Электрогенератор внутреннего сгорания. Виды электрических генераторов и принципы их работы. Бензиновая электростанция или бензогенератор

Многие хозяева рано или поздно начинают задумываться об альтернативных источниках энергии. Предлагаем рассмотреть, что такое автономный бестопливный генератор Тесла, Хендершота, Романова, Тариеля Канападзе, Смита, Бедини, принцип работы агрегата, его схема и как сделать устройство своими руками.

ОБЗОР ГЕНЕРАТОРОВ

При использовании безтопливного генератора, двигатель внутреннего сгорания не требуется, поскольку устройство не должно преобразовывать химическую энергию топлива в механическую, для выработки электроэнергии. Данный электромагнитный прибор работает таким образом, что электричество, вырабатываемое генератором рециркулируют обратно в систему по катушке.

Фото — Генератор Капанадзе

Обычные электрогенераторы работают на основе:
1. Двигателя внутреннего сгорания, с поршнем и кольцами, шатуном, свечами, топливным баком, карбюратором, ... и
2. С использованием любительских двигателей, катушек, диодов, AVR, конденсаторами и т.д.

Двигатель внутреннего сгорания в бестопливных генераторах заменен электромеханическим устройством, которое принимает мощность от генератора и используя такую ​​же, преобразует её в механическую энергию с эффективностью более 98%. Цикл повторяется снова и снова. Таким образом, концепция здесь заключается в том, чтобы заменить двигатель внутреннего сгорания, который зависит от топлива с электромеханическим устройством.

Фото — Схема генератора

Механическая энергия будет использоваться для приведения в действие генератора и получения тока, создаваемого генератором для питания электромеханического прибора. Генератор без топлива, который используется для замены двигателя внутреннего сгорания, сконструирован таким образом, что использует меньше энергии на выходе мощности генератора.

Видео: самодельный бестопливный генератор

ГЕНЕРАТОР ТЕСЛА

Линейный электрогенератор Тесла является основным прототипом рабочего прибора. Патент на него был зарегистрирован еще в 19 веке. Главным достоинством прибора является то, что его можно построить даже в домашних условиях с использованием солнечной энергии. Железная или стальная пластина изолируется внешними проводниками, после чего она размещается максимально высоко в воздухе. Вторую пластину размещаем в песке, земле или прочей заземленной поверхности. Провод запускается из металлической пластины, крепление производится с конденсатором на одной стороне пластины и второй кабель идет от основания пластины к другой стороне конденсатора.

Фото — Бестопливный генератор тесла

Такой самодельный бестопливный механический генератор свободной энергии электричества в теории полностью работающий, но для реального осуществление плана лучше использовать более распространенные модели, к примеру изобретателей Адамса, Соболева, Алексеенко, Громова, Дональда, Кондрашова, Мотовилова, Мельниченко и прочих. Собрать рабочий прибор можно даже при перепланировке какого-либо из перечисленных устройств, это выйдет дешевле, нежели самому все подсоединять.

Кроме энергии Солнца, можно использовать турбинные генераторы, которые работают без топлива на энергии воды. Магниты полностью покрывают вращающиеся металлические диски, также к прибору добавляется фланец и самозапитанный провод, что значительно снижает потери, благодаря этому данный теплогенератор работает более эффективно, чем солнечный. Из-за высоких асинхронных колебаний этот ватный бестопливный генератор страдает от вихревой электроэнергии, так что его нельзя использовать в автомобиле или для питания дома, т.к. на импульсе могут сгореть двигатели.

Фото — Бестопливный генератор Адамса

Но гидродинамический закон Фарадея также предлагает использовать простой вечный генератор. Его магнитный диск разделен на спиральные кривые, которые излучают энергию из центра к внешнему краю, уменьшая резонанс.

В данной высоковольтной электрической системе, если есть два витка рядом расположенных, электроток передвигается по проводу, ток, проходящий через петлю, будет создавать магнитное поле, которое будет излучаться против тока, проходящего через вторую петлю, создавая сопротивление.

КАК СДЕЛАТЬ ГЕНЕРАТОР

Существует два варианты выполнения работы.

Изобретение относится к области транспорта и электроэнергетики и предназначено для работы в качестве источника электрического тока. Оно позволит повысить экономичность и улучшить экологические характеристики энергетической установки. Генератор внутреннего сгорания содержит корпус с цилиндром, в котором перемещается поршень. Поршень установлен на стержне, на котором закреплен постоянный магнит (якорь). Поршень, стержень и якорь представляют собой узел, совершающий возвратно-поступательные движения в корпусе. Якорь перемещается в соответствии с поршнем в катушке провода (статор), установленной в корпусе. Поршень, стержень и якорь связаны с корпусом упругим элементом (например, пружиной или упругой диафрагмой). Статор состоит из нескольких катушек с возможностью объединения в одну катушку. Объем камеры сгорания разделен от рабочего объема цилиндра, при этом камера сгорания сообщается с цилиндром с помощью впускного клапана. 1 ил.

