Система электропитания подвижных объектов Советский патент 1980 года по МПК H02K29/02 

(54) СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электро титания подвижных объектов, главным эбразом автомобилей и тракторов. В системе электропитания потребителей автомобиля необходимо для боле рационального использования иметь та кой генератор, который на малой скорости вращения мог бы.развивать достаточное, напряжение для подзаряда аккумуляторной батареи, обеспечивая тем самым положительный баланс электроэнергии, а на больших скоростях отдавать ток большой силы для удовлетворения потребностей всех потреби телей. Этим требованиям удовлетворяют си стемы электропитания, содержащие генератор переменного тока со ступенчатой характеристикой силы тока скорости. Иэвестны системы электропитания подвижных объектов с генератором пер менного тока со ступенчатой характеристикой силы тока - скорости, содержащим многофазную якорную обмотку каждая фаза которой «дним своим выво дом соединена с плечом первого полупроводникового выпрямителя, другим выводом - с плечом второго полупроводникового выпрямителя, а сами выпрямители соединены параллельно и с соответствующими клеммами аккумуляторной батареи, в которых применяется контактный переключатель, обеспечивакндий при малой скорости враидения генератора соединение фазных обмоток по схеме звезда, а при высокой скорости вращения - независимое включе-г ние И . Переключатель управляется электромагнитом, приводимым в действие электронным прерывателем, включение которого зависит от силы тока, отдаваемого генератором. Недостатками этой известной системы являются: сложность схемы, ее высокая стоимость и низкая надежность, обусловленные применением электронного прерывателя, переключателя и дополнительного выпрямителя, а также прерывание цепи возбуждения, вносяадее паразитные модуляции тока. Известны системы электропитания с генератором переменного тока со ступенчатой характеристикой силы тока - скорости, содержащим многофазную якорную обмотку,соединенную с полупроводниковым выпрямителем, к выхог ду которого подключена аккумуляторная батарея, иреле, действующее в зависимости от нагрузки генератора и соединенное с блокирующим тиристорным устройством, являющимся составной частью выпрямительного моста f Реле приводится в действие датчиком, реагируюиШм на силу тока или скорость генератора таким образом, что этого предела фазы обмотки якоря соединены в звезду и выпрямление осуществляется по трехфазной двухполупериодной схеме, а выше этогЬ предела фазы обмотки якоря включаются на параллельную работу выпрямление осуществляется по однополупериодной схеме.

Недостатками этой системы являютс высокая стоимость и низкая надежность из-за использования сложной схемы переключения.

Наиболее близкой к предложенной системе электропитания является система электропитания подвижных объектов, содержащая генератор переменного тока с многофазной якорной обмоткой, соединенной с выпрямителем к выходу которого подключена аккумуляторная батарея, а также устройство регулирования тока возбуждения 3J.

Якорные многофазные обмотки генератора выполнены с разными числами витков и разным диаметром обмоточного провода, но фазы соответствующей многофазной обмотки выполнены с одинаковым числом витков одним Обмоточным проводом.

Недостатками этой известной системы являютсяi- сложность схемы, ее высокая стоимость и низкая технологичность , обусловленные применением двух многофазных якорных обмоток и большого количества полупроводниковых элементов.

Целью изобретения является упроще ние схемы системы электропитания и повышение надежности.

Это достигается тем, что по крайней мере одна из фаз обмотки якоря выполнена с увеличенным числом витков по отношению к другим фазам, причем числа витков находятся в пределаз{ отношения 1,2:.2,0.

На фиг. 1 приведена принципиальна электрическая схема предложенной системы электропитания) на фиг. 2 токоскоростная характеристика.

Система электропитания содержит генератор 1 переменного тока с многофазной якорной обмоткой 2 и обмот кой 3 возбуждения. Полупроводниковый выпрямитель 4 соединен своим входом с якорной обмоткой 2, а выходом - с параллельно соединенными между собой аккумуляторной батарее 5 и потребителями б. Параллельно выходу выпрямителя подключен вход регулятора напряжения 7. Якорная обмотка 2 генератора содерхсит три , фазы, соединенные по схеме звезда

причем обмотка фазы Ф имеет большое число витков тонкого обмоточного провода, а обмотки фаз Ф и Фа малое число витков более толстого обмоточного провода. Полупроводниковый выпрямитель 4 выполнен двухполуп риодным.

Система электропитания работает следующим образом.

Магнитный поток обмотки возбулодения наводит в фазах обмотки статора переменное напряжение, величина которого пропорциональна произведени частоты вращения на число витков в фазе. Ца фиг. 2 кривая а соответствует т коскоростной характеристике генератора системы электропитания при наличии только фазы Ф/, кривая б соответствует токоскоростной характеристике генератора при наличии только фаз Ф и Ф.

