устройство управления автомобильным асинхронным стартер- генератором

Формула изобретения

Устройство управления автомобильным асинхронным стартер-генератором с аккумуляторной батареей в цепи постоянного тока, содержащее датчик тока аккумуляторов, датчик напряжения, функциональный преобразователь, выполненный с возможностью уменьшения или увеличения выходного напряжения при уменьшении или увеличении его входного напряжения и последующего ограничения выходного напряжения, вентильный преобразователь регулируемой частоты с системой управления и двумя входами регулирования частоты, выводы переменного тока которого соединены с выводами обмотки статора асинхронной машины упомянутого стартер-генератора, а выводы постоянного тока с одноименными выводами аккумуляторной батареи, первый блок управления с регулятором частоты, выход которого соединен с первым входом регулирования частоты упомянутого вентильного преобразователя, а выход с выходом элемента сравнения этого блока, второй блок управления с регулятором коэффициента передачи, вход которого соединен с выходом элемента сравнения этого блока, на входы которого подключены выходы задатчика фазного напряжения и датчика напряжения, и третий блок управления с регулятором, выход которого соединен с вторым входом регулирования частоты вентильного преобразователя, а вход с выходом основного элемента сравнения этого блока, отличающееся тем, что вентильный преобразователь регулируемой частоты выполнен с входом регулирования коэффициента передачи, к которому подключен выход регулятора второго блока управления, вход датчика напряжения соединен с выводами постоянного тока этого вентильного преобразователя, первый и второй входы регулирования частоты которого соединены между собой двумя включенными встречно диодными элементами, общая точка которых соединена с входом системы управления упомянутого вентильного преобразователя, первый блок управления снабжен задатчиком пусковой частоты, а регулятор этого блока содержит RS-триггер и управляемый переключатель с управляющим, размыкающим и замыкающим входами, выход которого связан с выходом регулятора частоты, а размыкающий вход с выходом задатчика пусковой частоты, соединенным также с одним входом элемента сравнения этого блока управления, причем замыкающий вход управляемого переключателя соединен с другим входом этого элемента сравнения и выходом упомянутого функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом датчика напряжения, а управляющий вход этого переключателя соединен с выходом RS-триггера, управляющий вход которого соединен с входом регулятора частоты этого блока управления, а второй вход с элементом установки исходного состояния триггера, во втором блоке управления вход задатчика фазного напряжения соединен с общей точкой диодных элементов, упомянутый регулятор третьего блока управления выполнен в виде регулятора тока заряда аккумуляторов, этот блок управления снабжен задатчиком и регулятором напряжения цепи постоянного тока стартер-генератора, а также дополнительным элементом сравнения, входы которого соединены с выходами упомянутых задатчика напряжения и датчика напряжения, причем входы основного элемента сравнения третьего блока управления соединены с датчиком тока аккумуляторов и выходом упомянутого регулятора напряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно, к электрическим машинам с вентильными преобразователями электроэнергии, и может быть использовано в асинхронных стартер-генераторах для автомобилей,

Известно устройство управления автономным асинхронным стартер-генератором с асинхронной машиной, соединенной с валом приводного двигателя [1]. Это устройство управления асинхронным стартер-генератором с аккумуляторной батареей в цепи постоянного тока содержит датчик тока аккумуляторов, датчик напряжения, функциональный преобразователь с возможностью пропорционального регулирования и последующим ограничением выходного сигнала, вентильный преобразователь регулируемой частоты с системой управления и двумя входами регулирования частоты, шины переменного тока которого соединены с выводами обмотки статора асинхронной машины упомянутого стартер-генератора, а выводы постоянного тока - с одноименными выводами аккумуляторной батареи, и второй вентильный преобразователь стабильной частоты. Устройство управления содержит три блока управления.

Первый блок управления содержит регулятор частоты, выход которого соединен с первым входом регулирования частоты упомянутого вентильного преобразователя, а вход - с выходом элемента сравнения этого блока. Два входа элемента сравнения соединены с выходами задатчика и датчика эдс аккумулятора.

