За методом підключення двигунів І накопичувача до приводу розрізняють



Сторінка1/4
Дата конвертації25.10.2017
Розмір0.51 Mb.
ТипЗадача
  1   2   3   4



ЗМІСТ


ВСТУП

Різке зростання кількості автомобілів спричинило забруднення атмосфери, шумове забруднення, а також підвищення об`єму видобутку обмежених ресурсів нафти. Тому перед виробниками транспорту постала задача пошуку більш економічнішого та екологічнішого механізму перетворення енергії. І конструктори вирішили повернутись до першого автомобіля, який використовував електротягу. Але слабким місцем електромобіля є накопичувач енергії. Отже, гібридні автомобілі стали компромісним рішенням таких недоліків електромобілів, як значна маса акумуляторів і необхідність їх тривалої зарядки, недостатньо розвинена інфраструктура зарядних станцій і недостатня дальність пробігу.

Гібридний автомобіль - автомобіль, який використовує для приводу ведучих коліс більше одного джерела енергії.

Сучасні автовиробники часто вдаються до спільного використання двигуна внутрішнього згоряння та електродвигуна , що дозволяє уникнути роботи ДВС в режимі малих навантажень , а також реалізовувати рекуперацію кінетичної енергії , підвищуючи паливну ефективність силової установки. Інший поширений вид гібридів - автомобілі , в яких ДВС суміщений з двигунами, що працюють на стиснутому повітрі.

Слід відрізняти від гібридів транспортні засоби з електромеханічної трансмісією , такі як тепловози , деякі кар'єрні самоскиди , трактори і танки.

За методом підключення двигунів і накопичувача до приводу розрізняють:

- послідовне : по суті є модифікацією електромеханічної трансмісії з додаванням проміжного накопичувача. Двигун внутрішнього згоряння механічно з'єднаний тільки з електрогенератором , а тяговий електродвигун - тільки з колесами.

- паралельна : і двигун внутрішнього згоряння , і електродвигун механічно з'єднані з колесами допомогою диференціала , який забезпечує можливість як їх роботи окремо, так і спільно. Ця схема використовується в автомобілях з Integrated Motor Assist ( Honda) . Характеризується простотою (можливе застосування разом з механічною коробкою передач ) і низькою вартістю .

- послідовно - паралельне : двигун внутрішнього згоряння , генератор і електродвигун механічно пов'язані один з одним і з колесами допомогою планетарного редуктора , що дозволяє довільно змінювати потоки потужності між цими вузлами. Схема реалізована в автомобілях з Hybrid Synergy Drive (Toyota ) , наприклад , Toyota Prius..

1 ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ОБ’ЄКТУ ДОСЛІДЖЕННЯ. ЗАДАЧІ ПРОЕКТУВАННЯ
1.1 Основні терміни та визначення

Останнім часом все частіше можна почути про гібридних автомобілях, які швидко завойовують популярність і любов серед автолюбителів. У цій статті ми розповімо, що таке гібридний автомобіль і в чому його особливості.

Насправді, гібридний автомобіль являє собою вдале поєднання звичайного легкового автомобіля, що працює на двигуні внутрішнього згоряння та на електродвигуні. Принцип роботи гібридного автомобіля виглядає таким чином: у автомобіль, крім звичайного двигуна, встановлюється додаткова акумуляторна батарея і електромотор. Поки працює звичайний двигун, від крутного моменту ДВЗ (двигун внутрішнього згоряння) заряджається батарея електродвигуна. Примітно, що гібридний автомобіль може працювати тільки на електриці, тільки на паливі, а також під час роботи обох двигунів. Однак слід враховувати, що швидкість руху при роботі тільки електродвигуна має обмеження в межах ємності акумулятора і становить, як правило, 200-250 км.

