Разработка генераторной установки для автомобильной техники соединения (части) управления (связи) обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства

Намагничивающая сила обмотки возбуждения вентильного генератора определяется по формуле [1, 4-8]:, А,(2.67)где – магнитное напряжение вентильного генератора первых шести участков в сумме; – магнитное напряжение в изгибе втулки вентильного генератора; – магнитное напряжение в стыке втулки вентильного генератора; – магнитное напряжение во втулке вентильного генератора.Ток в обмотке возбуждения вентильного генератора определяется по формуле [1, 4-8]:, А,(2.68)где – намагничивающая сила обмотки возбуждения вентильного генератора; – число витков в обмотке возбуждения вентильного генератора.В результате выполненных расчетов, построим характеристику холостого хода вентильного автомобильного генератора, которую приведем на рисунке6.Рисунок 6 – Характеристика холостого ходарассчитанного вентильного автомобильного генератораИз приведенной характеристики холостого хода рассчитанного вентильного автомобильного генератора можно наблюдать следующие закономерности: в случае изменения тока вентильного генератора от 0 до А присутствует нелинейное изменение роста ЭДС, а при увеличении силы тока возбуждения вентильного генератора от 2 Апроисходит линейное изменение ЭДС, которое растет до 32 В. Для номинального режима 28 В достаточным является сила тока возбуждения в 2 А. От 2 до 20 А происходит линейное отклонение ЭДС через насыщенность магнитной цепи. Большую величину силы тока возбуждения можно объяснить через увеличенную площадь сечения магнитопровода рассчитанного вентильного автомобильного генератора.В результате расчетов для потребляемой мощности 8,5 кВт аппаратурой КАС П-260-У при номинальном значении напряжения был произведен расчет вентильного автомобильного генератора, обеспечивающий зарядный баланс для автомобилей КамАЗ семейства Мустанг при использовании аппаратуры КАС П-260-У комплекса «Редут-2УС», а также при модификации или снаряжения автомобилей другой аппаратурой.Рассчитанный вентильный автомобильный генератор имеет следующие конструктивные показатели с:- диаметром расточки ;- длиной пакета статора ;- числом витков в фазе ;- индукцией в зазоре =0,6 Тл.3 РАЗРАБОТКА ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ СОЕДИНЕНИЯ (ЧАСТИ) УПРАВЛЕНИЯ (СВЯЗИ) ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ЗАРЯДНЫЙ БАЛАНС ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВАВ первой главе установлено, что мощность основных потребителей на АБШ автомобиля КамАЗ семейства Мустанг находится в диапазоне от 2 до 3,5 кВт в зависимости от типа транспортной базы (Камаз-4350, 5350, 6350) и количества используемых потребителей электроэнергии на АБШ. В связи с этим, при применении вентильного автомобильного генератора с соответствующими конструктивными показателями, который был рассчитан во второй главе, выполним расчет зарядного баланса электроэнергии транспортного средства.Тогда расчетная мощность вентильного автомобильного генератора составит следующую величину:Максимальная расчетная мощность вентильного автомобильного генератора составит следующую величину:Также в первой главе установлено, чтопотребляемая мощность радиостанций КШМ Р-149 АКШ-1, которые установлены на автомобили КамАЗ семейства Мустанг, при наиболее энергозатратных режимах работы составляет 240 Вт. Тогда величина зарядного баланса электроэнергии транспортного средства составит:что численно составляетчто указывает на запас мощности разработанной вентильной генераторной установки для автомобилей КамАЗ семейства Мустанг при использовании радиостанций КШМ Р-149 АКШ-1. Большая часть произведенной мощности будет идти на заряд аккумуляторных батарей. Кроме этого, на автомобили КамАЗ семейства Мустанг с радиостанциями КШМ Р-149 АКШ-1 может быть установлены дополнительные потребители электроэнергии в размере:Также в первой главе установлено, что потребляемая мощность антенного модуля Р-431АМ, при применении его на автомобилях КамАЗ семейства Мустанг, при наиболее энергозатратных режимах работы составляет 3000 Вт. Сложив её с мощностью потребителей на автомобильном базовом шасси КамАЗ семейства Мустанг, которая составляет 3000 Вт, мы получим общее количество потребляемой мощности, равное 6000 Вт. Тогда величина зарядного баланса электроэнергии транспортного средства в соответствии с (3.1) составит:что указывает на запас мощности разработанной вентильной генераторной установки для автомобилей КамАЗ семейства Мустанг при использовании антенного модуля Р-431АМ. Значительная часть произведенной мощности будет идти на заряд аккумуляторных батарей. Кроме этого, на автомобили КамАЗ семейства Мустанг с антенным модулем Р-431АМ могут устанавливаться дополнительные потребители энергии в размере:Кроме того, в первой главе установлено, что потребляемая мощность комплексной аппаратной связи П-260-У, при применении ее на автомобилях КамАЗ семейства Мустанг, при наиболее энергозатратных режимах работы составляет 8500 Вт.Сложив её с мощностью потребителей на автомобильном базовом шасси КамАЗ семейства Мустанг, которая составляет 2000 Вт, мы получим общее количество потребляемой мощности, равное 10500 Вт. Тогда величина зарядного баланса электроэнергии транспортного средства с комплексной аппаратной связью П-260-У составит:что в соответствии с (3.1) является не выполнимым поставленному условию.