Изобретение относится к области транспорта и электроэнергетики и предназначено для работы в качестве источника электрического тока. Заявителю известен ближайший аналог (прототип) заявленного изобретения как наиболее близкий ему по совокупности существенных признаков. Данный аналог представляет собой свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндром, в котором перемещается поршень. Поршень установлен на стержне, на котором закреплен постоянный магнит (якорь). Поршень, стержень и якорь представляют собой узел, совершающий возвратно-поступательные движения в корпусе. Якорь перемещается в соответствии с поршнем в катушке провода (статор), установленной в корпусе (авторское свидетельство на полезную модель N 95103064/20, 1995 г.). Данный двигатель имеет следующие недостатки: а) свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания может содержать в себе четыре цилиндра при четырехтактном рабочем цикле и два цилиндра при двухтактном, может иметь и большее количество, но только четное; б) поршень в свободнопоршневом двигателе внутреннего сгорания не имеет верхней и нижней мертвой точки; в) свободнопоршневой двигатель не имеет системы пуска. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является устранение недостатков свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания, повышение экологии и экономии двигателя. Техническим результатом изобретения является: создание системы запуска; прохождение поршня через мертвые точки; реализация одноцилиндровой схемы двигателя, а также с нечетным количеством цилиндров; уменьшение вредных выбросов в отработавших газах. Упомянутые задачи достигаются тем, что генератор внутреннего сгорания содержит корпус с цилиндром, в котором перемещается поршень. Поршень установлен на стержне, на котором закреплен постоянный магнит (якорь). Поршень, стержень и якорь представляют собой узел, совершающий возвратно-поступательные движения в корпусе. Якорь перемещается в соответствии с поршнем в катушке провода (статор), установленной в корпусе. Поршень, стержень и якорь связаны с корпусом упругим элементом (например, пружиной или упругой диафрагмой). Статор состоит из нескольких обмоток (минимум из двух частей) с возможностью электрического соединения в одну обмотку. Камера сгорания представляет собой полость с формой, которая обеспечивает наилучшее сгорание топлива. Объем камеры сгорания разделен от рабочего объема цилиндра, при этом камера сгорания сообщается с цилиндром с помощью впускного клапана (клапанов). Получение технического результата изобретения возможно потому, что: а) поршень, стержень и якорь связаны с корпусом посредством упругого элемента, который при сжатии (растяжении) не позволяет выходить за пределы мертвых точек. Благодаря упругому элементу поршень, а соответственно, стержень и якорь совершают гармонические колебания, что позволяет получать "синусоидальный" электрический ток. б) статор состоит из нескольких обмоток. При запуске в некоторые обмотки статора подается электрический ток. В них возникает магнитное поле, которое толкает либо притягивает якорь. Электрический ток подается так, чтобы воздействие магнитного поля попало в резонанс с колебаниями якоря, и когда поршень начинает достигать мертвые точки, в камеру сгорания подаются топливо и воздух. После запуска все обмотки статора могут быть электрически соединены в одну обмотку. в) объем камеры сгорания отделен от рабочего объема цилиндра, и камера сгорания сообщается с цилиндром с помощью впускного клапана. Двухтактный цикл проходит по следующим процессам. Первый такт - выпуск. В камере сгорания происходят такие процессы, как впуск сжатого воздуха, впрыск топлива, сгорание рабочей смеси, а в цилиндре - выпуск сгоревшей смеси. Поршень поднимается вверх от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, выпускной клапан открыт, впускной закрыт, отработавшие газы удаляются из цилиндра в атмосферу. В камеру сгорания подаются топливо и воздух. В ней происходит воспламенение, которое заканчивается, когда поршень достигает верхней мертвой точки. Второй такт - рабочий. Происходят процессы расширения рабочего газа, продувка камеры сгорания и цилиндра. Поршень движется от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, закрыт выпускной клапан, открыт впускной клапан, соединяющий камеру сгорания и цилиндр. Сгоревшая рабочая смесь проникает из камеры в надпоршневое пространство цилиндра и давит на поршень, поэтому он движется от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Таким образом совершается полезная работа. При подходе поршня к нижней мертвой точке открывается выпускной клапан и отработавшие газы, имеющие избыточное давление, начинают выходить из цилиндра в атмосферу, а в камеру сгорания подается воздух, он вытесняет из камеры в цилиндр, а затем в атмосферу отработавшие газы и охлаждает камеру сгорания. Когда поршень достигает нижней мертвой точки, впускной клапан закрывается. На чертеже представлена схема одноцилиндрового генератора внутреннего сгорания в разрезе. Генератор содержит корпус 1, размещенные в корпусе цилиндр 2 и камеру сгорания 3. Сгоревшая смесь проникает в цилиндр из камеры сгорания через клапан 4, давит на поршень 5 и выходит через выпускной клапан 6. Поршень установлен на стержне 7, на котором закреплен якорь 8, перемещающийся в статоре 9, упругий элемент, в данном случае пружины 10 и 11, связывают поршень, стержень и якорь с корпусом.

Формула изобретения

Генератор внутреннего сгорания, содержащий корпус и размещенные в корпусе цилиндр, поршень, установленный на стержне, на стержне закреплен постоянный магнит, перемещающийся в катушке провода, отличающийся тем, что поршень, магнит и стержень связаны с корпусом посредством упругого элемента, катушка провода состоит минимум из двух частей, объем камеры сгорания отделен от рабочего объема цилиндра и камера сгорания сообщается с цилиндром с помощью клапана.

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению и предназначается для преобразования кинетической энергии поршня, в частности поршня ДВС, в электроэнергию с помощью пьезоэлектрика и обратного преобразования электроэнергии в кинетическую энергию поршня

Электрическим генератором называется машина или установка, предназначенная для преобразования энергии неэлектрической — в электрическую: механической — в электрическую, химической — в электрическую, тепловой — в электрическую и т. д. Сегодня в основном, произнося слово «генератор», мы имеем ввиду преобразователь механической энергии - в электрическую.

