СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОР

Предлагаемая полезная модель относится к электрооборудованию систем запуска и генерирования 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 РФ №2150602], с бесконтактной асинхронной машиной (AM), подключенной к транзисторному инвертору напряжения (ИН).
Однако в указанном устройстве используется AM с короткозамкнутым ротором, которая хоть и обладает простой конструкцией, но дополнительно потребляет около 30% номинального тока, для создания потока возбуждения. Это приводит к пропорциональному увеличению установленной мощности ИН, что связано с увеличением токовой загрузки силовых ключей, входящих в состав ИН.
Кроме того, известен стартер-генератор [Патент США №6202776], являющийся прототипом предлагаемой полезной модели и содержащий аккумуляторную батарею (с номинальным напряжением 12 В или 24 В, в зависимости от бортовой сети), подключенную к зажимам низкого напряжения DC-DC преобразователя, накопительный конденсатор, присоединенный к зажимам высокого напряжения (60 В или 350 В) DC-DC преобразователя и к зажимам постоянного тока трехфазного мостового ИН, электрическую машину, подключенную к зажимам переменного тока ИН. Электрическая машина (ЭМ) расположена на валу двигателя внутреннего сгорания (ДВС), ротор машины выполняет роль маховика ДВС. Для увеличения срока эксплуатации и надежности работы, машина должна быть бесщеточной, поэтому в качестве
ЭМ может быть использована либо AM с короткозамкнутым ротором, либо синхронная машина с возбуждением от постоянных магнитов.
DC-DC преобразователь 18 (см. Приложение), состоит из двух подсистем 45 и 49. Повышающий dc преобразователь 45 содержит дроссель 46, ключ 47 и диод 48. Понижающий dc преобразователь 49 содержит однофазный мостовой ИН, состоящий из четырех ключей 50 и четырех встречно-параллельных им диодов 51, высокочастотный трансформатор 52 и однофазный мостовой диодный выпрямитель 53, состоящий из четырех диодов. В качестве ключей 47 и 50 используются транзисторы.
Указанный стартер-генератор содержит сложный и громоздкий DC-DC преобразователь, усложняющий конструкцию и увеличивающий массогабаритные показатели всего устройства.
Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции и уменьшение массогабаритных показателей стартер-генератора.
Поставленная задача достигается тем, что в известном стартер-генераторе, содержащем аккумуляторную батарею, подключенную к зажимам низкого напряжения DC-DC преобразователя, в состав которого входит повышающий dc преобразователь, содержащий диод, транзистор и дроссель, причем катод диода присоединен к положительному зажиму трехфазного мостового инвертора напряжения, анод диода - к коллектору транзистора, эмиттер транзистора подключен к отрицательным зажимам аккумуляторной батареи и инвертора напряжения, один вывод дросселя присоединен к точке общего соединения диода и транзистора, другой - к положительному зажиму аккумуляторной батареи, накопительный конденсатор, присоединенный к зажимам высокого напряжения DC-DC преобразователя и к зажимам постоянного тока инвертора напряжения, синхронную машину с возбуждением от постоянных магнитов, подключенную к зажимам переменного тока инвертора напряжения, понижающий dc преобразователь, входящий в состав DC-DC преобразователя, содержит транзистор и диод, включенные встречно-параллельно вышеупомянутым диоду и транзистору соответственно.
На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.
Предлагаемое устройство содержит аккумуляторную батарею 1 с номинальным напряжением 36 В, DC-DC преобразователь 2, состоящий из дросселя 3, двух транзисторов 4 и 5, и двух диодов 6 и 7, накопительный конденсатор 8, трехфазный мостовой ИН 9, синхронную машину с возбуждением от постоянных магнитов (СМПМ) 10.
Аккумуляторная батарея 1 подключена к зажимам низкого напряжения DC-DC преобразователя 2. Коллектор транзистора 4 присоединен к эмиттеру транзистора 6, коллектор транзистора 6 подключен к положительному зажиму ИН 9, эмиттер транзистора 4 - к отрицательным зажимам аккумуляторной батареи 1 и ИН 9, диод 5 включен встречно-параллельно транзистору 4, а диод 7 - транзистору 6. Один вывод дросселя 3 присоединен к положительному зажиму аккумуляторной батареи 1, другой - к точке общего соединения транзисторов 4 и 6. 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 на уровне 100÷120 В. DC-DC преобразователь 2 работает следующим образом: при включенном транзисторе 4, дроссель 3 через транзистор 4 подключается к аккумуляторной батареи 1. В дросселе 3 протекает ток от положительного зажима аккумуляторной батареи 1 к отрицательному, и запасается электрическая энергия, потребляемая от аккумуляторной батареи 1. При выключенном транзисторе 4, ток в дросселе 3, благодаря электродвижущей силе
самоиндукции, продолжает протекать в том же направлении. В результате этого открывается диод 7, накопительный конденсатор 8 подключается к аккумуляторной батареи 1 через дроссель 3 и диод 7. Энергия, потребляемая от аккумуляторной батареи 1 и энергия, запасенная в дросселе 3, передаются в накопительный конденсатор 8. Благодаря периодическому включению и выключению транзистора 4, достигается установившийся ток заряда, 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 следующим образом: при включенном транзисторе 6, аккумуляторная батарея 1 подключается к зажимам постоянного тока ИН 9 через дроссель 3 и транзистор 6. Аккумуляторная батарея 1 заряжается. При выключенном транзисторе 6, ток в дросселе 3, благодаря электродвижущей силе самоиндукции, продолжает протекать в том же направлении. В результате этого открывается диод 5, через который дроссель 3 подключается к аккумуляторной батареи 1, при этом энергия, запасенная в дросселе
3, передается в аккумуляторную батарею 1 и не прерывается ток заряда. Благодаря периодическому включению и выключению транзистора 6, достигается установившийся ток заряда аккумуляторной батареи 1. Ограничение напряжения на уровне 42 В исключает перезаряд аккумуляторной батареи 1.
Таким образом, предлагаемый стартер-генератор содержит более простой и компактный DC-DC преобразователь по сравнению с прототипом, за счет исключения высокочастотного трансформатора и уменьшения количества ключей, что в итоге приводит к упрощению конструкции и уменьшению массогабаритных показателей стартер-генератора.