Диссертация (792772), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Highway Fuel Economy Driving Schedule)[21]. Данный цикл движения продолжительностью 765 с, показанный на рисунке4.10, характеризует загородное движение.На рисунке 4.11 показана изменение ускорения автомобиля в течении всегоцикла движения.108109Рисунок 4.10 – Скорость движения электромобиля в трех экспериментахРисунок. 4.11 – Ускорение автомобиля в трех различных экспериментахСоответствующая скоростной характеристике частота вращения двигателяпоказана на рисунке 4.12.109110Рисунок 4.12 – Частота вращения двигателя в цикле в трех различныхэкспериментахКак было отмечено выше, продолжительность цикла составляет 765 с.

и заэто время пробег электромобиля, показанный на рисунке 4.13, составляет 16,5 км.Рисунок 4.13 – Пройденный путь электромобиля в цикле в трех различныхэкспериментах110111Как видно из представленных рисунков, при проведении трех различныхэкспериментов с разными источниками скоростные характеристики не меняются исоответствуют стандарту HFEDS.На рисунке 4.14 показаны входные напряжения инвертора при трехразличных экспериментах.Рисунок 4.14 – Напряжение на входе тягового инвертора в трех различныхэкспериментахКак видно из рисунка 4.14, в третьем эксперименте, когда применяетсяОППН, независимо от снижения уровня заряда АБ напряжение остаетсястабильным и не снижается.

Это является одним из важных преимуществприменения ОППН в составе тягового электрооборудования электрическоготранспортного средства. Другие характеристики показывают постепенный спаднапряжения со снижением уровня заряда, что несомненно окажет отрицательноевлияние на тяговые характеристики электромобиля, при снижении уровня зарядадо 50% и ниже.111112На рисунках 4.15 и 4.16 показаны крутящий момент и механическаямощность двигателя, при проведении трех разных экспериментах соответственно.Рисунок 4.15 – Крутящий момент на валу двигателя в трех различныхэкспериментахРисунок 4.16 – Механическая мощность на валу двигателя в трех различныхэкспериментах112113Как видно на рисунках 4.15 и 4.16, механическая мощность и крутящиймомент, производимые двигателями, в разных экспериментах одинаковый.Причина неизменного крутящего момента и мощности на валу электродвигателяотносительно друг друга в том, что при трех различных экспериментах условиеезды одинаковые и соответственно нагрузка, накладываемая на двигатель, остаетсянеизменной.

Однако наблюдается небольшое увеличение потребляемой мощностипри питании от источника АБ напряжением 400 В, как показано на рисунке 4.17(эксперимент №1).Рисунок 4.17 – Потребляемая мощность электроприводом с учетом рекуперацииУвеличениепотребляемоймощностиобъясняетсяпоявлениемдополнительных потерь, возникающих в переходных процессах при использованиинизковольтного электропривода.В подтверждение увеличения потребляемой мощности на рисунке 4.18представленыхарактеристикипотребленияэлектрическойэнергииэлектроприводом, где видно, как в первом эксперименте происходит небольшоеувеличение потребляемой энергии.113114Рисунок 4.18 – Потребление электроприводом энергия с учетом рекуперацииВозможность рекуперации энергии в электромобилях является одним из ихпреимуществ, и для более наглядного рассмотрения и анализа производимоймощности и электрической энергии в тормозных режимах эти характеристикивыделены и представлены отдельно на рисунках 4.19 и 4.20.Рисунок 4.19 – Мощность, производимая двигателем при рекуперации в трехразличных экспериментах114115Рисунок 4.20 – Энергия, вырабатываемая электроприводом при рекуперацииНа рисунках 4.19 и 4.20 можно наблюдать, что наиболее эффективнаягенерация электрической энергии происходит при использовании ОППН в силовойцепи (эксперимент №3).На рисунке 4.21 показаны действующие значения линейного напряжениятягового двигателя при трех различных экспериментах.

На данном рисунке видно,что несмотря на небольшую пульсацию, напряжение на третьем эксперименте,когда используется ОППН остается стабильным и не снижается на протяжениивсего цикла. На других графиках, когда не используется ОППН (эксперимент №1и №2), наблюдается снижение напряжения в конце цикла.115116Рисунок 4.21 – Линейное напряжение двигателей в трех различных экспериментахНа рисунке 4.22 представлены характеристики потребления тока двигателем,где видно, что действующее значение фазного тока двигателя во втором и третьемэксперименте, с напряжением на вход инвертора 650 В, намного ниже, чем впервом. Кроме этого в период интенсивного ускорения и торможения (от 0 до 50сек.

и от 190 до 350 сек.) наблюдается увеличение действующего значения токадвигателя до больших значений при низковольтном электроприводе.116117Рисунок 4.22 – Изменение действующего значения фазного тока двигателя в трехразличных экспериментахЭти токи достигая больших значений в переходных процессах создаютдополнительные потери энергии. В подтверждении этому на рисунке 4.23представленахарактеристикиКПДэлектроприводапритрехразличныхэкспериментах.Рисунок 4.23 – КПД электропривода в трех различных экспериментахАнализируя характеристики КПД (рисунок 4.23) можно сделать вывод о том,что при низковольтном электроприводе в период интенсивного ускорения и117118торможения наблюдается увеличение потерь и соответственно снижения КПД.

Таккак электромобиль, как и любой другой автомобиль работает преимущественно впереходных режимах снижение потерь в этих режимах имеет большое значение.Таким образом подтверждается преимущество применения ОППН в составетяговогоэлектрооборудованиядляполученияисточникастабильноговысоковольтного напряжения.На рисунке 4.24 приведена диаграмма уровня заряда (SOC) при различныхзначениях напряжения питания, из которой следует, что наименьший расход зарядав цикле достигается при использовании высоковольтной цепи (эксперименты №2 и№3).Рисунок 4.24 – Уровень заряда в трех различных экспериментахКак видно на рисунке 4.24, примерно до середины цикла наблюдаетсяпостепенное увеличение разности расхода заряда.