Это может быть дизельный или бензиновый переносной генератор, генератор атомной электростанции, автомобильный генератор, самодельный генератор из асинхронного электродвигателя, или тихоходный генератор для маломощного ветряка. В конце статьи мы рассмотрим в качестве примера два наиболее распространенных генератора, но сначала поговорим о принципах их работы.

Так или иначе, с физической точки зрения принцип работы каждого из механических генераторов — один и тот же: , когда при пересечении линиями магнитного поля проводника - в этом проводнике возникает ЭДС индукции. Источниками силы, приводящей к взаимному перемещению проводника и магнитного поля, могут быть различные процессы, однако в результате от генератора всегда нужно получить ЭДС и ток для питания нагрузки.

Принцип работы электрического генератора — Закон Фарадея

Принцип работы электрического генератора был открыт в далеком 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем. Позже этот принцип назвали законом Фарадея. Он заключается в том, что при пересечении проводником перпендикулярно магнитного поля, на концах этого проводника возникает разность потенциалов.

Первый генератор был построен самим Фарадеем согласно открытому им принципу, это был «диск Фарадея» - униполярный генератор, в котором медный диск вращался между полюсами подковообразного магнита. Устройство давало значительный ток при незначительном напряжении.

Позже было установлено, что отдельные изолированные проводники в генераторах проявляют себя гораздо эффективнее с практической точки зрения, чем сплошной проводящий диск. И в современных генераторах применяются теперь именно проволочные обмотки статора (в простейшем демонстрационном случае — виток из проволоки).

Генератор переменного тока

В подавляющем своем большинстве современные генераторы — это синхронные генераторы переменного тока. У них на статоре располагается якорная обмотка, от которой и отводится генерируемая электрическая энергия. На роторе располагается обмотка возбуждения, на которую через пару контактных колец подается постоянный ток, чтобы получить вращающееся магнитное поле от вращающегося ротора.

За счет явления электромагнитной индукции, при вращении ротора от внешнего привода (например от ДВС), его магнитный поток пересекает поочередно каждую из фаз обмотки статора, и таким образом наводит в них ЭДС.

Чаще всего фаз три, они смещены физически на якоре друг относительно друга на 120 градусов, так получается трехфазный синусоидальный ток. Фазы можно соединить по схеме «звезда» либо «треугольник», чтобы получить .

Частота синусоидальной ЭДС f пропорциональна частоте вращения ротора: f = np/60, где — p - число пар магнитных плюсов ротора, n - количество оборотов ротора в минуту. Обычно максимальная скорость вращения ротора — 3000 оборотов в минуту. Если подключить к обмоткам статора такого синхронного генератора трехфазный выпрямитель, то получится генератор постоянного тока (так работают, кстати, все автомобильные генераторы).

Трехмашинный синхронный генератор

Конечно, у классического синхронного генератора есть один серьезный минус — на роторе располагаются контактные кольца и щетки, прилегающие к ним. Щетки искрят и изнашиваются из-за трения и электрической эрозии. Во взрывоопасной среде это не допустимо. Поэтому в авиации и в дизель-генераторах более распространены бесконтактные синхронные генераторы, в частности — трехмашинные.

У трехмашинных устройств в одном корпусе установлены три машины: предвозбудитель, возбудитель и генератор — на общем валу. Предвозбудитель — это синхронный генератор, он возбуждается от постоянных магнитов на валу, генерируемое им напряжение подается на обмотку статора возбудителя.

Статор возбудителя действует на обмотку на роторе, соединенную с закрепленным на ней трехфазным выпрямителем, от которого и питается основная обмотка возбуждения генератора. Генератор генерирует в своем статоре ток.

Газовые, дизельные и бензиновые переносные генераторы

Сегодня очень распространены в домашних хозяйствах , которые в качестве приводных двигателей используют ДВС — двигатель внутреннего сгорания, передающий механическое вращение на ротор генератора.

У генераторов на жидком топливе имеются топливные баки, газовым генераторам — необходимо подавать топливо через трубопровод, чтобы затем газ был подан в карбюратор, где превратится в составную часть топливной смеси.

Во всех случаях топливная смесь сжигается в поршневой системе, приводя во вращение коленвал. Это похоже на работу автомобильного двигателя. Коленвал вращает ротор бесконтактного синхронного генератора (альтернатора).

Андрей Повный

Как работает, рассмотрим на примере Touareg, с гибридным силовым агрегатом.

Что означает понятие «техника гибридного привода»?

Термин «гибрид» берет свое начало от латинского слова hybrida, и означает нечто скрещенное, или смешанное. В технике гибридом называют систему, в которой комбинируются друг с другом две разных технологии. В связи с концепциями привода термин технология гибридного привода применяется для обозначения двух направлений: бивалентный (или двухтопливный) силовой агрегат гибридный силовой агрегат

В случае гибридной технологии привода речь идет о комбинации из двух разных силовых агрегатов, работа которых основана на разных принципах действия. В настоящее время под технологией гибридного привода подразумевают комбинацию двигателя внутреннего сгорания и электродвигателягенератора (электромашины). Эта электромашина может использоваться как генератор для выработки электрической энергии, тяговый электродвигатель для движения автомобиля, и стартер для запуска двигателя внутреннего сгорания. В зависимости от исполнения основной конструкции различают три вида гибридного силового агрегата: т.н. «микрогибридный» силовой агрегат, т.н. «среднегибридный» силовой агрегат, т.н. «полногибридный» силовой агрегат.

