Диссертация (781805), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Для этой цели можновоспользоваться уравнением (3.13), учитывая влияние температуры нафактическую емкость аккумуляторной батареи.ТцΔСз = 1 / Qn ηе (tэл, ΔСз) ∫0 Iб dТ + ΔСз.н,где(3.13)ΔСз.н – степень заряженности АБ в момент начала заряда (разряда);Qn - номинальная емкость АБ; ηе (tэл, ΔСз) — коэффициент отдачи АБ поемкости; Тц - время непрерывного заряда (разряда).Таким образом, если считать известной величину тока батареи, а егонаправление при разряде условно отрицательным, то аккумуляторная батареяможетбытьпредставленапри помощиуравнений (3.13)и (3.14)относительно неизвестных Uб и ΔСз.Uб = Ео (ΔСз, tэл) + Еп (Iб, tэл, Тц) + Iб Rб (ΔСз, tэл) при Iб ≤ 0;Uб = Ез (Iб, ΔСз, tэл, Тц) при Iб > 0 и ΔСз < 1;(3.14)Uб = Епз (Iб, tэл при Iб > 0 и ΔСз = 1.По уравнениям (3.13) и (3.14), учитывая связь между номинальной ифактическойемкостямииизвестногоуравнениядлярасчетаΔСзаккумуляторной батареи через фактическую и номинальную емкость, можно147составить достаточно простую для моделирования эквивалентную схемузамещения АБ (рис.
29).Рис. 29. Эквивалентная схема замещения АБВ схему замещения входят источники напряжения Ез и Епз,управляемые током, протекающим через сопротивление Rбн, независимыйисточник напряжения Ео, источник напряжения En, управляемый токомчерез сопротивление Rб, и интегрирующая емкость Сб , заряд которойопределяет заряженность аккумуляторной батареи.
При наличии емкости всхеме замещения, в уравнение (3.13) необходимо ввести емкостнуюсоставляющую напряжения Uc. Указанная емкость введена в схемузамещения лишь как интегрирующая и служит для определения степенизаряженности АБ. Уравнения в математической модели аккумуляторнойбатареи были получены по экспериментальным характеристикам, т.е. ужеучитывают влияние на выходные параметры АБ её собственной емкости,необходимо величину Сб выбирать такой, чтобы влияние составляющей Ucна точность расчетов было бы пренебрежимо мало. Для автомобильных АБСб следует выбирать в пределах от 15 до 10 мкф, при этом Uc не будет148превышать 1% от номинального напряжения.
В схему замещения включеныключи К1, К2, КЗ, К4, К5 и К6, позволяющие изменять топологию схемызамещения в зависимости от режима работы СЭС, в соответствии сусловиями уравнения (3.13).Значения коэффициентов топологии вразличных режимах рассмотрены ниже.Анализируя схему замещения АБ нельзя не учитывать математическуюмодель потребителей, работающих при пуске двигателя внутреннегосгорания, так как особенности их функционирования связаны с характеристиками аккумуляторной батареи.3.5.Разработкасхемызамещенияиматематическоймоделигенераторной установкиАнализ режимов работы СЭС показывает, что выходными параметрамигенераторной установки, влияющими на характер протекания энергетическихпроцессов в бортовой сети автомобиля, являются ток отдачи генератора Iг ,выпрямленное напряжение между зажимом "+" генератора и "массой" Uг ,регулируемое напряжение Up и падение напряжения в цепи между зажимом"+" генератора и точкой подключения чувствительной цепи регулятора Uрт.Кроме того, ранее отмечалось, что для определения влияния СЭС натопливнуюэкономичностьавтомобиля,необходимо,кромевышеприведенных параметров, знать также КПД генератора и величину токавозбуждения Iв.
Поэтому математическая модель генераторной установкидолжна учитывать все указанные факторы.Работа генераторной установки во многом определяется схемойраспределения токов в СЭС и расположением точки подключениячувствительнойцепирегулятора.Указанноеобстоятельствотакжеучитывалось при создании математической модели генераторной установки,путем включения в схему замещения сопротивлений Rага, Raбa и Rн.149На основе схемы, представленной на рис.