Гібридний автомобіль складається з таких основних блоків (схема представлена на рисунку 1.1) : 1 – ДВЗ; 2– мотор-генератор; 3 – тяговий електродвигун; 4 – акумуляторна батарея; 5 – система регулювання; 6 – карданна передача; 7 – планетарний механізм розподілу потоку потужності; 8 – диференціал.


Рисунок 1.1 – Паралельна кінематична схема автомобіля



1.2 Режими роботи гібридного автомобіля з паралельною схемою

Режим прискорення, рух у гору або у важких умовах руху, потрібна максимальна потужність для забезпечення цього режиму руху. Електрична частина, а саме АКБ додає потужність до M/Г, який працює в режимі М, зчеплення M/Г ввімкнено, і крутний момент підведений до редуктора з трьома валами. Механічна частина, крутний момент від двигуна через зчеплення також подається до редуктора з трьома валами.

Двигун та мотор з’єднані між собою в редукторі де крутний момент суммується та передається до ведучих коліс. Як наслідок ГЕМ рухається динамічно та з великою швидкістю із задоволеним водієм.

Режим сталої швидкості,використовується тільки двигун, M/Г виключений, енергія з АКБ не витрачається. Зчеплення M/Г роз’єднано, потужність необхідна для руху автомобіля постачається двигуном. Зчеплення двигуна ввімкнено, крутний момент підводиться до ведучого валу.

Блок керування визначає краще передаточне число для варіатора і видає відповідну команду. Передаточне відношення для варіатора оптимізовано для забезпечення мінімальної витрати пального.

Важливий режимом роботи для досягнення найкращої витрати пального є режим електричної тяги. За звичай при роботі в цьому режимі, двигун не працює. Зчеплення двигуна роз’єднано, у той час як зчеплення M/Г ввімкнено. Акумулятор постачає енергію, показано суцільною лінією, що проходить крізь силову електроніки потужності. M/Г перебуває в режимі М, крутний момент передається валом до редуктора з трьома валами.

У деякому сенсі, рекуперативне гальмування – зміна режиму електричної тяги. Вали та зчеплення знаходяться в тому ж самому стані, однак напрямок крутного моменту протилежний.

Особливості паралельного гібрида:

- здатність працювати тільки з одним двигуном, електродвигуном, або з одночасно з електродвигуном та ДВЗ. Тільки при роботи в режимі електротяги можливе поліпшення витрати пального, реалізація режиму старт-стоп та регенеративного гальмування;

- здатність швидко реагувати на різке збільшення потужності в будь якому режимі руху автомобіля. Послідовний гібрид більш повільно реагує на вимогу збільшення потужності.

Недоліки паралельного розташування є додавання в силову передачу таких частин як зчеплення та механічна трансмісія. За звичай використовують коробку передач з трьома валами, два з яких ведучі вали й один ведений вал. Зміна частоти обертання двигуна ускладнює керування викидами шкідливих речовин, внаслідок роботи двигуна з більш високою питомою витратою палива. Потрібність механічного з'єднання двигун із ведучим валом обмежує вибір компонувальної схеми розташування двигуна. Таки самі недоліки справедливі і для силової електроніки паралельного гібриду.

2 РОЗРАХУНОК ПОТУЖНОСТІ ДВИГУНА

Правильний вибір потужності електродвигуна має велике значення,тому що установка двигуна недостатньої потужності знижує продуктивність механізму і викликає передчасний вихід двигуна з ладу. У цьому випадку відбувається перегрівання двигуна вище допустимої температури, що різко знижує термін служби ізоляції обмотки.

Встановлення двигуна завищено потужності є економічно недоцільно і, крім того, призводить до зниження його енергетичних показників, також це може призвести до підвищеного зносу і, навіть, поломки елементів механізму.

Для розрахунку потужності електродвигуна задамо вихідні дані гібридного автомобіля: повна маса - 1650 кг., коефіцієнт тертя кочення по асфальту – 0,018, коефіцієнт обтікання кузову – 0,2 , площа лобового опору – 1,8 кв.м. , максимальна швидкість руху 110 км / год.

