.

Системи електроживлення постійної напруги електромобілів: Автореф. дис… д-ра техн. наук / В.М. Скіданов, НАН України. Ін-т електродинаміки. — К., 19

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 3702
Скачать документ

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ

На правах рукопису

СКІДАНОВ Володимир Михайлович

УДК 62-83: 621.313+621.314

СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ
ПОСТІЙНОЇ НАПРУГИ ЕЛЕКТРОМОБІЛІВ

Спеціальність – 05.09.03 – електротехнічні комплекси та системи

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
дисертації на здобуття наукового
ступеня доктора технічних наук

КИЇВ – 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у відділі №2 Інституту електродинаміки
Національної Академії наук України, м. Київ

Науковий консультант – академік НАН України, доктор технічних наук,
професор Шидловський Анатолій Корнійович,
Інститут електродинаміки НАН України, директор.

Офіційні опоненти:

– академік НАН України, доктор технічних наук, професор Півняк Геннадій Григорович, Національна гірнича академія України Міністерства освіти України, м. Дніпропетровськ, ректор;

– доктор технічних наук, професор Долбня Віктор Тимофійович, Харківський Державний політехнічний університет Міністерства освіти України, професор кафедри;

– доктор технічних наук, професор Корчемний Микола Олександрович, Український НДІ механізації та електрифікації сільського господарства Української академії аграрних наук, м. Київ, завідувач відділом .

Провідна установа – Національний технічний університет України “КПІ” Міністерства освіти України, м. Київ, кафедра промислової електроніки.

Захист відбудеться “_29_”____червня______1999 р. о _14__ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.187.01 в Інституті електродинаміки НАН України за адресою: 252680, м. Київ-57, пр. Перемоги, 56, тел. 446-91-15.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту електродинаміки НАН України.

Автореферат розіслано “ 20 ” травня 1999 р.

Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради В.С.Федій

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Вступ. Одними з найбільш важливих проблем сьогодення для України є відсутність достатніх обсягів власних енергоносіїв, незадовільний розвиток ресурсо- та енергозбереження (особливо у транспортних галузях), стійке погіршення екологічного стану довкілля
Серед усього розмаїття існуючих видів транспорту найбільше занепокоєння викликає саме автомобільний, оскільки понад 70% загального забруднення повітряного середовища обумовлюється автомобілями, які є головним споживачем рідкого палива і кількість яких невпинно зростає. Таким чином, маємо замкнене коло з жорстко виявленим позитивним зворотним зв’язком, який стійко посилює і так уже існуючі негативні наслідки – вичерпування природних ресурсів, зокрема нафти, та подальше вбивче забруднення довкілля.
Реальну альтернативу автомобільному транспорту можна реалізувати на основі розширеного використання (принаймі у межах населених пунктів) електрифікованого транспорту. Так міський електротранспорт з живленням від контактних мереж вже відчутно впливає на зниження екологічного та паливно-енергетичного навантаження. Однак, класифікаційна ніша акумуляторного електротранспорту й досі лишається незаповненою, хоча його об’єктивні переваги – відсутність шкідливих викидів, безшумність, значно менші експлуатаційні витрати, сприяння вирівнюванню добових графіків навантажень електростанцій, статистична достатність денного міжзарядного пробігу у 80-100 км в умовах міського використання і т.д. – у країнах Заходу вже доведені та підтверджені практикою дослідного застосування. Розрахунки показують – у великих містах кожен мільйон мешканців обслуговує у сервісних інфраструктурах 00 тисяч автомобілів, чиї функції можна перекласти на електромобілі (ЕМ). Необхідне збільшення виробітку та споживання електроенергії при цьому не перевищить 0,3% від існуючого, а економія органічного палива складатиме 100 млн. літрів (80 тис. тон) на рік. Отже, недостатня розвиненість науково-прикладних передумов створення енергоекономічних ЕМ та реально існуюча потреба в них обумовлює необхідність проведення досліджень систем електроживлення ЕМ з метою підвищення їх енергетичної ефективності та широкого впровадження, що вельми важливо для України в екологічному та паливно-енергетичному аспектах.
Актуальність роботи. З викладеного вище витікає, що розробки, створення та якнайширше впровадження електромобільного транспорту розглядається у світовій практиці як істотно актуальна проблема, яка традиційно вирішується у таких відомих напрямках: розробка нових ефективних джерел живлення та створення енергоефективних компонентів систем електромеханічного перетворення енергії. В той же час кожен з зазначених напрямків передбачає наявність або створення нових технологій та вимагає вкладання значних коштів.
При цьому, значні резерви по підвищенню ефективності функціонування електромобілів, покращення їх експлуатаційних характеристик криються у раціональній організації процесів перетворення енергії акумуляторної батареї (АБ), забезпеченні ефективного загального енергообміну у системах електроживлення електромобілів (СЕЖЕМ), що може бути виконано засобами управління при певному оптимізаційному спрямуванні останніх.
На відміну від загальнопромислових перетворювальних комплексів, які здебільшого характеризуються передбаченістю поведінки, у перебігу поточної експлуатації транспортних систем електроживлення завжди присутні фактори стороннього впливу, що суттєво позначається на виконанні наперед заданих алгоритмів функціонування і обумовлює значні відхилення стану системи від заданих режимів та очікуваних показників якості у керуючих та енергетичних аспектах. Це обумовлено ергономічними особливостями цих систем, оскільки система “оператор – машина – довколишнє середовище” є невизначеною за ознаками об’єктивної непередбаченості у змінах стану (поведінки) першої та останньої ланок. Тобто, однією з найважливіших ознак транспортних систем електроживлення є непередбаченість перебігу процесів в них, що обумовлено непрограмованими діями оператора та довільною зміною стану середовища використання і суттєво ускладнює можливість застосування оптимізаційних заходів, побудованих на жорстких алгоритмах, а також значно звужує можливості та переваги відомих підходів.
