Введение к работе
Актуальность работы. Развитие современного автомобилестроения неразрывно связано с применением электроники. Степень насыщенности автомобильными электронными системами управления (ЭСУ) и приборами определяет его качество в целом. Согласно стратегии развития автомобильной промышленности Российской Федерации на период до 2020 года программе разработки и освоения автомобильных ЭСУ 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 проблем. Одной из наиболее сложных проблем является неудовлетворительное качество электроэнергии в бортовых сетях автомобилей, т.к. генераторная установка переменного тока, являющаяся основным источником электроэнергии, обладает повышенным уровнем пульсации напряжения и недостаточным быстродействием при переходных коммутационных процессах. Исследования, проведенные в нашей стране и за рубежом, показали, что при отключении от системы электроснабжения (СЭС) автомобиля аккумуляторной батареи (АКБ), что возможно в процессе эксплуатации автомобилей, наблюдается значительное снижение качества электроэнергии.
Проблема качества электроэнергии в СЭС автомобилей неразрывно связана и с электромагнитной совместимостью (ЭМС) электрооборудования автомобиля и радиоэлектронных средств (РЭС), монтируемых на его шасси. Создаваемые генераторной установкой индустриальные радиопомехи (ИРП) оказывают мешающее действие при работе радиоприемных устройств (РПУ), что снижает качество и дальность связи.
Целью работы является улучшение параметров качества электроэнергии в бортовых сетях автомобилей путем изменения способа регулирования напряжения генератора с дискретного на аналоговый.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены задачи, включающие:
исследования влияния способов регулирования напряжения генератора на статические и динамические характеристики генераторной установки, параметры качества электроэнергии и уровень радиопомех в бортовых сетях автомобилей;
исследования влияния параметров аналогового регулятора на устойчивость к самовозбуждению системы регулирования;
исследования переходных процессов в бортовой сети автомобиля при коммутации внешней нагрузки;
исследования влияния емкостных низкочастотных фильтров и стабилизаторов напряжения на параметры качества электроэнергии.
Методы исследований. Разработка математического описания работы генераторной установки с аналоговым регулятором напряжения (АРН) проводилась на основе теории автоматического регулирования для замкнутых линейных систем, инвариантных до. При исследовании параметров переходных процессов при коммутации внешней нагрузки применялись методы математического моделирования, а также методы вычислительной математики с решением задач на ЭВМ.
При определении критериев устойчивости генераторной установки с АРН использовался аналитический метод определения алгебраического критерия устойчивости Гурвица.
Научная новизна работы заключается:
в теоретическом обосновании целесообразности применения аналогового способа регулирования напряжения генератора, что позволило оценить взаимодействие всех элементов системы регулирования и определить их влияние на статические характеристики генераторной установки;
в определении факторов, влияющих на устойчивость генераторной установки с АРН и получении математической зависимости устойчивости системы регулирования от коэффициента усиления АРН, что позволило определить зависимость устойчивости системы от параметров аналогового регулятора и тока нагрузки генератора и оценить влияние коэффициента усиления на статические характеристики системы электроснабжения;
в создании математической модели переходных отклонений напряжения при коммутации внешней нагрузки, позволяющей определить параметры этих процессов и влияние способа регулирования на динамические характеристики генераторной установки.
Практическая значимость работы определяется:
разработкой схемы АРН, созданием алгоритма и программы расчета на ЭВМ параметров переходных процессов при коммутации внешней нагрузки генератора, позволяющих на стадии проектирования генератора оценить влияние конструктивных параметров на амплитуду и длительность переходных процессов;
предложениями по нормированию параметров качества электроэнергии в бортовых сетях автомобилей, уточняющих значений этих параметров в различных режимах работы СЭС;
предложениями по обеспечению норм качества электроэнергии в бортовых сетях автомобилей, позволяющими определить комплекс мероприятий по обеспечению соответствия качественных параметров электроэнергии СЭС автомобилей требованиям, определяемым существующей нормативно-технической документации (НТД), и работоспособности автомобильной электроники;
рекомендациями по снижению уровня кондуктивных ИРП, создаваемых генераторной установкой и уменьшению номенклатуры помехоподавительных средств, которые позволяют повысить ЭМС электрооборудования автомобилей с РЭС, монтируемыми на его шасси и увеличить работоспособность установленных на автомобиле ЭСУ.
Реализация результатов работы. Методика расчета АРН и программа определения параметров переходных процессов внедрены в Дальневосточном научно-исследовательском институте механизации и электрофикации сельского хозяйства (ДАЛьНии МЭСХ), г. Благовещенск.
Предложения по снижению уровня ИРП были учтены при конструкторской доработке систем электроснабжения и зажигания автомобилей семейства УАЗ.
Апробация. Основные результаты работы докладывались и обсуждались:
на VIII региональной межвузовской научно-практической конференции 17-18 мая 2009г. Молодежь ХХI века: шаг в будущее;
на научно-практической конференции Дальневосточного высшего военного командного училища (военного института) имени Маршала Советского Союза К.К. Рокоссовского 28 марта 2008 г.
на расширенном заседании кафедры Электротехники и электрооборудования МАДИ (ТУ) 5 февраля 2009г.
Публикации. По основным материалам диссертационной работы опубликовано восемь печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 156 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка, 25 таблиц, список литературы и 77 наименований.