"Микрогибридный" силовой агрегат

В этой концепции привода электрический компонент (стартер/генератор) служит исключительно для реализации функции Стартстоп. Часть кинетической энергии можно снова использовать в качестве электрической энергии (рекуперация). Привод только от электрической тяги не предусмотрен. Параметры 12 вольтной АКБ со стекловолоконным наполнителем адаптированы к частым запускам двигателя.

«Среднегибридный» привод

Электрический привод поддерживает работу двигателя внутреннего сгорания. Движение автомобиля только на электрической тяге невозможно. У «среднегибридного» привода большая часть кинетической энергии при торможении регенерируется, и в виде электрической энергии накапливается в высоковольтной батарее. Высоковольтная батарея, а также электрические компоненты сконструированы для более высокого электрического напряжения и, таким образом, более высокой мощности. Благодаря поддержке электродвигателягенератора режим работы теплового двигателя может быть смещен в область максимальной эффективности. Это обозначается как смещение точки нагрузки.

«Полногибридный» силовой агрегат

Мощный электродвигательгенератор комбинируется с двигателем внутреннего сгорания. Возможно движение только на электрической тяге. Электродвигательгенератор, если только позволяют условия, поддерживает работу двигателя внутреннего сгорания. Движение с малой скоростью осуществляется только на электрической тяге. Реализована функция Стартстоп для двигателя внутреннего сгорания. Рекуперация используется для зарядки высоковольтной батареи. Благодаря разделительному сцеплению между двигателем внутреннего сгорания и электродвигателемгенератором можно обеспечить разъединение обеих систем. Двигатель внутреннего сгорания подключается в работу только при необходимости.

Основы гибридной техники

Системы полного гибридных силовых агрегатов делятся на три подгруппы: параллельный гибридный силовой агрегат, раздельный силовой агрегат (с разделёнными потоками мощности), последовательный гибридный силовой агрегат.

Параллельный гибридный силовой агрегат

Параллельное исполнение гибридного силового агрегата отличается простотой. Он используется в случае, когда необходимо «гибридизировать» существующий автомобиль. Двигатель внутреннего сгорания, электромоторгенератор и коробка передач располагаются на одной оси. Обычно в системе параллельного гибридного силового агрегата используется один электродвигатель генератор. Сумма единичной мощности двигателя внутреннего сгорания и мощности электродвигателягенератора соответствует полной мощности. Эта концепция обеспечивает высокую степень заимствования узлов и деталей прежнего автомобиля. У полноприводных автомобилей со схемой параллельного гибридного силового агрегата привод всех четырех колёс реализован с помощью дифференциала Torsen и раздаточной коробки.

Раздельный гибридный привод

В системе раздельного гибридного привода помимо двигателя внутреннего сгорания имеется электродвигательгенератор. Оба двигателя располагаются под капотом. Крутящий момент двигателя внутреннего сгорания, также как и от электродвигателягенератора, через планетарную передачу подаётся на коробку передач автомобиля. В противоположность параллельному гибридному приводу, снять таким образом сумму отдельных мощностей для привода колёс невозможно. Вырабатываемая мощность частично тратится на приведение автомобиля в движение, частично, в виде электрической энергии, накапливается в высоковольтной батарее.

Последовательный гибридный силовой агрегат

Автомобиль оборудован двигателем внутреннего сгорания, генератором и электродвигателем генератором. Однако в отличие от обеих описанных ранее концепций, двигатель внутреннего сгорания не имеет возможности самостоятельно приводить автомобиль в движение валом, или через коробку передач. Мощность от двигателя внутреннего сгорания на колеса не передаётся. Основной привод автомобиля осуществляет электродвигатель генератор. Если ёмкость высоковольтной батареи слишком низкая, запускается двигатель внутреннего сгорания. Через генератор двигатель внутреннего сгорания заряжает высоковольтную батарею. Электродвигательгенератор снова может получать энергию от высоковольтной батареи.

Раздельный последовательный гибридный силовой агрегат

Раздельный последовательный гибридный силовой агрегат представляет собой смешанную форму двух описанных выше гибридных приводов. Автомобиль оборудован одним двигателем внутреннего сгорания и двумя электродвигателями генераторами. Двигатель внутреннего сгорания и первый электродвигательгенератор размещены под капотом. Второй электродвигательгенератор расположен на задней оси. Эта концепция используется для полноприводных автомобилей. Двигатель внутреннего сгорания и первый электродвигательгенератор через планетарную передачу могут приводить коробку передач автомобиля. И в этом случае действует правило, согласно которому одиночные мощности привода не могут отбираться для привода колёс в виде суммарной мощности. Второй электродвигатель генератор на задней оси активируется при необходимости. В связи с таким конструктивным исполнением привода высоковольтная батарея располагается между обеими осями автомобиля.

Другие термины и определения Здесь будут кратко разъяснены другие термины и определения, часто используемые в связи с технологией гибридного привода.

