СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ

ИЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

–Продление срока службы оборудования.

–Снижение вероятности аварийных ситуаций.

–Имеется возможность точной настройки режима работы технологической системы.

–Повышается производственная безопасность.

–Экологичность.

Научный руководитель – канд. техн. наук, доц. Коцарев Н.Ф.

Библиографический список

1.Кацман, М.М. Электрические машины / М.М. Кацман. – М.: Выс. шк., 2003. – 469 с.

2.Костенко, Г.Н. Электрические машины / Г.Н. Костенко, Л.М. Пиотровский. – Л., 1972. – Ч.1 – 544 с.;

1973. – Ч. 2. – 648 с.

3.Вольдек, А.И. Электрические машины /А.И. Вольдек. – Л., 1978. – 832 с.

4.Петров, Г.Н. Электрические машины. Ч. 2. Асинхронные и синхронные машины / Г.Н. Петров.– М.,

1963. – 416 с.

5.Важнов, А.И. Электрические машины/ А.И. Важнов.– Л.: Энергия, 1968. – 768 с.

COMPARATIVE ANALYSIS WITH ELECTRIC DC MOTORS AND ASYNCHRONOUS THREE-PHASE AC MOTOR WITH FREQUENCY CONTROL

P. Y. Ivushkin

Annotation. In this paper, a detailed analysis of all the advantages and disadvantages of both types of drives. A comparison of the economic costs of the creation of these drives and their maintenance costs. The analysis of the energy-saving properties of both types of drives. A review of the problem of the use of asynchronous motors in other countries. Results payback cost of frequency converters.

Keywords: induction motor, alternating current, direct current, power.

386

Ивушкин Павел Юрьевич (Россия, г. Омск) – студент СибАДИ, группы ЭАТб13-А1 (644080, г.Омск,

пр. Мира, 5, e-mail.ru).

УДК 621.432

ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМ ПУСКА «СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОР» МИКРОГИБРИДНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

FEATURES OF START "STARTER-GENERATOR" MICRO HYBRID CARS

А.Д. Лекомцева, Р.В. Бехштедт

Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ), Россия, г. Омск

Аннотация. Статья посвящена обсуждению плюсов и минусов электропусковых систем “start&stop” на основе электрической машины, которая может использоваться как в качестве

стартера, так и в качестве генератора (в зависимости от управляющего сигнала). Исследуются преимущества таких систем по отношению к системам “start&stop”,

которыми в последнее время стали оснащаться традиционные автомобили. Рассмотрены возможности дальнейшего развития стартер - генераторных установок, улучшения их

экономических и экологических показателей в соответствие с требованием времени.

Ключевые слова: гибридная силовая установка автомобиля, гибридный автомобиль, электромобиль, привод, высоковольтные аккумуляторные батареи.

Введение

В настоящее время одним из вариантов решения проблемы совершенствования энергетических силовых установок (ЭСУ) с целью повышения их экономичности и экологической чистоты является разработка гибридных энергетических силовых установок

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

(ГЭСУ). Они состоят из обычного двигателя внутреннего сгорания (ДВС), электрического двигателя, образующих при определённой схеме их сопряжения единый привод для движения автомобиля. Такой подход к решению данной проблемы обеспечивает возможность реализовать в одном транспортном средстве основные достоинства обычных автомобилей и электромобилей.

Сама идея создания данного транспортного средства (гибридного автомобиля) не нова. Ей более ста лет. Первый в мире гибридный автомобиль был создан в 1900 году Фердинандом Порше. Его автомобиль Lohner-Porsche был бензиново электрическим, использовавшим ДВС в качестве генератора, который заряжал свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, питавшие

электродвигатели, установленные непосредственно на ступицах автомобиля. Спустя 60 лет еще один легковой автомобиль внес свой весомый вклад в будущее развитие гибридных автомобилей, AMC Amitron. Он стал первым американским автомобилем, который начал использовать систему рекуперативного торможения, жизненно важную технологию в области гибридных транспортных средств, начиная от микрогибридов и заканчивая полноценными гибридными машинами [1].

