Magnetoelectric machines on modern vehicles

Abstract

The article considers the possibility of creation of a non-contact DC generator on permanent magnets with transistor voltage regulator operating in the mode of high-frequency pulse-width modulation.

Full Text

На автотранспортных средствах (АТС) перспективны магнитоэлектрические генерато- ры (МЭГ) постоянного тока с импульсным транзисторным регулятором и высокочастотной широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) [1]. Одна из структур такого МЭГ приведена на рисунке 1. Рисунок 1. Структурная схема МЭГ постоянного тока с импульсным транзисторным регулятором напряжения: МЭГ - бесконтактный генератор переменного тока на постоянных магнитах; В - полупроводниковый выпрямитель; Р - транзисторный импульсный регулятор; Ф - L-Cфильтр; Н - нагрузка. На выходе импульсного регулятора (Р) получаем последовательность однополярных импульсов (рисунок 2) на частоте в десятки кГц. Диапазон частоты вращения привода генератора на АТС достигает шестикратных зна- чений, при этом уровни напряжения и пульсаций его на нагрузке ограничиваются техниче- ским заданием. Коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке определяется емкостью конденсатора L-Cфильтра и рассчитывается по формуле: 2 K  1   U H  1 , (1) U  U    d  где: Uн - действующее значений выпрямленного напряжения: Известия МГТУ «МАМИ» № 2(24), 2015, т. 1 133 Транспортные средства и энергетические установки U  1  Q2 U 2 dt . (2) После подстановок: H  Q1 d U  Um  sin t , (3) sin 2 t 2  jCR Uc  Um    e где: R - сопротивление нагрузки; Um - амплитудное значение напряжения; Θ1 и Θ2 - углы на рисунке 2; получим: , (4) , (5) где: Ud - среднее значение выпрямленного напряжения: . (6) Рисунок 2. Импульсы напряжения на выходе регулятора (Р) и напряжение на конденсаторе L-C фильтра Значения коэффициента KU для различных параметров R и C приведены в таблице 1. Таблица 1. Значения коэффициента KU. Таким образом, зная диапазон регулирования напряжения на нагрузке, определяемый углами θ1и θ2 (рисунок 2), номинальную нагрузку R и частоту ШИМ регулятора, находим по вышеприведенным формулам величины Uн и Ud и, далее, по заданной величине KU - емкость конденсатора L-C фильтра. Индуктивность L в L-C фильтре сглаживает ток нагрузки. В случае идеального сглажи- 134 Известия МГТУ «МАМИ» № 2(24), 2015, т. 1 Транспортные средства и энергетические установки вания тока получим следующие уравнения [2]: i  C dU dt c  IR ; 1  t ≤ θ2 , (7) C dU  I    t    . (8) c 0; dt R 2 1 При синусоидальном напряжении получим: U i  CUm  cos t  d ; R U 1  t  2 , (9) CUm  cos t  d R  0; 2  t   1 . (10) При конечном значении индуктивности L, имеем пульсации тока в нагрузке, уровень которых определятся величиной L, рассчитываемой по известным формулам [3].