汽車取力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用

張巨嶺

摘 要：在本研究中設(shè)計了新型汽車取力發(fā)電機(jī)的安裝裝置，該裝置包含發(fā)動機(jī)，交流發(fā)電機(jī)，針對該裝置的運行原理，功能構(gòu)成，結(jié)構(gòu)設(shè)計等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行闡述，該汽車取力發(fā)電系統(tǒng)是以寬轉(zhuǎn)速輸出底盤，發(fā)動機(jī)作為動力源，能夠輸出相對穩(wěn)定的直流電，進(jìn)而實現(xiàn)特種車型進(jìn)間不間斷供電。

關(guān)鍵詞：汽車取力;發(fā)電系統(tǒng);結(jié)構(gòu);設(shè)計;應(yīng)用

0 引言

近年來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，整車供電設(shè)備直接增加，對于用電的需求也越來越高，國內(nèi)汽車發(fā)電系統(tǒng)在發(fā)展過程中獲得一定成果。比如某汽車底盤動力艙中有DC28V直流發(fā)動機(jī)和兩只相互串聯(lián)的蓄電池，但這種情況下無法滿足電壓AC220V設(shè)備用電需求，因此需要在發(fā)動艙中安裝交流發(fā)電機(jī)，能夠為供電設(shè)備提供交流電。由于動力艙受到空間因素的限制，加裝的交流發(fā)電機(jī)在取力運行時無法干涉直流發(fā)電機(jī)工作，如何將新安裝的交流發(fā)電機(jī)置于動力艙中，并實現(xiàn)無干涉穩(wěn)定運行，是當(dāng)前急需解決的問題。基于這種技術(shù)背景下，在本研究中提出汽車取力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，能夠通過電機(jī)安裝件在發(fā)電發(fā)動機(jī)中安裝交流發(fā)電機(jī)，使其安裝于發(fā)動機(jī)中，并實現(xiàn)無干涉穩(wěn)定運行。同時該取力發(fā)電系統(tǒng)能夠解決汽車在行進(jìn)過程中上裝設(shè)備不間斷供電需求。在汽車行進(jìn)過程中柴油發(fā)電機(jī)組一旦出現(xiàn)故障，可以使用蓄電池實現(xiàn)短時間供電，啟動取力發(fā)電系統(tǒng)之后，能夠?qū)ι涎b設(shè)備實現(xiàn)不間斷供電。該系統(tǒng)是通過底盤發(fā)動機(jī)變速箱取力口進(jìn)行取力的，進(jìn)而通過中頻六相同步發(fā)電機(jī)，能夠?qū)④嚨妆P發(fā)動機(jī)動能轉(zhuǎn)為交流電能，之后通過雙并聯(lián)橋式整流電源，實現(xiàn)整流輸出直流電，以滿足設(shè)備的實際用電需求。

1 方案設(shè)計

首先從取力發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成原理上來看，該取力發(fā)電系統(tǒng)是由發(fā)動機(jī)和交流發(fā)電機(jī)構(gòu)成的。在交流發(fā)電機(jī)中安裝了兩個孔，包含用于交流發(fā)電機(jī)固定在發(fā)電機(jī)的電機(jī)安裝件，在交流發(fā)電機(jī)中設(shè)置與電機(jī)安裝件連接的兩個安裝孔，發(fā)電機(jī)動力輸出端能夠與交流發(fā)電機(jī)動力輸入端進(jìn)行連接，電機(jī)安裝件包含第一、第二、第三安裝件，其中第一安裝件和通過固定件固定在交流發(fā)電機(jī)的一安裝孔中，其能夠與第二安裝件，第三安裝件利用固定件固定在交流發(fā)電機(jī)，另一安裝孔與第二安裝件，第三安裝件，第一安裝件固定在第二安裝件兩相交面。第二安裝件能夠以兩相交面相交的一面連接，并開設(shè)一個與發(fā)動機(jī)固定連接的固定孔。從其運行原理上來看，發(fā)電機(jī)能夠通過汽車發(fā)動機(jī)，利用底盤取力口傳動軸驅(qū)動，并與萬向節(jié)連接，進(jìn)而帶動其旋轉(zhuǎn)。利用上裝直流母線電壓將其作為立勵磁源，經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)模塊之后進(jìn)行勵磁調(diào)節(jié)，進(jìn)而能夠使發(fā)電機(jī)主繞組輸出相對穩(wěn)定的中頻雙Y三相交流電。該交流電可通過兩個三相整流調(diào)試系統(tǒng)整流之后并聯(lián)輸出，直流電源為確保發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，能夠達(dá)到每分鐘700～2500轉(zhuǎn)內(nèi)恒壓。發(fā)電機(jī)需要使用分段勵磁技術(shù)，在處于不同狀態(tài)下能夠通過電壓調(diào)節(jié)模塊實現(xiàn)分段電壓控制，確保在處于不同轉(zhuǎn)速內(nèi)發(fā)電機(jī)勵磁可控，能夠輸入相對穩(wěn)定的電壓，如圖1所示為該系統(tǒng)的原理設(shè)計圖。

