Диссертация (792772), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Постатистическим подсчетам с 2007 по 2014 гг. цены на данные типы АБ снизились с$1000 до $410 за кВт·ч, а для таких производителей как, Nissan и Tesla Motors, ещениже – до $300 за кВт·ч, и эта тенденция к снижению сохраняется до сегодняшнегодня. По прогнозам до 2020 года цена таких типов АБ составит около $200 за кВт·ч.Согласно прогнозам Bloomberg New Energy Finance (BNEF), к 2040 годурынок электромобилей во всем мире составит 35% от общего парка новыхавтомобилей. Однако при массовом производстве автомобилей на электрической6тяге возникает проблема создания инфраструктуры зарядных станций и генерацииэлектроэнергии для обеспечения питания электромобилей.На сегодняшний день вопросы инфраструктуры станций быстрой зарядки втаких промышленно развитых странах, как США, Япония, Китай и рядеевропейских стран успешно решается, и проблем по обеспечению электроэнергиейзарядных станций не возникает из-за незначительного потребления в сравнении собщей генерируемой электроэнергией во всем мире.
В качестве примера можнопривести огромную сеть сверхбыстрой зарядки TESLA Supercharger, созданнуюкомпанией Tesla Motors для зарядки электромобилей Tesla. Мощность каждой изэтих станций составляет 120 кВт, и она может за 20 минут зарядить до 50% общейемкости АБ, а для полного заряда потребуется полтора часа.Основная проблема обеспечения электроэнергией может возникнуть, когдадоля электромобилей в автомобильном парке станет существенной. Согласнопрогнозам BNEF, к 2040 году электромобили будут потреблять 1900 ТВт*чэлектроэнергии, что составляет около 7,5% от общего объема мировогопроизводства электроэнергии в 2015 г.Другая проблема заключается в том, что во многих развитых странах, неимеющих доступ к большим объемам возобновляемых источников энергии (гидрои ветроэнергетика), большая часть электроэнергии производится на атомных(АЭС) и тепловых (ТЭЦ) электростанциях.
Этот факт снижает привлекательностьэлектромобилей с точки зрения экологичности. Однако, несмотря на всесуществующие проблемы, автомобили на электрической тяге развиваются исовершенствуются.Несмотря на большие достижения в области производства электромобилей,на пути массового производства электротранспорта (ЭТ) стоят серьезныетехнические и экономические препятствия. Одна из основных проблем – большойвес и неудовлетворительные габаритные размеры аккумуляторных батарей,длительное время заряда и низкий ресурс этих накопителей энергии.7Актуальность темы диссертационной работыИзвестно, что за счет увеличения питающего напряжения трехфазногоинвертора и соответственно тягового электродвигателя (ТЭД), при условиипостоянствапотребляемоймощности,во-первых,повышаютсятяговыехарактеристики электропривода, во-вторых, снижаются токовые нагрузки насиловые цепи и обмотки электрической машины (при использовании двигателя сболее высоким номинальным напряжением).Необходимость к снижению токовых нагрузок может появиться прииспользовании тяговой электрической машины большой мощности (от 50-70 кВт ивыше).
Тенденция к повышению тяговых характеристик особенно наблюдается всовременных электромобилях, когда с развитием электроники и появлением новыхисточников энергии производители еще больше повышают требования к тяговымхарактеристикам выпускаемых автомобилей на электрической тяге. При большихмощностях в пиковые моменты нагрузки по обмоткам двигателя и силовым цепям,в том числе по ключевым транзисторам инвертора, будут протекать большие токи.Увеличение токовых нагрузок связано с дополнительными потерями энергии,увеличением сечения проводников, организацией более интенсивного теплоотводасистемой охлаждения и, как следствие, к ухудшению массогабаритных показателейкомпонентов системы тягового электрооборудования.