Тому, враховуючи стохастичний характер об’єкту, що аналізується, потребують подальшого розвитку наукові дослідження по підвищенню загальної ефективності функціонування електромобілів на основі системного аналізу тягових електроприводів, а також створення методології раціональної побудови СЕЖЕМ, методів, алгоритмів та засобів управління перетворювачами у таких системах. Це забезпечить зменшення енергоспоживання, питомих енерговитрат, збільшення корисного пробігу між зарядами АБ, покращення експлуатаційних, надійнісних та ергономічних показників електромобілів.
Вирішенню актуальних науково-прикладних задач створення, розвитку та підвищення ефективності електромобілів, технологічного електротранспорту та нетрадиційних автономних транспортних засобів присвячена дана дисертаційна робота.
Робота виконана у безпосередньому зв’язку з академічними, галузевими та державними програмами, а саме: з плановими дослідженнями НАН України “Наукові основи електроенергетики”; з проблемою “Перетворення параметрів електричної енергії” (розпорядження Президії АН УРСР №474 від 27.12.85 та №7 від 24.12.92); з темами “Устройство”, “Стабилизация” №№ ДР відповідно 01.86.0.083877, 1990р. та 01.91.0007412, 1993р.; з розпорядженням РМ СРСР №473р від 03.12.80; з підпрограмою по електротранспорту Мінмашпрому України від 12.10.92; з проектом ДКНTПП України “Електромобіль” (5.51.04 “Ресурсозберігаючі проблеми виконавчих та транспортних машин”), 1994р.; з проектом Міннауки України “Коерцитив” (04.08/1830 від 26.08.97р. “Розробка та створення нового класу високоефективних електромеханічних перетворювачів транспортного призначення”), а також з планами НДР за низкою госпдоговорів з АвтоВАЗом (м.Тольятті, Росія), АвтоЗАЗом (м.Запоріжжя) та з Мінмашпромом України.
Мета і задачі дослідження. Метою роботи є подальший розвиток теоретичних положень побудови систем електроживлення електромобілів, раціональної організації процесів енергообміну в них та створення на цій основі нових науково обгрунтованих методів, засобів та алгоритмів управління тяговими та допоміжними перетворювачами, що в сукупності забезпечує розв’язання значної прикладної проблеми — підвищення енергетичної та експлуатаційної ефективності електромобілів.
Досягнення зазначеної мети вимагає вирішення таких задач:
– розробки методології побудови систем електроживлення електромобілів з гарантованою наперед заданою “статичною” ефективністю та технічною сумісністю складових компонентів;
– аналітичного та експериментального дослідження загального балансу енергій у тяговому та рекуперативному режимах роботи електромобілів;
– подальшого застосування системного аналізу при дослідженнях енергетичних показників комплексів тягового та допоміжного електрообладнання та визначення параметрів оптимального (субоптимального) управління перетворювачами у системах електроживлення електромобілів;
– розробки методу управління перетворювачами у функції завдання струму навантаження та швидкості обертання тягового двигуна, а також узагальнення та обгрунтування формалізованого управління перетворювачами у функції завдання електричних (напруга, потужність) та механічних (момент, прискорення) параметрів систем електроживлення електромобілів при неодмінному врахуванні обмежень, обумовлених живленням від акумуляторної батареї;
