CC BY
8
Shpenst Vadim Anatolievich, doctor of technical sciences, professor, shpenst@spmi. ru, Russia, St.Petersburg, Mining University,
Krasnov Nikita Vadimovich, postgraduate, nikita.krasnov. [email protected], Russia, St. Petersburg, Mining University
УДК 629.113
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-222-223
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ БОРТОВОГО ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА СОВРЕМЕННЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
А.С. Саксонов, В.Н. Козловский, А.С. Подгорний, А.П. Новикова
В статье представлены результаты исследования основных направлений развития бортового электротехнического комплекса легковых автомобилей
Ключевые слова: автомобиль, бортовой электротехнический комплекс, качество, надежность.
Современный легковой автомобиль состоит из целого ряда функциональных систем: двигатель внутреннего сгорания, трансмиссия, коробка переключения передач, электрооборудование [1, 2]. Система электрооборудования, часто именуемая БЭК, в настоящее время занимает одно из центральных мест среди других функциональных систем современного легкового автомобиля [3]. Например, работа двигателя внутреннего сгорания невозможна без системы зажигания, а его запуск без электростартерной системы пуска затруднителен. БЭК современного автомобиля представляет собой довольно сложную систему, включающую в себя множество элементов и подсистем: источники электроэнергии (генератор, аккумуляторная кислотная батарея) электронные системы управления (электронная система управления двигателем, антиблокировочная система и т.д.) [4], мультимедийная система и множество других элементов и подсистем [5]. Подробно БЭК современного автомобиля представлен на структурной схеме (рисунок 1).
Доля БЭК относительно других функциональных систем постоянно насыщается (рисунок 2).
Если в 2000 г. процент насыщения БЭК относительно других функциональных систем автомобиля составлял 22 %, то к 2020 г. этот показатель возрос до 40 %, а к 2030 г. прогнозируется его рост до 50 %. Это говорит о том, что БЭК автомобиля одна из наиболее динамично развивающихся функциональных систем. Такое динамичное насыщение БЭК обусловлено развитием электронных и электромеханических систем, обеспечивающих комфорт и безопасность управления, а также рациональное управление силовым агрегатом автомобиля. К таким системам можно отнести, например, электроусилитель руля, облегчающий рулевое управление, антиблокировочная система, позволяющая сохранять управляемость автомобилем при торможении, электронная система управления двигателем, определяющая параметры работы двигателя внутреннего сгорания в зависимости от внешних условий (температура наружного воздуха, уклон трассы, скорость движения и т.д.). К новейшим электронным и электромеханическим системам современных автомобилей можно отнести систему автоматического экстренного торможения, предотвращающую столкновения с препятствиями на дороге, система мониторинга усталости водителя, двери с электромеханическими замками, не позволяющие выйти из автомобиля при опасном приближении другого автомобиля и многие другие.
бортовой электротехнический комплекс
системз электроснабжении _
П/ t
1
1 Бортовая сеть
| АКБ |
система пуска
электронные
системы управления
потребители электроэнергии
электропривод агрегатов
мультимедийная система
система зажигания
приборы освещения
Рис. 1. Структура БЭК современного автомобиля 222
60%
50И
40%
30%
Л Ж 20% Ь £
10%
0%
.. 11
1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030
ГОД
Рис. 2. Насыщение БЭК автомобилей относительно других функциональных систем
в период 1970-2030 гг.
Электронные и электромеханические системы имеют множество функциональных преимуществ, в сравнении с механическими и гидравлическими системами, которые активно использовались на легковых автомобилях предыдущих поколений. К примеру, гидроусилитель руля имеет сложное устройство, нуждается в регулярной замене масла, к тому же, при поломке гидроусилителя руля эксплуатация автомобиля невозможна [6, 7, 8]. Этих недостатков лишен электроусилитель руля, имеющий более простое устройство, практически не нуждающийся в обслуживании, а при его поломке эксплуатация автомобиля допустима. Таким же образом, электронная система управления двигателем, закладываемая практически в любой современный автомобиль реализованная как группа датчиков, находящихся под управлением микропроцессора значительно эффективнее и информативнее механической системы управления двигателем.
Стоит заметить, что современный автомобиль, в силу насыщенности различными электронными и электромеханическими системами отличается повышенной зависимостью от источников электроэнергии в сравнении с автомобилями прошлых поколений, где многие функциональные системы автомобиля имеют механический и гидравлический принцип действия. Соответственно, роль источников электроэнергии в современном автомобиле становится все более и более значительной [9, 10].
