Автореферат (792770), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Основная часть работы изложенана 151 страницах машинописного текста, содержит 90 рисунков, 7 таблиц и 5страниц приложений.Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, определеныцели и задачи, описана структура и состав диссертационной работы,сформулированы положения, выносимые на защиту.В первой главе диссертационной работы приводится обзор существующихсхем ППН с учетом назначения и области применения, а также осуществлён анализих преимуществ и недостатков. В работе приводятся результаты теоретическихисследований, в том числе выявленного преимущества применения ОППН в7тяговой системе ЭТС. Приводятся описание основных компонентов силовойустановки электромобиля и их недостатки, в том числе высокая стоимость исложность, большой вес и низкий ресурс АБ, существующих на сегодняшний день.Кроме этого, осуществлён выбор оптимальной структуры и схемы преобразователяпостоянного напряжения для применения в состав электроприводов транспортногоназначения, а также выбор системы управления ключевыми элементамиобратимого преобразователя.
Проанализированы режимы работы и принципдействия выбранного преобразователя.Вторая глава диссертационной работы посвящена методике определения ирасчета параметров основных компонентов ОППН для системы тяговогоэлектрооборудования (СТЭО) электрического транспортного средства.Предлагаемая методика включает в себя тяговый расчет электромобиля сцелью определения требуемых характеристик основных компонентов тяговойсистемы, определение требований к входным и выходным параметрам ОППН,расчет основных компонентов преобразователя в составе СТЭО ЭТС и выборсистемы управления ключевыми элементами обратимого преобразователя.
Длярасчетных исследований были использованы параметры электромобиля полноймассой 1748 кг. По результатам проведенных теоретических исследований быловыявлено, что для СТЭО с двигателем мощностью более 50 кВт и номинальнымнапряжением АБ 400 В оптимальной структурой преобразователя является схема стрехканальным преобразованием. Данная схема показана на рисунке 2.1.Рисунок 2.1 – Трехканальный ОППНДанный вид преобразователя по своим техническим характеристикам имеетпреимущества по сравнению с двухтактным мостовым и полумостовымпреобразователями одноканальной структуры.
Преобразователь данной топологиипо структуре состоит из трех параллельных преобразователей, работающих попринципу чередования каналов. Для определения основных параметровповышающего преобразователя в качестве исходных данных были использованыпараметры реального транспортного средства, а также результаты тяговогорасчета, проведенного во 2-й главе диссертационной работы.Мощность ОППН определяетсяэлектропривода с учетом потерь энергии:оппн =ттиттиисходя,измощностисилового(2.1)8тти =тэдтэд,тэд = тэд ∙ тэд ,(2.2)(2.3)где Pоппн, Pтти, Pтэд, – мощность ОППН, трехфазного тягового инвертора и тяговогоэлектродвигателя соответственно, ɳтти – КПД трехфазного инвертора, ɳтти, Mтэд, ωтэд,– КПД, крутящий момент и частота вращения тягового электродвигателясоответственно.На рисунке 2.2 представлена функциональная схема СТЭО ЭТС сиспользованием ОППН.Рисунок 2.2 – Функциональная схема СТЭО ЭТС с применением ОППН: ТИТ –тяговый источник тока; ОППН – обратимый преобразователь постоянногонапряжения; ТЭД – тяговый электродвигательТеоретическийанализработ,посвященныхвысоковольтнымэлектроприводам транспортного назначения, показывает, что увеличениепитающего напряжения инвертора Ud в системе Инвертор-ТЭД благоприятносказывается на тяговых характеристиках электропривода транспортного средства.Увеличениенапряженияисточникадаетвозможностьиспользоватьэлектродвигатели с более высоким номинальным напряжением и с более низкимигабаритами и меньшим весом.
Последний факт обусловлен, главным образом,зависимостью сечения проводов обмотки от величины протекающего тока.Учитывая все вышеперечисленные факторы, выбор выходного напряженияпроизводится исходя из максимально возможных характеристик высоковольтногоТЭД и инвертора, с учетом обеспечения надежной изоляции высоковольтных шинот корпуса автомобиля для обеспечения безопасной эксплуатации ТС.