Это объясняется тем что впериод интенсивных переходных процессов при высоковольтном электроприводетоки нагрузки в обмотках двигателя меньше и соответственно потери энергиименьше(данноеутверждениетакжеподтверждаетсяхарактеристикамипотребления электрической энергии, потребления тока двигателя и КПД системына рисунках 4.18, 4.22 и 4.23 соответственно). Начиная с середины цикла рост118119разности расхода заряда прекращается из-за того, что согласно ездовому циклуускорение и замедление автомобиля переходит в менее интенсивный период.Таким образом, результаты проведённых исследований показывают, чтоповышение напряжения источника при использовании ППН дает возможностьснизить потери в переходных режимах.

Так как электромобиль как любой другойавтомобиль значительную часть движения работает в переходных режимах (частоеускорение и замедление) особенно в городских условиях, задача оптимизациипотери энергии в электроприводе ЭТС имеет большое значение.4.4.2. Анализ результатов исследованияПодводяитоги, необходимоотметитьпреимуществаинедостаткипроведенных экспериментов.Преимущества первого эксперимента:более легкая конструкция и вес АБ (т.к.

требуется меньшее количествопоследовательно соединенных батарей для обеспечения напряжения 400 В);относительно низкая стоимость АБ.Недостатки первого эксперимента:большиетокинагрузки(попричинеприменениянизковольтногоэлектропривода);относительно низкий КПД системы.Преимущества второго эксперимента:низкий ток нагрузки и, следовательно, более низкие потери (особенно впереходных режимах);относительно высокий КПД.Недостатки второго эксперимента:большой вес и габариты АБ;119120сложная конструкция и относительно низкая надежность системы управленияаккумуляторами;большая стоимость АБ.Преимущества третьего эксперимента:более легкая конструкция и вес АБ;относительно низкая стоимость АБ;высокий КПД системы;Недостатки третьего эксперимента:внедрениевпреобразователя,высоковольтнуючтосиловуюдополнительноцепьусложняетдополнительногосистемусиловогоэлектрооборудования.Дополнительные потери мощности в интегрируемом преобразователенесмотря на его высокий КПД (КПД современных многоканальных ОППНиспользуемых в тяговых электроприводах достигает до 98%)Необходимо отметить что эксперименты были проведены на двух типахэлектроприводов одинаковой мощности и с разными напряжениями питания.4.5.

Выводы по главе1.Разработанаимитационнаямодельдвунаправленногопреобразователяпостоянного напряжения в составе силовой установки электрическоготранспортного средства в среде Matlab/Simulink. При разработке модели СУ ЭТСбыли построены модели отдельных узлов и агрегатов, а именно: имитационнаямодель аккумуляторной батареи; имитационная модель синхронного двигателяс постоянными магнитами; имитационная модель трехфазного инвертора ссистемой управления; имитационная модель трехканального двунаправленногопреобразователя постоянного напряжения в среде Matlab/Simulink.2. На собранной имитационной модели силовой установки электрическоготранспортного средства был проведен ряд экспериментальных исследований для120121подтверждения целесообразности использования обратимого преобразователяпостоянного напряжения в её составе, а также проверка повышения тяговыххарактеристик и массогабаритных показателей электромобиля при повышениинапряжения источника питания.3. В результате проведения экспериментов было отмечено эффективностьприменения ОППН в составе СУ ЭТС.

При использовании ОППН в составесилового тягового электрооборудования электрического транспортного средствадостигаются следующие показатели и преимущества:─ напряжение на вход инвертора подается стабильно, независимо от сниженияуровня заряда АБ;─ увеличение энергии, вырабатываемой электроприводом при рекуперации;─ снижение действующего значения активного тока электродвигателя (так какиспользуется двигатель с более высоким напряжением);─ увеличение общего КПД при использовании ОППН;─ снижение веса, сложности и стоимости АБ;По окончании проведения экспериментов был проведен анализ результатовисследования и подведены итоги, отмечены преимущества и недостаткиэкспериментов с использованием ОППН и без него.121122ГЛАВА 5.

РАЗРАБОТКА ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПОВЫШАЮЩЕГОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ПРОВЕДЕНИЯЭКСПЕРИМЕНТОВ5.1. Описание физической модели повышающего преобразователяВ данной главе будут приведены результаты экспериментов на собраннойфизической модели с целью подтверждения её работоспособности, а такжесопоставления результатов экспериментов для проверки адекватности собранныхмоделей.Для реализации данной цели в учебно-практической лаборатории кафедрыэлектротехники и электрооборудования МАДИ была собрана физическая модельповышающего преобразователя одномодульного типа. На рисунке 5.1 представленобщий вид данного преобразователя.Рисунок 5.1 – Повышающий преобразователь постоянного напряжения ссистемой управления на базе программируемого микроконтроллераВ качестве системы охлаждения использован ребристый алюминиевыйрадиатор с активной системой воздушного охлаждения.1221235.2. Разработка принципиальной схемы и расчет параметровпреобразователяСиловая часть повышающего преобразователя, представленная на рисунке5.2, состоит из катушки индуктивности L1, силового ключа G1, двух параллельновключенных диодов Шоттки D1, D2, входных CE1-CE4 и выходных CE5-CE7конденсаторов фильтра.Рисунок 5.2 – Принципиальная схема повышающего преобразователя с системойуправления на базе микроконтроллера ATmega328123124Все детали подобраны согласно расчетам с использованием методики,предложенной во 2-й главе настоящей диссертационной работы.

Характеристики

Список файлов диссертации