Электромобиль с комбинированной энергетической установкой, включающей солнечную батарею (1095155), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Все эти пять параметров являются функциями температуры и определяются на основании экспериментальных данных.Электромеханические процессы, происходящие при движении ЭМ,представлены в модели системой дифференциальных уравнений в формеКоши:dtdca=У —ир dtd!Ея -и ря -I •V{Rя +Rц +R^y)-K-Ф-т-Ь-^'"^'ея dt = 0dlи -и -Iе -Rе -L е •—-'<dtвреМеханический тормоз включается на участке торможения при скоростях ЭМ, при которых уже невозможно рекуперативное торможение,или в тех случаях, когда оно не предусмотрено проектируемым вариантомЭМ.
Чтобы получить полную информацию о характере протекания электромеханических процессов в тяговой системе ЭМ при его движении, вмодели производится решение системы уравнений численным методомРунге-Кутта 4-го порядка. Ток, потребляемый от КЭУ, рассчитывается поформуле !кэу~^кэу+^%зу В режиме тяги уменьшения 1КЭУ за текущий шагпринимается равным: AZ-^"'^--ту/с, где Atшаг интегрирования.Уменьшение емкости ЮЭУ за текущий шаг в режиме тяги составит:12^Q - ^КЭУ 'л^ а энергия, отданная КЭУ во внешнюю цепь, составитAW — AQ • Uf^jy, где: UKSV-^E ~ ^кэу '^и > U o y - напряжение КЭУ.В режиме рекуперации ртеличение степени заряженности АБ за текущий шаг интегрирования принимается равным: Д2 = -~-—100% .
При2sэтом увеличение емкости составит: AQ = /^^у -J + К^^р, А ч , где Кэар- коэффициент заряженности по емкости. В каждом шаге интегрирования подсчитываются следующие величины энергозатрат:- энергия, потребленная ТЭД: АЦ^^д = изд-1я-АЦ - энергия, израсходованная на преодоление сил сопротивления движению ЭМ:AW^^=M^ - ^ - К - л г , ; - потери энергии в КЭУ: AWg°'"= {Г^^у^• R -А/,; путь, пройденный ЭМ к данному моменту времени - S = (f>---^. Исследовалоние взаимосвязей и процессов дает возможность рационально выбратьпараметры и характеристики силового электрооборудования тяговых систем ЭМ.На основе разработанной ОММ проведены расчеты и сравнениефаз разгона и установившегося движения по циклам НАМИ-П и SAJ227а.
Формулы расчета для фазы разгона по экспоненциальному закону:(Т -Тт -т1-ехрТи +V ехр-^^—,Т^t^Tгде: Г„ - время перехода функций от Vj (t) к v^ (t) ,с;Т„- постояннаяэкспоненты; v„ - скорость при переходе от Vj (t) к v^f/j, м/с; Vy - скоростьпри установившемся движении, м/с; А - постоянный коэффициент; Л' - показатель степенной функции. Коэффициент А и v„ определяются из условий, накладываемых на функцию v(t):- кривая разгона должна быть непрерывной функцией на всемучастке времени О < t < Тр, следовательно, при t = Т„ v= i-';(T„) = v^(T,j);- движение ЭМ с КЭУ при разгоне должно происходить без рывков,т.е. при переходе от функции Vj (t) к функции Vj (l) dv; (t)/dl = dv2 (l)/dl.Проведя несложные математические преобразования, получим:при Ту = (Т^ - TJ /3v(T^) = 0.9502vy,при Ту = (Т^ - TJ /4v(Tp) = 0.9817V,.при Ту = ГТ; - TJ /5v(T^) = 0.99.Щ.При Ту = (Тр - Tj /4, получим:А - 4vy/ (Т„"' (NTp - NTn + 4TJ).
Задаваясь значениями Vy, Т^ ,Tj, Т^ , имеем возможность проводить исследования ЭМ с КЭУ при раз13личных типах испытательного цикла, а также изменяя Л^ и Т„ , варьировать законами движения при разгоне.Предложенная аппроксимация вольт-амперных характеристик СБадекватно и достоверно отражает процессы, происходящие в СБ. Это доказано сопоставимостью данных по предложенной аппроксимации с данными экспериментальных исследовании. Расхождение данных эксперимента и расчета не превышает 5-7 %, т.е. адекватность СБ доказана экспериментально. Что касается адекватности других подмоделей (условиядвижения, ТАБ, ЕНЭ и др.), то она доказана многими исследователями:Дижур М.М., Эйдиновым А.А., Гурьяновым Д.И., Аль-Масуд Тауфиком.Действительно, в этих подмоделях использованы хорошо апробированные на практике расчетные соотношения, правильность которых подтверждена многими теоретическими расчетами и экспериментами.