Необхідна потужність електродвигуна автомобіля:



( 2.1 )

де g – прискорення вільного падіння;

Fтр – коефіцієнт тертя кочення по асфальту;

m – повна маса транспортного засобу;

V – максимальна швидкість руху;

Cx – коефіцієнт обтікання кузова;

S – площа лобового опору;

α – кут нахилу дорожнього полотна (13 º).

Застосувавши зазначену формулу для нашого випадку , маємо:



Вт

Отже, руху гібридного автомобіля по асфальту зі швидкістю до 110 км/год і при куті нахилу дорожнього полотна у 13º необхідна потужність на колесах 16 кВт .

Обрахуємо загальний ККД об’єкту, враховуючи ККД його вузлів:

(2.2)

де – ККД двигуна, що становить 0,85;



– ККД редуктора – 0,92;

– ККД контролера з втратами в провідниках і контакторах – 0,85.

Знайдемо реально необхідну потужність електродвигуна за формулою з врахуванням ККД:



(2.3)

де kз – коефіцієнт запасу, який враховує неточності при розрахунку сил опору та динаміку (kз=1,1÷1,3).



Отже, діапазон потужності в якому необхідно вибрати електродвигун становить



3 ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ВИБОРУ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПРИВОДА

Техніко-економічне обґрунтування виконується з метою вибору оптимального варіанта системи електропривода з ряду можливих, які придатні для використання у гібридному автомобілі.

Техніко-економічне обґрунтування базується на використанні двох критеріїв:

- технічного;

- економічного.

Обґрунтування згідно з технічним критерієм передбачає виконання порівняльного аналізу технічних характеристик кожної з систем електропривода, які можуть бути використані для привода даного автомобіля.

До переліку основних технічних характеристик відносяться:

- діапазон регульованої швидкості;

- жорсткість механічних характеристик;

- перевантажувальна здатність;

- економічність.

Приведення систем електропривода за технічним критерієм наведемо у таблиці 3.1.

Для порівняння техніко-економічних показників систем електроприводу розглянемо такі системи: РКС-ДПС; РКС-АД з ФР; ТП-ДПС; ПЧ-АД.

Обґрунтування згідно з економічним критерієм передбачає порівняння розглянутих варіантів систем електропривода за критерієм приведених витрат. Проведемо розрахунок приведених витрат для системи ПЧ-АД, а результати розрахунків для інших систем зведемо у таблицю 3.2.

Таблиця 3.1 – Результати розрахунків


Показники

Системи електричного привода

РКС-ДПС

РКС-АД ФР

ТП-Д

ПЧ-АД

Діапазон регулювання швидкості

1:3

1:3

1:5000

1:20000

Жорсткість механічних характеристик

-

-

+

+

Перевантажувальна здатність

+

+

+

+

Економічність

-

-

+-

+

Приведені витрати:



, (3.1)

де - нормативний коефіцієнт економічної ефективності (Ен=0,15);

К – капітальні вкладення, в які входять вартість двигуна Д і системи керування СК, грн;

С – загальні щорічні відрахування, які враховуються у собівартості продукції, грн./рік.



(грн/рік).

Капітальні вкладення:



, (3.2)

де Д – вартість двигуна (Д=5000 грн);

СК – вартість системи керування (СК=15000 грн).

(грн).

Річні капітальні витрати:



, (3.3)

(грн/рік).

Загальні додаткові відрахування:



, (3.4)

де СА – амортизаційні відрахування;

СР – відрахування на ремонт;

СД – додаткові відрахування;

СО – відрахування на обслуговування.

(грн/рік).

Величина амортизаційних відрахувань:



, (3.5)

(грн/рік).

Відрахування на ремонт електрообладнання:



(3.6)

(грн/рік).

Додаткові відрахування, що враховують втрати енергії в електроприводі за рік:



, (3.7)

де СД1додаткові відрахування, що враховують втрати в двигуні;

СД2 – додаткові відрахування, що враховують втрати в системі керування.

