Применение молекулярного накопителя энергии в системе электропуска автомобиля Урал-432031

РАЗДЕЛ 1. НАЗЕМНЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ

УСТАНОВКИ И ДВИГАТЕЛИ

Применение молекулярного накопителя энергии в системе электропуска

автомобиля Урал-432031

к.т.н. Антипенко В.С., к.т.н. Лебедев С. А.

МГТУ «МАМИ», Рязанский военный автомобильный институт

Всем известно, что пуск автомобильных двигателей вызывает особые затруднения в зимний период, особенно в холодных климатических зонах, а также в случаях, когда аккумуляторные батареи достаточно сильно разрядились. Это требует значительных трудовых и энергетических затрат весьма продолжительных по времени, которые могут быть причиной больших простоев автомобиля.

Для повышения эффективности использования автотранспорта идут по пути улучшения пусковых качеств двигателей внутреннего сгорания (ДВС) за счет повышения технических характеристик систем электростартерного пуска (СЭП). Применяемые на автомобилях СЭП постоянно совершенствуются путем оптимизации конструкций стартеров и разработки новых необслуживаемых стартерных свинцовых аккумуляторных батарей (АБ) с высокими электрическими характеристиками. Это позволило повысить надежность пуска автомобильных двигателей, обеспечить значительную экономию и достичь высокой степени унификации СЭП.

Однако в связи с наличием определенных недостатков у стартерных свинцовых АБ проявляется интерес к использованию в СЭП альтернативных источников энергии, в частности емкостных молекулярных накопителей энергии (МНЭ).

Применение СЭП с МНЭ позволяет снизить емкость АБ, их размеры, массу и стоимость. СЭП с МНЭ могут обеспечить пуск двигателя при значительной степени разряженно-сти АБ, что повышает эксплуатационную надежность автомобиля, особенно в условиях низких температур.

Удельная мощность МНЭ на несколько порядков выше удельной мощности АБ. МНЭ способны быстро накапливать и отдавать накопленную энергию. Время заряда и разряда МНЭ определяется, в основном, параметрами соответственно зарядной цепи и потребителя электроэнергии.

Отмеченные преимущества МНЭ (малое внутреннее сопротивление и высокая удельная мощность) позволяют использовать их в СЭП в качестве промежуточных источников энергии. МНЭ размещают между АБ и стартером. Перед пуском холодного ДВС МНЭ в течение 30-90 секунд заряжается от АБ (время заряда определяется установленной силой разрядного тока АБ) и затем в течение 1-5 секунд разряжается на электростартер, прокручивающий коленчатый вал ДВС.

Выделение энергии МНЭ за короткий промежуток времени позволяет электростартеру развивать значительную мощность, вращать коленчатый вал с большой пусковой частотой и тем самым повысить надежность пуска ДВС. А так как АБ разряжается на МНЭ в течение более длительного времени по сравнению с продолжительностью процесса пуска ДВС, ее емкость можно значительно уменьшить.

Наиболее распространенным схемным решением и легко применяемым на практике может быть параллельное соединение МНЭ и АБ, которые образуют комбинированный источник тока.

На рис. 1 представлена принципиальная электрическая схема системы электрического пуска с комбинированным источником тока (КИТ) для автомобиля Урал-4320-31.

В качестве КИТ были использованы две последовательно соединенные АБ типа 6ТСТС-100А (батареи-модули), которые заняли место одной из штатных АБ, а на место второй АБ параллельно был подключен МНЭ типа МНЭ-210/28 (рис. 2).

Стартер

ш.

Аккумуляторные батареи 6-

Тахометр

г-7а-

Фильтр

О

Выключатель батареи

+ -

12У

+ -

12 V

31е

Предела

нитель

-8-

12-

Реле включения стартера

Розетка внешнего пуска _ил

Амперметр /Го^-ЗОа— 12в-тО/

41г-

1356

Реле блокн|>овкн стартера

Кнопка выключении батарей

Реле блокировки выключателя батарей

88

-306-

Г~

42

-«

Бык.гпочателъ приборов и стартеров

£

С1

К1

Контактор

ДО

ж

Генератор 1702.3771

30 +

Регулятор напряжения 2712.3702

85

К2

Реле 90.3747

Я1

Рис. 1 - Схема системы электрическою пуска с комбинированным источником тока для автомобиля Урал-4320-31

^о I

Рис. 2. Размещение комбинированного источника тока в аккумуляторном отсеке.

Для автоматического подключения и отключения МНЭ к бортовой сети автомобиля в схему СЭП были добавлены контактор К1, рассчитанный на высокие стартерные токи, и реле К2 (90.3747) с добавочным сопротивлением Ю. На обмотку контактора К1 подается напряжение через замкнутые контакты реле К2 с вывода «+» регулятора напряжения (рис. 3). В свою очередь работой реле К2 управляет сигнал, подаваемый на обмотку реле с одной из фаз генератора (рис. 4). Такое построение схемы позволяет автоматически подключить МНЭ к бортовой сети и начать его заряд от АБ после поворота выключателя приборов и стартера в I положение и отключить его, после того как двигатель запустится.