– створення мікропроцесорних засобів оптимізаційного управління перетворювачами транспортного призначення, засобів кількісного обліку поточної ємності тягової батареї та спеціалізованих модулів управління для застосування на різних типах електромобілів;
– розробки алгоритмічно-програмного забезпечення засобів управління перетворювачами транспортного призначення з використанням апарату логічних схем алгоритмів для мінімізації об’єму програмної пам’яті та часу виконання керуючих процедур;
– аналізу експериментальних досліджень та розробки конкретних рекомендацій по застосуванню результатів роботи на електромобілях та іншому автономному транспорті різного функціонального призначення.
Наукова новизна роботи полягає в наступному:
– одержано нові аналітичні залежності для ККД компонентів та систем електроживлення електромобілів, які дозволяють визначити конкретні діапазони змінювання частоти комутації, коефіцієнта заповнення імпульсного циклу та струму навантаження;
– сформульовані та обгрунтовані головні положення нового методу забезпечення гарантованої ефективності систем тягового електрообладнання електромобілів за статичними константами їх складових компонентів;
– вперше виконано систематизовані узагальнюючі аналітичні та експериментальні дослідження балансу енергій у тяговому та рекуперативному режимах роботи електромобілів та виявлено чинники негативного впливу на ефективність енергообмінних процесів;
– розроблено та обгрунтовано новий метод “програмних зображень” для безпосереднього (минаючи громіздкі розрахунки) визначення параметрів управління перетворювачами, які реалізують задані закони зміни струму навантаження та швидкості обертання тягового двигуна;
– досліджено особливості програмної реалізації управління перетворювачами у функції відпрацювання завдання напруги, потужності, моменту і прискорення у системах тягових електроприводів, визначено межі доцільності застосування такого управління;
– обгрунтовано раніше невідомий спосіб повнофункціонального двозонного управління перетворювачами у тягових приводах з позитивним зворотним зв’язком по швидкості;
– обгрунтовано концепцію та розроблено оригінальні алгоритми вирішення задачі обліку поточної ємності для бортових та буферних акумуляторних батарей при реалізації реверсивного енергообміну;
– досліджено режимно-функціональні особливості роботи тягових та допоміжних бортових перетворювачів електромобілів та розроблено спеціалізовані ефективні алгоритми управління ними.
Практичне значення одержаних в роботі результатів полягає в тому, що розроблені в дисертації теоретичні положення узагальнені та доведені до вигляду єдиної цільової методології, що дозволяє ефективно використовувати їх у інженерній практиці при розробках систем електроживлення електромобілів та створенні систем управління тяговими та допоміжними напівпровідниковими перетворювачами, які забезпечують найбільш раціональний енергообмін у таких системах електроживлення. Це є підгрунтям для рекомендацій щодо подальшого застосування одержаних у роботі конкретних результатів дослідниками та розробниками в установах та організаціях, які спеціалізуються на розробках, впровадженні та експлуатації акумуляторного електротранспорту різних модифікацій та функціонального призначення. Розроблені реверсивні лічильники ампер-годин можуть використовуватись окремо на об’єктах із стаціонарними акумуляторними батареями (вузли зв’язку, об’єкти великої енергетики, тощо).
Результати досліджень знайшли широке практичне застосування у дослідних та дослідно-промислових зразках транспортних систем електроживлення з відповідними перетворювачами. Всі створені засоби управління мали конкретне призначення і пройшли стендові випробування та дослідне впровадження на різних транспортних засобах (електромобілі ВАЗ-1801, 2801, 2802, 2702, ЗАЗ-1102, 11091, 11092, електроцикл на базі трициклу КМЗ “Дніпро-300”, електрокари ЕК-2, ЕН-161), деякі розробки впроваджені в малих промислових серіях на електромобілях ВАЗ-2801, та 2702.