Средиэтих исследований в том числе и работы, выполненные с участием авторана испытательных стендах на Авто-ВАЗе. Поэтому подтверждение адекватности модели СБ по существу означает адекватность и всей обобщенной математической модели, предложенной в работе. РазработанныеКЭУ исследовались в лабораторных условиях. При создании макетныхобразцов тяговых систем использовались методы экспериментальных исследований ТЭД на стендах, включающих регулируемые ступенчато иплавно источники питания с изменением напряжения, тока и нагрузки.Стендовый комплекс позволил провести испьпания лабораторныхобразцов составляющих КЭУ, максимально приближенных к реальнымусловиям.
Полученные на стенде экспериментальные данные позволилиуточнить коэффициенты аппроксимационных полиномов, аналитическиописывающих внешние характеристики аккумуляторных батарей и емкостных накопителей энергии. Результаты стендовых исследований показали приемлемую (6...7 %) сходимость с данными численных экспериментов на математической модели при циклическом режиме движения электромобиля. Это говорит о том, что разработанная математическая модельадекватно отражает процессы в ЭМ с КЭУ.В четвертой главе проведены аналитические исследования потерь вТЭД в установившихся режимах при смешанном способе управленияэнергопреобразованием в нем при двух вариантах широтночастотногорегулирования. Мощность, развиваемая в цепи якоря двигателя, питающегося от широтно-импульсного преобразователя, всегда больше, чемв случае питания машины от источника постоянного тока.
Дополнительные потери мощности зависят от формы тока в обмотке якоря, которыйимеет импульсный характер. Пульсационные потери рассчитывались потрем гармоникам: Рг, = Pi + Рг + Рз. Расчеты зависимости пульсационныхпотерь от скважности Рп = ф(0 дали основание утверждать, что14при скважности у = 0.5 пульсационные потери максимальны. Коммутационные потери также зависят от частоты коммутации. Дляактивной нагрузки /^ = 7^—(w • :грузкиK--zAui. t+UJI+UIt], где: NJ, для индуктивной на-числокоммутаций;^вкп - 410-^ - время включения тиристора; t^^^- 50-10-* - время выключения тиристора.
Расчеты пока[зали, что с ростом частоты коммзггационныепотери возрастают, а пульсационные - уменьшаются. Пульсационные потери снижают КПД электропривода. Общая мощность потерь в режимепереключения в общем случае является суммой 4-х составляющих: потерьДРт.а за счет падения напряжения при протекании прямого тока ДРт.а IcpAUt + Rdm^^d ^'^ счет обратного и прямого токов утечки в состояниинизкой проводимости; коммутационных потерь; потерь, обусловленныхпротеканием токов управления. Суммарные потери коммутацииОТ, t^^ , = ,'оо~ • Величина потерь при выключении в 3...4 раза меньше по/W.K3.88терь при включении. Для управления энергопреобразованием в ТЭД встатических режимах работы по минимуму потерь энергии разработанновый алгоритм управления электроприводом.
Выведены соотношениямежду входными и выходными величинами ТЭД по минимуму потфь вдвигателе в статических режимах работы. Минимизацию потерь в питающих цепях ТЭД можно осуществить, изменяя их структуру как приразгоне, так и при регулировке его угловой скорости. Минимизация целевой функции реализована алгоритмом оптимизации в виде функциональных зависимостей оптимизирующих воздействий (частоты работыБВП или размаха пульсаций тока якоря) от угловой скорости и электромагнитного момента ТЭД.В пятой г-чаве на основе разработанной ОММ ЭМ с КЭУ и предложенным алгоритмом имп}'льсного регулирования ТЭП выполнены комплексные численные эксперименты с различными ТС и вариациями компоновки КЭУ из имеющихся в библиотеке ОММ подмоделей БИЭРФП.При проведении эксперимента взяты легкие модели современных автомобилей: "Хонда-360" (Япония), "Гном" (ВАЗ-1151) и "Ока" (ВАЗ-1111).Имитационное моделирование реальных условий движения исследуемых электромобилей проводилось по испытательному ездовому циклуНАМИ-2 с длительностью цикла 83 секунды, включающему фазы разгона, установившейся скорости, торможения и стоянки, а перегон по одному циклу составляет 500 метров.
Расчеты по циклу проводились с учетомрекуперации кинетической энергии при торможении и фазы разгона припостоянном ускорении и импульсного регулирования по предаоженному15алгоритму. В процессе моделирования были исследованы различные траектории разгона, обеспечивающие заданное время и установившуюсяскорость с целью определения оптимального разгона по минимуму энергозатрат. После определения оптимальной траектории разгона проводились комплексные исследования ЭМ с обоснованными вьиие компоновками комбинированных энергоустановок (рис. 1).Некоторые интегральные результаты исследований для ЭМ на базесерийного автомобиля при принятых структурных компоновках КЭУ, атакже при питании ТЭП от одной ТАБ сведены в табл.
