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

Министерство образования и науки Российской ФедерацииФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшегообразованияМосковский автомобильно-дорожный государственный технический университет(МАДИ)На правах рукописиГУЛЯМОВ КАМОЛ ХИКМАТОВИЧЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ С СИСТЕМОЙМНОГОКАНАЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОСТОЯННОГОНАПРЯЖЕНИЯСпециальность 05.09.03 –«Электротехнические комплексы и системы»Диссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководительд-р техн. наук, профессор Ютт В.Е.Москва – 20182ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ5ГЛАВА 1.

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РАЗРАБОТОКИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГОНАПРЯЖЕНИЯ151.1. Изолированные двунаправленные преобразователи постоянного напряжения......................................................................................................................................... 151.1.1. Обратноходовой импульсный преобразователь ..............................................

171.1.2. Прямоходовой импульсный преобразователь.................................................. 181.1.3. Преобразователи с двухтактным выходом ....................................................... 211.1.4. Преобразователи с полумостовым выходом (half bridge converter) ............... 231.1.5. Преобразователи с мостовым выходом (full bridge converter) ....................... 251.2. Неизолированные двунаправленные преобразователи постоянногонапряжения ....................................................................................................................

261.2.1. Повышающий преобразователь постоянного напряжения............................. 271.2.2. Понижающий импульсный преобразователь ................................................... 281.2.3. Преобразователь с изменением полярности выходного напряжения ........... 301.2.4. Преобразователь с любым выходным напряжением....................................... 311.3.

Улучшение тяговых характеристик электромобиля повышением питающегонапряжения .................................................................................................................... 341.3.1. Анализ тяговой характеристики электродвигателя при повышениинапряжения источника .................................................................................................. 341.3.2.

Применение двунаправленного преобразователя постоянного напряжениядля повышения напряжения питания тягового электрооборудования ЭТС ........... 361.3.3. Выбор структуры преобразователя постоянного напряжения дляприменения в системе тяговой установки ЭТС ......................................................... 381.3.4. Анализ режимов работы трехканального ОППН ............................................ 421.4. Выводы по главе ..................................................................................................... 49ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ТЯГОВЫЙРАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ5232.1.

Требуемые входные и выходные параметры ОППН в составе силовоготягового электрооборудования ЭТС ........................................................................... 522.2. Основные исходные данные транспортного средства и тяговый расчетэлектромобиля ............................................................................................................... 532.3. Определение входных и выходных параметров обратимого преобразователяпостоянного напряжения в составе СТЭО ЭТС ......................................................... 572.4. Расчет и выбор элементов обратимого преобразователя.

Расчетиндуктивности дросселя ............................................................................................... 602.5. Выбор силовых полупроводниковых ключей ..................................................... 622.6. Система управления ключевыми элементами преобразователя ....................... 682.7. Выводы по главе .....................................................................................................

72ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЯГОВОЙ СИСТЕМЫ ЭТС 743.1. Математическая модель тяговой аккумуляторной батареи ............................... 743.2. Математическая модель синхронного электродвигателя с постояннымимагнитами.......................................................................................................................

773.3. Математическая модель системы векторного управления трехфазногоинвертора и синхронного двигателя с постоянными магнитами ............................. 833.3.1. Принцип векторного управления ...................................................................... 833.3.2. Структурная схема системы регулирования трехфазного инвертора исинхронного двигателя с постоянными магнитами .................................................. 843.3.3. Векторная широтно-импульсная модуляция .................................................... 873.4. Математическая модель трехканального преобразователя постоянногонапряжения ....................................................................................................................

913.5. Выводы по главе ..................................................................................................... 95ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИМИТАЦИОННОЙМОДЕЛИ ДВУНАПРАВЛЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГОНАПРЯЖЕННИЯ В СОСТАВЕ ТЯГОВОЙ СИСТЕМЫ ЭТС974.1. Средства имитационного моделирования ........................................................... 974.2. Исходные данные для моделирования ................................................................. 984.3.

Построение имитационной модели тяговой системы электромобиля ........... 1004.3.1. Имитационная модель аккумуляторной батареи в среде Matlab/Simulink . 1004.3.2. Имитационная модель синхронного двигателя с постоянными магнитами всреде Matlab/Simulink .................................................................................................

10144.3.3. Имитационная модель трехфазного инвертора ............................................. 1024.3.4. Построение имитационной модели системы управления «инвертордвигатель» .................................................................................................................... 1034.3.5. Построение имитационной модели трехканального преобразователяпостоянного напряжения в Matlab/Simulink ............................................................. 1054.4. Результаты моделирования в Matlab/Simulink ..................................................

1084.4.1. Экспериментальное исследование имитационной модели электромобиля сприменением ОППН в силовой цепи ........................................................................ 1084.4.2. Анализ результатов исследования................................................................... 1194.5. Выводы по главе ................................................................................................... 120ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПОВЫШАЮЩЕГОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ПРОВЕДЕНИЯЭКСПЕРИМЕНТОВ1225.1. Описание физической модели повышающего преобразователя .....................

1225.2. Разработка принципиальной схемы и расчет параметров преобразователя .. 1235.3. Разработка системы управления преобразователя на базе программируемогомикроконтроллера ....................................................................................................... 1245.4. Результаты экспериментальных работ ............................................................... 1255.5. Сравнение результатов моделирования преобразователя постоянногонапряжения с результатами испытания на физической модели ............................

1275.6. Проблемы электробезопасности при эксплуатации электромобилей свысоковольтным источником энергии ...................................................................... 1335.7. Выводы по главе ................................................................................................... 136ЗАКЛЮЧЕНИЕ137СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ ................................................................. 140ЛИТЕРАТУРА141ПРИЛОЖЕНИЯ152ПРИЛОЖЕНИЕ А152ПРИЛОЖЕНИЕ Б154ПРИЛОЖЕНИЕ В1565ВВЕДЕНИЕВопросы экономии топлива транспортными средствами и улучшенияэкологического состояния окружающей среды становятся все более актуальными,что в свою очередь способствует появлению новых видов альтернативныхисточников топлива.

Одним из способов решения указанных проблем являетсяприменениеперспективныхвидовтранспортныхсредств,втомчислеэлектромобилей, использующих электрическую энергию в качестве источникаэнергии, и гибридных автомобилей, объединяющих в себе преимуществаэлектромобиля и обычного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания (ДВС).Электромобили имеют большие преимущества по сравнению с автомобилями наоснове ДВС с точки зрения бесшумности и экологии. В последние годы развитиеавтотранспортной отрасли отличается стремительностью, и при условиидальнейшей разработки и улучшения технических характеристик электромобили иавтомобили с гибридными энергоустановками могут стать альтернативойавтомобилям традиционной конструкции.

В связи с этим ведущие мировыеавтопроизводителивкладываютзначительныесредствавразвитиеисовершенствование технических характеристик электромобилей и автомобилей скомбинированными энергоустановками (КЭУ) [74,108].Результатом усилий автопроизводителей можно считать снижение цен налитий-ионные аккумуляторные батареи (АБ), являющиеся одним из сложных идорогостоящих компонентов электрических транспортных средств (ЭТС).