Разработка интегрированного стартер-генератора на основе вентильно-индукторной машины (стр. 3 из 3)
На рис.13 представлены статические характеристики генератора в зависимости от скорости, и мощность возбуждения, необходимая для работы генератора. Как видно из приведенных зависимостей, на низких скоростях вращения генератор потребляет мощность возбуждения, превышающую полезную выходную мощность в 3 раза. Это связано с режимом поддержания тока фазы на определенном уровне. Несмотря на это, КПД генератора составляет около 70%, вследствие того, что мощность возбуждения, запасенная в электромагнитном поле, расходуется только на потери в сопротивлениях фаз и перекачивается между фазами ВИСГ. Потери на возбуждение обусловлены исключительно потерями в обмотках статора и потерями в стали.
При снижении скорости ниже критической скорости, генератор не способен обеспечить выходную мощность даже при высокой мощности возбуждения, что вызвано низким значением ЭДС генератора. Ниже скорости вращения 2000 об/мин мощность генератора становиться менее заданных 4 кВт (рис.13). Таким образом, преобразователь частоты и генератор необходимо проектировать с учетом того, что проходная мощность может в несколько раз превышать номинальную мощность генератора, если он предназначен для эксплуатации на низких скоростях вращения.
С ростом скорости вращения, ЭДС генератора, вызванная перемещением зубцов ротора относительно зубцов статора, возрастает пропорционально скорости вращения. Требуемая мощность возбуждения при этом уменьшается.
Свыше скорости 6500 об/мин (рис.13) выходная мощность генератора имеет тенденцию к снижению, что вызвано невозможностью создания требуемого потока возбуждения катушки. Рост скорости вращения уменьшает время коммутации, вследствие чего ток возбуждения не успевает достичь требуемого значения. Скорость возрастания тока ограничивается ЭДС, вызванной изменением тока в обмотке. Для преодоления данного ограничения, начало подачи импульса возбуждения смещают в область двигательного режима, однако в данной области быстрому нарастанию тока препятствует значительная ЭДС вращения. Другим способом повышения мощности генератора на высоких скоростях может служить увеличение напряжения возбуждения, аналогично стартерному режиму (рис.7).
Рис.11 Зависимость тока, потокосцепления и индуктивности фазы от времени (1000 об/мин 4кВт)
Рис.12 Энергетическая диаграмма генераторного режима на частоте вращения 1000 и 5000 об/мин (нагрузка 4 кВт)
Рис. 13 Мощность возбуждения и выходная мощность генератора в зависимости от скорости.
Заключение
Результаты проведенных исследований показывают, что вентильно-индукторная машина может функционировать как стартер-генератор ДВС. Для обеспечения требуемых показателей, удовлетворяющих режимам стартера и генератора, необходимо производить регулировку напряжения питания в стартерном режиме и напряжения возбуждения в генераторном. При проектировании ВИСГ необходимо учитывать, что требуемая мощность электронного коммутатора может превышать номинальную мощность генератора в 3-5 раз для обеспечения работы генератора на низких частотах вращения.
В стартерном режиме требуется контролировать значения токов в фазах ВИМ, для чего, с целью предотвращения повреждения источника питания, реализуется ограничение потребляемого тока. В генераторном режиме, для поддержания требуемого тока возбуждения, реализуется схожий режим коммутации. Для реализации данных режимов, электронные ключи должны выбираться из расчета, что частота коммутации, в зависимости от требуемой точности регулирования, может в сотни раз превосходить частоту коммутации фаз на данной скорости без ограничения тока.
Списоклитературы
A. de Vries , Y. Bonnassieux, M. Gabsi, E. Hoang, F. d-Oliveira, Cedric Plasse, A SWITCHED RELUCTANCE MACHINE FOR A CAR STATER ALTERNATOR SYSTEM //IEEE International Electric Machines and Drives Conference 2001, pp.323-329.
Gabriel Gallegos-Lopez, James Walters, Kaushik Rajashekara, Switched Reluctance Machine Control Strategies for Automotive Applications //SAE World Congress, March 5-8, 2001.
Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели.- М.: Изд-во МЭИ, 2003. 68с.
F. Henrotte, G. Deliege, and K. Hameyer, The eggshell method for the computation of еlectromagnetic forces on rigid bodies in 2D and 3D, CEFC 2002, Perugia, Italy, April 16-18, 2002.
S. McFee, J. P. Webb, and D. A. Lowther, A tunable volume integration formulation forforce calculation in finite-element based computational magnetostatics, IEEE Transactions on Magnetics, 24(1):439-442, January 1988.
Miller, T.J.E., Switched Reluctance Motors and their control -Oxford: Magna Physics Publishing and Clarendon Press, 1993, 205p.
Cardenas R., Ray W.F., Asher G.M., Switched reluctance generators for wind energy applications //Power Electronics Specialists Conference, 1995. PESC '95 Record., 26th Annual IEEE, vol.1, pp.559-564.
David A. Torrey, Switched Reluctance Generators and Their Control //IEEE Transactions on industrial electronics, vol.49, No.1, February 2002.
Erkan Mese, Yilmaz Sozer, James M. Kokernak, Dvid A. Torrey, Optimal Exitation of a High Speed Switched Reluctance Generator //Applied Power Electronics Conf and Exhibition (APEC), IEEE 2000, vol.1, pp.362-368.