27 для различных вариантовподключения чувствительной цепи регулятора (ключи К9, К10, К11) и взависимости от отсутствия или наличия в цепи возбуждения дополнительныхдиодов можно создать шесть вариантов схем замещения генераторнойустановки. При составлении схем замещения генераторной установкииспользовалось то обстоятельство, что при подключении чувствительнойцепи регулятора напряжения на зажим "+" дополнительных диодовнапряжение на указанном зажиме, а также на зажиме "+" генераторапрактически равны.
Так как все указанные схемы различаются между собойтолько точками подключения сопротивления Rв и стабилитрона Д2 , ихможно свести к одной, универсальной, путем введения элементов (ключей исопротивлений), изменяющих топологию схемы. Схема проста и поэтомутоки и напряжения рассчитываются достаточно легко.Такая схема представлена на рис. 30.150Рис. 30. Схема замещения генераторной установкиВ зависимости от того какой, из ключей К10 или К11 замкнут,определяется точка подключения сопротивления Rв, а в зависимости отсостояния ключей К7, К8, К9 определяется точка подключения стабилитронаД2 . Величина шунтируемых ключами сопротивлений Rк7 , Rк8 , Rк9 , Rк10,Rк11, имитирующих разрыв цепей, в которые они входят, должна выбираться таким образом, чтобы токи утечки через эти сопротивления неоказывали существенного влияния на точность анализа протекающих в СЭСпроцессов.
Для современных автомобилей с номинальным напряжениемпотребителей 12В или 24В величина сопротивлений, имитирующих разрыв,может быть принята равной 1,4 - 2,8 МОм, при этом относительная ошибка151при определении тока генератора Iг в диапазоне от 1А до 100А за счет токовутечки через шунтируемые ключами сопротивления составит (0,001 - 0,1)%.Рассмотрим остальные элементы универсальной схемы замещениягенераторной установки.Ег - нелинейный источник напряжения, имитирующий работугенераторной установки в режиме х.х., который зависит от тока возбужденияIв, частоты вращения ротора генератора n и температуры в месте установкигенераторной установки try.Rг - нелинейное сопротивление, определяющее крутизну внешнейхарактеристикигенераторнойустановки.выпрямленного то ка генератораIг ,ВеличинаRгзависитотравного разнице тока отдачигенератора Iг и тока возбуждения Iв, а также от n и try.
Зависимости Er (Iв, n,try) и Rг (Id, n, tгу) могут быть определены экспериментально илирассчитаны при использовании в качестве управляемых факторов Iв, n, try,Id.Rв - нелинейное сопротивление цепи возбуждения генератора,представляющее собой сумму сопротивлений щеточно-контактного узлаRщк, зависящего от Iв, n и Id и сопротивления обмотки возбуждения Rов ,зависящего от Iв , n , Id и try. Формулы для расчета вольт-ампернойхарактеристики щеточно-контактного узла и Rов приведены ниже.Ер - нелинейный источник напряжения, имитирующий работурегулятора напряжения, управляемый током через стабилитрон - Iст. Законуправления Ер может быть описан следующим уравнениями:Ер = ΔUр1 (Iв, tгу) при Iст = 0, Uг = 0;Ер = ΔUр2 (Iв, tгу) при Iст = 0, Uг > 0;Ер = Uг – Iвк (Id, n, Uг, tгу) Rв при Iст > 0,(3.15)152где ΔUр1 - падение напряжения в силовой цепи регулятора напряжения принеработающем двигателе внутреннего сгорания (ДВС);ΔUр2 - падениенапряжения в силовой цепи регулятора напряжения при работающем ДВС довступления регулятора напряжения в работу;Iвк - ток возбувдения,необходимый для обеспечения напряжения Up в точке регулирования,определенной по регулировочной характеристике генераторной установки.ЗависимостиΔUр1(Iв,tгу)иΔUр2(Iв,try)определеныэкспериментально и аппроксимированы регрессионными моделями.Д1 - идеальный диод, имитирующий предотвращение разряда АБ нагенератор.