(грн/рік).

Додаткові відрахування, що враховують втрати енергії в двигуні за рік:



, (3.8)

де - кількість втраченої енергії за рік;

с – вартість електроенергії (с=1,19 грн/кВт·год);

(грн/рік).

Сумарні втрати енергії в двигуні у стаціонарних та перехідних режимах за рік:



, (3.9)

де - втрати потужності у двигуні в номінальному режимі роботи;



- втрати потужності у двигуні у перехідних процесах;

kЗВ – коефіцієнт завантаження за потужністю (kЗВ=0,7);

Ф – дійсний фонд часу роботи електродвигуна за рік.

(/рік);

Втрати потужності у двигуні в номінальному режимі роботи:



, (3.10)

де - номінальна потужність приводного двигуна;



- номінальний ККД приводного двигуна(=0,82).

(кВт/год).

Додаткові втрати потужності в двигуні в перехідних режимах:



, (3.11)

(кВт/год).

Дійсний фонд часу роботи електропривода за рік:



, (3.12)

де Zрд – кількість робочих днів за рік (Zрд=250 днів);

Zрз – кількість робочих змін (Zрз=3);

tрз - тривалість робочої зміни (tрз=4 год).



(год/рік).

Додаткові відрахування, що враховують втрати енергії в системі за рік:



, (3.13)

де - сумарні втрати енергії в двигуні.



(грн/рік).

Втрати енергії в системі керування за рік:



, (3.14)

де - втрати потужності в системі керування.



(грн/рік).

Втрати потужності в системі керування за рік:



, (3.15)

де - номінальна потужність перетворювального пристрою;



- ККД перетворювального пристрою.

(кВт/год).

Відрахування на обслуговування електрообладнання:



, (3.16)

(грн).

Таблиця 3.2 – Результати розрахунків



Показники

Системи електричного привода

РКС-ДПС

РКС-АД ФР

ТП-Д

ПЧ-АД

Вартість двигуна Д, грн

12500

10000

12500

5000

Вартість системи керування СК, грн

13000

14500

23000

15000

Капітальні вкладення К, грн

25500

24500

35500

20000

Річні капітальні витрати Крічні, грн

4350

4100

6145

3000

Амортизаційні відрахування Са, грн/рік

2580

2463

3644

1000

Відрахування на ремонт Ср, грн/рік

510

490

725

300

Додаткові відрахування Сд, грн/рік

4140

4138

4161

2503

Відрахування на обслуговування Со, грн/рік

361

354

426

190

Загальні відрахування С, грн/рік

7590

7440

8950

3993

Приведені витрати З, грн/рік

11940

11540

15095

6993

Висновок: аналізуючи технічний та економічний критерій робимо висновок, що нам підходить система керування приводом ПЧ-АД. Оскільки вона має більший ККД та значно більший діапазон регулювання швидкості, також, в порівнянні з іншими системами, ПЧ-АД значно дешевша.


4 ВИБІР ЕЛЕКТРОДВИГУНА ТА ЙОГО ПЕРЕВІРКА
4.1 Вибір двигуна за потужністю і швидкістю обертання

Отже,з врахуванням розрахункової потужності електродвигуна та результатів проведених розрахунків техніко-економічного обґрунтування обираємо приводний двигун за потужністю та швидкістю обертання:

(4.1)

де Рдв.н - номінальна потужність приводного двигуна, кВт;

Рроз - розрахункова потужність приводного двигуна, кВт;

ωдв.н - номінальна кутова швидкість приводного двигуна, с-1;

ωроз – розрахункова кутова швидкість, с-1.

Виходячи з даної умови, обираємо тяговий двигун АИР200L6. Паспортні дані двигуна наведені в таблиці 4.1.

