Автореферат (Энергетическая установка электромобиля с системой многоканального преобразования постоянного напряжения)

На правах рукописиГулямов Камол ХикматовичЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ С СИСТЕМОЙМНОГОКАНАЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОСТОЯННОГОНАПРЯЖЕНИЯ05.09.03 – Электротехнические комплексы и системыАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 20182Работа выполнена в федеральном государственном бюджетномобразовательномучреждениивысшегообразования«Московскийавтомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)»на кафедре «Электротехника и электрооборудование».НаучныйруководительЗаслуженный деятель науки и техники РФ, доктортехнических наук, профессорЮтт Владимир ЕвсеевичОфициальныеоппонентыКозловскийВладимирНиколаевич,доктортехническихнаук,профессор,федеральноегосударственноебюджетноеобразовательноеучреждениевысшегообразования«Самарскийгосударственный технический университет», кафедра«Теоретическая и общая электротехника», заведующийкафедрой;ЛитовченкоВикторВасильевич,кандидаттехнических наук, доцент, федеральное государственноебюджетное образовательное учреждение высшегообразования «Российский университет транспорта(МИИТ)», кафедра «Электропоезда и локомотивы»,доцент кафедры.ВедущаяорганизацияФедеральноегосударственноебюджетноеобразовательное учреждение высшего образования«Московский политехнический университет».Защита состоится «12» сентября 2018 г.

в 1300 на заседании диссертационногосовета Д 218.005.02 на базе федерального государственного бюджетногообразовательного учреждения высшего образования «Российский университеттранспорта (МИИТ)» (РУТ(МИИТ)) по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова,д. 9, стр.9, ауд. 2505.С диссертацией можно ознакомится в библиотеке и на сайте РУТ (МИИТ),www.miit.ruАвтореферат разослан «» июля 2018 г.Ученый секретарь диссертационногосовета Д 218.005.02Гречишников ВикторАлександрович3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Вопросы экономии топлива транспортнымисредствами (ТС) и улучшения экологического состояния окружающей средыстановятся все более актуальными, что в свою очередь способствует появлениюновых видов альтернативного топлива.

Одним из способов решения указанныхпроблем является применение перспективных видов ТС, в том числеэлектромобилей (ЭМ), использующих электрическую энергию.В последние годы развитие автотранспортной отрасли отличаетсястремительностью, и при условии дальнейших разработок и улучшениятехнических характеристик ЭМ могут стать альтернативой автомобилямтрадиционной конструкции. Несмотря на большие достижения в областиэлектромобилестроения, на пути массового производства электротранспорта (ЭТ)стоят серьезные технические и экономические препятствия, а именно – большаястоимость и неудовлетворительные массогабаритные показатели аккумуляторныхбатареи (АБ), длительное время заряда и низкий ресурс этих накопителей энергии.Известно, что за счет увеличения питающего напряжения трехфазногоинвертора и соответственно тягового электродвигателя (ТЭД), при условиипостоянства мощности, во-первых, повышаются тяговые характеристикиэлектропривода (ЭП), во-вторых, снижаются токовые нагрузки на силовые цепи иобмотки электрической машины.Необходимость снижения токовых нагрузок может появиться прииспользовании ТЭД большой мощности - от 50-70 кВт и выше.

При такихзначениях мощности в пиковые моменты нагрузки по обмоткам двигателя исиловым цепям, в том числе по ключевым транзисторам инвертора, будутпротекать значительные токи. Повышение токовых нагрузок связано сдополнительными потерями энергии, увеличением сечения проводников,организацией более интенсивного теплоотвода системой охлаждения и, какследствие, ухудшением массогабаритных показателей компонентов тяговогоэлектрооборудования.Одним из возможных вариантов повышения питающего напряженияинвертора и электрической машины при использовании тяговой аккумуляторнойбатареи (ТАБ) с более низким напряжением и без существенного усложнениясиловой установки ЭМ является применение промежуточного обратимогопреобразователя постоянного напряжения (ОППН).

Преобразователь включаетсяво входную силовую цепь постоянного тока тягового инвертора и может бытьинтегрирован в конструкцию последнего. Основная задача данногопреобразователя является повышение постоянного напряжения тяговойаккумуляторной батареи.Положительный эффект от реализации подобной системы нивелируетнедостатки, которые могут быть при изменении конструкции тяговойаккумуляторной батареи, и поэтому можно говорить о целесообразности и4эффективности данного решения. Таким образом, разработка методики расчетаОППН транспортного назначения является актуальной задачей.Степень разработанности темы.Большой вклад в развитии импульсных преобразователей постоянногонапряжения внесли известные ученые М.А.

Слепцов, А.В. Шабанов, А.В.Лукашенков, Г.С. Зиновьев, А.А. Мартынов, Г. Белов, В.А. Скворцов, В.С. Моин,Wensong Yu, Shahab H.A. Moghaddam, Liqin Ni, Haiwen Liu, S. Mazumder, J. Zhang,R.R. Gajjar.В последние годы большой интерес вызывает применение импульсныхпреобразователей постоянного напряжения в бортовой системе электроснабженияэлектромобилей, а также в электроприводах транспортного назначения. Вопросамприменения статических преобразователей в тяговых электроприводах занималисьученые В.М. Кобозев, О.А. Ставров, Ю. Чижиков, J. Vadillo, S. Han, H. Gualous, M.Kamiya, R.P. Thomas, Shaowu Li, M.

