SU785930A1 - Electric power supply system for moving objects - Google Patents

Description

(54) СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ(54) POWER SUPPLY SYSTEM FOR MOBILE OBJECTS

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к системам электро титани  подвижных объектов, главным эбразом автомобилей и тракторов. В системе электропитани  потребителей автомобил  необходимо дл  боле рационального использовани  иметь та кой генератор, который на малой скорости вращени  мог бы.развивать достаточное , напр жение дл  подзар да аккумул торной батареи, обеспечива  тем самым положительный баланс электроэнергии , а на больших скорост х отдавать ток большой силы дл  удовлетворени  потребностей всех потреби телей. Этим требовани м удовлетвор ют си стемы электропитани , содержащие генератор переменного тока со ступенчатой характеристикой силы тока скорости . Иэвестны системы электропитани  подвижных объектов с генератором пер менного тока со ступенчатой характеристикой силы тока - скорости, содержащим многофазную  корную обмотку кажда  фаза которой «дним своим выво дом соединена с плечом первого полупроводникового выпр мител , другим выводом - с плечом второго полупроводникового выпр мител , а сами выпр мители соединены параллельно и с соответствующими клеммами аккумул торной батареи, в которых примен етс  контактный переключатель, обеспечивакндий при малой скорости враидени  генератора соединение фазных обмоток по схеме звезда, а при высокой скорости вращени  - независимое включе-г ние И . Переключатель управл етс  электромагнитом , приводимым в действие электронным прерывателем, включение которого зависит от силы тока, отдаваемого генератором. Недостатками этой известной системы  вл ютс : сложность схемы, ее высока  стоимость и низка  надежность, обусловленные применением электронного прерывател , переключател  и дополнительного выпр мител , а также прерывание цепи возбуждени , внос адее паразитные модул ции тока. Известны системы электропитани  с генератором переменного тока со ступенчатой характеристикой силы тока - скорости, содержащим многофазную  корную обмотку,соединенную с полупроводниковым выпр мителем, к выхог ду которого подключена аккумул торна  батаре , иреле, действующее в зависимости от нагрузки генератора и соединенное с блокирующим тиристорным устройством,  вл ющимс  составной частью выпр мительного моста f Реле приводитс  в действие датчиком , реагируюиШм на силу тока или скорость генератора таким образом, что этого предела фазы обмотки  кор  соединены в звезду и выпр мление осуществл етс  по трехфазной двухполупериодной схеме, а выше этогЬ предела фазы обмотки  кор  включаютс  на параллельную работу выпр мление осуществл етс  по однополупериодной схеме.The invention relates to electrical engineering, in particular, to electric titanium systems of moving objects, mainly to automobiles and tractors. In a car power supply system, it is necessary for rational use to have such a generator, which at a low rotational speed could develop enough voltage to recharge the battery, thus providing a positive balance of electricity, and at high speeds delivering a high current. forces to meet the needs of all consumers. These requirements are met by power supply systems containing an alternator with a stepped characteristic of the speed current. Power supply systems for moving objects with a generator of alternating current with a step-like characteristic of current-speed, containing a multiphase core winding, each phase of which is connected to the shoulder of the first semiconductor rectifier, and another output to the shoulder of the second semiconductor rectifier, and Rectifiers are connected in parallel and with the corresponding terminals of the battery, in which a contact switch is used, ensuring that the gene is low at low speed. The connection of the phase windings according to the scheme is star, and at high speed of rotation - independent switching on AND. The switch is controlled by an electromagnet driven by an electronic chopper, the inclusion of which depends on the strength of the current delivered by the generator. The disadvantages of this known system are: the complexity of the circuit, its high cost and low reliability, due to the use of an electronic breaker, a switch and an additional rectifier, as well as interruption of the excitation circuit, introducing more parasitic current modulation. Power supply systems are known with an alternating current generator with a stepped current-speed characteristic containing a multiphase core winding connected to a semiconductor rectifier, the output of which is connected to a battery, an actuator, depending on the load of the generator and connected to a blocking thyristor device, It is a component of the rectifying bridge f. The relay is driven by a sensor, reacting to the current strength or speed of the generator in such a way that The phases of the winding of the core are connected to a star and the straightening is carried out according to a three-phase full-wave circuit, and above this limit of the phase of the winding of the core are switched on to parallel operation, the straightening is carried out using a full-wave pattern.