Источниками электроэнергии БЭК современного автомобиля по-прежнему остаются АГ, основанный на базе ЭМП, представленного синхронной машиной с электромагнитным возбуждением, работающий в паре с аккумуляторной кислотной батареей (АКБ). На сегодняшний день большинство современных автомобилей оснащены именно АГ основанном на синхронной машине с электромагнитным возбуждением, лишь некоторые производители комплектуют свои автомобили АГ, основанными на синхронной машине с магнитоэлектрическим возбуждением. Такие АГ лишены главного недостатка синхронных машин традиционного исполнения - щеточного узла, который наравне с подшипниковыми узлами является одним из самых ненадежных конструктивных узлов ЭМП. Тем не менее, у магнитоэлектрических синхронных машин есть недостаток, которого нет у синхронных машин с электромагнитным возбуждением. При коротком замыкании в обмотке статора такой машины происходит потеря свойств постоянных магнитов, находящихся на роторе, соответственно магнитоэлектрический генератор после короткого замыкания не работоспособен, чего нельзя сказать о традиционной синхронной машине с электромагнитным возбуждением.
Одним из новейших ЭМП для автомобилей, над которым активно ведется работа, способным работать как в двигательном, так и в генераторном режимах работы выступает стартер-генераторная установка. Такой ЭМП выполняет сразу две задачи: во-первых, создает пусковой момент на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания, а во-вторых, после перехода двигателя внутреннего сгорания в номинальный режим, работает как источник электроэнергии, отдавая последнюю в бортовую сеть.
Стоит отметить, что в ближайшем будущем в эксплуатацию поступят беспилотные автомобили, а это говорит о том, что роль БЭК в таких автомобилях будет существенно выше, чем в автомобилях, находящихся под управлением человека. Это обусловлено более сложными электронными системами управления двигателем, системами обеспечения безопасности автомобиля, а также внедрением систем автоматического управления.
Таким образом, роль БЭК в современном автомобиле становится все более и более значительной: число электронных и электромеханических систем автомобилей растет с каждым годом, что позволяет говорить о повышении степени комфорта управления, обеспечении безопасности движения и рациональных режимов работы силового агрегата автомобиля.
Список литературы
1. Акимов С.В. Электрооборудование автомобилей. / С.В. Акимов, Ю.П. Чижков. - Москва: За рулем, 2004. - 383 с.Заятров А.В., Козловский, В.Н. Комплексная оценка качества и надёжности электрооборудования транспортных средств: монография / А.В. Заятров, В.Н. Козловский. Самара: Изд-во СамНЦ РАН. 2014. 176 с.
2. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей: учебник для студентов автомобильных специальностей высших учебных заведений. М.: Горячая линия-Телеком, 2006. 319 с.
3. Разработка электротехнической системы термостатирования высоковольтных литий-ионных автомобильных аккумуляторных батарей / Д.М. Якунов, В.В. Дебелов, В.С. Стручков [и др.] // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 6. С. 317-326.
4. Testing of Electromagnetic Interference Level by Means of Onboard Intelligent Measuring System as a Tool for Assessing Operating Quality of Passenger Car Electrical Systems / V.N. Kozlovsky, A.S. Sak-sonov, S.V. Petrovsky [et al.] // 2021 Intelligent Technologies and Electronic Devices in Vehicle and Road Transport Complex, TIRVED 2021 - Conference Proceedings, Moscow, 11-12 November 2021. Moscow, 2021.
5. Технология производства электрооборудования автомобилей и тракторов: Учебник / В. В. Морозов, В. М. Приходько, Л. А. Соколов [и др.]. М.: Научно-издательский центр ИНФРА-М, 2015. 376 с.
6. Козловский В.Н. Обеспечение качества и надежности системы электрооборудования автомобилей // автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / Моск. гос. автомобил.-дорож. ин-т (техн. ун-т). Тольятти, 2010.
7. Petrovski S.V. Intelligent diagnostic complex of electromagnetic compatibility for automobile ignition systems / V.N. Kozlovski, A.V. Petrovski, D.F. Skripnuk, V.E. Schepinin, E. Telitsyna // Reliability, Info-com Technologies and Optimization (Trends and Future Directions). 6th International Conference ICRITO.
2017. С. 282-288.