根據(jù)圖1可以發(fā)現(xiàn)，同步交流發(fā)電機(jī)在車底盤額縱梁位置安裝，通過電機(jī)安裝支架能夠?qū)⑵涔潭ㄔ诘妆P縱梁上，底盤橫梁能夠用于上裝設(shè)備箱體的安裝。由于發(fā)電機(jī)的安裝空間較小，因此在后續(xù)維護(hù)中難度較大，維修性較差，因此在設(shè)計方面需要關(guān)注其可靠性方面。對于該取力發(fā)電系統(tǒng)，同時還包含多相橋式整流控制單元，該單元是由指示燈，繼電器，接觸器，電壓調(diào)節(jié)模塊，散熱風(fēng)機(jī)等共同構(gòu)成的。比如在發(fā)電機(jī)中安裝后，后續(xù)維修難度較大，并且在汽車行進(jìn)過程中，尤其對于惡劣路況會影響其性能，因此需要單獨設(shè)計多相橋式整流控制單元，可以采用鋼體結(jié)構(gòu)，在上裝箱體中安裝通過電纜能夠使其與發(fā)電機(jī)進(jìn)行連接，遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)的本體，使其能夠處于良好的運行環(huán)境下，確保可靠性。如下圖所示為取力發(fā)電系統(tǒng)的裝配示意圖。

2 發(fā)電機(jī)

從發(fā)電機(jī)的功能上來看，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到每分鐘700～2500r的范圍時，此時會切割電機(jī)磁極磁場和電子主繞組，并感應(yīng)交流電源，經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)模塊能夠用于定位角調(diào)節(jié)，使發(fā)電機(jī)輸出相對穩(wěn)定的交流電，這種雙Y式三相繞組移動一定電位角，能夠確保輸出精度。在發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，其安裝結(jié)構(gòu)形式為IMB3，而發(fā)電機(jī)的防護(hù)結(jié)構(gòu)為Ip54型號，鋼板結(jié)構(gòu)覆蓋于前端蓋和后端蓋上，整體機(jī)座為鑄鋁合金結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)是雙軸承結(jié)構(gòu)，軸承為寬式設(shè)計，可滿足其強(qiáng)度要求。軸承使用單件圓柱，能夠與主連接進(jìn)行連接，轉(zhuǎn)軸采用高強(qiáng)度性能的鋼材，以確保其具有一定的剛度和強(qiáng)度。為提升電機(jī)密封性能，可以在前后端蓋裝配過程中發(fā)電機(jī)的止口位置需要涂刷密封膠，發(fā)電機(jī)內(nèi)部為勵磁機(jī)鐵芯和鑄鐵芯。在分布過程中考慮電機(jī)溫升和引出線出口，相對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)來說其以相反的設(shè)計方式，經(jīng)過兩鐵心前后進(jìn)行位置交換安裝，能夠使整體設(shè)計結(jié)構(gòu)更加緊湊合理。