Таблиця 4.1 - Паспортні дані приводного двигуна


Тип двигуна

АИР200L6

Номінальна потужність Рдв.н, кВт

30

Номінальна кутова швидкість nдв.н, об/хв

975

Номінальний коефіцієнт потужності cosφ

0,84

Номінальний коефіцієнт корисної дії ηдв.н, %

90

Максимальний момент Мдв.max, Н·м

615

Пусковий момент Мдв.пуск, Н·м

585

Пусковий струм Іпуск, А

415

Момент інерції Jр, кг·м2

0,25

Номінальний струм обмотки статора Ідв.н, А

60

Синхронна кутова швидкість приводного двигуна:

(4.2)

де f – Частота напруги живлення (f=50 Гц);

zp – кількість пар полюсів обмотки статора (=3).



Номінальна кутова швидкість приводного двигуна:



(4.3)

Номінальний момент приводного двигуна:



(4.4)



Кратність критичного моменту приводного двигуна:

(4.5)



Кратність пускового моменту приводного двигуна:

(4.6)



Номінальне ковзання:

(4.7)



Критичне ковзання:

(4.8)

Кутова швидкість приводного двигуна, при критичному ковзанні:



(4.9)



Номінальна фазна напруга при схемі з’єднання обмоток «зіркою»:

(4.10)

де Uл – номінальна лінійна напруга, (Uл =380 В).



Згідно розрахункових даних для привода даної робочої машини попередньо вибрано АД з КЗ ротором типу АИР200L6 потужністю 30 кВт.
4.2 Розрахунок та побудова тахограми робочої машини

Цикл роботи механізму складається із однієї операції: пересування гібридного автомобіля. Технологічна операція включає в себе розгін, усталений режим роботи та гальмування. Для початку задамося умовами, що рух гібридного автомобіля відбувається зі швидкістю 45, 70, 110 та 70 км/год. у часових проміжках 30, 20, 20,та 10хв відповідно. Переведемо лінійну швидкість у кутову, для цього задамо радіус колеса R=0,30м.

Знайдемо довжину лінії колеса:

(4.11)

Лінійна швидкість(V) для 45 км/год. становить 12,5 м/с, отже частота обертання колеса становить:



(4.12)



(4.13)

Проведемо аналогічні перетворення для інших швидкостей, а результати занесемо в таблицю 4.2

Таблиця. 4.2 – Результати перетвореннь


Лінійна швидкість (км/год)

Кутова швидкість (рад/с)

45

42

70

65

110

102

Виконаємо приведення кутової швидкості виконавчого органу робочої машини (колеса) до вала двигуна.

(4.14)

де іред – передатнє число редуктора, що визначається за наступною формулою:

(4.15)

Даний механізм не вимагає високого передаточного числа редуктора, тому для зменшення маси та втрат в механічній частині оберемо значення іред = 3



Для інших значень швидкостей ωк проведемо аналогічні розрахунки, та представимо результати розрахунків у таблиці 4.3.


Таблиця 4.3 – Результати розрахунків

Кутові швидкості виконавчого органу робочої машини, рад/с

ωк1

ωк2

ωк3

ωк4

ωк5

42

65

102

65

0

Кутові швидкості виконавчого органа приведені до вала двигуна, с-1

ωдв1

ωдв2

ωдв3

ωдв4

ωдв5

126

195

306

195

0

На рисунку 4.1 представимо тахограму і навантажувальну діаграму робочої машини, якісну побудову з кутовими швидкостями і моментами.

Час пуску:

(4.16)

де ε – кутове прискорення (ε =10 рад/с);

Час гальмування:



(4.17)

Час розгону:



(4.18)



(4.19)

Час загальмовування:



(4.20)




4.3 Розрахунок динамічних навантажень та побудова навантажувальної діаграми електропривода

Для данного двигуна визначимо момент інерції, приведений до вала двигуна необхідний для подальших розрахунків:



(4.21)

де δ – коефіцієнт інерції муфт (δ=1,4);

Jд – момент інерції приводного двигуна (Jp=0,1);

Jред – момент інерції редуктора (Jp=0,25);

Визначимо динамічний момент.