8. Козловский В.Н. Перспективные системы диагностики управления автономным транспортным объектом / В.Н. Козловский, В.В. Дебелов, О.И. Деев, А.Ф. Колбасов, С.В. Петровский, А.П. Новикова // Грузовик. 2017. № 6. С. 21-28.
9. Козловский В.Н. Развитие проектов электромобилей и автомобилей с комбинированной энергоустановкой / В.Н. Козловский, Д.В. Айдаров, М.М. Васильев, В.В. Дебелов // Грузовик. 2018. № 6. С. 18-21.
10. Козловский В.Н. Моделирование энергоемких накопителей автомобильной комбинированной энергоустановки / В.Н. Козловский, В.И. Строганов, В.В. Дебелов, С.В. Петровский // Грузовик.
2018. № 11. С. 13-14.
Саксонов Александр Сергеевич, аспирант, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Козловский Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Подгорний Александр Сергеевич, канд. техн. наук, научный сотрудник, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Новикова анна Петровна, канд. техн. наук, доцент, 9vfhnf@inbox. ru, Россия, Самара, Самарский государственный технический университет
PERSPECTIVE DIRECTIONS OF DEVELOPMENT OF ON-BOARD ELECTRICAL COMPLEX OF MODERN
CARS
A.S. Saxonov, V.N. Kozlovsky, A.S. Podgorny, A.P. Novikova
The article presents the results of a study of the main directions of development of the on-board electrical complex of passenger cars.
Key words: car, on-board electrical complex, quality, reliability.
Saxonov Alexander Sergeevich, postgraduate, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University,
Kozlovsky Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University,
Podgorny Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, professor, senior researcher, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University,
224
Novikova Anna Petrovna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University
УДК 621.3
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-226-227
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСИММЕТРИЧНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ФАЗОПОВОРОТНОГО
ТРАНСФОРМАТОРА
А.С. Бордюг
Фазоповоротные трансформаторы (ФПТ) являются, как известно [1, 2], эффективным средством управления потоками мощности и величиной потерь энергии в неоднородной сложнозамкнутой электрической сети. Кроме того, они нашли применение в силовой преобразовательной технике для создания многопульсного режима работы вентильных преобразователей, уменьшающего их влияние на питающую сеть [3]. В связи с этим актуально исследование технических характеристик ФПТ в симметричных и особенно в несимметричных режимах. В [3] приведена методика определения коэффициентов многополюсника, замещающего ФПТ, для симметричного режима. В данной работе предлагается модель ФПТ для общего случая несимметричного режима, построенная на основе уравнений многообмоточного трансформатора, использующих парные сопротивления короткого замыкания (КЗ) обмоток
[4].
Ключевые слова: фазоповоротный трансформатор, режим работы, несимметрическая нагрузка, модель.
Введение. Рассмотрим предлагаемую методику на примере схемы ФПТ, описанного в [1, 3]. На рис. 1 показана расчетная схема ФПТ, к которой могут быть приведены некоторые возможные варианты принципиальных схем ФПТ, отличающиеся местом подключения системы питающих напряжений и нагрузки. При использовании ФПТ в электрической сети, в соответствии с [1], система питающих напряжений прикладывается к точкам 1-3, а система выходных - снимается с зажимов 4-6.
В [3] рассмотрен другой вариант использования устройства, в котором система питающих напряжений подается на зажимы 7-9, а к точкам 1-3 и 4-6 подключаются две трехфазные нагрузки, представляющие собой вентильные преобразователи. Для моделирования рассматриваемого устройства в перечисленных случаях, в том числе в несимметричных режимах, целесообразно использовать матрицу узловых проводимостей. Для ее получения необходимо располагать матрицей проводимостей ветвей, связывающей токи и напряжения ветвей. Для каждого однофазного трансформатора, составляющего фазы А, В, С устройства, можно записать
. [1в] = \УВ][0в]
иде [/В], [ив]— векторы токов и напряжений ветвей (обмоток); \УВ\ - матрица проводимостей ветвей соответствующего однофазного трансформатора размерностью [3x3].
Для получения этой матрицы воспользуемся моделью многообмоточного трансформатора, основанной на парных сопротивлениях КЗ обмоток, которые могут быть найдены с необходимой точностью известными методами.
Рис. 1. Расчетная схема ФПТ, принятая нумерация узлов и ветвей ФПТ. Точками обозначены одноименные концы обмоток фаз А, В, С устройства
