клязьма, 2000. -С.338-339.

34. Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторный двигатель для привода собственных нужд электростанций: Дисс. . канд. техн. наук. М.: МЭИ, 2004- 163с.

35. Курбатов П.А., Аринчин С.А. Численный расчет электромагнитных полей. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 168с., ил.

36. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория поля. М.: Наука, 1982.

37. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982.

38. Мартынов В.А. Математическое моделирование переходных процессов электрических машин на основе численного метода расчета электромагнитного поля: Автореф. Дис. . докт.техн.наук. М.,1997.

39. Маслов С.И. Тыричев П.А. Электромеханические системы: Введение в теорию и практику электромеханических систем. / под редакцией С.И. Маслова. М.: Изд-во МЭИ, 1999. - 100с.

40. Николаев В.В. Концепция интегрированного стартер-генератора // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика : Тез. докл. Х1-ой международной науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. В 3-х томах. 1-2 марта 2005г. М.: Изд-во МЭИ, 2005. -Т.2 -С. 29-30.

41. Николаев В.В. Рыбников В.А. Разработка интегрированного стартер-генератора на основе вентильно-индукторной машины // Электричество, 2005, №5 -С .32-38.

42. Ортега Д.М., Рейнболдт B.C. Итерационные матоды решения нелинейных систем уравнений со многими неизвестными. Пер. с англ. М.: Мир, 1975, - 558 е., ил.

43. Панарин А.Н. Автомобильный стартер-генератор // Отчет по НИР, №002.04.0044.907, Новосибирский электротехнический институт,1987- 178с.

44. Пахомин С.А. Влияние геометрии зубцового слоя и параметров питания на показатели вентильного реактивного индукторного двигателя // Изв. вузов. Электромеханика, 2000, №1. С.30-36.

45. Постников С.Г. Разработка и исследование электропривода на базе индукторного двигателя с независимым возбуждением: Дисс. . канд. техн. наук. М: МЭИ, 2002. - 211с.

46. Проектирование электрических машин: Учебн. для вузов / И.П.Копылов, Б.К.Клоков, В.П.Морозкин, Б.Ф.Токарев; Под ред. И.П.Копылова. — 3-е изд., испр. и доп. М.: Высш. шк., 2002. - 757с., ил.

47. Сегерлинд Р. Применение метода конечных элементов: Пер.с англ. М.: Мир, 1972, 318 с.

48. Уайт Д., Вудсон Г. Электромеханическое преобразование энергии / Пер. с англ. М.: Энергия, 1964. - 527с.

49. Фисенко В.Г. Расчет переходных процессов электромашинно-вентильных систем. -М.: Изд-во МЭИ, 1999. -48с.

50. Хенбергер Г. Электрооборудование автомобилей (стартеры, генераторы, батареи). Проспект фирмы Bosh, ФРГ, Штутгарт, 1988, — 108с.

51. Чабан В.И. Основы теории переходных процессов электромашинных систем. Львов: Вища школа, 1980, 200с.

52. Чуа Л.О., Лин Пен-Мин. Машинный анализ электронных схем: алгоритмы и вычислительные методы: Пер. с англ. М.:Энергия, 1980,-640 е., ил.

53. A. de Vries , Y. Bonnassieux, M. Gabsi, E. Hoang, F. d'Oliveira, Cedric Plasse, A Switched reluctance machine for a car stater alternator system // IEEE International Electric Machines and Drives Conference 2001, — P.323-329.

54. Abou-Zaid M., El-Attar M., Moussa M., Analysis and performance of axial field switched reluctance generator //Electric Machines and Drives,1999. International Conference IEMD '99, P. 141-143.

55. Abou-Zeid M., Load effect on the output current generated from the switched reluctance generator //Power Electronics and Variable Speed Drives, 21-23 September 1998, Conference Publication No. 456, P.560-567.

56. Anwar M.N., Husain I. Radial Force Calculation and Acoustic Noise Prediction in Switched Reluctance Machines // IEEE Trans, on Ind. Appl., vol. 36, NO. 6, November/December 2000. -p.1589-1597.

57. Anwar M.N., Husain I., Radun A.V. A Comprehensive Design Methodology for Switched Reluctance Machines // IEEE Trans, on Ind. Appl., vol. 37, NO. 6, November/December 2001. P. 1684-1692.

58. Baoming G., Xiangheng W., Pengsheng S., Jingping J. Nonlinear Internal-Model Control for Swithed Reluctance Drives // IEEE Trans, on Power Electronics, vol. 17, NO. 3, May 2002. -P.379-388.

59. Benhama A., Williamson A.C., Reece A.B. Virtual Work Approach to the Computation of Magnetic Force Distribution from Finite Element Field Solutions // IEE Proc. Electr. Power Appl., vol. 147, No. 6, November2000. — P.437-442.

60. Cardenas R., Ray W.F., Asher G.M., Switched reluctance generators for wind energy applications //Power Electronics Specialists Conference, 1995. PESC '95 Record., 26th Annual IEEE, vol.1, P.559-564.

