СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОР

Предлагаемая полезная модель относится к электрооборудованию систем запуска и генерирования электрической энергии автономных объектов и может быть использована для запуска первичного двигателя (газотурбинного двигателя или двигателя внутреннего сгорания) и генерирования электрической энергии в системах автономного электроснабжения.
Известен стартер-генератор [Патент США №6202776 опубл. 20.03.2001], содержащий аккумуляторную батарею, подключенную к зажимам низкого напряжения DC-DC преобразователя, накопительный конденсатор, присоединенный к зажимам высокого напряжения DC-DC преобразователя и к зажимам постоянного тока трехфазного мостового инвертора напряжения (ИН), электрическую машину, подключенную к зажимам переменного тока ИН.
Однако указанный стартер-генератор содержит сложный и громоздкий DC-DC преобразователь, усложняющий конструкцию и увеличивающий массогабаритные показатели всего устройства.
Кроме того, известен стартер-генератор [Патент на полезную модель РФ №55041 опубл.27.07.2006], являющийся прототипом предлагаемой полезной модели, содержащий аккумуляторную батарею, подключенную к зажимам низкого напряжения DC-DC преобразователя, накопительный конденсатор, присоединенный к зажимам высокого напряжения DC-DC преобразователя и к зажимам постоянного тока трехфазного мостового ИН, синхронную машину с возбуждением от постоянных магнитов (СМПМ), подключенную к зажимам переменного тока ИН. СМПМ расположена на валу двигателя внутреннего сгорания (ДВС), ротор машины выполняет роль маховика ДВС. DC-DC преобразователь состоит из дросселя, двух транзисторов и двух диодов.
Однако в указанном стартер-генераторе существует прямая связь между аккумуляторной батареей и накопительным конденсатором, что приводит к возникновению короткозамкнутых контуров в DC-DC преобразователе. Из-за этого увеличивается токовая загрузка полупроводниковых ключей и соответственно их стоимость. В результате увеличится стоимость не только DC-DC преобразователя, но и всего устройства. Кроме того, если напряжение на накопительном конденсаторе меньше напряжения аккумуляторной батареи, то происходит разряд аккумуляторной батареи на накопительный конденсатор через диод 7.
Задачей предлагаемой полезной модели является исключение прямой связи между аккумуляторной батареей и накопительным конденсатором стартер-генератора.
Поставленная задача достигается тем, что в известном стартер-генераторе, содержащем аккумуляторную батарею, подключенную к зажимам низкого напряжения DC-DC преобразователя, накопительный конденсатор, присоединенный к зажимам высокого напряжения DC-DC преобразователя и к зажимам постоянного тока трехфазного мостового инвертора напряжения, синхронную машину с возбуждением от постоянных магнитов, подключенную к зажимам переменного тока инвертора напряжения, DC-DC преобразователь содержит два транзистора, два диода и высокочастотный двухобмоточный трансформатор, причем коллектор первого транзистора подключен к положительному зажиму аккумуляторной батареи, эмиттер первого транзистора - к первому выводу первичной обмотки трансформатора, эмиттер второго транзистора присоединен к первому выводу вторичной обмотки трансформатора, коллектор второго транзистора - к положительному зажиму инвертора напряжения, второй вывод первичной обмотки трансформатора подключен к отрицательному зажиму аккумуляторной батареи, второй вывод вторичной обмотки трансформатора - к отрицательному зажиму инвертора напряжения, диоды включены встречно-параллельно вышеупомянутым транзисторам.
На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства.
Предлагаемое устройство содержит аккумуляторную батарею 1, DC-DC преобразователь 2, состоящий из двух транзисторов 3 и 4, двух диодов 5 и 6, и высокочастотного двухобмоточного трансформатора 7, накопительный конденсатор 8, трехфазный мостовой инвертор напряжения 9, синхронную машину с возбуждением от постоянных магнитов 10.