Системы «Старт-стоп

Микрогибридные автомобили представляют собой самую примитивную форму гибридизации. Полная классификация видов автомобилей от традиционных до полных гибридов и электромобилей с водородным топливным элементом ещё не достаточно проработана. В качестве инструмента такой проработки в работе [2] предлагается интерфейс моделирования логически полных непротиворечивых таблиц решений [3]. А микрогибриды –

практически всего лишь модернизация традиционного автомобиля, оснащенного системой «Старт-стоп» (“start&stop”). В настоящее время более 70% выпускаемых в мире традиционных

бензиновых и дизельных автомобилей содержат такую систему, которая глушит ДВС при остановках (у светофора и в пробках) и обеспечивает быстрый его запуск. Это позволяет значительно сократить время работы ДВС в режиме холостого хода, который с экологической точки зрения наиболее нежелателен. В среднем же, в процессе эксплуатации, ДВС почти треть

времени работает в режиме холостого хода, бесполезно сжигая топливо, не производя 387 полезной работы и активно при этом загрязняя окружающую среду. Таким образом, система «Старт-стоп» обеспечивает экономию топлива, уменьшает вредные выбросы и увеличивает

срок службы ДВС, уменьшая траты его ресурса на бесполезную работу.

Более того, системы «Старт-стоп» последних модификаций обеспечивают частичную

рекуперацию механической энергии автомобиля в электрическую при торможении.

Стартер-генераторные установки

Те же функции присущи и микрогибриду, только реализация этих функций осуществляется на более высоком технологическом уровне с использованием стартер-генераторной установки

(СГУ) на базе одной электрической машины переменного тока. С технологической точки зрения такие системы можно разделить на два вида:

1)выносные электрические машины переменного тока, обеспечивающие запуск ДВС и генерацию электрической энергии, например, система «Спид – Старт 12» фирмы «Вистеон».

Здесь вместо двух машин (стартера и генератора как на традиционных автомобилях) используется лишь одна обратимая трехфазная электромашина. В зависимости от команд электронного блока управления (ЭБУ) она становится то электрическим двигателем (ЭД), запускающим ДВС, то генератором, способным отдавать в бортовую сеть до 3 кВт мощности. Режим «стоп-старт» легко реализуется в городских пробках. При отпускании педали тормоза маховик ДВС раскручивается до пусковой частоты всего за 0,4 с. Такой «стартер-генератор»

значительно экономит расход топлива при движении автомобиля в условиях города;

2)«система стартер-генератор, интегрированная с маховиком». Такие системы

предлагают Honda, Ford (система ISG – integrated starter-generator), Toyota-Motors и Citroen –

интегрированный стартер – альтернатор (генератор) – демпфер (ИСАД). Ротором такого «стартер – альтернатора» является сам маховик (без привычного зубчатого венца), вокруг

которого размещены обмотки статора. Управляемая таким силовым агрегатом электроника задает ему нужный режим работы (двигательный или генераторный).

Транспортное средство, оборудованное системой ISG, могло бы считаться умеренным гибридом, потому что способно осуществлять большинство функций гибридного электрического транспортного средства. Помимо традиционной системы энергоснабжения с напряжением 12 В

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

на автомобилях типа Ford Explorer имеется также электрическая система с рабочим

напряжением 42 В (рисунок 1).

Разработкой и внедрением подобных СГУ в последнее время заняты практически все мировые производители автомобилей совместно с производителями электрического и электронного оборудования транспортных средств.

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

Рисунок 2 – Стартер-генератор компании Continental с гасителем вибраций

1)автомобильный стартер-генератор автомобиля «УАЗ Патриот»: двигательный режим – 12 кВт, 1100 об./мин, КПД – 84 %; генераторный режим – 9 кВт, 1000–5000 об./мин, КПД – 75 %, масса – 48 кг (встроенная конструкция);

2)автомобильный стартер-генератор автомобиля «Lada Kalina»: двигательный режим – 8,5 кВт, 1300 об./мин, КПД – 83 %; генераторный режим – 6 кВт, 1000–5500 об./мин, КПД – 73 %, масса – 28 кг (встроенная конструкция).

Данные изделия сделаны на основе вентильного индукторного двигателя с самоподмагни-

чиванием (ВИМС). По сравнению с распространенными приводами с асинхронным двигателем (АД) и синхронным двигателем (СД) применение ВИМС более эффективно:

1)в постоянно работающих приводах, где важным фактором является высокий КПД;

2)приводах насосов, вентиляторов, компрессоров;

3)в высокоскоростных электроприводах, где двигатели с обмотками и постоянными магнитами на роторе менее надежны;

4)в низкоскоростных электроприводах, где АД неэффективен из-за низкого КПД и СД

слишком дорог, а стоимость преобразователя невелика относительно стоимости двигателя;

5)при работе в тяжелых условиях, в частности при ударных нагрузках на вал двигателя;

6)в автомобильных приводах, в частности в стартер-генераторах;

7)при работе в условиях, где принципиальной является минимизация массогабаритных показателей привода, в частности в тяговых электроприводах.