Рекуперация. В общем случае этот термин в технике означает способ возврата энергии. При рекуперации имеющаяся энергия одного вида преобразуется в другой, используемый в последующем вид энергии. Потенциальная химическая энергия топлива преобразуется в трансмиссии в кинетическую энергию. Если автомобиль затормаживается обычным тормозом, то избыточная кинетическая энергия посредством трения тормозов превращается в тепловую энергию. Возникающее тепло рассеивается в окружающем пространстве, и поэтому использовать его в дальнейшем невозможно.

Если же напротив, как при использовании технологии гибридного привода, дополнительно к классическим тормозам генератор используется в качестве моторного тормоза, то часть кинетической энергии преобразуется в электрическую энергию, и таким образом становится доступной для последующего использования. Энергетический баланс автомобиля улучшается. Этот вид регенеративного торможения называют рекуперативным тормозом.

Как только в режиме принудительного холостого хода скорость автомобиля снижается путем торможения нажатием педали тормоза или автомобиль движется накатом или автомобиль движется под уклон cистема гибридного привода включает электродвигатель - генератор, и использует его в режиме генератора.

В этом случае он заряжает высоковольтную батарею. Таким образом в режиме принудительного холостого
хода появляется возможность «заправлять» автомобили с электрическим гибридным приводом электроэнергией.
При движении автомобиля накатом электродвигатель генератор, работающий в режиме генератора,
преобразует из энергии движения в электрическую энергию только такое количество энергии, которое
требуется для работы 12 вольтной бортовой сети.

Электродвигатель-генератор (электромашина)

Термин электродвигатель-генератор, или электромашина, используется вместо терминов генератор, электродвигатель и стартер. В принципе, любой электродвигатель можно применять и в качестве генератора. Если вал электродвигателя приводится от внешнего привода, то электродвигатель, подобно генератору, вырабатывает электрическую энергию. Если к электромашине подводится электрическая энергия, то она работает как электродвигатель. Таким образом, электродвигательгенератор автомобилей с электрическим гибридным приводом заменяет обычный стартер двигателя внутреннего сгорания, а также обычный генератор (осветительный генератор).

Электрический ускоритель (E-boost)

По аналогии с функцией Kickdown двигателей внутреннего сгорания, которая делает доступной максимальную мощность двигателя, гибридный привод располагает функцией электрического ускорителя E-Boost. При использовании функции электродвигатель-генератор и двигатель внутреннего сгорания выдают свои максимальные индивидуальные мощности, которые складываются в более высокое значение суммарной мощности. Сумма индивидуальных мощностей обоих видов двигателей соответствует суммарной мощности трансмиссии.

Вследствие потерь мощности в электродвигателе-генераторе, его мощность в режиме генератора ниже, чем в режиме тягового электродвигателя. Мощность электродвигателя-генератора в режиме двигателя составляет 34 кВт. Мощность электродвигателя-генератора в режиме генератора равна 31 кВт. У Touareg с гибридным приводом двигатель внутреннего сгорания имеет мощность 245 кВт, а электродвигатель-генератор мощность 31 кВт. В режиме тягового электродвигателя электродвигатель-генератор выдаёт мощность 34 кВт. Вместе двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель-генератор в режиме тягового электродвигателя развивают суммарную мощность 279 кВт.

Функция Старт-стоп

Аргументы в пользу гибридной техники

Почему мы комбинируем электродвигатель-генератор с двигателем внутреннего сгорания? Для отбора крутящего момента частота вращения двигателя внутреннего сгорания должна быть не ниже частоты вращения холостого хода. При остановке двигатель не может отдавать крутящий момент. При увеличении частоты вращения двигателя внутреннего сгорания его крутящий момент увеличивается. Электромоторгенератор с первыми оборотами выдает максимальный крутящий момент. Для него не существует частоты вращения холостого хода. При увеличении частоты вращения его крутящий моментуменьшается. Благодаря работе электродвигателя-генератора у двигателя внутреннего сгорания исключен наиболее сложный режим работы: в диапазоне ниже оборотов холостого хода. Благодаря поддержке электродвигателягенератора двигатель внутреннего сгорания может эксплуатироваться в более эффективных режимах. Это смещение точки нагрузки повышает КПД силового агрегата.

Почему применяется полный гибридный силовой агрегат (привод)?

Полный гибридный агрегат, в отличие от остальных вариантов гибридного привода, объединяет функцию встроенной системы Стартстоп, систему E-Boost, функцию рекуперации и возможность движения только на электродвигателе (режим электрической тяги).

Электродвигатель-генератор

Электродвигатель-генератор размещён между двигателем внутреннего сгорания и АКП. Он представляет собой синхронный двигатель трехфазного тока. С помощью силового электронного модуля постоянное напряжение 288 В преобразуется в трёхфазное переменное напряжение. Три фазы напряжение создают в электродвигателегенераторе трёхфазное электромагнитное поле.

Высоковольтная батарея

Доступ к высоковольтной батарее обеспечивается через напольное покрытие багажного отсека. Она выполнена в виде модуля и включает различные компоненты высоковольтной системы Touareg. Модуль высоковольтной батареи имеет массу 85 кг и может заменятьсятолько в сборе.