(4.22)



Для побудови навантажувальної діаграми визначимо статичний момент (Мс). Слід зазначити, що Мсдв.н=100(Н·м), при чому він незмінний у часі.

Задамо часові проміжки руху гібридного автомобіля з відповідною кутовою швидкістю виконавчого органу робочої машини (колеса) і зведемо їх у таблицю 4.4.

Таблиця 4.4 – Часові проміжки руху з відповідною кутовою швидкістю виконавчого органу робочої машини


Кутові швидкості виконавчого органу робочої машини, рад/с

ωк1

ωк2

ωк3

ωк4

ωк5

42

65

102

65

0

часові проміжки руху, с

tроб1

tроб2

tроб3

tроб4

tроб5

60

180

180

60

60

Сумарний момент на ділянках навантажувальної діаграми привода:



(4.23)



(4.24)



(4.25)



(4.26)



(4.27)



(4.28)



(4.29)



(4.30)



(4.31)



Час роботи на окремих ділянках навантажувальної діаграми привода:

(4.32)



(4.33)



(4.34)



(4.35)



(4.36)



(4.37)



(4.38)



(4.39)



(4.40)



Занесемо значення розрахованих сумарних моментів і часових проміжків у таблицю 4.5.

Таблиця 4.5– Результати розрахунків

Сумарні моменти навантаження привода, Н·м

МΣ1

МΣ2

МΣ3

МΣ4

МΣ5

МΣ6

МΣ7

МΣ8

МΣ9




281

100

281

100

281

100

281

100

281




Час роботи на окремих ділянках навантаження, с

t1

t2

t3

t4

t5

t6

t7

t8

t9




4,2

55,8

2,3

177,7

3,7

176,3

3,7

49,8

6,5




Рисунок 4 .1 – Навантажувальна діаграма привода


4.4 Перевірка вибраного двигуна за нагрівом, перевантажувальною здатністю та умовами пуску

Для перевірки правильності вибору приводного двигуна необхідно здійснити його перевірку за нагрівом, перевантажувального здатністю та умовами пуску.

Оскільки режим роботи робочої машини може передбачати часті пуски та електричні гальмування, які суттєво впливають на нагрів приводного двигуна, то виконується його перевірка за нагрівом відповідно до умови:



(4.41)

де Мдв.н – номінальний момент приводного двигуна, Н·м;

Мекв – еквівалентний момент згідно з навантажувальною діаграмою привода, Н·м;

ТВст% ­ стандартна тривалість ввімкнення (ТВст% = 45%)





Еквівалентний момент згідно з навантажувальною діаграмою привода.



(4.42)

де Mj – момент, який повинен розвивати приводний двигун на j-тій робочій ділянці навантажувальної діаграми привода, Н·м;

βj – коефіцієнт погіршення тепловіддачі на j-тій робочій ділянці навантажувальної діаграми привода;

tj – тривалість роботи j-тої робочої ділянки навантажувальної діаграми привода.


(4.43)


Визначимо значення коефіцієнта погіршення тепловіддачі на j-тій ділянці робочій ділянці навантажувальної діаграми привода.

При роботі з усталеною швидкістю.

(4.44)

де ωдв - усталена кутова швидкість виконавчого органа робочої машини, приведена до вала двигуна на робочій ділянці навантажувальної діаграми привода;

ωдв.н - номінальна кутова швидкість приводного двигуна, с-1.

β0 – коефіцієнт погіршення тепловіддачі при нерухомому роторі (β0=0,5)



(4.45)

Результати розрахунків зведемо у таблицю 6.1


Таблиця 4.6 – Результати розрахунків

Коефіцієнт погіршення тепловіддачі

βу1

βу2

βу3

βу4

1,11

1,45

1,99

1,45

При роботі зі змінною швидкістю.



