Аналоговый регулятор напряжения для генераторных установок автомобилей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Евдокимов, Дмитрий Вячеславович

• Евдокимов, Дмитрий Вячеславович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Евдокимов, Дмитрий Вячеславович

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Влияние параметров качества электроэнергии в бортовых сетях на надежность изделий электрического и электронного оборудования автомобильной техники.

1.2 Электрические воздействия в бортовой сети автомобильной техники

1.2.1 Пульсация напряжения.

1.2.2 Отклонения напряжения.

1.3 Требования, предъявляемые к системам электроснабжения автомобильной техники.

1.4 Существующие пути улучшения качественных параметров электрической энергии в бортовых сетях автомобильной техники.

1.5 Цель и задачи исследований.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПУТЕЙ УЛУЧШЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЕНЕРАТОРНЫХ УСТАНОВОК.

2.1 Исследование статических и динамических свойств генераторной установки с аналоговым регулятором напряжения как замкнутой системы автоматического регулирования.

2.1.1 Исследование статических свойств генераторной установки с аналоговым регулятором напряжения.

2.1.2 Вероятностный анализ совместимости условий инвариантности до Б и устойчивости аналогового регулятора напряжения.

2.1.3 Оценка влияния запаздывания на допустимые изменения полосы пропускания частот.

2.2 Исследование устойчивости генераторной установки с аналоговым регулятором напряжения, как системы автоматического регулирования

2.3 Исследование переходных процессов в системе электроснабжения с аналоговым регулятором напряжения.

2.3.1 Изменение напряжения на выходных зажимах генератора при включении нагрузки.

2.3.2 Изменение напряэюения на выходных зажимах генератора при выключении нагрузки.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПУТЕЙ УЛУЧШЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В БОРТОВЫХ СЕТЯХ АВТОМОБИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ.

3.1 Цель и объект исследований.

3.2 Программа проведения экспериментальных исследований.

3.3 Экспериментальные исследования параметров качества электроэнергии в бортовых сетях автомобильной техники.

3.3.1 Лабораторные исследования параметров качества электроэнергии.

3.3.2 Экспериментальные исследования параметров качества электроэнергии на автомобильной техники.

3.4 Проверка адекватности математической модели переходных npoijeccoe при коммутации внешней нагрузки.

3.5 Экспериментальные исследования устойчивости аналогового регулятора напряэ/сения, как элемента системы автоматического регулирования.

3.6 Исследование путей повышения параметров качества электроэнергии в бортовых сетях автомобильной техники.

3.7 Климатические исследования аналогового регулятора напряэюения.

3.8 Пробеговые испытания аналогового регулятора напряжения.

4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ АВТОМОБИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ.

4.1 Предложения по нормированию параметров качества электроэнергии в бортовых сетях автомобильной техники.

4.2 Предложения по обеспечению норм качества электроэнергии в бортовых сетях автомобильной техники.

4.3 Предложения по снижению уровня индустриальных радиопомех, создаваемых генераторными установками автомобильной техники.

4.4 Технико-экономическая оценка рекомендаций по улучшению параметров качества электроэнергии в бортовых сетях автомобильной техники.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Аналоговый регулятор напряжения для генераторных установок автомобилей»

Развитие современного автомобилестроения неразрывно связано с применением электроники. Степень насыщенности автомобильной техники электронными системами управления (ЭСУ) и приборами определяет его качество в целом. Согласно программе разработки и освоения автомобильных электронных систем до 2020 года на автомобильных заводах Российской Федерации планируется внедрить в серийное производство 17 электронных систем для 9 марок грузовых и 10 марок легковых автомобилей.

С расширением применения автомобильной электроники возникает целый ряд новых, весьма сложных проблем, которые требует своего решения. Одной из наиболее сложных проблем внедрения автомобильной электроники является неудовлетворительное качество электроэнергии в бортовых сетях транспортных средств. К основным качественным параметрам, непосредственно влияющих на надежность автомобильной электроники, можно отнести переходные отклонения, пульсации и импульсы напряжения. Источником этих параметров на автомобилях являются генераторная установка, система зажигания, мощные приемники электроэнергии. Распространяясь в бортовой сети, переходные отклонения, пульсации и импульсы напряжения могут негативно влиять на работу радиоэлектронных средств (РЭС) и электронных устройств, входящих в состав электрооборудования автомобилей монтируемых на его шасси.