Особистий внесок автора. Наукові положення та прикладні результати, що містяться у дисертації, отримані здобувачем самостійно. У наукових працях, написаних у співавторстві, безпосередньо дисертанту належить наступне: у монографії [1] – самостійно написані розділи 6,7; у [2,3] – розробка положень загальної концепції побудови, створення МПСУ та програм для лічильника ампер-годин; у роботах [4,8,9] – дослідження та аналіз регуляційних характеристик перетворювача; у [5,6,20] – положення концепції побудови систем електроживлення електромобілів та науково-прикладні аспекти створення бортових керуючих структур; у [15-19] – постановка задачі дослідження та одержання аналітичних залежностей; у [7] – положення способу та створення різних варіантів засобів управління. У матеріалах [21-23] ідеї винаходів належать співавторам у рівній мірі.
Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати досліджень та розробок доповідались на трьох міжнародних (1997-98 рр.), семи всесоюзних (1979-91 рр.), п’яти регіональних конференціях та семінарах.
Публікації. Основний зміст дисертації відображено у 42 публікаціях (1 монографія, 19 статей у фахових виданнях, 5 з яких написано самостійно, 1 препринт, 8 авторських свідоцтв СРСР, 1 патент України, 2 статті у збірниках наукових праць Інституту електродинаміки, 10 тез доповідей на конференціях) та 4 звітах по закінчених НДР, що мають номери держреєстрації.
Структура та обсяг дисертаційної роботи . Дисертація містить вступ, шість розділів, висновки, список використаних джерел та додатки. Загальний обсяг складає 377 сторінок. На 117 сторінках розміщено 18 таблиць, 50 рисунків, список використаних джерел з 143 позицій та п’ять додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність та доцільність виконання роботи, сформульовані мета та задачі наукового дослідження, викладено наукову новизну, практичне значення та відомості щодо реалізації результатів дисертації, її апробацію та публікації за темою досліджень.
У першому розділі розглянуто загальну структуру взаємозв’язків компонентів СЕЖЕМ з мікропроцесорною системою управління (МПСУ) (рис.1) і визначено напрямки розповсюдження інформаційних сигналів як внутрішньосистемного (датчики) , так і зовнішнього (задатчики) походження, що забезпечує формування керуючих дій для управління тяговими та допоміжними перетворювачами і комутаційним електрообладнанням. (На схемі позначено: ТАБ – тягова акумуляторна батарея; ВДЖ – вторинне джерело живлення (кола МПСУ, бортмережі, засобів вимірювання, тощо); ЛК – лінійний контактор; ІП – імпульсний перетворювач; ЗД – зворотний діод; ТГ – тахогенератор; Я – якір тягового двигуна; ОЗ – обмотка збудження; Крев – контактор реверса; ПЗ – перетворювач у колі збудження; ШАБ , ШЯ , ШОЗ – датчики струму (шунти) відповідно батареї, якоря, та кола збудження.
У роботі запропоновано класифікацію та проведено аналіз існуючих методів, засобів та рівнів управління перетворювачами.
Необхідною умовою підвищення ефективності електротехнічних комплексів є максимальне використання регулюючих можливостей перетворювачів електроенергії. Крім того, на загальну ефективність складних технічних систем з перетворюючими модулями безпосередньо впливає обрана (розроблена) стратегія управління останніми. На сучасному етапі розвитку техніки є очевидним, що “привнесення” інтелектуального наповнення в управління будь-яким об’єктом повинно мати під собою певний теоретичний базис, структуру якого складають методи дослідження електромагнітних та енергетичних процесів та властивостей як окремих компонентів, так і об’єкта управління в цілому. У фундаментальних працях вітчизняних та зарубіжних вчених питанням теорії перетворювальних пристроїв та управління ними присвячено чимало уваги. Найбільш визначними є роботи А.