Диссертация (792772), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Когда входное и выходное напряжениепримерно одинаковое, ни понижающий, ни повышающий режимы по отдельностине могут обеспечить стабильное выходное напряжение. Одним из возможныхдействий преобразователя является переключение из одного режима работы вдругой при определенном уровне входного напряжения.Для устойчивой работы преобразователя пороговое напряжение задается снекоторым запаздыванием. Такие виды преобразователей постоянного тока имеют33топологию Cuk-a и Sepiс.
Данные типы ППН имеют два дросселя и дваконденсатора.Впреобразователяхданнойтопологиисниженыпотерипроводимости и потери переключения. Потери проводимости снижены путемзамены диода МОП-транзистором, а потери переключения – путем введениявспомогательной цепи. Данная преобразовательная система работает на основеметодовмягкогопереключения.Этиметодыобеспечиваютплавноепреобразование напряжения и токов. Cuk – преобразователь имеет значительноепреимущество по сравнению с другими типами преобразователей, так как навыходе преобразователя напряжение имеет значительно низкую пульсацию.На рисунке 1.14 (а) показана схема преобразователя sepic (англ.
Single EndedPrimary Inductor Converter), который может также увеличивать и уменьшатьвеличину напряжения, но отличается от предыдущей схемы тем, что не имеетвозможности изменить полярность напряжения. Соответствующая данной схемезависимостькоэффициентапреобразованияоткоэффициентазаполненияприведена на рисунке 1.14 (б).Рисунок 1.14 – Характеристика и схема ППН топологии SepicКоэффициент преобразования ППН данной топологии определяется поформуле:М(D) = D/(1-D).(1.9)34Принцип действия этой схемы преобразователя подобна схеме Cuk-а, ноотличается тем, что обмотка дросселей L1, и L2 реализована на одном сердечнике,что позволяет экономить место и снижает стоимость преобразователя.
Вместодиодов Шоттки можно использовать полевые транзисторы, которые можносинхронно регулировать с помощью дополнительного сигнала от генератора.Таким образом нормальное функционирование преобразователя топологии Sepic врежиме понижения напряжения обеспечивается конденсатором С1 и дросселем L2.1.3. Улучшение тяговых характеристик электромобиля повышениемпитающего напряжения1.3.1.
Анализ тяговой характеристики электродвигателя приповышении напряжения источникаОдними из основных компонентов электропривода электромобиля являютсятяговый электродвигатель (ТЭД) и силовой преобразователь напряжения (СПН).Задача СПН (инвертора) заключается в преобразовании напряжения источникапостоянного тока в трехфазное переменное напряжение с возможностью изменятьчастоту и величину выходного напряжения для питания и регулирования частотывращения ТЭД. К силовым преобразователям предъявляются требования высокойперегрузочной способности и плавности регулирования выходного напряжения.В качестве аккумуляторных батарей в электромобилях могут бытьиспользованы различные типы химических источников тока.
При этом самымраспространенным типом аккумуляторов, используемых в качестве тяговыхисточников тока для ЭТС, являются литий-ионные, т.к. они имеют более высокиепоказатели удельной мощности и большой срок службы.В качестве ТЭД для ЭТС могут быть применены асинхронные двигатели скороткозамкнутым ротором или синхронные двигатели с возбуждением отпостоянных магнитов мощностью от 30-150 кВт и напряжением питания от 150750 В.35Следует отметить, что несмотря на высокую эффективность СПН, посиловым цепям протекают значительные токи нагрузки, и эти токи, особенно впереходных процессах, создают дополнительные потери мощности. Зависимостьтяговых характеристик электрической машины от величины входного напряжения(Ud) СПН на примере синхронного двигателя Remy HVH250 (США) представленана рисунке 1.15.Рисунок 1.15 – Серия механических характеристик двигателя HVH250 взависимости от питаемого напряжения: штриховая линия – продолжительныйрежим, сплошная линия – пиковый режим в течении 60 сек.Исследуяданныехарактеристики,можнообнаружитьнелинейнуюзависимость крутящего момента двигателя от величины входного напряжения Ud.Из рассмотренных характеристик видно, что крутящий момент двигателя, прискорости 4000 об/мин и напряжении на входе инвертора Ud =200 В, имеет значение80 Нм.