(4.46)


Перевірка приводного двигуна на перевантажувальну здатність здійснюється відповідно до умови:

(4.47)

де λk – Кратність критичного моменту приводного двигуна;

Мmax – максимальне значення моменту, який повинен розвивати приводний двигун за цикл роботи, Н·м.





Для забезпечення надійного пуску приводного двигуна необхідно здійснити перевірку за умовами пуску з урахуванням можливого зниження напруги мережі при пуску відповідно до умови:

(4.50)

де ku – коефіцієнт, що враховує зниження напруги мережі при пуску ( ku=0,9);

Мдв.п – пусковий момент приводного двигуна (Мдв.п = 584,8 Н·м);

Мс1– момент опору механізму (Мс1 = 53 Н·м);





Отже, можна зробити висновок, що обраний двигун пройшов перевірку за нагрівом, перевантажувальною здатністю та умовами пуску.


5 РОЗРАХУНОК ТА ВИБІР СИЛОВИХ ЕЛЕМЕНТІВ ПЕРЕТВОРЮВАЛЬНОГО АГРЕГАТУ

Електрична частина гібридної силової установки забезпечує:



  1. Роботу двигуна внутрішнього згоряння в режимі «старт-стоп»;

  2. Забезпечення перетворення частини кінетичної енергії автомобіля в електричну енергію в режимі гальмування;

  3. Допомога двигуну внутрішнього згоряння на режимах недостатнього крутного моменту, наприклад, при інтенсивному прискоренні, вироблюваного двигуном внутрішнього згоряння, за допомогою електричного двигуна, що забезпечує роботу ДВС на оборотах з кращої паливної

Гібридні автомобілі з паралельною силовою установкою в основному можуть здійснювати два режими руху:

а) рух за рахунок роботи двигуна внутрішнього згоряння;

б) рух за рахунок одночасної роботи ДВС та електричного двигуна.

Рух лише за рахунок електричної енергії є тільки на деяких гібридних автомобілях з паралельною силовою установкою і тільки за найсприятливіших умов дорожнього руху.


5.1 Вибір акумуляторної батареї

Для гібридного автомобіля, який розглядається, найбільше відповідають нікель-метал-гідридні акумулятори.

Нікель-метал-гідридний акумулятор — електричний акумулятор з категорії вторинних батарей у якому позитивним електродом є оксидно-нікелевий електрод, а негативним — електрод зі сплавів нікелю з металами рідкоземельної групи, здатних до адсорбції водню і десорбції його при зміні полярності.

На відміну від нікель-кадмієвого акумулятора, в якому негативним електродом є кадмієвий електрод, нікель-метал-гідридні акумулятори мають вищі енергетичні характеристики, однак мають вужчий температурний діапазон експлуатації і до того ж мають трохи більший саморозряд і більш чутливі до перегріву, що призводить до необхідності вбудовування в батареї елементів захисту.

Вартість однієї А/год нікель-метал-гідридних акумуляторів на 30-50% вища, ніж у нікель-кадмієвих. NiMH акумулятори можуть мати ємність в 2-3 рази більшу від NiCd, а їх густина енергії наближується до густини енергії літій-іонних акумуляторів.

Цей тип батареї особливо популярний для використання в досить енергозатратних пристроях, тому що вони можуть витримувати високі навантаження і при цьому забезпечити гарну, на відміну від звичайних лужних батарей продуктивність.

Перевагою перед NiCd акумуляторами є збільшення питомих енергетичних характеристик.

Хоча ефекти, пов'язані з перезарядом оксидно-нікелевого електрода, залишаються, проте у Ni-MH акумуляторів відсутній «ефект пам'яті», властивий Ni-Cd акумуляторам через утворення нікелату в негативному кадмієвому електроді.

Зниження розрядної напруги, що спостерігається при частих і тривалих перезарядах так само, як і в Ni-Cd акумуляторів, може бути усунуте при періодичному здійсненні декількох розрядів до одного вольта. Такі профілактичні заходи достатньо проводити один раз на місяць.