В связи с использованием в СГУ машин переменного тока дальнейшее их развитие связано

сприменением новейших достижений в области электроники и, прежде всего, с созданием новейших инверторов для таких машин и микропроцессорных систем управления. В стратегии развития автомобильного транспорта до 2020 планируется [5]: разработка перспективных технологий создания транспортных средств, использующих электрические источники энергии (комбинированные энергоустановки, электромобили, электробусы, системы электропривода и перспективные источники тока); создание новых технологий и систем глубокого обезвреживания токсичных выбросов дизелей, обеспечивающих перспективные экологические и энергетические

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

показатели (ЕВРО-5 и ЕВРО-6) и т.д. Решение этих задач требует дальнейшего

совершенствования СГУ в сторону повышения уровня гибридизации автомобиля.

Выводы

В современных автомобилях применение систем «Старт-стоп» становится всё более и более актуальным. Функции этой системы более эффективно выполняются с помощью стартер-

генераторных установок, что объясняет переход от традиционных автомобилей к гибридным. Этот переход в свете требований дальнейшего повышения экономичности и экологической чистоты автомобиля является достаточно актуальным.

Научный руководитель – канд. техн. наук, доц. Червенчук В.Д.

Библиографический список

1.Сколько существует видов гибридных автомобилей? [Электронный ресурс].– Режим доступа : http://www.1gai.ru/publ/517487-skolko-suschestvuet-vidov-gibridnyh-avtomobiley.html, свободный. – Загл. с

экрана (дата обращения к ресурсу: 22.01.2017).

2.Червенчук, В.Д. К вопросу о классификации энергетических силовых установок гибридных

автомобилей / В.Д. Червенчук // Архитектура, строительство, транспорт: материалы Международной научно-практической конференции (к 85-летию ФГБОУ ВПО «СибАДИ»). – 2015. – С. 1055–1060.

3.Червенчук, В.Д. Пакет прикладных программ. Моделирование и трансляция логически полных таблиц решений // Госфонд алгоритмов и программ. – М., 1984. – № П007341.

4.Вентильный индукторный двигатель с самоподмагничиванием (ВИМС) // ФГУП НИИАЭ: научно-

исследовательский и экспериментальный институт автомобильной электроники и электрооборудования [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://niiae.ru/ru/napravleniya-raboty/elektrodvigateli/224-2012-03-14-

06-40-50.

5. Червенчук, В.Д. Перспективные направления повышения эффективности эксплуатации автомобильного электрооборудования / В.Д. Червенчук // Архитектурно-строительный и дорожно-

транспортный комплексы: проблемы, перспективы, новации [Электронный ресурс] : материалы Международной научно-практической конференции, 7−9 декабря 2016 года. – Омск : СибАДИ, 2016.

390

FEATURES OF START "STARTER-GENERATOR" MICRO HYBRID CARS

A. D. Lekomtseva, Rudolf V. Bechstedt

Abstracts. The article discusses the pros and cons of the electric systems "start & stop" on the basis of the electric machine, which can be used both as a starter and as a generator (depending on the control signal). We investigate the benefits of such systems in relation to the system "start & stop", which recently VRE-name were equipped with traditional cars. Possibilities for further development of starter-generators, the improvement of their economic and environmental characteristics in accordance with time.

Keywords: the hybrid propulsion equipment vehicle, hybrid electric vehicle, electric car, drive unit, high-voltage batteries.

Лекомцева Анастасия Дмитриевна (Россия, г. Омск) – студент СибАДИ, группы ЭАТб-13А1.

644080, г. Омск, Проспект Мира, 5. Email: lekomceva_nastya@mail.ru

Бехштедт Рудольф Викторович (Россия, г. Омск) – студент СибАДИ, группы ЭАТб-13А1. 644 080,

г. Омск, Проспект Мира, 5. Email: Rudolf_Bexshtedt@mail.ru

Lekomtseva Anastasia D. (Russia, Omsk) - SibADI student, group ЭАТб-13А1. 644080, Omsk, Mira, 5. Email: lekomceva_nastya@mail.ru

Bechstedt Rudolf V. (Russia, Omsk) - SibADI student, group ЭАТб-13А1. 644080, Omsk, Mira, 5. Email: Rudolf_Bexshtedt@mail.ru

Supervisor: Ph.D., Associate Professor VD Chervenchuk - Associate Professor, 644080, Omsk, Mira, 5. Email: chervenchuk@mail.ru

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.