Аккумуляторная батарея 1 подключена к зажимам низкого напряжения DC-DC преобразователя 2. Коллектор транзистора 3 подключен к положительному зажиму аккумуляторной батареи 1, эмиттер транзистора 3 - к первому выводу первичной обмотки трансформатора 7, эмиттер транзистора 4 присоединен к первому выводу вторичной обмотки трансформатора 7, коллектор транзистора 4 - к положительному зажиму ИН 9, диод 5 включен встречно-параллельно транзистору 3, а диод 6 - транзистору 4, второй вывод первичной обмотки трансформатора 7 подключен к отрицательному зажиму аккумуляторной батареи 1, второй вывод вторичной обмотки трансформатора 7 - к отрицательному зажиму ИН 9. Накопительный конденсатор 8, присоединен к зажимам высокого напряжения DC-DC преобразователя 2 и к зажимам постоянного тока ИН 9. СМПМ 10 подключена к зажимам переменного тока ИН 9.
Устройство работает следующим образом:
В режиме стартера, СМПМ 10 работает в режиме двигателя, а накопительный конденсатор 8 служит источником электрической энергии. Процесс запуска начинается с заряда накопительного конденсатора 8 от аккумуляторной батареи 1 через DC-DC преобразователь 2. В этом случае DC-DC преобразователь 2 работает в режиме повышающего широтно-импульсного регулятора, что позволяет получить напряжение на накопительном конденсаторе 8 на уровне 100÷120 В от аккумуляторной батареи 1 с напряжением 36 В.
DC-DC преобразователь 2 работает как однотактный обратноходовой преобразователь следующим образом: при включенном транзисторе 3, первичная обмотка трансформатора 7 через транзистор 3 подключается к аккумуляторной батареи 1. Трансформатор 7 выполняет роль накопительного реактора, в его первичной обмотке протекает ток от положительного зажима аккумуляторной батареи 1 к отрицательному, и запасается электрическая энергия, потребляемая от аккумуляторной батареи 1. При выключении транзистора 3, эта энергия из индуктивности намагничивания трансформатора 7 передается во вторичную обмотку и через диод 6 - в накопительный конденсатор 8. При соответствующем коэффициенте трансформации трансформатора 7, на выходе DC-DC преобразователя 2 формируется требуемое напряжение. Стабилизация выходного напряжения обеспечивается регулированием частоты импульсов отпирания транзистора 3. Процессы повторяются до тех пор, пока накопительный конденсатор 8 не зарядится до заданного уровня напряжения. Ток, потребляемый от аккумуляторной батареи 1 для заряда накопительного конденсатора 8, ограничивается на заданном уровне, что позволяет увеличить срок ее службы. В это время ИН 9 не работает. После заряда накопительного конденсатора 8, DC-DC преобразователь 2 отключается и включается в работу ИН 9, который формирует в обмотках статора СМПМ 10 трехфазную систему токов. При этом создается необходимый момент на валу ЭМ и запускается ДВС. ДВС выходит на устойчивый режим работы, после этого стартер-генератор переводится в генераторный режим.
В генераторном режиме, первичный двигатель вращает ротор СМПМ 10, при этом в обмотке статора индуктируется трехфазная система электродвижущих сил. ИН 9 работает в режиме активного выпрямителя, чтобы обеспечить стабильное постоянное напряжение на накопительном конденсаторе 8 на заданном уровне (110 В). DC-DC преобразователь 2 работает в режиме понижающего широтно-импульсного регулятора, чтобы снизить напряжение 110 В до 42 В для заряда аккумуляторной батареи 1 и питания нагрузки.
DC-DC преобразователь 2 работает как однотактный обратноходовой преобразователь следующим образом: при включенном транзисторе 4, вторичная обмотка трансформатора 7 подключается к накопительному конденсатору 8. В индуктивности вторичной обмотки трансформатора 7 нарастает ток и запасается энергия. При выключении транзистора 4 эта энергия из индуктивности намагничивания трансформатора 7 передается в первичную обмотку и через диод 5 - в аккумуляторную батарею 1. Благодаря периодическому включению и выключению транзистора 4, достигается установившийся ток заряда аккумуляторной батареи 1. Ограничение напряжения на уровне 42 В исключает перезаряд аккумуляторной батареи 1.
Таким образом, в предлагаемом стартер-генераторе исключается прямая связь между аккумуляторной батареей и накопительным конденсатором, за счет использования высокочастотного трансформатора.