Диссертация (792772), страница 16
Текст из файла (страница 16)
В таблицах В.1приложения В показаны основные параметры контроллера.С целью защиты электрической схемы и деталей от перегруза и короткогозамыкания на входе преобразователя установлен предохранитель на максимальныйток 10 А.5.3. Разработка системы управления преобразователя на базепрограммируемого микроконтроллераВ качестве системыуправленияпреобразователем, т.е. генераторауправляющих импульсов для транзисторного ключа G1 (рисунок 5.2), использованпрограммируемый микроконтроллер семейства ATmega.Микроконтроллер – это микропроцессор, имеющий в своей структурепроцессор (CPU), генератор тактового сигнала (GCK), постоянное запоминающееустройство, выполненное по технологии Flash для хранения программ (FlashROM),постоянное запоминающее устройство, выполненное по технологии EEPROM дляхранения данных, оперативное запоминающее устройство статического типа дляхранения данных (SRAM) и набор периферийных устройств [12,28,46].Устройство контроллеров, которые различаются не только габаритнымиразмерами, но и количеством портов ввода и вывода, построены на разныхмикроконтроллерах с разными характеристиками.
Так как для управления однимтранзистором преобразователя, работающего в ключевом режиме, достаточноодного порта, с этой задачей справится самое простое из существующих устройств– микроконтроллер ATmega328. Технические характеристики выбранногомикроконтроллера сведены в таблицу В.1.Данный микроконтроллер имеет 32 КБ флэш-памяти, в которой хранится кодпрограммы управления транзисторным ключом.
Для управления транзисторнымключом микроконтроллер по умолчанию генерирует прямоугольные импульсы124125частотой 10 кГц и дает возможность изменить частоту и скважность импульсов дляизменения параметров выходного напряжения. Для изменения этих параметров насобранном преобразователе предусмотрены тактовые кнопки «-», «+» и «ОК».Изменение частоты и скважности импульсов можно наблюдать через осциллограф.Программная среда Arduino IDE позволяет реализовать машинный код,алгоритм работы повышающего преобразователя [53].Собранныйпреобразовательсиспользованиемпрограммируемогомикроконтроллера позволяет исследовать режимы его работы не только припроведении экспериментов для данной диссертационной работы, но и дляпроведения лабораторных и практических занятий для студентов старших курсови аспирантов [53,73,97].5.4.
Результаты экспериментальных работДля проведения экспериментов и снятия рабочих характеристик был собранстендсиспользованиемповышающегоППН,различныхдатчиковиизмерительных приборов.Принципиальная схема преобразователя в стенде показана на рисунке 5.3.Для снятия входных и выходных токов и напряжений были использованыцифровыевольтметрыиамперметры.Дляснятияданныхвременныххарактеристик был использован внешний универсальный модуль АЦП/ЦАП E14440 с интерфейсом USB 2.0. Измеряемые данные с помощью данного модуля поканалу USB передавались на компьютер и с использованием специальногопрограммного обеспечения LGraph2 регистрировались.В качестве источника питания был использован лабораторный блок питанияMastech HY5020E, а в качестве нагрузки для повышающего ППН использовалсяпотенциометр с допустимым током 5 А и максимальным сопротивлением 30 Ом.125126Рисунок 5.3 – Принципиальная схема преобразователя для проведенияэкспериментальных работПрограмма 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 временных характеристик при разных значениях нагрузки,полученные с использованием модуля АЦП/ЦАП, показаны на рисунке 5.4.Рисунок 5.4 – 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 пределыизмерения модуля, были использованы датчики напряжения с коэффициентом1261271/13, т.е.
модуль АЦП/ЦАП измеряет и регистрирует напряжение в 13 раз ниже,чем реальное напряжение преобразователя.Рисунок 5.5 – Изменение температуры ключевого транзистора в зависимости отизменения нагрузкиКак видно из рисунка 5.5, во всем диапазоне изменения нагрузки температураключевого транзистора находится в допустимых пределах, что подтверждаетправильность подобранных деталей и расчет системы охлаждения.Анализируя все снятые характеристики можно сделать вывод оработоспособностисобраннойфизическоймоделиповышающегопреобразователя.5.5.