Схема замещения идеального диода состоит из сопротивленияRд1, изменяющегося по следующему закону:Rд1 = 0при Id ≥ 0;(3.16)Rд1 = Rmax при Id < 0.Д2 - стабилитрон, имитирующий работу чувствительной цепирегулятора напряжения. Напряжение стабилизации стабилитрона равнорегулируемому напряжению, которое является функцией Id и n, а также try.Зависимость Up (Id, n) может быть определена экспериментально,зависимость Up = f (tгу) приводится в технических условиях на регуляторнапряженияилиопределяетсяэкспериментальноиможетбытьаппроксимирована кусочно-линейным методом.Эквивалентные сопротивления Raгa и Raбa могут быть определеныэкспериментально или рассчитаны по методике, предложенной в [154]. Приизменении сечения соединительных проводов в различных имитационныхэкспериментах Rагa и Raбa пересчитываются через удельные сопротивленияпроводов.Наконец,сопротивлениевключенныхпотребителейRнрассчитывается как эквивалентное сопротивление параллельно включенных153отдельных потребителей Rнi.
Сопротивления Rнi для каждого потребителямогут быть рассчитаны по следующей формуле:Rнi = Uизм / Iнi.Методы выбора Uизм и измерения тока i-го(3.18)потребителяIнiприведены в [175].Сопротивление Rк12 и ключ KI2 имитируют отключение цепи стартерав следующих режимах работы СЭС:- разряд аккумуляторной батареи на стоянке и саморазряд;- разряд аккумуляторной батареи при работе генераторной установкипо внешней характеристике;- разряд аккумуляторной батареи при работе генераторной установки врежиме регулирования;- заряд аккумуляторной батареи при работе генераторной установки повнешней характеристике;- заряд аккумуляторной батареи при работе генераторной установки врежиме регулирования;- перезаряд аккумуляторной батареи при работе генераторнойустановки по внешней характеристике;- перезаряд аккумуляторной батареи при работе генераторнойустановки в режиме регулирования.Сопротивление Rк13 и ключ K13 - отключение нагрузки Rн при пускедвигателя внутреннего сгорания.3.6.
Разработка математической модели системы электроснабженияавтотранспортного средстваИспользуя схемы, представленные на рис. 29 и 30, можно составитьсистему уравнений для расчета токов и напряжений в системе.154г – К11 ×к11 ×67 − в(гу , , )× в − (ст , в , , г , , гу в ) = 0;г − 64×д1(64)× в − к10×47 −в(гу , , )× в − (ст , в , , г , , гу в ) = 0;г − 64×д1(64)× в − к9×45 − д1 (тр, р, гу, , )× ст = 0;г − 64×д1(64 ) − ага ×43 − кв − д2 (тр, р, гу, , )× ст = 0;г − 64×д1(64 ) − ага ×43 − аба × 32 − к7 × 25 −д2(тр, р, гу, , )× ст = 0;г − 64×д1(64 ) − к13 ×н − н × н = 0;(3.19)г − 64×д1(64)−ага ×43 − аба × 32 −бн ×б −пз (б , эл )−з (б , эл , Тц, Сз ) + п (б , эл , Тц ) − о (эл , Сз ) −б(эл , Сз )−с = 0;г − 64×д1(64 ) − ага ×43 − аба × 32 − к12 × с − с (б, гу = 0;Система уравнений (3.19) составлялась с учетом следующих уравнений- связей:Uг = Ег (Iв, n, tгу) - R (Id, n, tгу) Id;(3.20)Iб = Сб dUc / dT.(3.21)Если учесть уравнения (3.20), (3.21), пятнадцать уравнений в системе (3.19), атакже уравнение для расчета ΔСз и уравнение для расчета напряжения Uтр,приведенные выше, всего имеем 19 уравнений и столько же неизвестных ΔСз, Uс, Uг , Uтр и пятнадцать значений токов в схеме замещения.155Таким образом, математическая модель СЭС представляет собойсистему алгебраических, дифференциальных и интегральных уравнений снелинейными коэффициентами.Кроме того, схема замещения СЭС является схемой с изменяющейсятопологией.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