對于發(fā)電機(jī)散熱方面，影響發(fā)電機(jī)的壽命因素包括溫升等因素，為能夠有效控制繞組溫升，需要改善其散熱性能，轉(zhuǎn)子沖片利用整體沖片的方式在鐵芯上可增加通風(fēng)道，進(jìn)而提高散熱面積，提升發(fā)電機(jī)的散熱通風(fēng)性能，為確保電機(jī)內(nèi)部熱量能夠及時散發(fā)，可以使用內(nèi)外雙風(fēng)路散熱系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。在電機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)中和安裝兩個小風(fēng)扇，并且能夠?qū)㈦姍C(jī)內(nèi)部熱量傳到魚片狀機(jī)座內(nèi)表面中，而外風(fēng)扇有靜風(fēng)罩和形成外風(fēng)路線的系統(tǒng)，其可驅(qū)散記機(jī)座魚片狀的散熱。在發(fā)電機(jī)設(shè)計上采用H級絕緣，也就是發(fā)電機(jī)絕緣材料，連接線，勵磁線使用H級絕緣材料，由于電機(jī)的可靠性能，使用壽命是與電機(jī)溫度具有直接聯(lián)系，為防止電機(jī)溫升達(dá)到限制，需要保留一定的溫升裕度，可以減少電機(jī)的損耗，同時還能夠提升其散熱性能，提高絕緣等級，降低溫升限制，其是提高電機(jī)運行可靠性和延長使用壽命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)環(huán)溫度達(dá)到50攝氏度時，此時H級絕緣溫升的限制為115k，考核溫升達(dá)110k，相對來說可降低10k溫升，進(jìn)而顯著提升其可靠性能。對于發(fā)電機(jī)定子鐵心其采用斜槽結(jié)構(gòu)設(shè)計方式，使用低損高導(dǎo)磁冷軋無取向硅鋼片作為沖制，槽數(shù)為48。采用正弦型分?jǐn)?shù)槽繞組能夠確保實現(xiàn)漏抗低，且具有良好的動態(tài)性能，使用具有耐熱性強(qiáng)的復(fù)合漆包圍銅線作為繞組電磁線，而在發(fā)電機(jī)主轉(zhuǎn)子中采用20級整體全阻尼結(jié)構(gòu)，使用冷軋鋼板設(shè)計鐵心沖片。

除此之外，張緊輪安裝機(jī)構(gòu)中設(shè)有張緊輪滑動固定槽孔，可通過螺栓將張緊輪固定在槽孔中。在本研究中所設(shè)計的汽車取力發(fā)電機(jī)裝置在使用過程中的優(yōu)點包括：可提供汽車取力發(fā)電機(jī)安裝裝置，并且能夠利用電機(jī)安裝件將發(fā)電機(jī)安裝于發(fā)動機(jī)中，可在動力艙實現(xiàn)無干涉穩(wěn)定運行，可以有效隔離直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)，防止交流發(fā)電機(jī)在運行過程中干涉直流發(fā)電機(jī)運行，實現(xiàn)將交流發(fā)電機(jī)在動力艙中安裝，并確定其實現(xiàn)穩(wěn)定運行，不會影響交流發(fā)電機(jī)的運行，以滿足額定電壓為220伏車載設(shè)備的實際用電需求。定位銷可通過第一安裝件水平位置以實現(xiàn)張緊皮帶的效果，通過松動張緊輪固定螺栓能夠在槽孔中移動張緊輪的位置，進(jìn)而調(diào)節(jié)皮帶裝緊度以實現(xiàn)皮帶有效張緊。

3 小結(jié)

總而言之，對于汽車取力發(fā)電系統(tǒng)能夠適應(yīng)底盤發(fā)動機(jī)寬，轉(zhuǎn)速變化需求，進(jìn)而解決汽車在行進(jìn)過程中直流母線不間斷供電。在該系統(tǒng)設(shè)計過程中可突破發(fā)電機(jī)散熱，變速勵磁等重要技術(shù)，以實現(xiàn)系統(tǒng)衡量控制。將交流發(fā)電機(jī)安裝在發(fā)動機(jī)中，并且在動力艙實現(xiàn)無干涉穩(wěn)定運行，能夠為用電設(shè)備提供AC220伏的用電需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]成釗，王和明，張勇等.泵控馬達(dá)系統(tǒng)恒轉(zhuǎn)速控制器設(shè)計與FPGA實現(xiàn)[J].火力與指揮控制，2019，044（001）：119-124.

[2]付英杰，何思維，董星言等.一種車載全轉(zhuǎn)速范圍20kW直流取力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計[J].移動電源與車輛，2019，195（01）：5-8+25.

[3]李晶.石泉水力發(fā)電廠火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技旬刊，2019.

[4]郭鴻銘.風(fēng)力發(fā)電場電氣系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[D].2018.