Недостатками этой системы  вл ютс высока  стоимость и низка  надежность из-за использовани  сложной схемы переключени .The disadvantages of this system are high cost and low reliability due to the use of a complex switching scheme.

Наиболее близкой к предложенной системе электропитани   вл етс  система электропитани  подвижных объектов, содержаща  генератор переменного тока с многофазной  корной обмоткой, соединенной с выпр мителем к выходу которого подключена аккумул торна  батаре , а также устройство регулировани  тока возбуждени  3J.Closest to the proposed power supply system is a power supply system of mobile objects containing an alternator with a multi-phase core winding connected to a rectifier to the output of which a battery is connected, as well as a device for controlling the excitation current 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.Anchor multiphase windings of the generator are made with different numbers of turns and different diameters of the winding wire, but the phases of the corresponding multiphase winding are made with the same number of turns with one winding wire.

Недостатками этой известной системы  вл ютс i- сложность схемы, ее высока  стоимость и низка  технологичность , обусловленные применением двух многофазных  корных обмоток и большого количества полупроводниковых элементов.The disadvantages of this known system are the i-complexity of the circuit, its high cost and low manufacturability, due to the use of two multi-phase core windings and a large number of semiconductor elements.

Целью изобретени   вл етс  упроще ние схемы системы электропитани  и повышение надежности.The aim of the invention is to simplify the power supply circuit and improve reliability.

Это достигаетс  тем, что по крайней мере одна из фаз обмотки  кор  выполнена с увеличенным числом витков по отношению к другим фазам, причем числа витков наход тс  в пределаз{ отношени  1,2:.2,0.This is achieved by the fact that at least one of the phases of the winding of the core is made with an increased number of turns with respect to the other phases, with the number of turns being within the limit {ratio 1.2: .2.0.

На фиг. 1 приведена принципиальна электрическа  схема предложенной системы электропитани ) на фиг. 2 токоскоростна  характеристика.FIG. 1 shows a circuit diagram of the proposed power supply system) in FIG. 2 current characteristic.

Система электропитани  содержит генератор 1 переменного тока с многофазной  корной обмоткой 2 и обмот кой 3 возбуждени . Полупроводниковый выпр митель 4 соединен своим входом с  корной обмоткой 2, а выходом - с параллельно соединенными между собой аккумул торной батарее 5 и потребител ми б. Параллельно выходу выпр мител  подключен вход регул тора напр жени  7. Якорна  обмотка 2 генератора содерхсит три , фазы, соединенные по схеме звездаThe power supply system comprises an alternating current generator 1 with a multi-phase core winding 2 and excitation winding 3. The semiconductor rectifier 4 is connected with its input to the core winding 2, and the output with the battery 5 and consumers connected in parallel with each other. B. Parallel to the output of the rectifier, the input of voltage regulator 7 is connected. The anchor winding 2 of the generator contains three, the phases are connected according to the star circuit

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 выпр митель 4 выполнен двухполуп риодным .moreover, the phase F winding has a large number of turns of a thin winding wire, and the windings of the Phases F and F a small number of turns of a thicker winding wire. The semiconductor rectifier 4 is made dual-wave.

Система электропитани  работает следующим образом.The power supply system operates as follows.