Hedlund.Вместе с тем анализ публикации в этом направлениинедостаточность исследования и требует дальнейшего изучения.показалЦелью диссертационной работы является повышение эффективностиэлектропривода и улучшение массогабаритных показателей электрическоготранспортного средства.Достижение поставленной цели осуществляется решением следующихосновных задач:1. Анализ существующих преобразователей постоянного напряжения, ихпреимуществ и недостатков, выбор оптимальной структуры и схемыпреобразователя для электроприводов большой мощности транспортногоназначения.2. Разработка методики определения и расчета параметров основныхкомпонентов обратимого преобразователя постоянного напряжения для системытягового электрооборудования электрического транспортного средства.3.

Разработка комплексной математической модели преобразователяпостоянного напряжения в составе системы тягового электрооборудованияэлектрического транспортного средства.4. Исследовать повышение эффективности электропривода и улучшениемассогабаритных показателей электрического транспортного средства сприменением преобразователя постоянного напряжения.5. Техническая реализация исследуемого преобразователя постоянногонапряжения и проведение экспериментальных исследований при различныхусловиях и режимах работы.Научная новизна:1. Определена рациональная структура и схема ОППН для электроприводовтранспортного назначения.52. Разработана методика определения и расчета параметров основныхкомпонентов ОППН для системы тягового электрооборудования электрическоготранспортного средства.3.

Разработана математическая модель ОППН в составе системы тяговогоэлектрооборудования электрического транспортного средства.4. Определена эффективность применения высоковольтного электропривода сприменением ОППН в силовой установке электрического транспортного средствас использованием расчетных и экспериментальных исследований.Теоретическая и практическая значимость работы:1. Предложенная методика расчета может быть использована припроектировании повышающего преобразователя постоянного напряжения дляприменения в состав силовой установки электрического транспортного средства(СУ ЭТС).2.

Разработанная математическая модель ОППН в составе СУ ЭТС можетбыть использована для анализа и оценки тяговых и энергетических характеристиктранспортных средств на электрической тяге.3. Результаты компьютерного моделирования разработанной имитационноймодели электромобиля с применением ОППН во входной цепи постоянного тока,позволяют осуществлять подробный анализ характеристик ЭТС с цельюдальнейшей технической реализации.Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследованийнашли отражение в учебном процессе кафедры «Электротехника иэлектрооборудование» МАДИ:1. При формировании лекционных материалов по курсу «Автотранспортныесредства с комбинированными установками» для студентов старших курсов имагистрантов.2.

При выполнении курсовых и дипломных работ студентов старших курсов ив научно-исследовательских работах магистрантов и аспирантов.Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс вТаджикском техническом университете имени академика М.С. Осими на кафедре«Автоматизированный электропривод и электрические машины» в рамкахдисциплины «Электрооборудование автомобилей».Разработанный в рамках диссертационной работы экспериментальныйобразец внедрен в предприятие ОАО «Авторем» и используются специалистамипри работе с электрооборудованием транспортных средств. Результаты внедренияподтверждается соответствующими актами.Методология и методы исследования.

Для решения поставленных задачиспользованы методы, основанные на теории импульсного преобразованияэнергии, методы электромеханического преобразования энергии и методыматематического моделирования.Проверка разработанной математической модели осуществлялась методамикомпьютерного и физического моделирования.6Положения, выносимые на защиту:1. Методика определения и расчета параметров основных компонентов обратимогопреобразователя постоянного напряжения в составе системы тяговогоэлектрооборудования ЭТС.2.

Результаты расчетных и экспериментальных исследований техническиххарактеристик тягового электрооборудования ЭТС с применением ОППН,полученные в результате математического моделирования.3. Комплекс технических решений по реализации системы тяговогоэлектрооборудования электромобиля, в том числе ОППН, интегрированного всиловую установку ЭТС.4. Результаты экспериментальных исследований движения ЭМ с применениемОППН в силовой установке в условиях городского и загородного движения сиспользованием средств имитационного моделирования.Степень достоверности. Достоверность полученных результатов ивыводов в диссертационной работе подтверждена сопоставлением результатовцифрового моделирования и результатов эксперимента на физической модели.Апробация работы.

Основные положения и результаты работыдокладывались и обсуждались на следующих конференциях:1. Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы эксплуатацииавтомобильного транспорта и пути их решения на основе современныхинформационно-коммуникационных и энергосберегающих технологий»,Воронеж, 2016 г.;2. Республиканской научно – практической конференции: «Электроэнергетика,гидроэнергетика, надёжность и безопасность», Душанбе, 2016 г.;3. III Международной научно – практической конференции «Наука России: цели изадачи», Екатеринбург, 2017 г.;4. Международной научно-практической конференции «Современные проблемынауки, технологий, инновационной деятельности», Белгород, 2017 г.5. с 74-й по 76-ю научно-методических и научно-исследовательских конференцияхМАДИ, 2016 - 2018 гг.Публикации. Основные положения и результаты диссертационногоисследования отражены в 9 научных трудах, в том числе 5 статей опубликованы врецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка принятыхсокращений, списка литературы и приложений.