Однако в рассчитанном вентильном автомобильном генераторе является еще, и максимальная расчетная мощность, которую и будем использовать для выполнения условия (3.1). В итоге будем иметь следующую величину зарядного баланса электроэнергии транспортного средства с комплексной аппаратной связью П-260-У:что указывает на запас мощности разработанной вентильной генераторной установки для автомобилей КамАЗ семейства Мустанг с комплексной аппаратной связью П-260-У.В этом случае, может быть дана рекомендация, связанная с отключением потребителей электроэнергии на базовом шасси КамАЗ семейства Мустанг.Кроме этого, на автомобили КамАЗ семейства Мустанг с антенным модулем Р-431АМ не смогут устанавливаться дополнительные потребители электроэнергии.Для оптимизации работы генераторной установки для автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства может быть предложено использование системы управления электроэнергией, которая управляет потоками энергии и в то же время обеспечивает электропитание для сохранения возможности запуска двигателя и уменьшения количества поломок из-за разрядившейся аккумуляторной батареи. Система управления электроэнергией также будет стабилизировать напряжение и оптимизировать готовность систем комфорта – даже когда двигатель выключен. Этого можно достичь путем обеспечения положительного или хотя бы равного зарядного баланса во время эксплуатации транспортного средства и путем контроля потребляемой мощности, когда двигатель выключен. Кроме того, пиковые нагрузки можно уменьшить путем скоординированного включения электропотребителей. Координацию включения электропотребителей будет выполнять система управления электроэнергией автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства.Иногда принимаемые меры по введению системы управления электроэнергией будут конфликтовать между собой. Например, выключение функций комфорта приводит к потере комфорта, а функции «Старт-Стоп» – к увеличению расхода топлива.Возможны разные меры для сохранения зарядного баланса автомобильной техники соединения (части) управления (связи), для обеспечения зарядного баланса электроэнергии транспортного средства, которые и будут приоритетными.Рассмотрим управление нагрузкой в безнагрузочном режиме (управление током без нагрузки) автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства.Датчик аккумуляторной батареи регулярно контролирует состояние аккумуляторной батареи и, соответственно, возможность запуска двигателя автомобильной техники соединения (части) управления (связи). С помощью точного распознавания состояния аккумуляторной батареи можно оптимизировать готовность потребителей автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства посредством управления с током без нагрузки, т.е. максимизировать время работы функций комфорта транспортных средств. В случае временной невозможности запуска двигателя автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства система управления электроэнергией может, например, отправить сообщение на дисплей. Кроме того, при угрозе невозможности запуска двигателя система управления электроэнергией уменьшает энергопотребление (например, путем уменьшения потребляемой мощности вентилятора кондиционера) вплоть до выключения отдельных потребителей, чтобы как можно дольше сохранить возможность запуска двигателя автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства. Примеры таких потребителей – дополнительный отопитель, информационная система, система навигации, радиоприемник и телефон.Рассмотрим управление энергией во время работы двигателя автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства.Функция системы управления энергией при работающем генераторе, в дополнение к управлению нагрузкой, в принципе представляет собой управление генератором, включая функцию рекуперации иинтерфейс системы управления энергией с другими системами,например, –системой управления двигателем автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства.Включение потребителей автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства.Система управления нагрузкой координирует включение и выключение потребителей с целью уменьшения пиков мощности автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства. Система управления нагрузкой автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства также участвует в управлении высокоэффективными системами отопления (обогрев ветрового стекла и вспомогательный отопитель на резисторах с положительным температурным коэффициентом).При эксплуатации автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства, обеспечение возможности запуска двигателя также является главной функцией системы управления энергией. При критических состояниях аккумуляторной батареи система управления нагрузкой уменьшает потребляемую электрическую мощность, чтобы как можно быстрей подзарядить аккумуляторную батарею. Обеспечивающие комфорт потребители резервуарного типа (системы отопления) переключаются приоритетно, так как интеллектуальное включение можно использовать для как можно более длительной задержки ощутимых отклонений от номинальных характеристик автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства.Существуют пределы отключения функций комфорта автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства, в том плане, что оно будет допускаться пользователем только в редких исключительных ситуациях. Поэтому электрическая система автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства, должна настраиваться таким образом, чтобы такие ситуации возникали редко. Заметные последствия должны сигнализироваться командиру или водителю автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства, чтобы он мог определить отклонение характеристик от нормы.Увеличение выходной мощности генератора автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства.В качестве альтернативы или дополнения к уменьшению потребляемой мощности автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства, можно за счет увеличения оборотов двигателя увеличить выработку электроэнергии генератором (например, повышение холостых оборотов или деактивация выключения двигателя в режиме «Старт-Стоп»), например, чтобы увеличить холостые обороты, система управления электроэнергией будет отправлять запрос системе управления двигателем автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства. Эти меры непосредственно влияют на расход топлива и акустику, и поэтому должны оптимально адаптироваться к конкретнойавтомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства.В процессе рекуперации кинетическая энергия автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства, как минимум частично преобразуется в электрическую и накапливается в аккумуляторной батарее. Для этого требуется генератор, управляемый через интерфейс для ввода нужного рабочего напряжения, и датчик для определения состояния аккумуляторной батареи. Саму функцию можно условно разделить на электронику двигателя, интерфейс или компьютер.Во время движения накатом напряжение увеличивается, чтобы генератор более интенсивно заряжал аккумуляторную батарею. В этот момент электроэнергия вырабатывается без расхода топлива автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства. В ситуациях с плохой эффективностью выработки электроэнергии напряжение генератора уменьшается, и аккумуляторная батарея снова медленно разряжается, чтобы минимизировать расход топлива на выработку электроэнергии автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства.Полностью заряженная аккумуляторная батарея не может накапливать заряд. По этой причине рекуперация возможна лишь с частично заряженной аккумуляторной батареей (частичное состояние заряда). Это отступление от традиционной стратегии зарядки, цель которой – достижение как можно более полного заряда аккумуляторной батареи автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства. Минимальное состояние аккумуляторной батареи, необходимое для запуска двигателя ни при каких обстоятельствах не должно быть хуже, т.е. текущее состояние аккумуляторной батареи должно быть известно системе управления энергией автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства.Рекуперация приводит к росту циклических колебаний заряда аккумуляторной батареи автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства, влияние которых на старение аккумуляторной батареи должно проверяться в каждом конкретном случае. Поэтому рекомендуется использование аккумуляторной батареи с поглощающим стеклянным матом (AGM) дляповышения проходной мощности (проходная мощность в Ач в течении срока службы, проходная мощность, критичная для срока службы, умножается на коэффициент 3) автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства.Алгоритм рекуперации в автомобильной технике соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства, должен учитывать влияние изменений напряжения на потребителей, поскольку они могут быть значительны (например, изменение скорости вентилятора кондиционера или световых вспышек).Рекуперация обеспечивает экономию топлива в пределах 1-4%, в зависимости от цикла и конфигурации функции.Распознавание состояния аккумуляторной батареи и управление аккумуляторной батареей автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства.Ключевым элементом в управлении электроэнергией является система распознавания состояния аккумуляторной батареи (BSR), надежно вычисляющая возможности аккумуляторной батареи. В алгоритмах распознавания состояния аккумуляторной батареи в качестве вводных переменных обычно используются измеренные ток, напряжение и температура аккумуляторной батареи. На основе этих переменных определяются заряд (SOC), состояние функционирования (SOF) и физическое состояние (SOH) аккумуляторной батареи и передаются в качестве вводных переменных системе управления энергией автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства.ВыводРасчетная мощность предложенного вентильного автомобильного генератора соответствует зарядному балансу электроэнергии транспортного средстваКамАЗ семейства Мустанг при использовании радиостанций КШМ Р-149 АКШ-1. Также зарядный баланс электроэнергии транспортного средстваКамАЗ семейства Мустанг при использованииантенного модуля Р-431АМ выдерживается.