Высоковольтную батарею нельзя сравнивать с обычной аккумуляторной батареей с напряжением 12 В. В нормальном режиме эксплуатации высоковольтная батарея задействуется в свободном диапазоне уровня зарядки от 20% до 85%. Переносить такие нагрузки в течение длительного времени обычная 12 вольтная АКБ неспособна. Поэтому высоковольтную батарею следует рассматривать как оперативное устройство накопления энергии для электрического привода. Подобно конденсатору она может накапливать и снова отдавать электрическую энергию. В принципе, рекуперацию, регенерацию энергии, можно рассматривать как возможность заправки автомобиля энергией во время движения. Применение высоковольтной батареи в автомобиле с гибридным приводом отличается чередование циклов зарядки (рекуперация) и разрядки (движение на электрическом приводе) высоковольтной батареи.

Пример: Если сравнить энергию высоковольтной батареи с энергией, образующейся при сжигании топлива, то количество энергии, которую может выработать батарея, будет соответствовать примерно 200 мл топлива. Этот пример демонстрирует, что на пути к созданию электромобилей, аккумуляторные батареи, с точки зрения способности накапливать энергию, должны быть существенно модернизированы.

Варианты систем «двигатель внутреннего сгорания - генератор»

Такие системы применяются на транспортных средствах с тяговым электроприводом. В последнее время на транспорте, кроме тягового электропривода постоянного тока, широко применяются тяговые асинхронные, синхронные и вентильные электроприводы. Использование вращающегося преобразователя энергии - генератора, в частности, в составе автотранспортных средств обусловлено тем, что статические преобразователи непригодны для отбора механической мощности с вала двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

В качестве примера на рис. 1.23 представлена принципиальная схема системы «генератор постоянного тока независимого возбуждения - двигатель постоянного тока последовательного возбуждения».

На валу ДВС расположен генератор Г и возбудитель В, вырабатывающий ток возбуждения генератора. Валы электродвигателя М и исполнительного механизма ИМ соединены механически. Якорные цепи генератора и электродвигателя - электрически. Переключатель К меняет соединение ОВД на обратное, тем самым обеспечивая изменение направление вращения (реверс) электродвигателя М.

Величины токов возбуждения и, соответственно, магнитных потоков электрических машин регулируются сопротивлениями Я рвг и Л швд. Выходное напряжение генератора Г зависит как от угловой скорости его вращения со г, так и от величины тока возбуждения 1 вг. Семейство механических характеристик системы «генератор - двигатель» имеет две зоны (рис. 1.24).

В первой зоне сопротивление Я швд равно бесконечности. Электродвигатель работает при максимальном магнитном потоке Ф дв. Регулирование происходит за счет изменения выходного напряжения генератора и, от нуля до номинального значения. Во второй зоне система работает при номинальном значении выходного напряжения

Рис. 1.23.

тока последовательного возбуждения:

ИМ - исполнительный механизм; ДВС - двигатель внутреннего сгорания; Г - генератор; ОВГ - обмотка возбуждения генератора; Н. рвг - добавочное сопротивление в цепи возбуждения генератора, Ом; М - двигатель постоянного тока; ОВД - обмотка возбуждения двигателя; Я швд - шунтирующее сопротивление обмотки возбуждения двигателя, Ом; В - возбудитель; К - переключатель обмотки возбуждения двигателя; 1 Я - ток якоря, А; 1 вд - ток возбуждения двигателя, А;

1 Ш - ток шунта, А; 1 вг - ток возбуждения генератора, А

Д-я зона Фд = У а2

> и г =у а2

Рис. 1.24. Семейство механических характеристик «генератор - двигатель»

и г = и гн. Регулирование скорости происходит за счет изменения магнитного потока электродвигателя Ф дв.

Уравнение механической характеристики для этой системы имеет следующий вид:

/ к овд -К-швд р, р 4

К яд + К яг

У^-ОВД +К-ШВД

• (кФдв) 2
• (1.60)

где Е - электродвижущая сила генератора, В;

М - момент двигателя, Нм;

Я 0 вд - сопротивление обмотки возбуждения двигателя, Ом;

К яд - сопротивление якоря двигателя, Ом;

Я яг - сопротивление якоря генератора, Ом.

Общий диапазон регулирования скорости в разомкнутой системе «генератор - двигатель» не превышает значения О = 16:1.

Принципиальная электрическая схема, представленная на рис. 1.25, дает общее представление о работе системы «генератор - двигатель». Во всех учебниках по электроприводу генератор приводится в движение асинхронным двигателем, включенным в трехфазную сеть переменного тока. При современном уровне полупроводниковой техники достаточно включить между сетью питания и асинхронным двигателем преобразователь частоты - напряжения, чтобы получить требуемые механические характеристики электропривода. Систему «генератор - двигатель» можно исключить. Однако существует перспективная область применения системы «генератор - двигатель» в автотранспортных средствах с тяговым электроприводом, где генератор приводится от двигателя внутреннего сгорания, который входит в состав общей схемы регулирования. В них применяется объединенное регулирование двигателя внутреннего сгорания и тягового электропривода. Рассмотрим некоторые из подобных систем.

Установки «двигатель внутреннего сгорания - генератор» являются основным источником питания автотранспортного средства с тяговым электроприводом. Основной вид двигателя внутреннего сгорания - дизели.

Основные требования к регулированию системы «двигатель внутреннего сгорания - генератор»: полное использование максимальной мощности двигателя внутреннего сгорания независимо от включения - выключения вспомогательных нагрузок, изменения температуры и давления окружающего воздуха и других факторов; отсутствие перегрузки двигателя внутреннего сгорания в статических и динамических режимах; возможность получения частичных режимов по мощности; экономичность работы двигателя внутреннего сгорания во всех режимах; минимум дымления и вредных выбросов; работа в благоприятных для двигателя внутреннего сгорания зонах; снижение уровня шума на частичных режимах.