С учетомвсех технических характеристик и ограничений в СТЭО ЭТС выходное напряжениеОППН принято равным Ud=650 В. Предложенная методика справедлива длямногоканального ППН. При других схемах преобразования необходимо учитыватьпараметры дополнительных элементов, а также структуру самого преобразователя.Следует отметить, что определение входных и выходных характеристик ОППН попредложенной методике дают идеализированную оценку показателям работыОППН в составе СТЭО ЭТС. Уточнение расчетов будет проводиться сиспользованием средств математического (компьютерного) моделированиятрехканального обратимого преобразователя постоянного напряжения в составеСТЭО ЭТС.Третьяглавадиссертационнойработыпосвященаописаниюматематической модели энергетической СУ ЭТС.
Для описания математическоймодели СУ ЭТС были исследованы математические модели АБ, ТЭД, трехфазногоинвертора и трехканального ОППН.Математическая модель АБ. Для описания математической модели зарядноразрядных характеристик АБ использованы уравнения Шеферда, Зиммермана и9Петерсона.Базоваяэквивалентнаяэлектрическаяаккумуляторной батареи представлена на рисунке 3.1.схемазамещенияРисунок 3.1 – Базовая эквивалентная электрическая схема АБДля построения эквивалентной схемы и получения уравнений были сделаныследующие допущения:• внутреннее сопротивление АБ считается постоянным;• емкость батареи считается неизменной при изменении тока;• не учитывается влияние температуры;• саморазряд батареи отсутствует;• считается, что батарея не имеет эффекта памяти.Уравнение для определения напряжения Ub для литий-ионных АБ, котороенаиболее часто используется в тяговых электроприводах в режиме заряда, имеетвид: = 0 − − ∙ ∗ − ∙ + ∙ − .(3.1)Для режима разряда: = 0 − − +0,1− − ∙ ( + ) + ∙ − ,(3.2)Математическая модель СДПМ.
Для упрощения составления уравнений,описывающих динамические режимы работы синхронного двигателя спостоянными магнитами (СДПМ), была использована модель обобщеннойдвухфазной машины (ОДМ).Функциональная схема системы векторного управления (ВУ) СДПМпоказана на рисунке 3.2.Рисунок 3.2 – Функциональная схема системы ВУ СДПМ10Метод ОДМ позволяет переходить от сложных уравнений реальноготрехфазного двигателя к векторному описанию переменных этого двигателя.В этом случае уравнения, описывающие СДПМ в синхронной системекоординат (d,q), примут вид:=+− э ;⎧⎪⎪ = + + э ;⎪ = + ;(3.3)=;⎨⎪Э = 3 � − �;2⎪⎪ = �Э − − Э � ,⎩Следует отметить, что математическое описание СДПМ значительно прощепо сравнению с асинхронным двигателем или синхронным двигателем с обмоткойвозбуждения, благодаря меньшему количеству перекрестных связей и постоянствумагнитного потока, создаваемого постоянными магнитами на роторе.Математическая модель ОППН.
В отличие от одноканальногопреобразователя, у которого имеется два состояния схемы, во всем периодекоммутации многоканальные ППН могут иметь несколько состояний. Количествосостояний схемы МППН зависит от количества каналов и режима подачиимпульсов (алгоритма управления ключом) в параллельно работающихпреобразователях. Так как схема ППН имеет трехканальную структуру ичередование подачи импульсов на транзисторные ключи каждого параллельноработающего преобразователя осуществляется с задержкой на 120°, то дляописанияматематическоймоделианализированысостояниясхемыпреобразователя на трех этапах его работы. На рисунке 3.3 показана схема ППН врежиме повышения и вместо транзисторов условно изображены ключи К1d-К3d, ав верхних плечах показаны только обратные диоды D1u-D3u.Рисунок 3.3 – Трехканальный ППН в режиме повышенияНа рисунке 3.4 показано чередование импульсов управления транзисторамитрехканального преобразователя постоянного напряжения.11Рисунок 3.4 – Чередование импульсов управления ключами К1d-К3dТаблица 3.1 – Состояние ключей на каждом этапе работыЭтапыK1dK2dK3dⅠ100Ⅱ010Ⅲ001Примечание.
