Диссертация (792772), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

Это обусловлено тем, чтомощность электроприводов современных электромобилей достаточно большая, иприиспользованииодноканальногоППНможетпоявитьсяпроблеманедопустимого увеличения габаритных размеров индуктивной катушки, ключевых4950устройствифильтрующихконденсаторов.Другаявозможнаяпроблемаиспользования одноканальных преобразователей в электроприводах большоймощности — это возможное ограничение коэффициента передачи, по напряжению,которое может возникнуть при проектировании.Поэтому, учитывая большуюмощность электроприводов современных электромобилей, в данной работе припроектировании и дальнейших исследованиях был выбран трехканальный методпреобразования.Преимущества многоканальных ППН заключаются в следующем: снижение токовой нагрузки на компоненты преобразователя путем разделенияобщей мощности на несколько параллельно работающих преобразователей; из-за увеличения суммарной выходной частоты снижены пульсации тока нанагрузке и, как следствие, снижены габариты фильтрующих компонентов; разделение преобразователя на несколько составных преобразователей снижаетмощность и габаритные размеры ключевых устройств, что с экономическойточки зрения является более целесообразным, т.к.

стоимость транзисторовменьшей мощности намного ниже транзисторов большой мощности; при разделении общей мощности преобразователя на несколько составныхпреобразователей облегчается задача охлаждения ключевых компонентов т.к.тепловыделение не будет сосредоточена на несколько устройств коммутации, араспределена на множества ключевых транзисторов.К недостаткам многоканальных преобразователей можно отнести сложностьуправления большим количеством транзисторов и возможное появлениенесбалансированности токов между каналами, однако современные цифровыеконтроллеры дают возможность вырабатывать достаточно точные сигналыуправления с очень большой частотой, что минимизирует возникновениеперечисленных проблем и исключает использование замкнутых схем управления вканалах, что значительно упрощает схему преобразователя.5051Таким образом, можно сделать вывод о том, что повышение напряженияисточника питания применением многоканального преобразователя постоянногонапряжения, с одной стороны, повышает тяговые характеристики электроприводаи улучшает массогабаритные показатели ЭТС, с другой стороны, обеспечиваетоптимальное соотношение между напряжением тягового источника тока,количеством единичных аккумуляторов в батарее и ее надежностью.5152ГЛАВА 2.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ТЯГОВЫЙРАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ2.1. Требуемые входные и выходные параметры ОППН в составе силовоготягового электрооборудования ЭТСК компонентам электромобилей, как и к любым другим транспортнымсредствам, предъявляются требования высокой надежности и безопасности.Поэтому к ППН используемые в составе силового электрооборудованияэлектромобилятакжепредъявляютсяаналогичныетребованияприпроектировании. К таким требованиям можно отнести следующие: номинальное входное напряжение преобразователя должно соответствоватьнапряжению блока аккумуляторной батареи; пределыизменениявыходногонапряженияпреобразователядолжнысоответствовать напряжению на входе трехфазного инвертора; выходное напряжение преобразователя должно быть стабилизированнымнезависимо от уровня заряда АБ; наличие сигнальных предупреждений при повышении входных и выходныхнапряжений выше максимального; наличие защиты и сигнальных предупреждений при коротких замыканиях иперегрузах; наличие системы охлаждения (воздушное или жидкостное); механические и климатические факторы, при которых ОППН должен обеспечитьбесперебойную и надежную работу; по функциональности ППН должен быть двунаправленным для обеспеченияобратной передачи мощности рекуперации в тормозных режимах ЭТС.Кроме перечисленных требований система управления многоканальногопреобразователя должна иметь возможность отключения любой из параллельноработающих каналов при коротких замыканиях без отключения других5253работающих преобразователей.

Данное специфическое требование к ППНтранспортного назначения предъявляется с целью обеспечения бесперебойногоэлектроснабжения тягового электропривода электромобиля для того чтобы несоздавать аварийные ситуации и в целом с точки зрения безопасной и надежнойэксплуатации.2.2. Основные исходные данные транспортного средства и тяговыйрасчет электромобиляДля того чтобы иметь представление об общих мощностных и другиххарактеристиках преобразователя, необходимо провести тяговый расчет с цельювыбора других компонентов электромобиля, таких как силовой трехфазныйинвертор, трехфазный тяговый электродвигатель, а также пакет аккумуляторнойбатареи.

Имея общие рассчитанные параметры этих компонентов, которыеявляются источниками питания и нагрузкой для ППН, далее будут рассчитаныпараметры преобразователя, в том числе индуктивной катушки, ключевыхэлементов и т.д.Для расчетных исследований в качестве базового ТС использованыпараметры легкового электромобиля полной массой 1748 кг.Таблица 2.1 – Исходные данные ТСПараметрыМасса ТС, кгПлощадь поперечного сечения ТС, м2Коэффициент аэродинамическогосопротивления, о.еРадиус колеса автомобиля, мКПД механической трансмиссии, о.еПередаточное число главной передачи, о.еПередаточное число коробки передач, о.еУгол наклона дороги, град.УсловноеобозначениеmaSaCxЗначениепараметров17482.20.3rкηмтiгпiкпα0.3230.964.31.64505354Тяговый расчет состоит из уравнений для расчета сил, препятствующихдвижению электромобиля, и силы тяги, преодолевающей эти сопротивления.