Для комплексной аппаратной связи П-260-У, при применении ее на автомобилях КамАЗ семейства Мустанг с вентильным генератором зарядный баланс электроэнергии выдерживается, поскольку максимальная расчетная мощность выше, чем потребляемая.Для оптимизации работы генераторной установки для автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства предложено использование системы управления электроэнергией, которая управляет потоками энергии и в то же время обеспечивает электропитание для сохранения возможности запуска двигателя и уменьшения количества поломок из-за разрядившейся аккумуляторной батареи.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ выпускной работе была выполнена разработка генераторной установки для автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства.В первой главе были кратко рассмотрены основные понятия о зарядном балансе, приведены тактико-технические характеристики генераторной установки, модели 3122.3771, установленной на автомобилях КамАЗ семейства Мустанг. Генераторная установка обеспечивает зарядный баланс на штатном оборудовании, но на технике связи базовой генераторной установкой на автомобильном базовом шасси осуществляется электропитание средств связи: П-260, Р-431АМ и дополнительных аккумуляторных батарей.Мощность генераторной установки 3122.3771 и общее количество мощности необходимой для питания потребителей и антенного модуля Р-431АМ не полноценно обеспечивает зарядный баланс электроэнергии. Потребляемая мощность аппаратуры КАС П-260-У при номинальном значении напряжения составляет 8,5 кВт в момент максимальной нагрузки, что является превышением над вырабатываемой максимальной мощностью генераторной установки 3122.3771. Во второй главе был выполнен расчет вентильного автомобильного генератора для потребляемой мощности 8,5 кВт, который обеспечивает зарядный баланс для автомобилей КамАЗ семейства Мустанг при использовании аппаратуры КАС П-260-У комплекса «Редут-2УС».Рассчитанный вентильный автомобильный генератор имеет следующие конструктивные показатели с:- диаметром расточки ;- длиной пакета статора ;- числом витков в фазе ;- индукцией в зазоре =0,6 Тл.В третьей главе выполнена разработка предложений по оптимизации работы генераторной установки для автомобильной техники соединения (части) управления (связи) обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства. Так, величина зарядного баланса электроэнергии транспортного средства КамАЗ семейства Мустанг с комплексной аппаратной связью КАС П-260-У комплекса «Редут-2УС» составляет 10500 Вт, что в полной мере соответствует максимальной расчетной мощности в 10696 Вт. Следует отметить, что для расчетного режима мощности, что отвечает 8820 Вт, зарядный баланс электроэнергии транспортного средства КамАЗ семейства Мустанг с комплексной аппаратной связью КАС П-260-У комплекса «Редут-2УС» не выполняется. При этом, дана рекомендация, связанная с отключением потребителей электроэнергии на базовом шасси КамАЗ семейства Мустанг для максимальной мощности вентильного автомобильного генератора.Для оптимизации работы генераторной установки для автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства предложено использование системы управления электроэнергией, которая управляет потоками энергии и в то же время обеспечивает электропитание для сохранения возможности запуска двигателя и уменьшения количества поломок из-за разрядившейся аккумуляторной батареи. Система управления электроэнергией также будет стабилизировать напряжение и оптимизировать готовность систем комфорта – даже когда двигатель выключен. Этого можно достичь путем обеспечения положительного или хотя бы равного зарядного баланса во время эксплуатации транспортного средства и путем контроля потребляемой мощности, когда двигатель выключен. Кроме того, пиковые нагрузки можно уменьшить путем скоординированного включения электропотребителей. Координацию включения электропотребителей будет выполнять система управления электроэнергией автомобильной техники соединения (части) управления (связи), обеспечивающей зарядный баланс электроэнергии транспортного средства.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫСергеев В.А., Трошин В.В., Мифтахов М.Т. Теория, конструкция и расчет вентильного автомобильного генератора. Часть 1. Учебное пособие. – Самара, 2013. – 102 с.Гумелёв В.Ю., Пархоменко А.В., Рогачёв В.Д. Взаимозаменяемость, применяемость и устройство генератора // Современная техника и технологии. 2013. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2013/02/1663Данов Б.А. Электрооборудование автомобилей КамАЗ [Текст] / Б. А. Данов, В. Д. Рогачев. – М. : Транспорт, 2000. – 126 с.Большая Советская Энциклопедия [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://bse.sci-lib.com, свободный. – Загл. с экранаРуководство по эксплуатации 238ДЕ-3902150 РЭ. Двигатели ЯМЗ-238БЕ, ЯМЗ-238БЕ2, ЯМЗ-238ДЕ, ЯМЗ-238ДЕ2 [Текст]: – Ярославль . ОАО «Автодизель». 2007. – 332 с.Акимов, С. В. Электрооборудование автомобилей [Текст] / С. В. Акимов, Ю. П. Чижков – М. : ЗАО «КЖИ» «За рулем», 2004. – 384 с.Ютан В.Е. Электрооборудование грузовых автомобилей – М.:Транспорт, 2000. – 198 с.Гольдштейн О.Д., Свиридов И.С. Проектирование и разработка электрических машин. – М.: Высшая школа, 2001. – 256 с.