Регулирование при работе генератора с постоянной скоростью

Как правило двигатель внутреннего сгорания работает с постоянной скоростью на автотранспортном средстве с резко переменной нагрузкой (тракторы с тяговым электроприводом, танки, грейдеры, скреперы). Возможны варианты использования двигателя внутреннего сгорания - генератора в качестве электростанции в системе дополнительной энергетики на сверхтяжелых автотранспортных средствах.

Функциональная схема регулирования «двигатель внутреннего сгорания - генератор» с постоянной скоростью представлена на рис. 1.25.

Блок управления возбуждением представляет собой многоканальное устройство сравнения. Сравниваются мощность, ток, напряжение, скорость вращения. На основании соотношений вырабатывается сигнал управления дельта (А).

Увеличение мощности сопровождается небольшим снижением скорости, и наоборот. Резкое увеличение нагрузки приводит к добавлению инерционной составляющей и увеличению суммарного крутящего момента двигателя внутреннего сгорания.

Величина тока ограничивается значением 1 зад, мощность - Р зад и напряжение - и зад.

На рис. 1.26 представлены выходные характеристики синхронного генератора при различных токах возбуждения.

Регулирование осуществляется по принципу:

пусть Р зад Т; Р зад - Рос >0; Л>0; 1 ВСГ Т, Р 0С Т-

Если увеличилась Р ос, то картина противоположна. Канал регулирования мощности является основным, другие каналы работают как ограничительные по заданным току, напряжению, скорости. Пусть Рзад = const, оказалось, что 1 ос больше, чем 1 зад. Дельта становится меньше нуля, 1 всг уменьшается, Р ос уменьшается. Отсечка по напряжению реализуется аналогично. Пусть Р зад = const, оказалось что п ос

Рис. 1.25.

ОВВГ - обмотка возбуждения вспомогательного генератора; ТД - тепловой двигатель; ДЧВ - датчик частоты вращения; ВГ - вспомогательный генератор; СГ - синхронный генератор; УВ - управляемый выпрямитель; ВИ - датчик напряжения; ВА - датчик тока; УМ - умножитель; БУВ - блок управления возбуждением; ПХ - педаль хода; ТЭД - тяговый электродвигатель; Р зад - мощность задания, Вт; 1 зад - ток задания А; и зад - напряжение задания. В; Р ос - мощность обратной связи, Вт; 1 ос - ток обратной связи, A; U oc - напряжение обратной связи, В; 1 всг - ток возбуждения синхронного генератора, А; п ос - скорость обратной связи, об/мин

Рис. 1.26.

Достоинства системы: схема всегда готова к приему максимальной мощности; просто реализована защита от перегрузки дизеля при изменении внешних условий:

]^шах = +Р /т

где ДМ ном - потери на привод вспомогательных механизмов;

ДТ^ен - мощность собственных нужд двигателя внутреннего сгорания;

Р г - мощность генератора.

Высокая приемистость автотранспортного средства; малое дымление при приеме также являются достоинствами.

Недостатки: высокий расход топлива на частичных режимах, снижение долговечности двигателя; высокий уровень шума на частичных режимах.

Регулирование при работе генератора

с переменной скоростью

Регулирование угловой скорости может вестись плавно и ступенчато. Задача регулирования в том, чтобы на частичных режимах мощность и скорость вращения теплового двигателя соответствовали возможно меньшему удельному расходу топлива.

На основании данных об удельном расходе топлива строят линию наибольшей экономичности (ЛНЭ). Эта линия проходит через точку максимальной мощности и через зоны наименьшего расхода топлива.

Функциональная схема системы регулирования при работе двигателя внутреннего сгорания с переменной угловой скоростью представлена на рис. 1.27.

Обозначения в схеме такие же, как для рис. 1.25.

ФП - функциональный преобразователь, формирует сигнал управления в соответствии с ЛНЭ.

Семейство выходных характеристик генератора при различных уровнях мощности, напряжения и тока представлены на рис. 1.28.

Работа каналов происходит аналогично ранее рассмотренной.

Достоинства системы: реализовано регулирование по линии наибольшей экономичности; обеспечена защита от перегрузки двигателя внутреннего сгорания; снижен уровень шума на частичных режимах; повышенная долговечность двигателя внутреннего сгорания.

Рис. 1.27.

Рис. 1.28.

Недостатки системы: величина Р зад не учитывает изменение собственных нужд двигателя внутреннего сгорания, и мощность не всегда отбирается полностью; повышенный расход топлива и дымление при увеличении нагрузки.

Объединенное регулирование двигателя внутреннего сгорания и генератора

На рис. 1.29 представлена функциональная схема объединенного регулирования двигателя внутреннего сгорания и генератора.

При перемещении рейки топливного насоса высокого давления меняется индуктивность обмотки и появляется сигнал Я ос.

Для наиболее точного определения состояния двигателя, то есть возможности отдачи максимальной мощности и получения экономичной работы, устанавливается соответствие между скоростью вращения и подачей топлива. Данное соответствие реализуется ФП1. ФП2 реализует связь между п ос и заданной мощностью.