Нарисунке 2.1 показаны силы, действующие на автомобиль.Рисунок 2.1 – Силы, действующие на автомобиль при движенииТяговый баланс электромобиля описывается следующим уравнением:т = к + п + в + и,(2.1)где Fт – сила тяги на ведущих колесах, Н; Fк – сила сопротивления качению, Н; Fп– сила сопротивления подъему, Н; Fв – сила сопротивления воздуха(аэродинамическое сопротивление), Н; Fи – сила сопротивления инерции, Н.Сила сопротивления качению определяется согласно уравнению:к = ,(2.2)где G = ma·g – вес электромобиля; ma – масса электромобиля, кг; g – ускорениесвободного падения, м/с2; f – коэффициент сопротивления качению (дляасфальтобетонных дорожных покрытий f=0.012); α – угол подъема, град.Сила сопротивления подъему определяется согласно уравнению:п = Силасопротивлениявоздуха(аэродинамического(2.3)сопротивления)определяется согласно уравнению:5455в =гдеCХ–коэффициентС в22 ,обтекаемостиавтомобиля(2.4)(аэродинамическогосопротивления); ρВ ≈ 1,225 кг/м3 – плотность воздуха; Va – скорость автомобиля,м/с; Sa – площадь лобовой поверхности, м2; в случаи если параметр Sa неизвестенто для легковых автомобилей Sa =0.78·ВГ·НГ, для грузовых автомобилей Sa =(0,85…0,9)·В·НГ (рисунок 2.2).Рисунок 2.2 – Обозначение габаритных размеров легковых и грузовыхавтомобилейСила сопротивления инерции (сопротивления разгону) определяетсясогласно уравнению:и = ∙ / ,(2.5)где a – ускорение автомобиля, м/с2.Момент сопротивления, действующего на колесо автомобиля, определяетсякак:Мк = т ,(2.6)где rК – радиус колеса автомобиля, м.Требуемый момент на валу электродвигателя определяется согласноуравнению:Мтр=Мк/(iкп·iгп· ɳмт),(2.7)5556где iКП, iГП – передаточное число коробки передач и главной передачи; ɳМТ – КПДмеханической трансмиссии.Длярасчетачастотывращениядвигателяможновоспользоватьсяуравнением: = ( кп гп )60/(2 ) .Требуемаямощностьэлектродвигателя(2.8)определяетсяпроизведениемтребуемого момента и частоты вращения:тр =тр 9.55.(2.9)Электродвигатель выбирается из условия обеспечения требуемой мощности:дв ≥ тр .(2.10)В таблице 2.2 приведены данные полученные в результате тягового расчетаэлектропривода ЭТС которые будут использованы для выбора электродвигателя.Таблица 2.2 – результаты тягового расчета электромобиляПараметрыУсловноеЗначениеобозначение параметровСила тяги на ведущих колесах, НFТ4187Момент сопротивления, действующего на колесоМК1352МТР193n5984PТР121автомобиля, НмТребуемый момент на валу электродвигателя, НмЧастота вращения двигателя, об/минТребуемая мощность электродвигателя, кВтСледует отметить, что расчеты были проведены при условиях, когда скоростьавтомобиля равна 100 км/ч, а время разгона для этой скорости равна 13 с.Соответственно при данных условиях, ускорение автомобиля равняется 2.1 м/с2.5657Выбор электродвигателя по требуемой мощности, согласно условию (2.10)является, предварительным и для окончательного выбора необходимо проверитьдвигатель по условию обеспечения максимального момента и проводитьдальнейшие уточнения при экспериментальных исследованиях.2.3.

Определение входных и выходных параметров обратимогопреобразователя постоянного напряжения в составе СТЭО ЭТСМощность ОППН в составе СТЭО ЭТС определяется исходя из мощностисилового электропривода с учетом потерь энергии [48,113]:оппн =тти =ттиттитэдтэд,,тэд = тэд ∙ тэд ,(2.11)(2.12)(2.13)где PОППН, PТТИ, PТЭД – мощность ОППН, трехфазного тягового инвертора итягового электродвигателя; ɳтти – КПД трехфазного инвертора; ɳтэд, MТЭД, ωтэд –КПД, крутящий момент и частота вращения тягового электродвигателя.На рисунке 2.3 представлена функциональная схема системы тяговогоэлектрооборудования ЭТС с использованием ОППН, где ТИТ – тяговый источниктока; ОППН – обратимый преобразователь постоянного напряжения; ТЭД –тяговый электродвигатель.Рисунок 2.3 – Функциональная схема СТЭО ЭТС с применением ОППН─── Электрическая связь∙ ∙ ∙ ∙ ∙ Механическая связь5758Трехфазный инвертор преобразует входное напряжение постоянного тока втрехфазное переменное напряжение заданной конфигурации, необходимое дляработы тяговой электрической машины.

В качестве тягового ЭД в расчетныхисследованиях ЭТС в данной работе использован синхронный двигатель свозбуждением от постоянных магнитов (СДПМ).Выбор выходного напряжения преобразователя производится исходя измаксимально возможных характеристик высоковольтного ТЭД и инвертора,выбранного для данного электромобиля, с учетом наличия надежной изоляциивысоковольтныхшиноткорпусаавтомобилядляобеспеченияэлектробезопасности при эксплуатации ЭТС.Анализируя технические характеристики СТЭО ЭТС, в том числевысоковольтного ТЭД, выбранного для электромобиля, выходное напряжениеОППН принято равным Ud=650 В. Выбор значения напряжения 650 В главнымобразомобусловленэлектродвигателямаксимальным(глава2-я).Нарабочимрисункенапряжениемвыбранногопоказанаупрощенная2.4функциональная схема СТЭО с использованием ОППН, и для облегчениядальнейших расчетов главных параметров преобразователя нагрузка ОППН, вкачестве которой выступал инвертор-ТЭД, заменена условным эквивалентнымсопротивлением.Рисунок 2.4 – Упрощенная функциональная схема ОППН с эквивалентнойнагрузкойОпределениеосновныхпараметровОППНможнопроводитьпонижеследующей методике [8,9,23,39]:1.

Характеристики

Список файлов диссертации