Автoры: Бoгданoв Валентин Иванoвич, Бoгданов Владимир Валентинович, Шеcтаков Геннадий Валерьевич
Изобретение отноcитcя к энергетичеcким уcтановкам, предназначенным для обеcпечения энергоcнабжения транcпортного средства на двух уровнях напряжения. Генераторная установка содержит синхронный трехфазный генератор с электромагнитным возбуждением, регулятор напряжения, трехфазный выпрямитель, трансформаторно-выпрямительный блок. Трансформаторно-выпрямительный блок снабжен дополнительной вторичной трехфазной обмоткой с нейтральным выводом и автотрансформаторными выводами. К автотрансформаторным выводам подключен дополнительный трехфазный выпрямитель. Частота переменного тока в обмотках трансформаторно-выпрямительного блока устанавливается частотой вращения ротора синхронного трехфазного генератора. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей генераторной установки. 2 ил.
Известны генераторные установки транспортного средства с одним уровнем напряжения 14 В, с номинальной мощностью тока от 600 до 1260 Вт, предназначенные для электропитания электрооборудования большинства легковых и грузовых автомобилей (Ю.П.Чижков, С.В.Акимов. Электрооборудование автомобилей, учеб. для ВУЗов, изд. «За рулем», 1999 г., таблица 3, 1, стр.96). Одна из простейших электрических схем таких генераторных установок содержит синхронный генератор с электромагнитным возбуждением и регулятор напряжения (Ю.П.Чижков, С.В.Акимов. Электрооборудование автомобилей, учеб. для ВУЗов, изд. «За рулем», 1999 г., рис.3, 6, б, стр.91). Такие установки совместно с электрохимическим источником тока - аккумуляторной батареей выполняют функцию энергоснабжения транспортного средства. В этом их большое достоинство и ограниченность использования, например, в электропитании электротехнологического инструмента при дорожном-транспортном происшествии (ДТП) и других случаях в полевых условиях.
Известны также безщеточные генераторные установки транспортного средства. Они обладают повышенной надежностью и долговечностью, при таких достоинствах имеют большие габариты и массу, а также ограниченность использования при возможных ДТП.
На большегрузных автомобилях с дизельными двигателями (КамАЗ - 5320, МАЗ - 5335, БелАЗ, ЛАЗ - 42021, ЛиАЗ - 5256, ЗИЛ - 4334) применяются генераторные установки на два уровня напряжения 14/28 В. Номинальная мощность таких генераторных установок равна 780, 1260, 2500, 4200 Вт, что позволяет подключать некоторые электротехнологические инструменты и использовать в полевых условиях в непредвиденных заранее обстоятельствах.
Генераторная установка транспортного средства, принятая за прототип, - это установка на два уровня напряжения (Ю.П.Чижков, С.В.Акимов. Электрооборудование автомобилей, учеб. для ВУЗов, изд. «За рулем», 1999 г., рис.3, 6, г, стр.91), содержит синхронный генератор 1, с обмотками - ротора 2 и статора 3; к обмотке статора подключен выпрямительный мост 4, на выходе которого устанавливается первый уровень напряжения 14 В для питания бортового электрооборудования и через ключ 5 регулятор напряжения 6. Регулятор напряжения имеет общую шину питания с корпусом, подключен к обмотке ротора 2 синхронного генератора 1. Второй уровень напряжения 28 В работает при пуске двигателя внутреннего сгорания (ДВС), используется для зарядки аккумуляторной батареи и создается трансформаторно-выпрямительным блоком (ТВБ) 7. Трансформаторно-выпрямительный блок состоит из трехфазного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к выводам трехфазной обмотки статора 2 синхронного генератора 1, а вторичная обмотка подключена к трехфазному выпрямителю этого блока. Выпрямители ТВБ и синхронного генератора 1 соединены между собой согласно, образуя второй уровень напряжения 28 В. Коэффициент трансформации трехфазного трансформатора равен единице, а регулятор напряжения 6 стабилизирует только первый уровень напряжения 14 В. К генераторной установке прототипа возможно подключение незначительного разнообразия электротехнологического оборудования, который может использоваться в полевых условиях при непредвиденных ситуациях. В этом ее существенный недостаток.
Задача предлагаемого изобретения - расширение возможностей генераторной установки для использования ее в полевых условиях при ситуациях, например, ДТП или незначительном восстановительном ремонте транспортного средства и других случаях, когда необходимо электропитание для большего количества электротехнологического инструмента постоянного и переменного разного по частоте и амплитуде тока.