Магнитный поток обмотки возбулодени  наводит в фазах обмотки статора переменное напр жение, величина которого пропорциональна произведени частоты вращени  на число витков в фазе. Ца фиг. 2 крива  а соответствует т коскоростной характеристике генератора системы электропитани  при наличии только фазы Ф/, крива  б соответствует токоскоростной характеристике генератора при наличии только фаз Ф и Ф. The magnetic flux of the winding of the excitation induces a variable voltage in the phases of the stator winding, the value of which is proportional to the product of the rotational frequency and the number of turns in the phase. Tsa FIG. 2 curve a corresponds to the speed characteristic of the generator of the power supply system in the presence of only the phase F /, curve b corresponds to the current-speed characteristic of the generator in the presence of only the phases F and F.

При малой скорости вращени  генератора максимальное значение выпр мленного напр жени  фазы Ф будет больше, чем фаз Og и Фо за счет большего числа витков и, следовательно , токоскоростна  характеристика фазы Ф будет иметь более низкие обороты начала отдачи, чем фаз Ф к Фд, которые определ ютс  скоростью вращени  генератора, при которой максимальное значение выпр мленного напр жени  будет равно напр жению аккумул торной батареи.At a low speed of rotation of the generator, the maximum value of the rectified voltage of the phase F will be greater than the phases Og and Fo due to the greater number of turns and, therefore, the current-speed characteristic of the phase F will have lower recoil onsets than the phases F to FD, which are determined the generator rotational speed at which the maximum value of the rectified voltage will be equal to the battery voltage.

Сопротивлени  фаз обмотки статора равны сумме активных и индуктивных сопротивлений, причем активные сопротивлени  фаз определ ютс  параметрами обмоточного провода, а именно удельным сопротивлением, сечением и его длиной, и не зависит от частоты вращени  ротора, а индуктивные со-. противлени  фаз пропорциональны произведению частоты вращени  ротора генератора на число витков в соответствующих фазах в квадрате.The phase resistances of the stator winding are equal to the sum of active and inductive resistances, and the active resistances of the phases are determined by the parameters of the winding wire, namely, the specific resistance, cross section and its length, and does not depend on the rotor speed, and the inductive co. the phase oppositions are proportional to the product of the generator rotor speed and the number of turns in the corresponding phases in the square.

Следовательно, при увеличении скорости вращени  генератора сопротивлени  фаз обмотки статора будут увеличиватьс  не пропорционально, а в зависимости от числа витков, поэтоNiy сопротивление фазы Ф будет увеличиватьс  гораздо быстрее, чем фаз Фj и Ф и падение напр жени  на фазе Ф,{ будет расти быстрее, чем на фазах и Ф.Consequently, with increasing rotational speed of the generator, the phase resistance of the stator windings will not increase proportionally, and depending on the number of turns, therefore, the resistance of phase F will increase much faster than the phases Фj and Ф and the voltage drop on phase Ф, {will grow faster than on phases and F.

На средней и высокой скорост х вращени  генератора фаза Ф отдает в нагрузку небольшие токи, тогда как ток, отдаваемый фазами Ф и Фл , значительный .At medium and high rotational speeds of the generator, phase Φ gives up small currents to the load, while the current given off by phases Φ and fl is significant.

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 электропитани .At-addition of the current-speed characteristics of the generator, if any. Only the phases Ф (and the current-speed characteristic, if there are only phases Ф and ФJ, receive a step-like characteristic of the current - the speed of the generator of the power supply system.

Предложенна  схема генераторнойустановки была испытана в лаборатори тракторных генераторов НИИавтоприборов (протокол испытаний ОСП 4/72-78) Испытани  подтвердили положительный технических эффект от применени  в системе электропитани  генератора с многофазной статорной обмоткой и неидентичными фазными обмотками (с разным числом витков и разным диаметром обмоточного провода). При этом достигаетс  ступенчата  характеристика силы тока - скорости, т.е. высока  максимальна  мощность при низких оборотах холостого хода.The proposed generator set scheme was tested in the laboratory of tractor generator NIIavtopriborov (test protocol OSP 4 / 72-78) The tests confirmed the positive technical effect of using in the power supply system a generator with a multiphase stator winding and nonidentical phase windings (with different number of turns and different diameter of the winding wire) . When this is achieved, the step-rate characteristic of the current-speed, i.e. high maximum power at low idle.