Рис. 3. Подключение цепи обмотки контактора к регулятору напряжения.

Работает система следующим образом.

При нажатии кнопки выключателя батареи АБ подключаются к сети автомобиля. Путь тока: положительный вывод АБ - провод 7 - стартер - провод 12 - предохранитель - провод 12 В - амперметр - провод 30а - вывод АМ выключателя приборов и стартера - провод 30б - реле блокировки выключателя батарей - провод 88 - кнопка выключения батарей - провод

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. 89 - вывод выключателя батарей - обмотка выключателя батарей - провод 31е - провод 31 -отрицательный вывод АБ.

Рис. 4. Подключение цепи обмотки реле 90.3747 к генератору.

При включении выключателя приборов и стартера в положение I к сети подключается контактор К1. Путь тока: вывод «+» регулятора напряжения - вывод 30 реле К2 - замкнутые контакты реле К2 - вывод 88 реле К2 - обмотка контактора К1 - корпус автомобиля .

Контактор К1 срабатывает и подключает к сети МНЭ. Далее происходит заряд накопителя от АБ до их напряжения.

При включении выключателя приборов и стартера в положение II к АБ подключается обмотка реле включения стартера, в результате по цепи проходит ток: положительный вывод АБ - провод 7 - стартер - провод 12 - предохранитель - провод 12 В - амперметр - провод 30а - выводы АМ и СТ выключателя приборов и стартера - провод 41 - обмотка реле включения стартера - провод 41 в - выводы 3 и 1 реле блокировки стартера - провод 135 б - корпус автомобиля - выключатель АБ - провод 31 - минусовой вывод АБ.

Контактами реле включения стартера замыкается цепь обмоток тягового реле стартера. Путь тока в этом случае следующий: положительный вывод - провод 7 - стартер - провод 12 - предохранитель - провод 12а - контакты реле включения стартера - привод 8 - втягивающая и удерживающая обмотка тягового реле стартера - корпус автомобиля - выключатель АБ - провод 31 - минусовой вывод АБ.

Тяговое реле стартера вводит шестерню привода в зацепление с зубчатым венцом маховика и подключает электродвигатель стартера к напряжению АБ и МНЭ, после чего производится пуск двигателя.

После пуска двигателя начинает работать генератор и подавать напряжение на реле обмотку К2. Реле К2 срабатывает (его контакты размыкаются) и прерывает ток в обмотке контактора К1. Контактор К1 отключает МНЭ от сети автомобиля до тех пор, пока генератор будет работать.

Применение КИТ с МНЭ в СЭП является одним из перспективных направлений в решении проблемы пуска автомобильных двигателей. Поэтому теоретические и эксперимен-

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. тальные исследования СЭП с КИТ, а также разработка методов их расчета и сравнительной оценки с СЭП с АБ является весьма актуальной задачей, решение которой будет способствовать внедрению и развитию таких систем.

Колебания ротора вентильного тягового электродвигателя

Бербиренков И. А.

МГТУ «МАМИ»

Рассматриваются собственные или свободные колебания ротора СД. Известно [1], что свободные колебания присущи самой природе СД, так как он с сетью питания представляет собой колебательную систему. Такие колебания возникают при любых внезапных или резких нарушениях или изменениях режима работы СД.

Изображенные на рис. 1 колебания возникают, например, при внезапном увеличении момента нагрузки. В этом случае угол нагрузки возрастает от 91 до 02, и этот переход совершается путем колебаний с начальной амплитудой колебаний, равной Д9 = 02 - 01, при этом колебания испытывают и вращающий момент, и частота вращения.

При колебаниях обычно действует также успокаивающая или демпфирующая сила, которая вызывает затухание колебаний. Затухание происходит тем сильнее, чем больше эта сила. Если она будет равна нулю, то колебания будут незатухающими (рис. 1).

Уравнение моментов при колебаниях имеет вид:

J d2

-. Д0 + Mym-p dt2

Г А ^

d Д0

v dt

+ Мст.Д0 = с

J

где: I - момент инерции вращающихся частей; р - число пар полюсов; Мут - коэффициент успокоительного момента; Мст - коэффициент синхронизирующего момента. Решением уравнения является:

Д© = С1 -е* 11 + С2еХ21

где: С1 и С2 - постоянные интегрирования, а и Х2 - корни характеристического уравнения

I 2

-X + Мут^ + Мст=0

Р ,

имеющие вид:

Первый член над корнем обычно значит меньше второго, и поэтому квадратный корень представляет собой мнимое число. Это и является условием колебательного процесса. Таким образом,

- X

Д0 = ( .cos (со ct) + A2 .sin(co ct))e

где: A1 = CI + C2 и A2 = j (CI — C2), а скорость качания

00 k = (Д©) - Д© "OOg'COS^OOgt^

Tk

кт = Д©-ю 0 -

причем 0 - амплитуда качаний частоты.