Второй блок управления содержит регулятор коэффициента передачи, вход которого соединен с выходом элемента сравнения этого блока, на входы которого подключены выходы задатчика фазного напряжения и выход датчика напряжения. Датчик напряжения включен на выход переменного тока второго преобразователя частоты,

Третий блок управления содержит регулятор мощности, выход которого соединен со вторым входом регулирования частоты вентильного преобразователя, а вход - с выходом элемента сравнения этого блока. Он содержит функциональный преобразователь, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения.

Указанное устройство позволяет расширить диапазон рабочих частот вращения вала в генераторном режиме. Недостатком его является невозможность получения значительных пусковых моментов в стартерном режиме.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве управления автомобильным асинхронным стартер-генератором с аккумуляторной батареей в цепи постоянного тока, содержащем датчик тока аккумуляторов, датчик напряжения, функциональный преобразователь с возможностью пропорционального регулирования и последующим ограничением выходного сигнала, вентильный преобразователь регулируемой частоты с системой управления и двумя входами регулирования частоты, выводы переменного тока которого соединены с выводами обмотки статора асинхронной машины упомянутого стартер-генератора, а выводы постоянного тока - с одноименными выводами аккумуляторной батареи, первый блок управления с регулятором частоты, выход которого соединен с первым входом регулирования частоты упомянутого вентильного преобразователя, а вход - с выходом элемента сравнения этого блока, второй блок управления с регулятором коэффициента передачи, вход которого соединен с выходом элемента сравнения этого блока, на входы которого подключены выходы задатчика фазного напряжения и датчика напряжения, и третий блок управления с регулятором, выход которого соединен со вторым входом регулирования частоты вентильного преобразователя, а вход - с выходом основного элемента сравнения этого блока.

Вентильный преобразователь регулируемой частоты выполнен с входом регулирования коэффициента передачи, к которому подключен выход регулятора второго блока управления, вход датчика напряжения соединен с выводами постоянного тока этого вентильного преобразователя, первый и второй входы регулирования частоты которого соединены между собой двумя включенными встречно диодными элементами, общая точка которых соединена с входом системы управления упомянутого вентильного преобразователя, первый блок управления снабжен задатчиком пусковой частоты, а регулятор этого блока содержит RS триггер и управляемый переключатель с управляющим, размыкающим и замыкающим входами, выход которого связан с выходом регулятора частоты, а размыкающий вход - с выходом задатчика пусковой частоты, соединенным также с одним входом элемента сравнения этого блока управления, причем замыкающий вход управляемого переключателя соединен с другим входом этого элемента сравнения и выходом упомянутого функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом датчика напряжения, а управляющий вход этого переключателя соединен с выходом RS триггера, управляющий вход которого соединен со входом регулятора частоты этого блока управления, а второй вход - с элементом установки исходного состояния триггера, во втором блоке управления вход задатчика фазного напряжения соединен с общей точкой диодных элементов, упомянутый регулятор третьего блока управления выполнен в виде регулятора тока заряда аккумуляторов, этот блок управления снабжен задатчиком и регулятором напряжения цепи постоянного тока стартер-генератора, а также дополнительным элементом сравнения, входы которого соединены с выходами упомянутых задатчика напряжения и датчика напряжения, причем входы основного элемента сравнения третьего блока управления соединены с датчиком тока аккумуляторов и выходом упомянутого регулятора напряжения.