В результате испытаний различных типов генераторов получают.серии токоскоростных характеристик дл  разных соотношений чисел витков в фазных обмотках. Диаметр обмоточного провода определ ют исход  из услови  посто нства коэффициента заполнени  пазов статора по соотношению:As a result of tests of various types of generators, series of current-velocity characteristics are obtained for different ratios of the numbers of turns in the phase windings. The diameter of the magnet wire is determined by the condition of the constant filling factor of the stator slots according to the relation:

Рч .2 JRC2 J

П.P.

числа витков в фазе the number of turns in phase

где п соответственно базового и предлагаемого генераторов, where n respectively the basic and proposed generators,

D и DO диаметр обмоточного провода в фазах соо ветственно базового и предлагаемого генраторов .D and DO are the diameter of the winding wire in the phases of the base and the proposed generators.

Далее с учетом скоростных режимов двигателей определ ют 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 дл  различных типов генераторов при заданных скоростных режимах двигателей максимальна  часова  отдача получаетс  в том случае, если обмотки фаз  кор  выполнены с соотношением чисел витков в пределах 1,2:2, т.е. при соотношении в этих пределах максимальное использование генератора, в частности , дл  системы электропитани  тракторов с генератором типа 13.3701 с учетом типового расчетного скоростного режима тракторного двигател  приFurther, taking into account the speeds of the engines, the hourly returns of the generator, i.e. the maximum number of ampere-hours that a generator can give when operating on its current-speed characteristic at a given speed mode for an hour. It has been established that for various types of generators with given speeds of the engines, the maximum hourly response is obtained if the windings of the core phases are made with the ratio of the numbers of turns within 1.2: 2, i.e. at a ratio within these limits, the maximum use of the generator, in particular, for the tractor power supply system with a generator of type 13.3701, taking into account the typical design speed mode of the tractor engine with

почвообработке по ОСТ 37.003.026-74, который  вл етс  основным режимом работы трактора, максимальна  часова  отдача получаетс  при соотношении чисел витков в фазах  корной 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.tillage on OST 37.003.026-74, which is the main mode of operation of the tractor, the maximum hourly return is obtained when the ratio of the number of turns in the main winding phases is 1.3, i.e. one phase has the number of turns 60 with a winding wire diameter of 1.74 mm, the other two with 36 turns each with a winding wire diameter of 2.26 mm.

Технико-экономический эффект от Technical and economic effect of

0 использовани  предлохсенной системы электропитани  выражаетс  в упрощении схемы за счет сокращени  числа полупроводниковых элементов (выбрасываетс  выпр мительный блок, содержащий 6 полупроводниковых элементов) 0 using a pre-conventional power supply system is expressed in simplifying the circuit by reducing the number of semiconductor elements (a rectifier unit containing 6 semiconductor elements is ejected)

5 и замены двух статорных обмоток одной, а также упрощении технологии при сборке и повышении надежности, так как сокращаетс  число соединений.5 and replacing the two stator windings with one, as well as simplifying the assembly process and increasing reliability, as the number of connections is reduced.

Кроме того, технико-экономический In addition, techno-economic

0 эффект повьлнаетс  за счет улучшени  условий зар да аккумул торной батареи , так как генератор системы электропитани  на низких скорост х вращени  имеет повьанение пульсации 0 the effect is due to the improved charge conditions of the battery, since the generator of the power supply system at low speeds has a pulsation effect

5 выпр мленного напр жени .5 rectified voltage.

Claims (3)

1.Патент США 4024456, кл. 322-29, 1977.1. US Patent 4024456, cl. 322-29, 1977. 2.Патент Франции 2038643, кл. Н 02 К 17/00, 1970.2. The patent of France 2038643, cl. H 02 K 17/00, 1970. 3. Патент ФРГ № 2600035, кл. Н 02 К 29/02, 1977.3. Patent of Germany No. 2600035, cl. H 02 K 29/02, 1977.