1 – открыт; 0 – закрыт.D1u011D2u001D3u000Этап Ⅰ, продолжительность от t0 – t1, ключ K1d открытВ данном интервале в базисе переменных состояний схема преобразователяописывается следующей системой дифференциальных уравнений:�1 () ()1== ,1 1− . ∈ [0 , 1 ],(3.4)где iL1(t) – ток индуктивности L1; Vс(t) – напряжение емкости; Vin(t) – входноенапряжение.Этап Ⅱ, продолжительность от t1 – t2, ключ K2d и диод D1u открытыНа данном этапе схема преобразователя в пространстве состоянийописывается следующим дифференциальным уравнением:()111⎧ = − 1 С () + 1 (),⎪1()1= ,2⎨ ()11⎪= 1 () − ().⎩ ∈ [1 , 2 ],(3.5)Этап Ⅲ, продолжительность от t2 – t3, ключ K3d и диоды D1u, D2uоткрытыВ данном интервале с учетом преобразований схема преобразователя впространстве состояний описывается следующим дифференциальным уравнением:1212 ()⎧⎪3 ()=−=1112С () +1 (),12 ,⎨ () 3⎪ = 1 () − 1 ().⎩ 12 ∈ [2 , 3 ],(3.6)где L12 – эквивалент параллельно соединенных индуктивностей L1 и L2.12 =1·21+2.(3.7)Таким образом, для создания комплексной математической модели СТЭОЭТС используется математическое описание отдельных элементов представленнойвыше системы.
Комплексная математическая модель дает возможность проведенияэкспериментальных исследований СТЭО ЭТС с помощью компьютерногомоделирования, подробное описание которых представлено в четвертой главе.Четвертая глава диссертационной работы посвящена разработке иисследованию имитационной модели энергетической СУ ЭТС с применениемОППН, используя современные методы компьютерного моделирования в средеMatlab/Simulink. В данной главе для построения имитационной модели СУ ЭТС заоснову были взяты математические модели всех силовых узлов, описания которыхотражены в третьей главе диссертационной работы.ЭТС.На рисунке 4.1 приведена схема имитационной модели ОППН в составе СУРисунок 4.1 – Общий вид имитационной модели ОППН в составе СУ ЭТСОППН с системой управления, собранная в Simulink, показана на рисунке 4.2(а,б).
Импульсы управления силовыми ключами S1...S6 обеспечиваются системойуправления ОППН. Имитационная модель системы управления, построенная сиспользованием идеального релейного элемента и дискретного пропорциональноинтегрального регулятора (ПИ-регулятор), генерирует на выходе прямоугольныеимпульсы управления с изменяющейся скважностью, в зависимости от разностинапряжения задания и выходного напряжения преобразователя.13Рисунок 4.2 – Силовая схема с системой управления ОППН: а) системауправления, б) силовая схемаДискретный ПИ-регулятор, на входе которого подводится ошибканапряжения задания и текущего значения выходного напряжения, обеспечиваетстремление выходного напряжения преобразователя приблизиться к заданному.Изменение выходного напряжения обеспечивается корректировкой текущегозначения коэффициента заполнения импульсов управления D.С целью подтверждения повышения эффективности электропривода иулучшения массогабаритных показателей электромобиля, а также возможностиприменения АБ более легкой конструкции и обоснования целесообразностиповышения напряжения применением обратимого преобразователя постоянногонапряжения, были проведены три различных эксперимента:1) электропривод питается от АБ номинальным напряжением 400 В;2) электропривод питается от АБ номинальным напряжением 650 В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