61. Edrington C.S., Fahimi В., Sepe R.B., Sensorless super-high-speed switched reluctance generators //IECON 02,vol.2, P.l026-1031.

62. Erkan Mese, Yilmaz Sozer, James M. Kokernak, Dvid A. Torrey, Optimal Exitation of a High Speed Switched Reluctance Generator //Applied Power Electronics Conf and Exhibition (APEC), IEEE 2000, vol.1, -P.362-368.

63. F. Henrotte, G. Deliege, and K. Hameyer, The eggshell method for the computation of electromagnetic forces on rigid bodies in 2D and 3D, CEFC 2002, Perugia, Italy, April 16-18, 2002.

64. Fahimi B.A., Switched Reluctance Machine Based Starter/Generator for More Electric Cars //IEEE International Electric Machines and Drives Conference 2001, P.73-79.

65. Ferreira C., Jones S.R., Heglund W.S., Jones W.D., Detailed design of a 30-kW switched reluctance starter/generator system for a gas turbine engine application //Industry Applications Society Annual Meeting, 1989, vol.1, P.97-105.

66. Franco Leonardi, Michael Degner, Integrated Starter Generator Based HEVs: A Comparison Between Low And High Voltage Systems //IEEE International Electric Machines and Drives Conference 2001, P.622-629.

67. G.W. Carter Distribution of mechanical forces in magnetised material , Proc. IEE, Vol. 112(9),-P. 1771-1777, Sept. 1965.

68. Gabriel Gallegos-Lopez, Fred Reiter, Jr., Kaushik Rajashekara, Ronald J. Krefta, 300kW Switched Reluctance Generator for Hybrid Vehicle Applications, SAE World Congress, March 4-7, 2002.

69. Gabriel Gallegos-Lopez, James Walters, Kaushik Rajashekara, Switched Reluctance Machine Control Strategies for Automotive Applications // SAE World Congress, March 5-8, 2001.

70. Galverley S.D., Jewell G.W., Saunders R.J. Aerodynamic Losses in Switched Reluctance Machines // IEE Proc. Electr. Power Appl., vol. 147, No. 6, November 2000. P.443-449.

71. На K.H., Hong J.P. Dynamic Rotor Eccentricity Analysis by Coupling Electromagnetic and Structural Time Stepping FEM // IEEE Trans, on

72. Magnetics, vol. 37, No.5, September 2001. P.3452-3455.

73. Harris M.R., Miller T.J.E. Comparison of design and performance parameters in switched reluctance and induction motors, IEE Fourth Internat. Conference on Electrical Machines and Drives, 13-15 September1991, P. 303-307.

74. Husain I. Minimization of Torque Ripple in SRM Drives // IEEE Trans, on Ind. Appl., vol. 49, NO. 1, February 2002. P.28-39.

75. Husain I., Radun A., Nairus A., Fault analysis and excitation requirements for switched reluctance generators //Electric Machines and Drives, 1999. International Conference IEMD '99, vol.1, P.37-40.

76. Ichinokura I., Suyama S., Watanabe Т., Guo H.J. A New Calculation Model of Switched Reluctance Motor for Use on Spice // IEEE Trans, on Magnetics, vol. 37, NO. 4, July 2001. P.2834-2836.

77. Jones S.R., Drager B.T., Performance of a high-speed switched reluctance starter/generator system using electronic position sensing //Industry Applications Conference, 1995, vol.1, -P.249-253

78. Jurgen Hildinger, Marc Hiller, Rainer Marquardt Sensorless Position Measurement of Switched Reluctance Drives at lower speed EPE2003, Toulouse

79. Krishnan R., Materu P.N. Steady State Analysis of the Variable Speed Switched Reluctance Motor Drives // IEEE Trans, on Industrial Electronics , vol. 36, NO. 4, November 1989. P.523-529.

80. Lawrenson P.J., Stephenson J.M., Blenkinsop P.T., Corda J., Fulton N.N. Variable-Speed Switched Reluctance Motors // Proc. Inst. Elect. Eng., pt. B, Vol. 127. NO. 4, July 1980. P.253-265.

81. Lovatt H.C., Stephenson J.M. Influence of Number of Poles per Phase in Switched Reluctance Motors// IEE Proceedings-B, vol. 139, NO. 4, July1992. P.307-314.

82. M. Hiller, R. Marquardt A new Converter Concept for Switched Reluctance Drives with Multiple Energy Sources IEEE-PEDS 2003,1. Singapore

83. MacMinn S.R.,Jones W.D., A Very high speed switched-reluctance starter-generator for aircraft engine application //Aerospace and Electronics Conference, 1989, vol.4,-P.1758-1764.

84. Marc Hiller, Jurgen Hildinger, Rainer Marquardt Performance Enhancement of Switched Reluctance Drives by a novel Converter Concept EPE2003, Toulouse

85. Matveev A., Kuzmichev V., Lomonova E. New Comprehensive Approach to Estimation of End-Effects in Switched Reluctance Motors // Proceedings of International Conference on Electrical Machines. 25-27 August 2002. Bruges. Belgium., 2002. - 6 p.