Установлено, что проблема качества электроэнергии неразрывно связана и с электромагнитной совместимость, (ЭМС) электрооборудования автомобильной техники и РЭС по напряжению непреднамеренных кондуктивных индустриальных радиопомех (ИРП). Для надежного функционирования электронных систем задача обеспечения требуемого качества электроэнергии имеет не менее важное значение, чем задача обеспечения надежности самих электронных систем и РЭС.

Важнейшими задачами улучшения качества электроэнергии в бортовых сетях автомобильной техники являются:

- исследования причин возникновения и воздействия параметров качества электроэнергии на автомобильную электронику;

- определение восприимчивости РЭС и электронных систем к параметрам качества электроэнергии и кондуктивным ИРП;

- исследование путей улучшения качества электроэнергии в бортовых сетях автомобильной техники;

- разработка эффективных мер зашиты РЭС и автомобильных электронных систем от негативного воздействия переходных отклонений и импульсов напряжения и предложений по уменьшению уровня ИРП от генераторных установок автомобильной техники.

Решение задач по улучшению параметров качества электроэнергии должно происходить на внутрисистемном и межсистемном уровнях. Для автомобильной техники на внутрисистемном уровне должна решаться задача обеспечения норм качества электроэнергии для надежной работы электронного и электрического оборудования. На межсистемном уровне должна решаться задача обеспечения качества электроэнергии на входах аппаратуры, питающейся от бортовой сети базового шасси. Для автомобильной техники актуальным является решение задач по обеспечению качества электроэнергии на обоих уровнях.

Актуальность работы также обуславливается разработкой новых электронных систем управления, использующих в своем составе микропроцессоры, весьма критичные к качеству питающего напряжения. Кроме того, создаваемые генераторной установкой кондуктивные ИРП оказывают мешающее действие на радиоприемные устройства (РПУ), что снижает качество и дальность связи.

К настоящему времени достаточно глубоко исследованы вопросы обеспечения работы автомобильной электроники при питании ее от бортовой сети транспортного средства и вопросы улучшения параметров качества электроэнергии в бортовых сетях автомобильной техники. Однако улучшение параметров качества электроэнергии проводилось по направлению создания фильтров различной конструкции, предназначенных, прежде всего, для уменьшения уровня ИРП. Не существует единых норм, регламентирующих величины параметров качества электроэнергии в бортовых сетях автомобильной техники.

Анализ использования автомобильной техники под монтаж РЭС показывает, что для эффективного помехоподавления ИРП, предусматривается установка значительного объема средств помехоподавления, но не принимается мер по модернизации источников кондуктивных радиопомех.

Кроме того, недостаточно исследованы возможности создания двухканальных СЭС с каналом повышенного качества электроэнергии.

Дальнейшим развитием этих направлений исследований явились вопросы, поставленные в рамках данной диссертационной работы.

Целью исследования: улучшение параметров качества электроэнергии в бортовых сетях автомобильной техники путем изменения способа регулирования напряжения генератора с дискретного на аналоговый.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены задачи, включающие:

- исследование влияния способов регулирования напряжения генератора на статистические и динамические характеристики генераторной установки, параметры качества электроэнергии и уровень радиопомех в бортовых сетях автомобильной техники;

- исследования влияния параметров аналогового регулятора на устойчивость к самовозбуждению системы регулирования;

- исследования переходных процессов в бортовой сети автомобильной техники при коммутации внешней нагрузки;

- исследования влияния емкостных низкочастотных фильтров и стабилизаторов напряжения на параметры качества электроэнергии.

Научная новизна диссертационной работы заключается:

- в теоретическом обосновании целесообразности применения аналогового способа регулирования напряжения генератора с помощью математического аппарата теории автоматического регулирования;

- в определении факторов устойчивости к самовозбуждению АРН и получении математической зависимости устойчивости системы регулирования от коэффициента усиления АРН;

- в создании математической модели переходных процессов, возникающих при коммутации внешней нагрузки.

Практическая ценность результатов работы определяется:

- созданием алгоритма и программы расчета на ЭВМ параметров переходных процессов при коммутации внешней нагрузки генератора;

- разработкой схемы АРН;

- предложениями по нормированию параметров качества электроэнергии в бортовых сетях автомобильной техники;

- рекомендациями по обеспечению норм качества электроэнергии на автомобильной технике;

- рекомендациями по снижению уровня кондуктивных ИРП, создаваемых генераторной установкой и уменьшению номенклатуры помехоподавительных средств.

Методики и программы расчета АРН и параметров переходных коммутационных процессов внедрены в Дальневосточном научно-исследовательском институте механизации и электрофикации сельского хозяйства (ГНУ ДальНИИМЭСХ), г. Благовещенск.