Постепенным увеличением напряжения питания Ud до величины 400 Вдвигатель развивает крутящий момент, равный 220 Нм. Отсюда можно сделатьвывод, что увеличение напряжения питания двигателя в два раза обеспечиваетувеличение его крутящего момента в три раза [36,49].361.3.2. Применение двунаправленного преобразователя постоянногонапряжения для повышения напряжения питания тяговогоэлектрооборудования ЭТСПри разработке высоковольтных АБ увеличение напряжения достигается засчетувеличенияколичествапоследовательносоединенныхединичныхаккумуляторов в пакете аккумуляторной батареи.
Это соответственно усложняетсистему контроля состояния АБ и снижает её надежность. С одной стороны,увеличение рабочего напряжения ТЭД за счет увеличения количества батарей в АБсоздаетблагоприятныеусловиядляполученияулучшенныхтяговыххарактеристик, так как снижаются токовые нагрузки и увеличивается крутящиймомент двигателя, с другой стороны, увеличивается сложность системы контроляза батареями и ухудшаются массогабаритные показатели АБ.
По результатамтеоретических исследований было выявлено, что напряжение АБ, выпускаемых наданный момент электромобилей, в среднем находится в диапазоне 250-400 В.Считая данный диапазон напряжения АБ, выпускаемых на сегодняшний деньоптимальным, с точки зрения соотношения массогабаритных показателей истоимости, для питания высоковольтной системы ЭТС без существенногоусложнения силового электрооборудования предлагается использовать обратимыйпреобразователь постоянного напряжения.
Задачей данного ОППН являетсяпреобразование низкого напряжения постоянного тока АБ в высокое напряжениепостоянного тока. Это дает возможность использовать двигатели с высокимнапряжением и более широким диапазоном тяговых и скоростных характеристик.Увеличение рабочего напряжения приведет к снижению токовых нагрузок и кулучшению массогабаритных показателей, так как сечение проводов обмотокэлектродвигателей зависит от протекающего тока на этой обмотке [23,25]. Крометого, стабильное выходное напряжение преобразователя постоянного напряженияобеспечиваетнезависимостьтяговыххарактеристикэлектродвигателяисоответственно электромобиля от снижения напряжения аккумуляторной батареи.Структура СУ ЭТС с использованием ОППН показана на рисунке 1.16.37Рисунок 1.16 – Структура силовой установки ЭТС с использованием ОППН38Важным свойством данных преобразователей является обратимость, котораяпередает мощность рекуперации, вырабатываемую двигателем, обратно нааккумуляторную батарею.1.3.3.
Выбор структуры преобразователя постоянного напряжения дляприменения в системе тяговой установки ЭТСВыбор структуры и схемы ОППН производится исходя из требований,предъявляемых к ОППН в составе СТЭО ЭТС. На рисунке 1.17 показанаклассификация импульсных преобразователей.Рисунок 1.17 – Классификация импульсных ППНДвунаправленность ППН обеспечивает обратную передачу мощности,вырабатываемой ТЭД при рекуперации в АБ для аккумулирования и дальнейшегоиспользования накопленной энергии [61,92,98]. Следует отметить, что обратноенакопление мощности рекуперации является одним из основных преимуществЭТС. Функциональная схема двунаправленного преобразователя показана нарисунке 1.18.Рисунок 1.18 – Функциональная схема ОППН3839Выбор типа преобразователя в зависимости от мощности нагрузки являетсяважной частью проектируемого ППН, и для решения данной задачи можноориентировочно воспользоваться диаграммой, приведенной на рисунке 1.19.Рисунок 1.19 – Выбор типа преобразователя в зависимости от входногонапряжения и выходной мощностиСогласно диаграмме, для ППН мощностью PП≥1000 Вт соответствует схемас двухтактным преобразованием.
Однако для ППН мощностью, близкой к 50 кВт ибольше, использование преобразователя с трехканальной структурой являетсяболее целесообразным [20,35,100,101,110], т.к. данный вид преобразователя имеетбольшое преимущество по сравнению с двухтактным преобразователем.Нарисунках1.20-1.22представленыпримерысхемдвухтактныхполумостовых и мостовых преобразователей, а также преобразователь стрехканальной структурой, который может быть использован в установкахбольшой мощности.Рисунок 1.20 – Полумостовой двунаправленный преобразователь3940Рисунок 1.21 – Мостовой изолированный преобразователь с ВТРисунок 1.22 – Преобразователь постоянного напряжения с трехканальнойструктуройВыбор схемы ППН также производится с учетом результата анализа всехвозможных вариантов схем и особенностей этих преобразователей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
