Проектирование стартер-генераторной установки для автомобиля «FIAT 100-90 DT»
|
Введение 5
Раздел 1. Аналитический обзор 8
1.1 Назначение и устройство СГУ 9
1.2 Преимущества и основные функции стартер генераторной установки 11
1.3 Виды СГУ на примере зарубежных установок 14
1.3.1 Стартер генераторная установка компании IntegralPowertrain 14
1.3.2 Стартер генераторная установка компании ZF Sachs 14
1.4 Выбор электрической машины 15
Раздел 2. Конструкторская часть 17
2.1 Расчет геометрии статора 19
2.2 Выбор воздушного зазора и расчет геометрии ротора 22
2.3 Расчет проводимостей рассеяния ротора (магнитов) 22
2.4 Расчет магнитной цепи 23
2.5 Расчет параметров 26
2.6 Диаграмма магнита и проверка рабочей точки 28
2.7 Параметры схемы замещения при нагрузке 29
2.8 Масса активных материалов 30
2.9 Потери и коэффициент полезного действия 31
Раздел 3. Технологическая часть 33
3.1 Моделирование стартер-генераторной установки в пусковом режиме 34
3.2 Моделирование работы стартер-генераторной установки в генераторном
режиме 44
Раздел 4. БЖД 53
4.1 Функциональная безопасность 54
4.2 Электромагнитная совместимость 57
4.3 Электробезопасность 60
4.4 Программы испытаний стартер-генератора
4.5 Определение УПБ стартер-генератора
Заключение
Список литературы
Раздел 1. Аналитический обзор 8
1.1 Назначение и устройство СГУ 9
1.2 Преимущества и основные функции стартер генераторной установки 11
1.3 Виды СГУ на примере зарубежных установок 14
1.3.1 Стартер генераторная установка компании IntegralPowertrain 14
1.3.2 Стартер генераторная установка компании ZF Sachs 14
1.4 Выбор электрической машины 15
Раздел 2. Конструкторская часть 17
2.1 Расчет геометрии статора 19
2.2 Выбор воздушного зазора и расчет геометрии ротора 22
2.3 Расчет проводимостей рассеяния ротора (магнитов) 22
2.4 Расчет магнитной цепи 23
2.5 Расчет параметров 26
2.6 Диаграмма магнита и проверка рабочей точки 28
2.7 Параметры схемы замещения при нагрузке 29
2.8 Масса активных материалов 30
2.9 Потери и коэффициент полезного действия 31
Раздел 3. Технологическая часть 33
3.1 Моделирование стартер-генераторной установки в пусковом режиме 34
3.2 Моделирование работы стартер-генераторной установки в генераторном
режиме 44
Раздел 4. БЖД 53
4.1 Функциональная безопасность 54
4.2 Электромагнитная совместимость 57
4.3 Электробезопасность 60
4.4 Программы испытаний стартер-генератора
4.5 Определение УПБ стартер-генератора
Заключение
Список литературы
В быстро развивающемся и современном мире, в век самых продвинутых технологий, развитие автомобилей не прекращается ни на секунду. С каждой секундой придумываются новые технологии, а также усовершенствуются старые, проверенные временем и давно привычным удобствам. Одно из самых главных устройств автомобиля - двигатель внутреннего сгорания, делается по всем известным технологиям, а одно из главных явлений, происходящих в нем- процесс сгорания топлива, казалось бы, известен всем. Вопреки всем известным фактам, мало кто знает, что что всех двигателях есть один общий недостаток, который заключается в том, что современные двигатели созданы для работы на высоких оборотах, и естественно такие ДВС не так эффективны и необходимы для работы на малых оборотах, при которых топливо полностью не сжигается. Выхлопные газы, проходящее путь от сгорания в двигатели до выхода из выпускного коллектора, проходя через катализатор, который сделан для максимальной очистки этих газов при помощи сетки, сделанной из дорогостоящих материалов, создают массу проблем, загрязняя окружающую среду и вызывая проблема со здоровьем у людей.