Положительный эффект достигается тем, что в устройстве управления автомобильным асинхронным стартер-генератором вентильный преобразователь регулируемой частоты выполнен с входом регулирования коэффициента передачи, к которому подключен выход регулятора второго блока управления, вход датчика напряжения соединен с выводами постоянного тока этого вентильного преобразователя, первый и второй входы регулирования частоты которого соединены между собой двумя включенными встречно диодными элементами, общая точка которых соединена с входом системы управления упомянутого вентильного преобразователя, первый блок управления снабжен задатчиком пусковой частоты, а регулятор этого блока содержит RS триггер и управляемый переключатель с управляющим, размыкающим и замыкающим входами, выход которого связан с выходом регулятора частоты, а размыкающий вход - с выходом задатчика пусковой частоты, соединенным также со одним входом элемента сравнения этого блока управления, причем замыкающий вход управляемого переключателя соединен с другим входом этого элемента сравнения и выходом упомянутого функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом датчика напряжения, а управляющий вход этого переключателя соединен с выходом RS триггера, управляющий вход которого соединен со входом регулятора частоты этого блока управления, а второй вход - с элементом установки исходного состояния триггера, во втором блоке управления вход задатчика фазного напряжения соединен с общей точкой диодных элементов, упомянутый регулятор третьего блока управления выполнен в виде регулятора тока заряда аккумуляторов, этот блок управления снабжен задатчиком и регулятором напряжения цепи постоянного тока стартер-генератора, а также дополнительным элементом сравнения, входы которого соединены с выходами упомянутых задатчика напряжения и датчика напряжения, причем входы основного элемента сравнения третьего блока управления соединены с датчиком тока аккумуляторов и выходом упомянутого регулятора напряжения.

В качестве примера конкретного выполнения устройства приведено устройство управления автомобильным асинхронным стартер-генератором с транзисторным преобразователем частоты.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Асинхронная машина 1 стартер-генератора присоединена к валу приводного двигателя 2. Выводы обмотки статора этой машины подключены к транзисторному преобразователю регулируемой частоты 3, выполненному по схеме автономного инвертора напряжения. Вентильный преобразователь 3 содержит систему управления 4, выполненную, например, в виде задающего генератора, формирователя и распределителя импульсов, а также первый вход регулируемой частоты 5 и второй вход регулируемой частоты 6, соединенные через встречно включенные диоды 7 и 8 со входом системы управления 4. Шины постоянного тока 9 и 10 соединены с аккумуляторной батареей 11 через датчик тока 12, а также с датчиком напряжения 13 и бортовой сетью автомобиля 14, Вход первого блока управления 15 соединен с выходом датчика 13, а выход - с первым входом регулирования частоты 5 вентильного преобразователя 3.

В первом блоке управления 15 функциональный преобразователь 16 подсоединен входом к выходу датчика напряжения 13, а выходом - к инвертирующему входу элемента сравнения 17. На второй (неинвертирующий) вход элемента сравнения 17 включен выход задатчика пусковой частоты 16. Выход этого устройства сравнения 17 соединен со входом 19 регулятора частоты 20, включающего управляемый переключатель 21 и RS триггер 22. На управляющий вход R триггера 22 через диод 23 подключен выход элемента сравнения 17. На второй вход R триггера 22 включен элемент установки его исходного состояния 24, выполненный, например, в виде конденсатора, соединенного с шиной питания триггера 22. Управляемый переключатель 21, выполнен, например, в виде реле с замыкающим контактом 25 и размыкающим контактом 26. Одна пара выводов этих контактов соединена между собой и подключена на вход 5 вентильного преобразователя 3. Вторая пара выводов этих контактов является замыкающим входом 27 (подключен к выходу функционального преобразователя 18) и размыкающим входом 28 (подключен к выходу задатчика пусковой частоты 18) управляемого переключателя 21.

Второй блок управления 32 содержит элемент сравнения 29, на инвертирующий вход которого подключен датчик напряжения 13, а на неинвертирующий вход - выход задатчика фазного напряжения 30, вход которого соединен со входом системы управления 4. Вход регулирования коэффициента передачи вентильного преобразователя 3 соединен с выходом элемента сравнения 29 через регулятор коэффициента передачи 31,

Третий блок управления 33 содержит два регулятора: напряжения цепи постоянного тока 35 и тока заряда аккумуляторов 34, задатчик напряжения цепи постоянного тока 36 и два элемента сравнения 37 и 36. Задатчик напряжения 36 подключен на неинвертирующий, а датчик напряжения 13 - на инвертирующий вход дополнительного устройства сравнения 38, выход которого через регулятор напряжения 35 соединен с инвертирующим входом основного устройства сравнения 37 блока управления 33, на другой вход которого подключен выход датчика тока аккумулятора 12.