-А.А.Бельскіса, Б.Бедфорда, Л.В.Бірзнієкса, О.Г.Булатова, І.В.Волкова, Т.А.Глазенко, А.Г.Грабовецького, А.І.Денисова, В.Т.Долбні, Ю.І.Драбовича, В.Я.Жуйкова, І.Ю.Інькова, В.Б.Клепікова, М.С.Комарова, Ю.І.Конєва, В.О.Лабунцова, В.І.Некрасова, Г.Г.Півняка, Е.М.Ромаша, В.С.Руденка, Р.Хофта, В.С.Федія, А.К.Шидловського, М.М.Юрченка та багатьох інших. Щодо теорії перетворювачів, призначених для роботи у складі електроприводів, то найбільший потенціал традиційно зосереджений у наукових школах Києва (ІЕД НАН України, НТУ України “КПІ”), Харкова (ХДПУ, НВО “Електроважмаш”), Запоріжжя (НДІ “Перетворювач”), Москви , С.-Петербургу, Новосибірську. Характерною особливістю досліджень названих провідних наукових шкіл у останні десятиріччя є неодмінний розвиток проблем управління паралельно з традиційними дослідженнями засобів перетворення, що складає достатню умову для виконання оптимізаційних заходів.
Автором запропонована концепція системного дослідження енергетичних показників об’єкту управління, як необхідна умова вирішення оптимізаційних задач, яка грунтується на таких положеннях: 1). Автономні транспортні системи електроживлення з перетворювачами постійної напруги є замкненими структурами і мають аналізуватися у всій сукупності взаємовпливу та взаємозв’язків усіх структурних компонентів, тобто дослідженню підлягає базова структура: “акумуляторна батарея – імпульсний перетворювач – тяговий електродвигун” (АБ-ІП-ТЕД). 2). Дослідження та аналіз систем тягового електрообладнання має бути охоплений єдиним математичним описом, що містить функціональний зв’язок режимних характеристик, параметрів управління та енергетичних показників цих систем. 3). З енергетичних показників (ККД, спожита потужність, втрати потужності, тощо), залежність яких від параметрів управління вивчатиметься, перевагу слід віддати саме ККД як найбільш загальному показнику енергетичної ефективності як окремих компонентів, так і системи привода в цілому.
У загальному випадку маємо систему, яка складається з n функціональних блоків, кожний з яких споживає деяку потужність Р1, Р2 , … , Рn і має втрати потужності P1 , P2 , … , Pn . Загальний ККД системи визначається за формулою
.
У більшості випадків для імпульсних систем . Розглядаючи джерело енергії системи як один з її елементів та вважаючи його внутрішню потужність потужністю споживання системи Р1 ( P1 – втрати у джерелі ), введемо коефіцієнти приведення потужності k1 = P1/P2 ; k2 = P1/P3 ; … ; kn-1 = P1 / Pn , тоді загальний ККД системи визначиться за формулою
= 1 – ( P1 + k1 P2 + k2 P3 + … + kn-1 Pn ) / P1 (1)
Використовуючи (1) та відповідні вирази для потужностей втрат, споживання та коефіцієнтів приведення, для традиційної побудови СЕЖЕМ з транзисторним перетворювачем (рис.2,а) у тяговому режимі одержимо таку формулу для загального ККД:
ЗАГ = 0,5 + 0,5 – (1+kз)/ 2 –
(2)
де I*=I/Iк.з., I – середній струм двигуна за період комутації, Iк.з.=Еи/rи (Еи та rи відповідно ЕРС та активний опір АБ),  = tи / Т – коефіцієнт заповнення імпульсного циклу – КЗІЦ – (tи – тривалість імпульса напруги на виході перетворювача, Т- період комутації), kс=RSе /rи (RSе- активний послідовний опір конденсатора фільтра), k =1+  /2 ( = I / Iср),  = Т-1(t01+t10)/2, (t01 та t10- тривалість переднього та заднього фронтів вихідного струму перетворювача), kз=Рз/РП (відношення втрат у колі упрапвління (збудження) силовго транзистора до загальних в трат у перетворювачі), kр.п. = = rт / rя (відношення активних опорів силового транзистора та якоря ТЕД), kя= rД/rя (rД- активний опір зворотного діода), kД = Rдин / rД (Rдин- динамічний опір діода), k = 1+2 / 12, kI = Iк.з / Iк , Iк=U/rя (U-напруга АБ), kи = rи / rя, Р*я.д.- додаткові втрати в якорі у відносних одиницях при імпульсному регулюванні .
У режимі рекуперативного гальмування для загального ККД системи (рис.2,б) одержана така формула:

