Диссертация (Энергетическая установка электромобиля с системой многоканального преобразования постоянного напряжения), страница 10

Дальнейшее уточнение производится сиспользованием графиков зависимости величины допустимого постоянного токаколлектора от температуры корпуса, которые приводятся в справочных данных дляконкретных типов транзисторов.При этом необходимым условием по току коллектора является:. ≤ .ном ,(2.34)где IС.MAX – максимальное значение тока коллектора (максимальный ток одногоканала преобразователя); IС.НОМ – номинальный ток коллектора транзистора притемпературе корпуса ТС.КАТ, °С (из справочника).Второй параметр, который необходимо учитывать при выборе транзисторов,– это допустимое рабочее напряжение «коллектор-эмиттер» UCES. Значениедопустимого рабочего напряжения необходимо выбрать с учетом обеспечениязапаса по напряжению, во избежание выхода из строя транзистора прискачкообразном увеличении напряжения на высоких частотах переключения..

+ ∆ ≤ .ном ,(2.35)6667где UCE.MAX – максимальное значение напряжения «коллектор-эмиттер» без учетакоммутационных перенапряжений; ∆Uq – максимально допустимое значениеперенапряжения при коммутации; UCE.НОМ – номинальное значение напряжения«коллектор-эмиттер» транзистора (из справочника).После выбора транзисторов по техническим параметрам обязательнымусловием является оценка тепловых потерь, так как этот параметр характеризуетКПД преобразователя.Тепловые потери в IGBT – транзисторах состоят из статических потерьоткрытого состояния (РС), динамических потерь, т.е. потерь при переключении(РПЕР), потерь, связанных с током утечки закрытого состояния транзистора (РУТ) ипотерь на управление транзистора (РУПР).

Часто потерями, связанными с утечкой взакрытом состоянии и потерями на управление, пренебрегают из-за малого ихзначения.Статические потери мощности, которые появляются из-за наличия падениянапряжения в открытом состоянии транзистора, определяются следующейформулой: = (вкл) .(2.36)Для оценки потерь переключения используется метод, основанный наэнергетических потерях переключения. Для расчета потерь переключениянеобходимо из справочных данных конкретного транзистора взять следующиепараметры: энергию, затрачиваемую на включение EON (turn-on switching losses); энергию, затрачиваемую на отключение транзистора EOFF (turn-off switchinglosses).Используя эти параметры, необходимо рассчитать суммарную энергиюпотерь переключения ETS (total switching losses): = + .(2.37)Имея суммарную энергию переключения, нетрудно рассчитать мощностьпотерь переключения:6768ПЕР = .(2.38)Стоит отметить, что разрабатываемый преобразователь транспортногоназначения является достаточно мощным, и в процессе работы может выделятьсябольшое количество тепловой энергии.

По этой причине преобразовательнеобходимо обеспечить принудительной системой воздушного или жидкостногоохлаждения для обеспечения оптимального температурного условия работытранзисторных ключей и соответственно ОППН.2.6. Система управления ключевыми элементами преобразователяМногоканальныепреобразователипостоянногонапряженияимеютзначительные преимущества по сравнению с одноканальными.

Как уже говорилосьвыше, увеличение числа параллельно работающих преобразователей являетсяудобным способом наращивания выходной мощности, с одновременнымснижениемгабаритныхразмеровфильтрующихэлементовиключевыхтранзисторов. Следует отметить, что с увеличением числа параллельноработающих преобразователей увеличивается сложность системы управленияпреобразователями,т.е.управлениедвунаправленнымпреобразователемпостоянного напряжения посредством ШИМ – управления является весьмасложной задачей, а увеличение числа параллельно работающих преобразователейеще больше усложняет систему.На рисунке 2.8 показана функциональная схема системы управлениятрехканального обратимого преобразователя постоянного напряжения, гдереализована возможность преобразования энергии как в сторону повышениянапряжения, т.е. преобразования и передачи энергии от аккумуляторной батареи кэлектродвигателю, так и в сторону понижения напряжения, т.е.

обратногопреобразования энергии рекуперации электрической машины.6869Рисунок 2.8 – Система управления двунаправленного ППН трехканального типаНа сегодняшний день разработчики электронных устройств и силовойэлектроники, такие как International Rectifier и др., разрабатывают и выпускаютспециальные микросхемы, называемые контроллерами, которые значительноупрощают управление такими сложными схемами [51,59,64,109].Контроллеры – это специальные микросхемы, являющиеся ядром управлениябольшинства современных электронных преобразовательных устройств силовойэлектроники, в том числе многоканального ППН, задача которых заключается вуправлении силовыми ключевыми элементами с определенной периодичностьюстрого по заданному алгоритму.Современные контроллеры имеют большое количество дополнительныхфункциональных возможностей, в том числе защиту от различных внештатныхрежимов работы преобразователя.