Результаты диссертационной работы будут использованы при разработке предложений по корректировке стандартов ГОСТ 13109-97 и ГОСТ 15150-69.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на VIII региональной межвузовской научно-практической конференции 17-18 мая 2009 года. Молодежь XXI века: шаг в будущее, научно-практической конференции Дальневосточного высшего военного командного училища (военного института) 28 марта 2008 года, расширенном заседании кафедры «Боевых машин и автомобильной подготовки» Дальневосточного высшего военного командного училища (военного института) 12 мая 2010 года.

По основным материалам работы опубликовано восемь печатных работ.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 120 страницах машинописного текста, содержит 33 рисунка, 26 таблиц, список литературы из 77 наименований.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Евдокимов, Дмитрий Вячеславович

11. Результаты работы в виде соответствующих рекомендаций и предложений используются в Дальневосточном научно-исследовательском институте механизации и электрофикации сельского хозяйства (ГНУ ДальНИИМЭСХ), г. Благовещенск.

12. Дальнейшим направлением исследований путей улучшения параметров качества электроэнергии в бортовых сетях автомобильной техники следует считать исследования управляемых выпрямителей на тиристорах и возможность использования емкостных накопителей в качестве фильтров.

В заключение данной работы, на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований генераторной установки с аналоговым регулятором напряжения, как замкнутой системы автоматического регулирования, можно сделать следующие основные выводы:

1. Анализ статических и динамических характеристик генераторной установки на режимах переменных скоростей вращения и нагрузок позволил обосновать целесообразность изменения способа регулирования напряжения генератора с дискретного на аналоговый.

2. Разработаны математические зависимости, описывающие работу генераторной установки с АРН как системы автоматического регулирования, получены формулы для определения коэффициента усиления АРН, обеспечивающего его устойчивую работу. Установлена теоретически и экспериментально подтверждена зависимость коэффициента усиления АРН при его устойчивой работе от тока нагрузки генератора.

3. Разработана математическая модель переходных процессов, возникающих при коммутации внешней нагрузки.

4. Разработана схема и изготовлены опытные образцы аналоговых регуляторов напряжения, позволяющих уменьшить в бортовой сети автомобильной техники длительность переходных отклонений напряжении на 24,5.36% и пульсации напряжения в 1,5,.2,8 раза.

5. Результаты экспериментальных исследований генераторных установок с АРН в лабораторных условиях и на автомобилях подтвердили сходимость с результатами теоретических исследований в пределах 10%.

6. Проведены климатические исследования и пробеговые испытания генераторных установок с АРН, которые показали работоспособность и достаточную надежность разработанных опытных образцов АРН при минимальных массо-габаритных показателях регуляторов.

7. На основе проведенных исследований разработаны предложения по нормированию параметров качества электроэнергии в бортовых сетях автомобильной техники.

8. Разработаны предложения по обеспечению норм качества электроэнергии в бортовых сетях автомобильной техники, позволяющие: снизить пульсацию от работы системы зажигания в 1,5.2,5 раза, снизить амплитуду переходных процессов при включении нагрузки в 8.9,5 раз.

9. Разработаны предложения по снижению напряжения кондуктивных ИРП на автомобилях, используемых под монтаж РЭС и РПУ.

10. Результаты настоящей работы могут быть использованы для разработки и расчета аналоговых регуляторов напряжения для генераторных установок с уменьшенным коэффициентом пульсаций, что дает возможность создавать системы электроснабжения автомобильной техники с улучшенными параметрами качества электроэнергии и уровнем кондуктивных ИРП, определяемых требованиями норм 11-70.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Евдокимов, Дмитрий Вячеславович, 2010 год

1. Абезгауз Г.Г. Справочник по вероятностным расчетам. -М.: Воениздат, 2005. 536 с.

2. Акимов С.В., Боровских Ю.И., Чижков Ю.П. Электрическое и электронное оборудование автомобилей М.: Машиностроение, 1988.

3. Акимов С.В., Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей — М.: ЗАО КЖИ «За рулем», 2001. 384 с.

4. Акимов СВ., Чижков Ю.П., Электрооборудование автомобилей. Учебник для ВУЗов. М.: ЗАО КЖИ «За рулем», 2004. - 384 с: ил.

5. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента. М.: Радио и связь, 2003.-248 с.

6. Бертинов А.И., Мизюрин СВ. Энергетика процесса заряда конденсатора от генератора постоянного тока // Электричество. 1996, № 8. - С. 54-61.

7. Болотовский В.И., Вайсганг З.И. Эксплуатация, обслуживание и ремонт свинцовых аккумуляторов. Л.: Энергоатомиздат, 1989. - 208 с.

