Автореферат (792770), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Цель этогоэксперимента – показать преимущество применения высоковольтногоэлектропривода;3) электропривод питается от АБ номинальным напряжением 400 В и сприменением ОППН оно повышается до значения 650 В. Цель данногоэксперимента показать преимущество повышения напряжения применениемППН без существенного усложнения, увеличения веса и удорожания АБ.Следует отметить, что емкость аккумуляторных батарей во всех трехэкспериментах одинаковая и составляет 120 А·ч.
С целью максимальногоприближения экспериментальных характеристик имитационной модели креальным, испытания проведены в стандартизированном ездовом цикле движенияHFEDS (англ. Highway Fuel Economy Driving Schedule). Данный цикл движенияпродолжительностью 765 с, показанный на рисунке 4.3 характеризует загородноедвижение.14Рисунок 4.3 – Скорость движения электромобиля в циклеКак видно на представленном рисунке 4.3 при проведении трех различныхэкспериментов, с питанием от источников с разными напряжениями скоростныехарактеристики не меняются и соответствуют стандарту HFEDS.Рисунок 4.4 – Пройденный путь электромобиля в трех различныхэкспериментахКак видно на рисунке 4.4 за время цикла пробег электромобиля составляет16,5 км.На рисунке 4.5 показаны напряжения в цепи постоянного тока при трехэкспериментов для сравнения.15Рисунок 4.5 – Напряжение в цепи постоянного тока при трех различныхэкспериментахКак видно на рисунке 4.5, на третьем эксперименте, когда применяетсяОППН, независимо от снижения уровня заряда АБ, напряжение, подаваемое навход инвертора, остается стабильным.
Это является одним из важных преимуществприменения ОППН в составе СТЭО ЭТС. Другие характеристики показываютпостепенное снижение напряжения, что несомненно окажет отрицательноевлияние на тяговые характеристики при снижении уровня заряда до 50% и ниже.На рисунке 4.6 показан КПД системы при трех экспериментах для сравнения.Рисунок 4.6 – КПД электропривода в трех различных экспериментах16Рисунок 4.7 – Уровень заряда при трех различных экспериментахАнализируя характеристики КПД (рисунок 4.6) можно сделать вывод о том,что при низковольтном электроприводе в период интенсивного ускорения иторможения наблюдается увеличение потерь и соответственно снижения КПД.Как видно на рисунке 4.7, до середины цикла наблюдается постепенноеувеличение разности расхода заряда.
Это объясняется тем что в периодинтенсивных переходных процессов при высоковольтном электроприводе токинагрузки в обмотках двигателя меньше и соответственно потери энергии меньше.Начиная с середины цикла рост разности расхода заряда прекращается из-за того,что согласно ездовому циклу ускорение и замедление автомобиля переходит вменее интенсивный период. Таким образом, результаты проведённыхисследований показывают, что повышение напряжения источника прииспользовании ОППН дает возможность снизить потери в переходных режимах.Так как электромобиль как любой другой автомобиль значительную частьдвижения работает в переходных режимах (частое ускорение и замедление)особенно в городских условиях, то задача оптимизации потери энергии вэлектроприводе ЭТС в этих режимах имеет большое значение.В пятой главе приведены результаты экспериментов на собраннойфизической модели с целью подтверждения её работоспособности, а такжесопоставления результатов экспериментов для проверки адекватности собранныхмоделей.
Для реализации поставленной задачи в учебно-практической лабораториикафедры электротехники и электрооборудования МАДИ собрана физическаямодель повышающего преобразователя постоянного напряжения. В качествесистемы управления преобразователем, т.е. генератора управляющих импульсовтранзисторного ключа G1 (рисунок 5.1), использован программируемыймикроконтроллер семейства ATmega. Для проведения экспериментальных работ иснятия рабочих характеристик был собран стенд с использованием повышающегоППН, различных датчиков и измерительных приборов.
В качестве источникапитания был использован лабораторный блок питания Mastech HY5020E, а в17качестве нагрузки для повышающего ППН использовался потенциометр сдопустимым током 5 А и максимальным сопротивлением 30 Ом. На рисунке 5.1представленапринципиальнаясхемапроектированногоповышающегопреобразователя постоянного напряжения.Рисунок 5.1 – Принципиальная схема повышающего преобразователяПрограмма проведения экспериментальных работ состоит в установкевходного напряжения повышающего преобразователя на величину 18,4 В иповышении этого напряжения до 30 В с помощью ППН с поддержанием выходногонапряжения неизменным при различных нагрузках. Данные временныххарактеристик при разных значениях нагрузки, полученные с использованиеммодуля АЦП/ЦАП, показаны на рисунке 5.2.Рисунок 5.2 – Временная диаграмма входного и выходного напряжения ППНТак как рабочий диапазон измеряемых сигналов модуля АЦП/ЦАПнаходится в пределах ±10 В, а рабочее напряжение ППН выходит за пределы18измерения модуля, были использованы датчики напряжения с коэффициентом1/13, т.е.