При малой скорости вращения генератора максимальное значение выпрямленного напряжения фазы Ф будет больше, чем фаз Og и Фо за счет большего числа витков и, следовательно, токоскоростная характеристика фазы Ф будет иметь более низкие обороты начала отдачи, чем фаз Ф к Фд, которые определяются скоростью вращения генератора, при которой максимальное значение выпрямленного напряжения будет равно напряжению аккумуляторной батареи.

Сопротивления фаз обмотки статора равны сумме активных и индуктивных сопротивлений, причем активные сопротивления фаз определяются параметрами обмоточного провода, а именно удельным сопротивлением, сечением и его длиной, и не зависит от частоты вращения ротора, а индуктивные со-. противления фаз пропорциональны произведению частоты вращения ротора генератора на число витков в соответствующих фазах в квадрате.

Следовательно, при увеличении скорости вращения генератора сопротивления фаз обмотки статора будут увеличиваться не пропорционально, а в зависимости от числа витков, поэтоNiy сопротивление фазы Ф будет увеличиваться гораздо быстрее, чем фаз Фj и Ф и падение напряжения на фазе Ф,{ будет расти быстрее, чем на фазах и Ф.

На средней и высокой скоростях вращения генератора фаза Ф отдает в нагрузку небольшие токи, тогда как ток, отдаваемый фазами Ф и Фл , значительный.

При -сложении токоскоростной характеристики генератора при наличии . только фазы Ф( и токоскоростной характеристики при наличии только фаз Ф и ФJ получают ступенчатую характеристику силы тока - скорости генератора системы электропитания.

Предложенная схема генераторнойустановки была испытана в лаборатори тракторных генераторов НИИавтоприборов (протокол испытаний ОСП 4/72-78) Испытания подтвердили положительный технических эффект от применения в системе электропитания генератора с многофазной статорной обмоткой и неидентичными фазными обмотками (с разным числом витков и разным диаметром обмоточного провода). При этом достигается ступенчатая характеристика силы тока - скорости, т.е. высокая максимальная мощность при низких оборотах холостого хода.

В результате испытаний различных типов генераторов получают.серии токоскоростных характеристик для разных соотношений чисел витков в фазных обмотках. Диаметр обмоточного провода определяют исходя из условия постоянства коэффициента заполнения пазов статора по соотношению:

Рч .2 J

П.

числа витков в фазе

где п соответственно базового и предлагаемого генераторов,

D и DO диаметр обмоточного провода в фазах соо ветственно базового и предлагаемого генраторов .

Далее с учетом скоростных режимов двигателей определяют часовую отдачу генератора, т.е. максимальное число ампер-часов, которое может отдать генератор при работе на своей токоскоростной характеристике в заданном скоростном режиме в течение часа. Установлено, что для различных типов генераторов при заданных скоростных режимах двигателей максимальная часовая отдача получается в том случае, если обмотки фаз якоря выполнены с соотношением чисел витков в пределах 1,2:2, т.е. при соотношении в этих пределах максимальное использование генератора, в частности, для системы электропитания тракторов с генератором типа 13.3701 с учетом типового расчетного скоростного режима тракторного двигателя при

почвообработке по ОСТ 37.003.026-74, который является основным режимом работы трактора, максимальная часовая отдача получается при соотношении чисел витков в фазах якорной обмотки равном 1,3, т.е. одна фаза имеет число витков 60 при диаметре обмоточного провода 1,74 мм, две другие по 36 витков при диаметре обмоточного провода 2,26 мм.

Технико-экономический эффект от

0 использования предлохсенной системы электропитания выражается в упрощении схемы за счет сокращения числа полупроводниковых элементов (выбрасывается выпрямительный блок, содержащий 6 полупроводниковых элементов)

5 и замены двух статорных обмоток одной, а также упрощении технологии при сборке и повышении надежности, так как сокращается число соединений.

Кроме того, технико-экономический

0 эффект повьлнается за счет улучшения условий заряда аккумуляторной батареи, так как генератор системы электропитания на низких скоростях вращения имеет повьанение пульсации

5 выпрямленного напряжения.

Формула изобретения

Система электропитания подвижных объектов, содержащая генератор переменного тока с многофазной якорной обмоткой, соединенной с выпрямителем, к выходу которого подключена аккумуляторная батарея, а также устройство для регулирования тока возбуждения, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, по кра1йней мере одна из фаз обмотки якоря выполнена q увеличенным числом витков по отношению к другим фаз:ам, причем числа витков находятся в пределах отношения 1,2 : 2,0.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

3. Патент ФРГ № 2600035, кл. Н 02 К 29/02, 1977.