В конечном итоге данныеобстоятельства приводят к снижению эффективности силовой установки иухудшению технических показателей транспортного средства.Одним из возможных вариантов повышения питающего напряженияинвертора и соответственно электрической машины при использовании тяговойаккумуляторной батареи (ТАБ) с более низким напряжением, и без существенногоусложнениясиловойустановкиэлектромобиля,являетсяприменениепромежуточного обратимого преобразователя постоянного напряжения (ОППН).Данный преобразователь включается во входную силовую цепь постоянного токатягового инвертора и может быть интегрирован в конструкцию последнего.8Основная задача такого преобразователя - повышение постоянного напряженияТАБ в постоянное напряжение на входе инвертора.Повышение напряжения силового тягового электрооборудования ЭТС прииспользовании преобразователя постоянного напряжения позволяет достичьулучшения следующих показателей:появляетсявозможностьиспользоватьдвигателисболеевысокимнапряжением и низкими номинальными токами;повышается крутящий момент электродвигателя и соответственно тяговыехарактеристики электрического транспортного средства;улучшаютсямассогабаритныепоказателисиловойустановкиисоответственно массогабаритные показатели ЭТС;снижаютсяпотериэнергиивпереходныхрежимахиповышаетсяэффективность системы тягового электрооборудования;используется ТАБ с относительно низкими значениями номинальногонапряжения с меньшим количеством единичных аккумуляторов.Положительный эффект от реализации подобной системы нивелируетнедостатки ТАБ в сравнении с изменением конструкции тяговой аккумуляторнойбатареи, и поэтому можно говорить о целесообразности данного решения.
Такимобразом, разработка методики расчета преобразователя постоянного напряжениятранспортного назначения, назначение которого является повышение напряженияаккумуляторной батареи, является актуальной задачей.Целью диссертационной работы является повышение эффективностиэлектропривода и улучшение массогабаритных показателей электрическоготранспортного средства.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующиеосновные задачи:91. Проанализироватьсуществующиепреобразователипостоянногонапряжения, их преимущества и недостатки, выбрать оптимальную структуру исхему преобразователя для электроприводов большой мощности транспортногоназначения.2. Разработать методику определения и расчета параметров основныхкомпонентов обратимого преобразователя постоянного напряжения для системытягового электрооборудования электрического транспортного средства.3. Разработатькомплекснуюматематическуюмодельпреобразователяпостоянного напряжения в составе системы тягового электрооборудованияэлектрического транспортного средства.4.
Исследовать повышение эффективности электропривода и улучшениемассогабаритныхпоказателейэлектрическоготранспортногосредствасприменением преобразователя постоянного напряжения.5. Техническаяреализацияисследуемогопреобразователяпостоянногонапряжения и проведение экспериментальных исследований при различныхусловиях и режимах работы.Объектом исследования является система тягового электрооборудованияэлектрического транспортного средства.Предметомисследованияявляетсяобратимыйпреобразовательпостоянного напряжения, интегрированный в конструкцию силовой установкиэлектрического транспортного средства.Методы и средства выполнения исследованийДля решения поставленных задач использованы методы, основанные натеории импульсного преобразования энергии, методы электромеханическогопреобразования энергии и методы математического моделирования.
Проверкаразработанной математической модели осуществлялась методами компьютерногои физического моделирования.10На защиту выносится:1. Методика определения и расчета параметров основных компонентовобратимого преобразователя постоянного напряжения в составе системы тяговогоэлектрооборудования ЭТС.2. Результаты расчетных и экспериментальных исследований техническиххарактеристик тягового электрооборудования ЭТС с применением ОППН,полученные в результате математического моделирования.3.
Комплекстехническихрешенийпореализациисистемытяговогоэлектрооборудования электромобиля, в том числе ОППН, интегрированного всиловую установку ЭТС.4. Результаты экспериментальных исследований движения ЭМ с применениемОППН в силовой установке в условиях городского и загородного движения сиспользованием средств имитационного моделирования.Научная новизна1. Определена рациональная структура и схема ОППН для электроприводовтранспортного назначения.2. Разработана методика определения и расчета параметров основныхкомпонентов ОППН для системы тягового электрооборудования ЭТС.3.
Разработана математическая модель ОППН в составе системы тяговогоэлектрооборудования электрического транспортного средства.4. Определена эффективность применения высоковольтного электропривода сприменением ОППН в силовой установке ЭТС с использованием расчетных иэкспериментальных исследований.Практическая значимость работы1. Предложеннаяметодикарасчетаможетбытьиспользованаприпроектировании повышающего преобразователя постоянного напряжения дляприменения в состав силовой установки электрического транспортного средства(СУ ЭТС).112.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