модуль АЦП/ЦАП измеряет и регистрирует напряжение в 13 раз ниже,чем реальное напряжение преобразователя.Рисунок 5.3 – Изменение температуры ключевого транзистора в зависимости отизменения нагрузкиКак видно из рисунка 5.3, во всем диапазоне изменения нагрузки температураключевого транзистора находится в допустимых пределах, что подтверждаетправильность подобранных деталей и расчет системы охлаждения. С целюподтверждения достоверности результатов моделирования были проведенысравнения результатов экспериментальных исследований. Для правильногопроведения моделирования на экспериментальных стендах методы проведенияработ, обработка и сравнения результатов осуществлялись, руководствуясьметодикам проведения экспериментов.Существуют много методик проведения экспериментов, один из которыхявляется метод теории подобия.
Согласно этой теории, если пара величин в моделии в оригинале характеризующие процессы, происходящие в системе, имеютодинаковую природу, то в таких случаях имеет место физическое подобие системы.Для вывода уравнений электрической схемы имитационной и физическоймодели в относительных значениях воспользуемся последовательностью действий,согласно второй теореме подобия:1. Выберем базисные величины имитационной и физической модели: Iиб, Uиб, Pиби Iфб, Uфб, Pфб связанные друг с другом масштабами подобия: = иб ; = иб ; = иб .фбфбфб2. Введем относительные величины для имитационной и физической модели:и∗ = и ; и∗ = и ; и∗ = и .ф∗ =ибффб; ф∗ =ибффб;ф∗ =ибффб.3. Выразим именованные величины имитационной и физической модели черезотносительные и базисные значения:19Так как:и = и∗ иб ; и = и∗ иб; и = и∗ иб ;ф = ф∗ фб ; ф = ф∗ фб ; ф = ф∗ фб .
=аналогично и∗ = ф∗ ; и∗ =ифф∗ .=ибфб, то и∗ =ифб=ффб= ф∗ ,Для того чтобы иметь возможность корректно сравнить характеристикипреобразователей, имитационная модель повышающего преобразователя быласобрана аналогично схеме стенда физической модели мощностью аналогичнуюмодели использованную в СУ ЭТС и проведены дополнительные моделирования.На рисунке 5.2 показан модель повышающего ППН в Matlab/Simulink.Рисунок 5.2 – Имитационная модель ППН с активной нагрузкойДля наглядного сравнения результатов физического эксперимента ирезультатов моделирования, на рисунках 5.7-5.10 показаны зависимости,построенные по экспериментальным данным в относительных единицах.Рисунок 5.7 – Нагрузочная характеристика преобразователя при физическоми имитационном моделировании20Рисунок 5.8 – Энергетическая характеристика повышающегопреобразователя при физическом и имитационном моделированииРисунок 5.9 – Зависимость КПД преобразователя от нагрузки прифизическом и имитационном моделированииСледует отметить, что результаты экспериментального исследованияфизической модели повышающего преобразователя показали высокую сходимостьс результатами имитационного моделирования.
Как видно на рисунках 5.7-5.9нагрузочных и энергетических характеристиках преобразователей, расхождениемежду физическим и имитационным моделированием в рабочей областипрактически не выходит за пределы ±5% области погрешности, показанных на этихрисунках.21ЗАКЛЮЧЕНИЕ1. Проведен анализ существующих разработок в области импульсныхпреобразователей постоянного напряжения, транспортного назначения. Порезультатам анализов было установлено что для ЭП транспортного назначениямощностью более 50 кВт, для повышения напряжения АБ, применениетрехканального ППН является более оптимальным решением. Выбор в пользуданного решения обусловлено более высокой эффективности и большойплотностью мощности что для ЭП с автономным источником энергии имеетбольшое значение.2.
Разработана методика определения и расчета параметров основных компонентовОППН транспортного назначения и даны рекомендации по проектированиюсистемы управления многоканальных преобразователей постоянногонапряжения, где в основном рассмотрены цифровые методы управления на базепрограммируемых контроллеров.3. Разработана комплексная математическая модель тягового электрооборудованияЭТС включающая тяговую аккумуляторную батарею, трехфазного инвертора исинхронного электродвигателя с постоянными магнитами, а также ОППНинтегрированного в силовую цепь для повышения напряжения тяговогоисточника тока. С использованием разработанной модели проведен рядэкспериментов по определению эффективности и целесообразности примененияОППН в состав СУ ЭТС.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