8. Бродский В.З. Введение в факторное планирование эксперимента. -М.: Наука, 1976.-226 с.

9. Василевский В.И., Купеев Ю.А. Автомобильные генераторы -М.: Транспорт, 1978.

10. Василевский, В.И.; Купеев, Ю.А. Автомобильные генераторы Издательство: М.: Транспорт Переплет: мягкий; 152 страниц; 1971.

11. Н.Воздвиженский М. Следующий шаг снимаем аккумулятор? // Изобретатель и рационализатор. - 2007, № 11. - С. 16-17

12. ГОСТ 20 911-89. Техническая диагностика. М.: Госиздат, 1990.

13. ГОСТ 959-91. Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные напряжением 12 В для автотракторной и мотоциклетной техники. Общие технические условия.

14. Евдокимов Д.В. Аналоговый регулятор напряжения для генераторных установок автомобилей // Двойные технологии. 2010. № 3. С. 56 (Журнал).

15. Евдокимов Д.В., Немчин В.Н. Предложения по снижению уровня индустриальных радиопомех, создаваемых генераторными установками автомобилей // Материалы научно-практической конференции 28 марта 2008. С. 19-22.

16. Евдокимов Д.В. Экспериментальные исследования параметров качества электроэнергии автомобилей // Молодежь XXI века: шаг в будущее. Материалы VIII региональной межвузовской научно-практической конференции 17-18 мая 2009. С. 255.

17. Ерошенко Г.П., Пястолов А.А. Курсовое и дипломное проектирование по эксплуатации электрооборудования, М.:Агропромиздат, 1988.

18. Закон «Об энергосбережении» // «Энергоэффективность», № 7, С. 2-5.

19. Захаров Н. П. Источники питания для электромобилей // Автомобильная промышленность. 1993, № 6. - С. 38-99.

20. Зограф И.А., Новицкий П.Ф. Оценка погрешностей результатов измерений / И.А. Зограф, П.Ф. Новицкий. JL: Энергоатомиздат: Ленингр. отделение, - 2003. - 248 с.

21. Исследование испытания. Планирование эксперимента. Термины и определения. ГОСТ 24026-80. М.: Гос. комитет по стандартам, 1980. - 18 с.

22. Квайт С. М. Еще раз о накопителях энергии в системах пуска ДВС // Автомобильная промышленность. 2005, № 11. - С. 19-20.

23. Коровин Н.В. Новые химические источники тока. М: Энергия, 1978. -184 с.

24. Кочнев Е. Грузовые электромобили // Автомобильный транспорт. — 2003, № 1.-С. 37-39.

25. Краткий автомобильный справочник. М.: Трансконсалтинг, НИИАТ, 1994.-779 с.

26. Круглов С.М. Устройство, техническое обслуживание и ремонт легковых автомобилей. М Высшая школа 1991.-351 с.

27. Лабунский А.В. Чтобы автомобиль «заводился»// Грузовик. 2007, № 1. - С. 54-55.

28. Литвиненко В.В., Сироткин А.П. Эксплуатация электрооборудованиялегковых автомобилей. М. ДОСААФ, 1986. 160 с.

29. Машинные и имитационные эксперименты с моделями экономических систем / Т. Нейлор, Дж. Ботон, Дж. Фигнер и др. под ред. В.Ю. Лебедева и

30. A.В. Логова; с предисловием Н.Н. Моисеева. М.: Мир, 2005. - 500 с.

31. Машиностроитель. №1. 1999. М.Н. Фесенко, Ю.П. Чижков, До Ван Зунг- Электроприводы с емкостными накопителями энергии. С. 11-13.

32. Менухов В. Свехвысокоемкие электрохимические конденсаторы. // Электронные компоненты. 2000, № 5. - С. 59-62.

33. Методические рекомендации по составлению технико-экономических обоснований для энергосберегающих мероприятий» Минск: БелТЭИ, 2003.

34. Москаленко В.В. Электрический привод. М.: Высшая школа, 1991.-430 с.

35. Надежность и эффективность в технике: справочник в 10 т./ Ред. совет:

36. B.C. Авдуевский и др. М.: Машиностроение, 2001. Т.З.

37. Общие технические требования. Системы электроснабжения для объектов вооружения и военной техники: проект/НИИИ Электромеханики -Истра, 2000. 150 с.

38. Объём и нормы испытаний электрооборудования РД34.45-51.300-97.