Сравнение результатов моделирования преобразователяпостоянного напряжения с результатами испытания на физической моделиКак уже отмечена в предыдущих главах применение повышающего ППН втяговой системе дает возможность получить источник питания с более высоким истабилизированным напряжением, без существенного усложнения тяговой АБ.В четверной главе были проведены комплексные моделирования в условияхблизкой к реальными для анализа тяговых и энергетических характеристик ЭТС сцелью подтверждения эффективности применения ППН. Несмотря на то чтокомпьютерные моделирования дают возможность анализировать электрические и127128механические процессы, происходящие в системе в достаточно высокой степениточности,полученныеданныетребуютподтверждениянафизическомэксперименте.Полноразмерные экспериментальные стенды требуют значительных затратна их реализацию поэтому с целью получения достоверных характеристикпреобразователя в пятой главе описаны результаты сборки и проведенияэкспериментов на физической модели меньшего размера удобная для проведенияэкспериментов в лабораторных условиях.
Физические модели дают возможностьпроводить полноценные эксперименты при этом они могут быть в разы дешевлепри изготовлении чем оригинальные установки. С целю подтверждениядостоверности результатов моделирования в данном этапе работы будет проведеносравнение результатов экспериментальных исследований. Для того чтобыкорректно сравнить характеристики, полученные при моделировании и припроведенииэкспериментовсфизическоймоделью,былипроведеныдополнительные моделирования имитационной модели, собранной аналогичносхеме стенда физической модели. На рисунке 5.6 показана схема даннойимитационной модели.Рисунок 5.6 – Имитационная модель ППН с активной нагрузкой128129Для правильного проведения моделирования на экспериментальных стендахметоды проведения работ, обработка и сравнения результатов осуществлялись,руководствуясь методикам 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.Также физическим подобием считается если масштабы или коэффициентыподобия является безразмерным [56]. =′,5.1где mi – масштабы или коэффициенты подобия; Xi, X’i – величиныхарактеризующие явления в оригинале и в модели соответственно.Также условие подобия можно определить через выражения величин вотносительных значениях.
Для этого в качестве единицы измерения каждой извеличин принимают некоторые базисные значения: XiбТаким образом используя базисное значение параметров можно перейти вбезразмерную величину:для модели′∗ =′,5.2.5.3′бдля оригинала∗ =бТак как существуют подобия между моделями, то:′=′бб= ,5.4или129130′′∗ =б=б= ∗ .5.5Выражение (5.5) доказывает, что относительные значения соответствующихпараметров подобных устройств или явлений численно одинаковые.
Этовыражение определяет критерии подобия и обозначается следующим образом:∗ = Таким образом под критерием подобия понимается относительные значениясоответствующих параметров, а также сочетания величин, составленных изпараметров системы.Согласно первой теореме теории подобия в природе существуют явления,которые являются подобными и характеризуются одинаковыми соотношениями,которые называются критериями подобия.Вторая теорема подобия дает рекомендации по определению критерияподобия в частности объясняется какие именно масштабы и критерии подобияможно считать независимыми и какие следует рассчитывать, используя уравнениясвязи.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: =ибфб; =ибфб; =ибфб.(5.6)2. Введем относительные величины для имитационной и физической модели:и∗ =ф∗ =ииб;ффби∗ =; ф∗ =иибффб;;и∗ =ф∗ =и.(5.7).(5.8)ибффб1301313. Выразим именованные величины имитационной и физической модели черезотносительные и базисные значения:и = и∗ иб ; и = и∗ иб ; и = и∗ иб .(5.9)ф = ф∗ фб ; ф = ф∗ фб ; ф = ф∗ фб .(5.10)Так как =иф=ибфб, то и∗ =ифб=ффб= ф∗ ;аналогично и∗ = ф∗ ; и∗ = ф∗ .Для 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 моделировании131132Рисунок 5.8 – Энергетические характеристики повышающегопреобразователя при физическом и имитационном моделированииРисунок 5.9 – Зависимость КПД преобразователя от нагрузки прифизическом и имитационном моделировании132133Следует отметить, что результаты экспериментального исследованияфизической модели повышающего преобразователя показали высокую сходимостьс результатами имитационного моделирования.
Как видно на рисунках 5.8-5.9энергетическиххарактеристиках,расхождениемеждуфизическимиимитационным моделированием в рабочем диапазоне практически не выходит запределы ±5% области погрешности, показанных на этих рисунках.5.6. Проблемы электробезопасности при эксплуатации электромобилейс высоковольтным источником энергииПри разработке автотранспортных средств с электрической тяговойустановкой, источником энергии в которых является высоковольтная АБ, вопросамэлектробезопасности уделяется особое внимание, т.к. АБ является основнымисточником повышенной опасности в этих транспортных средствах.Ситуация, при которой существенно повышается вероятность пораженияэлектрическим током, является дорожно-транспортное происшествие (ДТП)[58,69,83].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