Устройство управления автомобильным асинхронным стартер-генератором работает следующим образом.

При подаче напряжения на триггер 22 элемент 24 устанавливает "О" на его входе R, так как напряжение функционального преобразователя 16 больше напряжения задатчика пусковой частоты 18, диод 23 закрыт и на 3 входе триггера 22 "0", При этом контакт 26 управляемого переключателя 21 замкнут, а контакт 25 разомкнут. На вход 5 вентильного преобразователя 3 подается напряжение с задатчика пусковой частоты 18. В процессе пуска стартер-генератора ток аккумуляторов 11 разрядный и напряжение на выходе блока управления 33 около нуля, что обеспечивается ограничением выходного сигнала регулятора 34. Напряжение на входе 6 меньше напряжения на входе 5, диод 7 открыт, а диод 8 заперт. Начинается запуск стартер-генератора при частоте, определяемой задатчиком пусковой частоты 18.

В начале запуска разность напряжений задатчика 30 и датчика напряжения 13 невелика, поэтому регулятор 31 устанавливает коэффициент передачи вентильного преобразователя 3 меньше максимального значения (коэффициент передачи вентильного преобразователя 3 может регулироваться, например, с помощью широтно-импульсного регулирования). На начальном этапе процесса запуска стартер-генератора напряжение аккумуляторов уменьшается, разность напряжений эадатчика 30 и датчика 13 увеличивается. Одновременно уменьшается напряжение на выходе функционального преобразователя 16. Когда оно станет меньше напряжения задатчика 18 перебросится триггер 22 (на его выходе устанавливается "1"). Замыкается контакт 25, а контакт 26 - размыкается. На вход 5 вентильного преобразователя 3 подается сигнал с выхода функционального преобразователя 16.

При увеличении частоты вращения асинхронной машины 1 ее скольжение уменьшается, уменьшается ток разряда аккумуляторов 11 и напряжение на шинах 9, 10 растет. Увеличивается выходное напряжение датчика 13 и функциональный преобразователь 16 увеличивает выходную частоту системы управления 4 вентильного преобразователя 3 и частоту вращения магнитного поля машины 1. Происходит частотный запуск стартер-генератора с заданной функциональным преобразователем 16 форсировкой магнитного потока машины 1.

После окончания процесса запуска функциональный преобразователь 16 ограничивает частоту работы вентильного преобразователя 3 на уровне максимальной пусковой частоты. После прокрутки двигателя внутреннего сгорания 2 увеличивают его частоту вращения и, когда она станет больше частоты вращения поля асинхронной машины 1, стартер-генератор переходит в генераторный режим работы. При этом напряжение выхода блока управления 33 становится больше напряжения выхода функционального преобразователя 16 (так как ток аккумуляторов 11 становится зарядным и напряжение на входе и выходе регулятора 34 увеличивается), напряжение на входе 6 вентильного преобразователя 3 становится больше напряжения на его входе 5, диод 6 отпирается, а диод 7 запирается. Вступает в действие блок управления 33. Он ограничивает ток заряда аккумуляторов 11 за счет ограничения выходного напряжения регулятора 35 и действия отрицательной обратной связи по току с элементом сравнения 37 и регулятором тока 34, а при значительном заряде аккумуляторов 11 - стабилизирует напряжение бортовой сети 14 на уровне, определяемом задатчиком 36, с помощью регулятора напряжения 35 и элемента сравнения 38.

Таким образом, предложенное устройство управления автомобильным асинхронным стартер-генератором позволяет производить регулируемый частотный пуск асинхронной машины при ограничении ее магнитного потока на заданном уровне, что обеспечивает получение значительных пусковых моментов при хороших энергетических показателях, а также осуществлять плавный переход в генераторный режим работы и ограничивать ток заряда аккумуляторов на уровне допустимого при стабилизации напряжения бортовой сети автомобиля на требуемом уровне.