Рассматриваются принципы работы стартер-генераторного устройства автономного объекта на базе вентильно-индукторной машины. Проведено исследование режимов работы вентильно-индукторного стартер-генератора на основе математического моделирования. Предложено решение проблем расширения диапазона рабочих скоростей в стартерном и генераторном режимах.
Введение
Автомобиль является одним из самых массовых видов автономных объектов. Пуско-генераторная установка автомобиля, как и в начале XX века, состоит из двух независимых устройств - синхронного генератора и стартера на основе двигателя постоянного тока. За столь большой промежуток времени данные устройства не претерпели значительных изменений. Наряду с этим, развитие автомобильной промышленности демонстрирует быстрый рост количества энергопотребителей в новых моделях автомобилей, что требует постоянного повышения мощностей их генераторных установок. Необходимо отметить, что в большинстве случаев привод генератора осуществляется с помощью ременной передачи, ресурс которой и передаваемый момент ограничены.
Решением задачи увеличения мощности одновременно с увеличением ресурса генераторной установки и уменьшения массы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) может послужить интегрированный стартер-генератор на основе вентильно-индукторной электрической машины. Он устанавливается непосредственно на коленчатый вал ДВС, что позволяет значительно увеличить надежность системы за счет отказа от большого числа изнашиваемых частей.
В стартерном режиме такое решение позволяет отказаться от традиционно применяемого редуктора, являющегося маховиком ДВС, благодаря чему запуск двигателя происходит быстрее и с меньшим уровнем шумов. Это также позволяет реализовать систему "стоп-старт", экономящую топливо во время остановки автомобиля, которая заглушает ДВС, если машина простаивает дольше определенного промежутка времени и пускает двигатель с началом движения.
Генератор также может использоваться как электромагнитный тормоз при невысоких степенях торможения, что способствует экономии топлива за счет рекуперации энергии. Суммарная экономия топлива, а значит и уменьшение количества вредных выбросов, с использованием интегрированного стартер-генераторного устройства (ИСГУ) на базе вентильно-индукторной электрической машины, как свидетельствуют зарубежные исследования [1], [2], может достигать 20%.
Вентильно-индукторная машина (ВИМ)
Возможно вы искали - Реферат: Пентакварк, опять пентакварк?
Вентильно-индукторная машина относится к классу синхронных реактивных машин с вентильным управлением. В мировой технической литературе ВИМ обозначается как Switched Reluctance Machine (SRM) и представляет собой совокупность электромеханического преобразователя энергии - индукторной машины (ИМ) (рис.1) - и электронного блока управления (рис.2). Необходимыми составляющими блока управления являются:
блок управления коммутацией, содержащий алгоритм и систему управления электронным коммутатором;
датчики положения ротора и тока фазы, которые могут выполняться интегрированными с блоком управления коммутацией;
электронный коммутатор, обеспечивающий подключение обмоток индукторной машины к источнику питания.
Похожий материал - Курсовая работа: Логика Космоса (физика античной Греции)
Рис.1 Конструкция индукторной машины конфигурации 6/4.
Рис.2 Схема блока управления ВИМ.
Статор и ротор ИМ - зубчатые из шихтованной электротехнической стали. Обмотка статора ИМ выполняется в виде сосредоточенных, размещенных на зубцах катушек, что обеспечивает высокую технологичность их изготовления. Ротор ИМ не имеет обмотки, что повышает надежность и уменьшает стоимость ВИМ по сравнению с другими типами вентильного привода. Конфигурацию ВИМ принято обозначать дробью, в числителе которой указывают число зубцов статора, а в знаменателе число зубцов ротора 
.
Принцип действия ИМ основан на реактивном взаимодействии зубцов статора и ротора. Зубцы ротора ИМ, под действием протекающего в катушках фазы тока, стараются занять положение, соответствующее наибольшему значению энергии магнитного поля, что соответствует режиму двигателя. Потокосцепления катушек 
зависят от взаимного углового положения зубцов статора и ротора (за 
принято рассогласованное положение зубцов) и тока катушек I (рис.3).
Очень интересно - Доклад: Информационные параметры сигналов
Рассогласованным положением сердечников статора и ротора для некоторой фазы ИМ называется такое положение, при котором зубцы фазы располагаются строго напротив пазов ротора. Это положение характеризуется минимальным значением индуктивности фазы и магнитного потока, сцепленного с ней, что объясняется максимальным значением магнитного сопротивления зазора между сердечниками.
Согласованным положением сердечников статора и ротора ИМ для какой-либо фазы называется такое положение, при котором зубцы фазы располагаются строго напротив полюсов ротора. Это положение характеризуется максимальным значением индуктивности фазы и сцепленного с ней магнитного потока, что определяется минимальной величиной магнитного сопротивления зазора между сердечниками.
Рис.3 Зависимость потокосцепления катушки ИМ (18/12) от углового положения и тока.
Момент, развиваемый ИМ согласно [3] по методу виртуальных перемещений:
Вам будет интересно - Реферат: Ультрамощные рентгеновские источники
Момент, действующий на ротор, может быть также определен из расчета магнитного поля ИМ с помощью взвешенного тензора натяжения (Weighted Stress Tensor) по [4], [5]. Метод расчета усилий на основе взвешенного тензора натяжения базируется на объемном интеграле тензора натяжения Максвелла для вакуума 
, по тонкой оболочке S, охватывающей подвижный элемент. Суммарное усилие, действующее на подвижный элемент электрической машины (ротор), определяется по данному методу как:
, где 
- функция, принимающая значение 1 внутри оболочки S, и 0 вне оболочки S.
Реализация данного метода позволяет рассчитывать момент (Мтн рис.4), создаваемый электрической машиной, более точно, чем по методу виртуальных перемещений (Мвм рис.4).
Похожий материал - Реферат: Оптимизация структуры стохастического графа c переменной интенсивностью выполнения работ
Рис.4 Зависимость момента ВИМ конфигурации 18/12 в зависимости от углового положения зубцов статора и ротора.
В двигательном режиме импульс напряжения от источника питания через ключи S1, S2 (рис.2) подается на обмотку фазы А в момент, когда зубцы статора и ротора находятся в близком к рассогласованному положении (I рис.5). При подходе зубцов к согласованному положению (II рис.5) ключи S1 и S2 размыкаются, и к обмотке фазы через диоды D1, D2 прикладывается напряжение противоположного знака, что способствует гашению магнитного поля фазы до достижения зубцами согласованного положения. К моменту, когда зубцы займут согласованное положение, ток и потокосцепление фазы должны быть равно нулю, иначе будет создаваться тормозной момент. Последовательно переключая катушки ИМ в порядке А, В, С (рис.1) в соответствии с показаниями датчика положения ротора получают непрерывное преобразование энергии. Направление вращения ротора при этом будет противоположенным направлению переключения фаз. Основные положения, относящиеся к двигательному режиму ВИМ, описаны в [2], [3], [6].
Рис.5 Стартерный режим работы ВИМ