Попытки человечества сделать аналог автомобиля, который будет работать без топлива, на электричестве - электромобиль, а также переход с обычного топлива на альтернативное на данный момент не привели ни к какому определенному решению данной проблемы. При создании электромобиля встает одна основная проблема, связанная с отсутствует эффективные накопители электрической энергии. Современные разработки данных электрических накопителей имеют слишком малую емкость, что не позволяет ему функционировать долгое время.
Самое оптимальное решение данного вопроса - разработка и попытка внедрения гибридных автомобилей. Гибридные автомобили - это автомобили, в которых присутствуют традиционные ДВС, а также электродвигатель (стартер), у которого вращающий момент на валу примерно равен, а возможно и выше, чем вращающий момент у ДВС при малых оборотах.
Питающийся от аккумулятора электродвигатель может также питаться от промежуточного накопителя энергии и развивать вращающий момент, которого хватит для работы двигателя, и помимо этого, даст возможность для того, чтобы разогнать автомобиль до максимальной скорости. В гибридные автомобили в роли главного микропроцессора, который управляет автомобилем, используется сигнальный процессор, который оптимизирует начало работы автомобиля и разгона его до нужной скорости.
Далее этот же процессор посылает команду на начало работы ДВС, что происходит при довольно больших оборотах коленчатого вала ДВС, в течение работы которых, процесс сжигания горючего происходит уже довольно эффективно. В это же время процессор переводит электродвигатель (стартер) в режим генератора, который вырабатывает энергию для бортового оборудования и подзарядки аккумулятора, а также помимо этого производит контроль за уровнем заряда накопительного конденсатора и процессами зарядки-разрядки аккумулятора, стабилизирует выходное напряжение генератора и т.д. Применение промежуточного (в большинстве случаев, емкостного) накопителя энергии в совокупности с гибким микропроцессорным управлением дает возможность получить сформировавшемуся гибридному двигателю достаточно большое количество положительных характеристик. В качестве примера, достаточно успешно может быть применен режим рекуперации энергии при движении под уклоном или при торможении двигателя. Очень важный факт, что разработки гибридных автомобилей на определенных автопредприятиях Германии и Японии уже прошли этап ОКР, и в этих странах запущено серийное производство данных автомобилей.
Можно принять во внимания тот факт, что разработки гибридных автомобилей во всем мире автомобильного производства ушли от испытаний и ошибок, а также некоторые применения технологий можно определить, устойчивые и прошедшие испытания. К примеру, электромеханическая часть стартера - генераторного устройства (СГУ) устанавливается между ДВС и муфтой сцепления. Необходимо отметить, что, ось ротора при этом является продолжением оси коленчатого вала ДВС. Также ротор выполняет роль маховика. Все вышеперечисленные процессы требуют существенной переработки отдельных узлов конструкции автомобиля. Реализовать данную идею с минимальными издержками весьма трудно, ведь сама цель, а именно переход к гибридному автомобилю, не приводит к заметному повышению уровня комфорта для водителя или пассажиров. Уменьшение потребления топлива проявляется постепенно, и в результате финансовый выигрыш от СГУ легко будет забыт. Основное назначение СГУ, (предназначение гибридного автомобиля) - это решение экологических проблем.
Помимо всего, хочется отметить, что есть только одно из немногих технических обстоятельств, которое даст шанс ускорить применение СГУ в автомобилестроении - это ежедневная возрастающая энерговооруженность автомобиля. Стандартная мощность электрического оборудования в современных зарубежных автомобилях составляет около 4 кВт и стремится к 10 кВт. Необходимо обратить внимание на то, что конструкторы в некоторых иностранных разработках автомобилей переходят к приводу колес от электродвигателей, что в итоге дает десятки киловатт в электроприводе.
Данная разработка СГУ, которая описана выше, в большей своей части - это рассуждения, которые были изложены ранее. Они дают шанс автомобиле конструкторам новое решение, с помощью которого может решится большая часть возникаемых проблем при создании нового типа автомобилей - гибридных автомобилей.
Попытки человечества сделать аналог автомобиля, который будет работать без топлива, на электричестве - электромобиль, а также переход с обычного топлива на альтернативное на данный момент не привели ни к какому определенному решению данной проблемы. При создании электромобиля встает одна основная проблема, связанная с отсутствует эффективные накопители электрической энергии. Современные разработки данных электрических накопителей имеют слишком малую емкость, что не позволяет ему функционировать долгое время.