1.Таблица 1-".^^^^Структура системы^'^-~^^_^энергообеспечения^"•^-^.^^ эпектроиобнляИнтяральные^^"^-..^^характд)исгаки^"'••~-.^„__^ЭМ и его подсистемТипы комбинированных энергоустановокТАБМасса систе5<ы энергообеспечения, кгЭнсргая на выходе КЭУ, кВтчРасход энерит на движение, кВтчПотери энергии в КЭУ, кВтчСреднеквадратичный ток ТЭД, АКПД тяговой системы, ц-сСБ-безСБРасход емкости ТАБ, Ачriij'6iraa разряда ТАБ, не более, %Удельная энергоемкость ТАБ, Бтч/кгВремя облучения за день, чОтдача СБ по емкости за день, АчПриведенный расход энерган, ВтчЛсм-сСБ-безСБКоличество цикловВремя в рейсе, чЗапас хода, кмПотребность аакости от стационарной СБ, Ач114.8КЭУ-1ТАБ+ЕНЭ18111.65.12.338.2КЭУ-2КЭУ-3КЭУ-4ТАБ+СБ СБ+ЕНЭ ТАБ+СБ+ЕНЭ192732238.99.8...6.16.1...162.5...37.939.6...68.743.991.19577.2............5.71211262565.9124.690.19559.01324.280803037.0147.666.0.......................................—67.7...90.99560.11324.1802956.814466.8Наилучшие технико-эксплуатационные показатели ЭМ достигаютсяпри использовании КЭУ-2 (ТАБ -i- СБ) и КЭУ-4 (ТАБ + СБ + ЕН).
В случае использования КЭУ-2 обеспечивается постоянньиТ подзаряд ТАБ отСБ, а при питании ТЭП от КЭУ-4 (ТАБ -I- СБ + ЕН) к указанному достоинству системы энергообеспечения добавляются динамические свойстваЕНЭ, способствующие более полному использованию рекуперированной16кинетической энергии при торможении. На рис. 3 приведены эпюры изменения некоторых величин при моделировании циклического движенияЭМ с различными компоновками КЭУ.Исследование процессов энергопреобразования в КЭУ с ЕНЭ позволили предложить такую конфигурацию ЕНЭ, которая позволяет поддерживать начальную энергоемкость за счет полноты использования рекуперируемой энергии при торможении и сглаживать динамические составляющие мощности при разгоне и торможении.Интегральные показатели исследованых ЭМ с различными системами энергообеспечения систематизированы и сведены в табл.
2. Анализпроцессов энергопреобразования в тяговых системах с различными КЭУи интегральных характеристик ЭМ (табл. 1 и 2) показывает, что КЭУ,включающая ЕНЭ и СБ, при современных удельных параметрах данныхисточников, к сожалению, не работоспособна даже при существенномЗшеличении массо-габаритных показателей ЕНЭ.Таблица 2Экерпоустанов-каСостав КЭУЭУТАБКЭУ-1КЭУ-ПКЭУ-ШKsy-ivТГЭУ1МКЭУ-ТАБ+ЕНЭЕНЭ+СБТАБ+СБТАБ+ЕНЭ+СБТАБ+ЕНЭ (вкл.ЕНЭ при рекуперации')ТАБ+ЕНЭ+СБ(вкл. ЕНЭ при реKynepaLiHH)ТипЭМ"HONDA"ВАЗ-1151Тном"ЕАЗ-И11"Ока""HONDA"ВАЗ-1151"Гном"BA3-U11"Ока""Н01-ГОА"BA,3-il51"Гном"ВАЗ-ИИ"Ока""HONDA"ВАЗ-П51"Гном"ВАЗ-1111"Ока""HONDA"ВАЗ-1151"Гном"ВАЗ-ЦП"Ока""HONDA""HO^JDA"Масса, кг781925Энер РасходЗапасгия на энергии хода, кмнавыходе ЭУ, движекВтч ние, кВт4.811.0121.04.691.510.9Время врейсе,час/с5.7/834.5/83и»(ЕН),В-74.53.5/S3-11.611.55.14.9124.699.55.9/834.7/83I2S.2116711.44.778.33.7/83-781925----/54-/511167----/49-10.74.47819251167-^ 128.1-7819259.89.56.15.6147.6113.27.0/8.35.3/831167S.95.285.74.0,'83-7819259.79.36.05.6144.0111.66.8/835.2/83128.311678.75.385.34.0/83-78111.95.3126.85.8/83127.57819.86.2146.26.9/83127.5-17х20Л1«;?1?(««IBDТОК аСчотки &оэбу><лйнил С2)ТСИ ал(с\^*улгггор«оГо СвтлРвн ( J )ТОК tfMKocTfitort) M i x o m i i c n w(.Л)На разработанной обобщенной математической модели было использовано влияние солнечной батареи на величину пробега ;э11ектромобилей "Хонда", Т н о м " (ВАЗ-1151) и "Ока" (ВАЗ-1 И 1) по сйвнению спитанием тягового электропривода от аккумуляторной батаг"" с учетоминтегрального показателя запаса хода (L, км) транспортного средства отодного зарядно-разрядного цикла батареи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