Технический результат достигается тем, что генераторная установка транспортного средства снабжена трансформаторно-выпрямительным блоком с дополнительной вторичной трехфазной обмоткой с нейтральным выводом (схема трехлучевой звезды), коэффициентом трансформации значительно больше единицы и дополнительным трехфазным выпрямителем. Дополнительная вторичная трехфазная обмотка имеет автотрансформаторные регулируемые выводы для подключения к ним электротехнологического инструмента с разной величиной номинального напряжения, а частота тока устанавливается частотой вращения обмотки возбуждения синхронного трехфазно генератора двигателем внутреннего сгорания транспортного средства.
На фиг.2 представлена принципиальная схема генераторной установки транспортного средства, которая содержит синхронный генератор 1, с обмотками - ротора 2 и статора 3; к обмотке статора подключен выпрямительный мост 4, на выходе которого устанавливается первый уровень напряжения 14 В для питания бортового электрооборудования и через ключ 5 регулятор напряжения 6. Регулятор напряжения имеет общую щину питания с корпусом, подключен к обмотке ротора 2 синхронного генератора 1. Второй уровень напряжения 28 В используется при пуске двигателя внутреннего сгорания (ДВС), для зарядки аккумуляторной батареи и создается трансформаторно-выпрямительным блоком (ТВБ) 7. Трансформаторно-выпрямительный блок состоит из трехфазного трансформатора, первичная обмотка 8 которого подключена к выводам трехфазной обмотки статора 2 синхронного генератора 1, а основная вторичная обмотка 9 подключена к трехфазному выпрямителю 10 этого блока. Выпрямитель 10 ТВБ и выпрямитель 4 синхронного генератора 1 соединены между собой согласно, образуя второй уровень напряжения 28 В. Коэффициент трансформации трехфазного трансформатора относительно первичной 8 и основной вторичной 9 обмоток равен единице, а регулятор напряжения 6 стабилизирует только первый уровень напряжения 14 В. Трансформаторно-выпрямительный блок 7 имеет дополнительную вторичную обмотку 11 с нейтральным выводом (схема трехлучевой звезды), коэффициентом трансформации значительно больше единицы и дополнительным трехфазным выпрямителем. Дополнительная вторичная трехфазная обмотка имеет автотрансформаторные регулируемые выводы для подключения к ним электротехнологического инструмента переменного тока с разной величиной номинального напряжения. К этим же выводам подключен дополнительный трехфазный выпрямитель 12. К выводам дополнительного выпрямителя 12 подключают электротехнологические инструменты постоянного тока, или универсальные, с разной величиной номинального напряжения. Частота тока для питания электротехнологического инструмента переменного тока устанавливается частотой вращения обмотки возбуждения 2 синхронного трехфазно генератора 1 двигателем внутреннего сгорания транспортного средства. Например, определим частоту вращения коленчатого вала ДВС при необходимости подключения электропитания ручной машины для резки металла с приводом от трехфазного асинхронного электродвигателя с номинальным (линейным) напряжением 135 В, частотой тока 200 Гц, если среднее выпрямленное напряжение первого уровня равно 14 В и поддерживается регулятором напряжения неизменным, а передаточное отношение коленчатого вала ДВС к шкиву генератора равно 1/1,82.
При таких электрических данных, используя расчетные формулы из (1. Ю.П.Чижков, С.В.Акимов. Электрооборудование автомобилей, учеб. для ВУЗов, изд. «За рулем», 1999 г., стр.83; 2. Основы промышленной электроники / Под ред. В.Г.Герасимова. 3-е изд. - М.: Высшая школа, 1986 г., стр.235) определяется:
частота вращения коленчатого вала ДВС, обеспечивающая частоту тока 200 Гц, равна n=200/0,1·1,82=1100 мин-1,
коэффициент трансформации, по отношению к автотрансформаторным выводам дополнительной вторичной обмотки трансформаторно-выпрямительного блока, равен kТ=Uф2/Uф1=(135/
3)/(0,427·14)=13.
Работа предлагаемой генераторной установки в полной мере выполняется во многих случаях на автомобильных дорогах. При этом значительно повышается сервисное обслуживание в полевых условиях и обеспечивается так необходимая в аварийных случаях взаимовыручка участников дорожного движения транспортных средств. Все это в большей мере повышает уровень безопасности на автомобильных дорогах.