(1+ kз ) / 2 , (3)
де kCЯ = RSе /rЯ , Р*я.д.р.- додаткові втрати в якорі у режимі рекуперативного гальмування.
Результати аналітичних досліджень енергетичних показників є досить інформативними та корисними, оскільки дозволяють одержати якісні та кількісні характеристики впливу режимних та навантажувальних параметрів на ККД. Однак, безпосередньо з наявних результатів ще не можна отримати закон управління перетворювачем, який міг би забезпечити оптимальні режими роботи СЕЖЕМ. Тобто, інформаційна множина, яку складають отримані залежності енергетичних показників транспортних енергосистем від параметрів управління перетворювачами, не може розглядатись як самодостатня сукупність даних для безпосереднього створення алгоритмів оптимізаційного управління. Тому в роботі обгрунтована цільова методологія для визначення параметрів оптимального управління перетворювачами у системах транспортних електроприводів. За критерії оптимальності обрано мінімум потужності, що споживається від АБ за заданий час для досягнення заданих динамічних показників транспортного засобу у тяговому режимі та максимум потужності, яка буде спожита батареєю під час гальмування за умови реального струмообмеження у рекуперативному режимі. Методологія грунтується на спільному аналізі енергетичних, регулювальних та динамічних характеристик тягових приводів. Встановлено, що оптимальним тяговим режимам відповідають усталені струми навантаження двигуна, а оптимальним рекуперативним – усталені струми навантаження тягового джерела.
Завершує перший розділ обгрунтування стохастичного характеру СЕЖЕМ з огляду на непердбаченість поведінки таких систем, як об’єктів управління, (що обумовлено недетермінованими діями “оператора” та спонтанною зміною дорожніх умов руху) та постановка задач наукового дослідження.
У другому розділі застосування системного аналізу поширено на дослідження енергетичних показників тягового та допоміжного електрообладнання електромобілів та інших типів автономного електротранспорту з різними структурами перетворюючих компонентів.
Проаналізовано комбіновану структуру автономного електропривода, що складається з інвертора напруги, який може бути керованим або некерованим, та випрямляча, який теж може бути керованим або некерованим (рис.2,в). Така
структура досить універсальна, оскільки за умов відповідної потужності може виконувати функції тягового перетворювача не тільки електромобілів,а також електрокарів та цехового технологічного транспорту з живленням від кабельної пересувної мережі або зарядного перетворювача для ТАБ.
Для структури АБ-ІН-КВ-ТЕД одержано таку формулу для загального ККД:
ЗАГ КВ = 0,5 + 0,5 – Р*Я.Д. / I* k2I kи (1- I*) –
-I* [1+ (kVD + kT1) + (kBD + kTD) + kя(1- )(1- + kД k )] / kи (1-I*) –
-2 I* kІН (1 + kз ) / (1- I* ) – [ (1 + kз ) + kн ] / , (4)
а для загального ККД системи АБ-КІН-В-ТЕД одержано таку формулу:
ЗАГ КІН = 0,5 + 0,5 – Р*Я.Д. / I* k2I kи (1-I*) –
– I* [1 + kя(1- )(1- + kД k ) + 2 ( kVD + kBD ) ] / kи (1- I*) –
– [2I* kи + (1 – I* )] (1 + kз ) / 2 ( 1 – I* ) , (5)
де kVD = rVD /rя ; kT1= rT1 /rя; kBD = RVDдин /rя; kTD = RT1дин /rя ; kн = tн /3,6T (tн – час наростання струму в тиристорі), kІН = rт / rя .
З порівняння результатів розрахунків за формулами (2), (4), (5) витікає: з систем з трьома типами регуляторів – традиційний ШІМ, ІН-КВ, КІН-В – найгірші енергетичні показники має система АБ-КІН-В-ТЕД, хоча у ідентичних режимах значення ККД для усіх систем відрізняються не більше ніж 10%, тобто при виборі конкретної структури регулятора з урахуванням незначного погіршення енергетичних показників від ШІМ до ІН-КВ і далі до КІН-В слід керуватись конкретними вимогами до пристроїв, що розробляються.
Крім того, справедливі такі рекомендації: доцільний діапазон частот комутації 0,5 – 1,0 – 2,5к Гц; режими з малими значеннями параметрів 500Гц і суттєво впливати на ККД двигуна та привода в цілому не можуть.
Таким чином, необхідно знайти такі kи та kI , щоб ККД двигуна у гірших режимах наближався до значень його ККД у кращих режимах тільки за рахунок оптимальних співвідношень параметрів компонентів системи приводу.
Вираз для ККД двигуна представимо у такому вигляді:
Я-Д = 1 – A / kи B, (7)
де А та В є відповідно чисельником і знаменником попередньо приведеного до одного дробу виразу (6). При цьому А та В – сталі при фіксованих значеннях КЗІЦ –  – і відносного струму навантаження I*.
Для струму I = 150А (реальний тривалий тяговий струм) мінімальний ККД двигуна дорівнює 0,4 , а максимальний – 0,92 . Записавши вираз (7) для цих двох значень ККД, а також для kи min та kи max, одержимо
А / kи min . В = 0,6 ; А / kи max . В = 0,08,
звідки знаходимо: kи max = 7,5 kи min , а з урахуванням того, що для базової системи kи = kи min = 2, одержимо kи max =15, тобто необхідний діапазон значень коефіцієнта kи , що забезпечить збільшення ККД двигуна за всіх інших рівних умов, є таким: 2 0,5.
Розглянемо режим рекуперативного гальмування. ККД двигуна у цьому режимі визначається за формулою
(8)
Як і у попередньому випадку, проаналізуємо вплив на ККД двигуна саме kи за усіх інших рівних умов. Вираз (8) запишемо у такому вигляді:
РЯ-Д = 1 – A1 / (kи B1 – С1) , (9)
де сталі А1,В1,С1 є фрагментами виразу (8), а саме: А1 – чисельник, , C1 = (I* kI )2 .
Для струму I = 50А (припустимий тривалий рекуперативний струм) = 0,7 при = 0,9 та = 0,98 при = 0,1. Запишемо формулу (9) для наведених значень ККД та коефіцієнтів kи = 2 та kи max :
1 – 0,7 = А1 / ( kи В1 – С1 )
1 – 0,98 = А1 / ( kи max . В1 – С1 )
Переходячи до відношення цих виразів, матимемо
(kи max – С1 / В1 ) / (kи – С1 /В1) = 15
Вирахувавши В1 і С1 для = 0,9 , kI = 0,55 та I* = I/Iк.з.= 50А / 1350А , одержимо kи max = 25. Тобто, діапазон для kи у режимі рекуперації, слід вважати таким:
2 0,5.
Подальше застосування метода до акумуляторної батареї та транзисторного силового перетворювача дозволило зробити такі висновки: струм короткого замикання АБ повинен відповідати діапазону 1300А

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020