Рис. 1.29. Функциональная схема объединенного регулирования ДВС и тягового

генератора:

ТНВД - топливный насос высокого давления; ИД - индуктивный датчик в составе топливного насоса высокого давления (индуктивный датчик связан механически с рейкой топливного насоса высокого давления); ФП - функциональные преобразователи; q 3 - заданная подача топлива; ч ос - текущая подача топлива; Дq - разностный сигнал по подаче топлива; Ви - датчик напряжения

В системе используются два задающих сигнала. Задание топливного расхода и задание мощности. Основным задающим сигналом является Р 3 . Он определяет быстродействие системы и динамическую ошибку. Регулирование по Р 3 ведется по ранее рассмотренному принципу. Сигнал Дц является корректирующим. Если при данной Р 3 ц ос оказывается избыточной, то Р 3 уменьшается. Если ц ос оказалась недостаточным, то Р 3 , увеличивается. Таким образом, электрическая мощность генератора увязывается с подачей топлива в дизель. Этот способ регулирования называется объединенным.

Достоинства системы: возможность точной реализации полной мощности дизеля независимо от изменения в окружающей среде и изменения нагрузки; точная отработка линий наибольшей экономичности.

Недостатки системы проявляются в переходных режимах.

Если в установившемся режиме обеспечивается требуемое соответствие подачи топлива и воздуха, то в переходных режимах оно резко уменьшается, для автотранспортного средства количество переходных режимов занимает значительную долю времени и составляет 20-30 %. Переходные режимы вызываются изменением управляющего воздействия водителем (перемещение педали топлива) и нагрузки (ухудшение дорожных условий и уклонов).

Наибольшие неприятности связаны с переходным режимом при увеличении скорости И МОЩНОСТИ.

Автоматическое регулирование

вспомогательного генератора

Вспомогательный генератор предназначен для обеспечения питания вспомогательных потребителей и обмотки возбуждения генератора. Если нагрузкой вспомогательного генератора является только обмотка возбуждения, то его называют возбудителем. Вспомогательный генератор применяют на тяжелых автопоездах и тяжелых шасси. Возбудители используются на карьерных самосвалах. На выходе вспомогательного генератора поддерживается постоянное напряжение в рабочем диапазоне скоростей двигателя внутреннего сгорания. Функциональная схема регулирования вспомогательного генератора представлена на рис. 1.30.

Работа схемы в статических режимах. Для заданного а поддерживается равновесие между п ос и п езад.

Рис. 1.30. Функциональная схема системы объединенного регулирования вспомогательного генератора:

ДЧВ - датчик частоты вращения; ВГ - вспомогательный генератор; СГ - силовой генератор; УМ - умножитель; ФП - функциональный преобразователь, определяет зависимость п сзад = Да), соответствующую линии наибольшей экономичности; а - угол поворота дроссельной заслонки; БДК - блок динамической коррекции; РМ - регулятор мощности

Пусть п ос > п езад, тогда дельта больше нуля, что приводит к увеличению 1 в силового генератора. Соответственно увеличивается Р ос, п ос і. При обратном сочетании все наоборот - Р ос і, п 0С Т. Блок динамической коррекции включается в работу при п езад Т. Пусть а возрастает резко (открытие заслонки), п езад Т, п езад » п ос. В этом случае блок динамической коррекции вырабатывает сигнал ДР, т. е. сигнал коррекции большой величины, тем самым уменьшая п езад І в і, двигатель - генератор разгоняется без нагрузки. По завершении разгона подается заданная нагрузка.

При аі блок динамической коррекции в работе не участвует.

Подобная схема используется на четырехосном ЗИЛе и на ЛАЗе.

Электрическая схема вспомогательного генератора представлена на рис. 1.31.

Рис. 1.31. Электрическая схема регулирования вспомогательного генератора:

ВГ - трехфазная обмотка генератора; ОВВГ - обмотка возбуждения вспомогательного генератора; АБ - аккумуляторная батарея; УБ1 -УБЗ - управляемый выпрямитель; НВ - неуправляемый выпрямитель нагрузки; Ю1 - обратный диод; Б - кнопка запуска генератора; Я - токоограничивающее сопротивление;

ТК - транзисторный ключ; Т)2 - защитный диод

Работа схемы. Генератор предварительно приводится во вращение. Включается Б (без фиксации), появляется 1 в по цепи: АБ, ОВВГ, масса. Появляется и г.

Размыкаем 5. Открывается транзисторный ключ, появляется 1 в, по цепи: ВГ, ОВВГ, У8. Получаем режим самовозбуждения генератора. Поддерживание нужного уровня напряжения осуществляется включением, выключением транзисторного ключа.

Один из вариантов электронной схемы системы автоматического регулирования вспомогательного генератора представлен на рис. 1.32.

Диодный оптрон разделяет схему на две части. Первая включает устройство сравнения - формирования на операционном усилителе ДА и усилитель на транзисторе УТЗ. Вторая часть является исполнительной и представляет собой транзисторный ключ ТК.

УЭ позволяет получить потенциальную развязку между высоковольтными и низковольтными частями схемы. Блок уравнивает два сигнала по разности (и ос - и он).

Величина опорного напряжения устанавливается при настройке с помощью Я 2 .

Рис. 1.32. Электронная схема системы регулирования вспомогательного генератора: Т) - диодный оптрон; ДА - операционный усилитель; ДН - датчик напряжения (трансформатор с выпрямителем); ТП - тиристорный трехфазный преобразователь (выпрямитель); и ос - напряжение обратной связи; и оп - опорное напряжение 15 В