В цифровых контроллерах сигналы управлениявырабатываются с очень большой скоростью и точностью. Высокая точностьгенерируемых импульсов обеспечивает минимизацию несбалансированноститоков между фазами [97,103]. Одним из преимуществ многоканального ППНявляется высокая надежность в обеспечении питания нагрузки, т.к. при выходе изстроя одного из параллельно работающих преобразователей контроллер, непрекращая работы, отключает вышедший из строя канал без разрыва нагрузки с6970источником.

Это преимущество является весьма ценным в прикладном плане, т.к.кнадежностиэлектроснабжениясиловоготяговогоэлектроприводаэлектрического транспортного средства предъявляются высокие требования побесперебойной работе для обеспечения безопасной эксплуатации.Среди множества разрабатываемых контроллеров можно выделить двеосновные тенденции развития: разработка специальных микросхем контроллерови универсальные контроллеры.Специальные контроллеры в основном используются в стандартныхустройствах массового производства.Универсальные контроллеры, имея в своей структуре множество узлов,позволяют разрабатывать множество вариантов преобразователей различногоназначения. Универсальность таких контроллеров заключается в том, что дляизменения назначения контроллера достаточно изменить программный код, т.к.контроллер работает с цифровыми сигналами и легко адаптируется под другиезадачи.Следуетотметить,чтовышеперечисленныеконтроллерыявляютсяустройствами управления общего назначения, используемыми для большинствавидов преобразовательных и других устройств электроники.

Однако на практикевстречаются преобразователи, работающие в достаточно сложных режимах. Этокасается преобразователей, где входное или выходное напряжение изменяется повеличине с течением времени. Например, ППН питающийся от АБ, напряжениекоторой в процессе работы снижается. В таких устройствах используютсяспециальные программируемые контроллеры, которые имеют более широкиефункциональные возможности и дают возможность использовать различныеобратные связи в замкнутых системах.На рисунке 2.9 показана классификация контроллеров управления [41].7071Рисунок 2.9 – Классификация контроллеров управленияРеализация аналогового управления многоканального ОППН затруднена попричине проблемы синхронизации нескольких каналов ШИМ управления.Учитывая данные трудности реализации управления преобразователем, в качествеустройства управления (УУ) предпочтительным является цифровой контроллер.Преимущества цифрового метода управления: универсальность и гибкость системы управления; контроль всех рабочих процессов с наличием возможности обнаружения сбоев; высокая экономичность с точки зрения реализации системы управления; большая производительность и высокая эффективность системы управления; высокая точность и быстродействие системы управления.На рисунке 2.10 представлена схема трехканального ОППН с системойуправления на базе программируемого контроллера (ПК).7172Рисунок 2.10 – Трехканальный ОППН и системой управления на базепрограммируемого контроллераВ этой схеме можно выделить три основные части: программируемыйконтроллер, драйверы IGBT – транзисторов и силовая схема трехканальногоОППН.

Драйверы IGBT – транзисторов в этой схеме являются промежуточнымзвеном между силовыми преобразователями и управляющим контроллером, задачакоторых заключается в формировании требуемого уровня управляющих сигналов(усилитель импульсов) для силовых ключевых транзисторов VT1u…VT3u иVT1d…VT3d. Дополнительная задача драйверов IGBT заключается в защитесиловых транзисторов при превышении допустимого значения протекающего токапутем прекращения подачи управляющих сигналов на открытие транзисторов.2.7. Выводы по главеМетодики расчета, описанные в данной главе, дают общие представления орасчетных формулах для определения параметров и выбора силовых агрегатов7273электрического транспортного средства, в том числе силового трехфазногоинвертора, трехфазного тягового электродвигателя, а также трехканальногопреобразователя постоянного напряжения транспортного назначения.Пользуясь предложенными методиками, были проведены расчеты поопределению требуемых характеристик к силовым агрегатам ЭТС, в том числерасчет параметров основных компонентов ОППН для системы тяговогоэлектрооборудования электрического транспортного средства.

Для тяговыхрасчетов в качестве базовых данных были использованы параметры стандартногоэлектромобиля.Установлено, что наиболее предпочтительным способом управления ОППНс трехканальной структурой является цифровой метод управления. Выбор в пользуцифрового метода управления обоснован универсальностью, гибкостью, высокойэффективностьюибыстродействием,которыелегкореализуютсянапрограммируемых контроллерах.Проведенные работы дают возможность выбирать силовые агрегаты ЭТС дляпроведения дальнейших экспериментальных исследований с целью определенияэффективности применения ОППН в системе тягового электрооборудованияэлектромобиля.Следует отметить, что данные, рассчитанные по методикам,предложенным в данной главе, дают идеализированную оценку выбора параметровсиловых узлов, особенно обратимого преобразователя постоянного напряжения.Для более точного определения параметров и корректировки характеристиккомпонентов преобразователя в дальнейшем будут проведены исследования сиспользованием методов математического моделирования.7374ГЛАВА 3.