车用发电机的节能与多电压问题研究

【摘要】： 车用内燃机是利用燃料在气缸内燃烧所发出的热能,以气体作为工作介质,将热能转变为机械能。发动机在完成能量转换时,必须经过进气、压缩、做功、排气四个过程,即一个工作循环才能完成。试验表明,发动机中燃料燃烧所发出的热能,只有20%～45%转化为有效功,其余的热能随冷却介质、废气等从发动机排出,还有内部传动机构的在传递过程中的损耗,这些损耗主要包括发动机内部运动件的摩擦损失,驱动附属机构(配气机构、风扇、水泵、机油泵、发电机等)的消耗和泵气损失等。如果按目前汽车工业的发展趋势和能源消耗水准计算,地球上的能源储备只够用上50年,所以发动机的经济节能性是当前世界汽车工业发展面临的主要问题。发电机作为汽车发动机的主要附属装置,它要消耗发动机的输出功率,搞好发电机的节能问题研究,也可以说是对发动机节能走出的重要一步。 针对以上问题,本论文就车用发电机的节能及多电压问题做了初步探索。为了提高供电效率又要兼顾电源系统全面升级带来的电气系统剧烈冲击,本论文采取发电机输出14V/42V两种电压,而蓄电池仍只采用传统的12V电源。12V蓄电池主要在启动时用于电起动机和点火系统,发电机的14V供一些传统用电设备使用并及时给蓄电池补充充电,而42V供一些大功率用电器使用。这其实就是发电机的输出电压的多样化问题。为了提高发电机的效率,发电机还需要增加散热装置、改善传动装置如皮带轮和采用高速轴承等。 永磁发电机制成后不需外界能量即可维持其磁场,但也造成从外部调节、控制其磁场极为困难,这使得永磁发电机的应用受到了极大限制,特别对车用永磁发电机而言,这个问题显得尤为突出。因为车用发电机的转速在很大范围内变化,一般要求在1000-10000r/min甚至更宽的转速范围内能正常工作,还有负载变化对发电机输出电压影响。因此,如何实现发电机宽转速范围和负载变化情况下的整流恒压,是车用永磁发电机能否应用于实际的关键之一。 本论文采用的电压调节基本方法是单片机控制的三相半控桥式整流稳压电路,最终实现输出14V和42V两种恒定直流电压。三相半控桥式整流电路的三个可控硅由单片机根据基准电路、采样检测电路、比较电路和保护电路来控制调节,通过调节可控硅的导通角实现电压调节。 通过研究,本文设计确定采用功率为1.5kW的永磁发电机,并能保证发电机在1000r/min～10000r/min范围内输出14V和42V两种恒定直流电压,满足目前汽车大部分及增设的42V用电设备的使用需要,因此,具有一定的推广价值。 【关键词】：车用永磁发电机 多电压 节能
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM351
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 第1章 文献综述8-16
• 1.1 车用发电机的发展概况8-12
• 1.2 汽车电气系统升压问题概述12-16
• 第2章 绪论16-19
• 2.1 本文的选题背景和意义16
• 2.2 本文的研究难点16-17
• 2.3 本文的研究设想17-18
• 2.4 本文的研究方法和手段18
• 2.5 本文的预期结果18-19
• 第3章 节能与多电压车用发电机的设计19-44
• 3.1 车用永磁发电机主要设计参数的确定19-20
• 3.2 车用永磁发电机绕组参数的分析和设计20-29
• 3.3 车用永磁发电机转子的结构分析与设计29-40
• 3.4 车用永磁发电机高速运行时输出特性分析及优化措施40-41
• 3.5 车用永磁发电机定子槽的结构分析与设计41-42
• 3.6 改善车用永磁发电机的冷却措施及磁场分析42-43
• 3.7 改善车用永磁发电机的驱动方式43-44
• 第4章 车用发电机电压调节装置的设计44-55
• 4.1 永磁发电机特性分析44-45
• 4.2 目前永磁发电机的电压调节方法45-46
• 4.3 多电压永磁发电机电压调节器的电路设计46-55
• 第5章 性能试验55-58
• 第6章 结论与建议58-60
• 6.1 结论58-59
• 6.2 建议59-60
• 参考文献60-61
• 致谢61-62
• 学习期间发表论文及成果62

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