86. Miller T.J.E. A., McGilp M. Nonlinear Theory of the Switched Reluctance Motor for Rapid Computer-aided Design // IEEE Proc, vol. 137, Pt. B, NO. 6, November 1990. P.337-347.

87. Miller T.J.E. Optimal Design of Switched Reluctance Motor // IEEE Trans, on Industrial Electronics., Vol. 49, NO.l, February 2002. P.15-27.

88. Miller T.J.E., Switched Reluctance Motors and their control -Oxford: Magna Physics Publishing and Clarendon Press, 1993.205р.

89. Mueller M.A., Design of low speed switched reluctance machines for wind energy converters //Electrical Machines and Drives, 1999. Ninth International Conference (Conf. Publ. No. 468), P.60-66.

90. P. E. Allaire, Basics of the finite element method, 1985.

91. P. P. Silvester, Finite elements for electrical engineers, Cambridge University Press, 1990.

92. P.J. Costa Branco, F. Soares, Simulation of a 6/4 Switched Reluctance Motor Based on Matlab/Simulink Environment //IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Jully 2001, vol.37, No.3, p.989-1099.

93. P.J. Costa Branco, L.O.P. Henriques, L.G.B. Rolim, W.I. Suemitsu, Proposition of an Off-Line Learning Current Modulation for Torque

94. Ripple Reduction in Switched Reluctance Motors //IEEE Transactions on Industrial Electronics, June 2002 , vol.49, No. 3, P. 665-676.

95. Radirnov N., Ben-Hail N., Rabinovici R., Switched reluctance machines as three-phase AC autonomous generator //Electric Machines and Drives Conference, 2003. IEMDC'03. IEEE International, vol.3, P. 1697-1701.

96. Radun A.V. Analytical Calculating the SRM's Unaligned Inductance // IEEE Trans, on Magnetics, vol. 35, November/December 1999. P.44 734481.

97. Radun A.V. Analytical Computing the Flux Linked by a Switched Reluctance Motor Phase when the Stator and Rotor Poles Overlap // IEEE Trans, on Magnetics, vol. 36, July 2000. -P. 1996-2003.

98. Rainer Marquardt , Marc Hiller High performance switched reluctance drives with wide field weakening range ICPE 2001, Seoul, Korea, P.779

99. Rassem R. Henry, Bruno Lequesne, Shaotang Chen, Jeffrey J. Ronning, Yanhong Xue, Belt-Driven Starter-Generator for Future 42-Volt Systems //SAE World Congress, March 5-8, 2001.

100. Richter E., Ferreira C., Performance evaluation of a 250 kW switched reluctance starter generator //Industry Applications Conference, 1995. Thirtieth IAS Annual Meeting, IAS '95., Conference Record of the 1995 IEEE, vol.1,-P.434-440.

101. Roux C., Morcos M. A Simple Model for Switched Reluctance Motors // IEEE Power Engineering Review, October 2000. P.49-52.

102. S. McFee, J. P. Webb, and D. A. Lowther, A tunable volume integration formulation for force calculation in finite-element based computational magnetostatics, IEEE Transactions on Magnetics, 24(l):439-442, January 1988.

103. Sawata. T, Kjaer P.C., Cossar C., Miller T.J.E. Study on operation under faults with the single-phase SR generator // Applied Power Electronics Conference and Exposition 1998, Thirteenth Annual 2 vol. P. 10401046.

104. Shaotang Chen, Bruno Lequesne, Rassem R. Henry, Yanhong Xue, Jeffrey J. Ronning, Design and testing of a belt-driven induction starter-generator//IEEE International Electric Machines and Drives Conference 2001, — P.252-260.

105. Sofiane Y., Tounzi A., Piriou F., Liese M. Study of Head Winding Effects in Switched Reluctance Machine // IEEE Trans, on Magnetics, vol. 38, No.2, March 2002. P.989-992

106. Su Shaoping, Li Qingfu, Design of multi-pole single phase switched reluctance generator // Electrical Machines and Systems, 2001. ICEMS 2001. Proceedings of the Fifth International Conference, vol.2 P.938-941.

107. Torrey D.A., Switched reluctance generators and their control //Industrial Electronics, IEEE Transactions, Feb 2002, vol.49, Issue 1, — P.3-14.

108. Velimir Nedic', Thomas A. Lipo Experimental verification of induced voltage selfexcitation of a switched reluctance generator //WEMPEC No.2 2000.

109. Wenzhe Lu, Keyhani A., Fardoun A., Neural network-based modeling and parameter identification of switched reluctance motors //Energy Conversion, IEEE Transactions, June 2003, vol.18, Issue 2, — P.284-290.

110. Wolff J., Spath H., Switched reluctance motor with 16 stator poles and 12 rotor teeth //EPE 1997 vol.3, P.558-563.

111. Yang Z.Q., Fukao T. Direct output power control for pwm converter based super high-speed reluctance generator //Industry Applications Society Annual Meeting, 1989, vol.1, -P.662-667.