Самое оптимальное решение данного вопроса - разработка и попытка внедрения гибридных автомобилей. Гибридные автомобили - это автомобили, в которых присутствуют традиционные ДВС, а также электродвигатель (стартер), у которого вращающий момент на валу примерно равен, а возможно и выше, чем вращающий момент у ДВС при малых оборотах.
Питающийся от аккумулятора электродвигатель может также питаться от промежуточного накопителя энергии и развивать вращающий момент, которого хватит для работы двигателя, и помимо этого, даст возможность для того, чтобы разогнать автомобиль до максимальной скорости. В гибридные автомобили в роли главного микропроцессора, который управляет автомобилем, используется сигнальный процессор, который оптимизирует начало работы автомобиля и разгона его до нужной скорости.
Далее этот же процессор посылает команду на начало работы ДВС, что происходит при довольно больших оборотах коленчатого вала ДВС, в течение работы которых, процесс сжигания горючего происходит уже довольно эффективно. В это же время процессор переводит электродвигатель (стартер) в режим генератора, который вырабатывает энергию для бортового оборудования и подзарядки аккумулятора, а также помимо этого производит контроль за уровнем заряда накопительного конденсатора и процессами зарядки-разрядки аккумулятора, стабилизирует выходное напряжение генератора и т.д. Применение промежуточного (в большинстве случаев, емкостного) накопителя энергии в совокупности с гибким микропроцессорным управлением дает возможность получить сформировавшемуся гибридному двигателю достаточно большое количество положительных характеристик. В качестве примера, достаточно успешно может быть применен режим рекуперации энергии при движении под уклоном или при торможении двигателя. Очень важный факт, что разработки гибридных автомобилей на определенных автопредприятиях Германии и Японии уже прошли этап ОКР, и в этих странах запущено серийное производство данных автомобилей.
Можно принять во внимания тот факт, что разработки гибридных автомобилей во всем мире автомобильного производства ушли от испытаний и ошибок, а также некоторые применения технологий можно определить, устойчивые и прошедшие испытания. К примеру, электромеханическая часть стартера - генераторного устройства (СГУ) устанавливается между ДВС и муфтой сцепления. Необходимо отметить, что, ось ротора при этом является продолжением оси коленчатого вала ДВС. Также ротор выполняет роль маховика. Все вышеперечисленные процессы требуют существенной переработки отдельных узлов конструкции автомобиля. Реализовать данную идею с минимальными издержками весьма трудно, ведь сама цель, а именно переход к гибридному автомобилю, не приводит к заметному повышению уровня комфорта для водителя или пассажиров. Уменьшение потребления топлива проявляется постепенно, и в результате финансовый выигрыш от СГУ легко будет забыт. Основное назначение СГУ, (предназначение гибридного автомобиля) - это решение экологических проблем.
Помимо всего, хочется отметить, что есть только одно из немногих технических обстоятельств, которое даст шанс ускорить применение СГУ в автомобилестроении - это ежедневная возрастающая энерговооруженность автомобиля. Стандартная мощность электрического оборудования в современных зарубежных автомобилях составляет около 4 кВт и стремится к 10 кВт. Необходимо обратить внимание на то, что конструкторы в некоторых иностранных разработках автомобилей переходят к приводу колес от электродвигателей, что в итоге дает десятки киловатт в электроприводе.
Данная разработка СГУ, которая описана выше, в большей своей части - это рассуждения, которые были изложены ранее. Они дают шанс автомобиле конструкторам новое решение, с помощью которого может решится большая часть возникаемых проблем при создании нового типа автомобилей - гибридных автомобилей.
В результате выполнения данной выпускной квалификационной работы был разработан электропривод стартер генераторной установки для автомобиля «FIAT 100-90 DT», рассмотрены все типы СГУ. В качестве электроприводной установки была выбрана и рассчитана синхронная машина с постоянными магнитами. По номинальным данным двигателя были подобраны необходимые элементы. В пакете Matlab Simulink построена модель и получены диаграммы работы электропривода. Рассмотрена безопасность при охране труда во время испытания СГУ.