39. Основы синтеза систем летательных аппаратов: учебн. пособие для студентов втузов / А.А. Лебедев, В.Н. Баранов, В.Т. Бобровников и др. под ред. А.А. Лебедева. -М.: Машиностроение, 1987. 224 с.

40. Пусковые качества и системы пуска автотракторных двигателей /

41. C.М. Квайт, Я.А. Менделевич, Ю.П. Чижков. М.: Машиностроение, 1990. -256 с.

42. Раскин Л.Г. Анализ сложных систем и элементы теории оптимального управления. — М., Сов. Радио, 1976. 344 с.

43. Резник A.M. Электрооборудование автомобилей. М.: Транспорт, 1990.

44. Резник A.M., Орлов В.М. Электрооборудование автомобилей. -М.: Транспорт, 1983.

45. Роговцев В.Л., Пузанков А.Г., Олдфильд В.Д., Устройство и эксплуатация автотранспортных средств, Учебник. — М.: «Транспорт» 1996.

46. Росс Твег. Системы зажигания легковых автомобилей. Устройство, обслуживание и ремонт. М.: ЗАО КЖИ «За рулем», 2000. - 96 с.

47. Стартерные аккумуляторные батареи. Устройство, эксплуатация и ремонт /М.А. Дасоян, Н И Курзуков, О.С. Тютрюмов, В.М. Ягнятинский. -М.: Транспорт, 1994. 242 с.

48. Таран В.П. Диагностирование электрооборудования. К.: Техника, 1983.- 132 с.

49. Теоретические основы электротехники: в 3 т./К.С.Демирчан и др..-СПб: Питер, 2004.

50. Теория, конструкция и расчет автотракторного электрооборудования: Учебник / Под общ.ред. М.Н. Фесенко. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1992. 384 с.

51. Фесенко М.Н. Конденсаторы системы пуска //Автомобильная промышленность. 1986, № 6. - С. 1-8.

52. Фираго Б.И., Павлячик Л.Б. Теория электропривода. Мн.: ЗАО Техноперспектива, 2004. - 527 с.

53. Фоменков А.Н. Электропривод с.х. машин, агрегатов и поточных линий. М.: Колос, 1984. - 228 с.

54. Химические источники тока / B.C. Багоцкий, A.M. Скундин. -М.: Энергоиздат, 1981. 360 с.

55. Хортов В. Емкостные накопители транспортных средств // Автомобильный транспорт. 1993, № 6. - С. 15-16.

56. Хортов В. Конденсаторы выходят на трассу // Изобретатель и рационализатор. 2003, № 6 - С. 6-7.

57. Хортов В.П. Инвалидная коляска с комбинированным приводом // Автомобильная промышленность. — 2003, № 2. С. 18-19.

58. Хортов В.П. Новое направление в электрооборудовании АТС // Автомобильная промышленность. -2008, № 9. С. 13-15.

59. Хортов В.П., Высоковольтные системы ДВС// Автомобильная промышленность. 1993, № 6. - С. 20-22.

60. Черноскутов А.И., Якубович М.Е. Методы сравнительной оценки изделий. Рига, Лат. НИИНТИ, 1987, - 69 с.

61. Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей. Курс лекций. Ч. 1. -М.: Машиностроение, 2002. 240 с.j

62. Чижков Ю.П., Акимов А.В. Электрооборудование автомобилей. Учеб-ник для вузов. М.: Изд-во За рулем, 2000.

63. Чумаков Н.М., Серебрянный Е.И. Оценка эффективности сложных технических устройств. — М.: Сов.радио. 1980, 192 с.

64. Шестопалов К.С. Легковые автомобили. М.: ДОСААФ 1984. 208 с. Твердый переплет, Обычный формат.

65. Электрооборудование автомобилей: учебник для ВУЗов / Акимов С.В., Чижков Ю.П. М.: «За рулем», 2007. - 336 с.

66. Электрооборудование танков: учебник/А.С. Белоновский и др.; под ред. А.С. Белоновского. -М.: ВАБТВ, 1972. 555 с.

67. Электротермическое оборудование сельскохозяйственного производства / Л.С. Герасимович и др..; под ред. Л.С. Герасимовича. -Мн.: Ураджай, 1995. 415 с.

68. Электротехника / И.М. Иванов, Я.Д. Мац, М.М. Могилевский, Ю.Б. Россов. -М.: Воениздат, 1988. 614 с.

69. Электротехнология / В.А. Карасенко и др.. М.: Колос, 1992. - 304 с.

70. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей. М.: Транспорт, 2000.

71. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей: Учебник для ВУЗов. -4-е изд. М.: Телеком, 2006. - 440 с.