Визначимо необхідну ємність акумулятора. Для цього приймемо запас ходу при використанні накопиченої електричної енергії рівним 40 км, а рух автомобіля здійснюватиметься при швидкості 40 км/год.

Отже значення необхідної енергії визначається за формулою:

(5.1)

де t – час протягом якого здійснюється живлення двигуна (t = 1год)



Для акумуляторної батареї оберемо елементи з ємністю Rx = 5,75А·год з напругою U = 100,8В.

Отже, кількість енергії яку можна отримати з обраного акумулятора становить:

(5.2)



Маючи значення необхідної енергії і енергії, яку можна отримати з одного акумулятора, визначимо кількість елементів для акумуляторної батереї:

(5.3)



Отже, у гібридному автомобілі використовується зібрана з 68 акумуляторів батарея. Зарядка акумуляторної батареї відбувається автоматично або за рахунок енергії ДВС, при незначному навантаженні двигуна внутрішнього згоряння, або за рахунок рекуперації енергії при гальмуванні автомобіля. Електронний блок управління високовольтної акумуляторної батареї і система охолодження розташовані безпосередньо в корпусі блоку акумуляторної батареї.
5.2 Система старт-стоп

Під час руху по місту автомобіль значну частину часу стоїть перед світлофорами. У цей час двигун внутрішнього згоряння, що працює на холостому ходу, не робить ніякої корисної роботи, значить, при цьому марно спалюється дороге паливо і в атмосферу викидаються тонни шкідливих для здоров'я людини і навколишнього природи газів. Самостійно вимикати і включати двигун для водія досить важко, а іноді й небезпечно.

Ідея створення системи, що автоматично вимикає при зупинці двигун і автоматично його включає перед початком руху просто витала в повітрі. Подібні автоматичні системи застосовуються і на звичайних автомобілях, але запуск двигуна за допомогою стандартного стартера досить гучний і протікає зі значною вібрацією. У той же час ця функція на гібридних силових установках виконується легко. Потужний електричний тяговий двигун дуже швидко плавно і без вібрацій запускає ДВЗ при знятті водієм ноги з педалі гальма.

5.3Рекуперативне гальмування

Для розгону автомобіля і підтримки його рівномірного руху двигун витрачає багато енергії, причому, чим важче автомобіль і чим вище його швидкість, тим більше потрібно енергії. Енергія, що виробляється як ДВС, так і тяговим електродвигуном переходить у кінетичну енергію рухомого автомобіля. І, відповідно раніше сказаним, чим більше маса автомобіля і чим вище швидкість його руху, тим більше кінетична енергія автомобіля. Судячи з того, які руйнування, часто супроводжують автомобільні аварії, енергія ця дуже велика.

А куди йде ця енергія при зупинці автомобіля? Адже у вартого автомобіля кінетична енергія відсутня повністю, тобто дорівнює нулю.

При гальмуванні гальмівна система звичайного автомобіля перетворює кінетичну енергію в теплову і розсіює теплову енергію в навколишній простір, тобто енергія рухомого автомобіля просто гріє атмосферу. Бажання використовувати цю марно витрачається енергію виникало давно, просто для цього не було технічної можливості. Єдиним прикладом корисного витрачання кінетичної енергії автомобіля було, коли досвідчені водії вантажівок, бачили, що за спуском починається крутий підйом максимально, наскільки дозволяли дорожні умови, розганяли автомобіль, щоб за рахунок кінетичний енергії автомобіля подолати велику частину підйому. Правда, вони цілком могли і не знати про існування кінетичної енергії.

Гібридні автомобілі дозволили накопичувати цю енергію в високовольтної акумуляторної батареї або значно рідше в інших пристроях накопичення та збереження енергії.

Електродвигун (мотор-генератор), що застосовується в гібридній силовій установці - електрична машина двосторонньої дії. Якщо подати на обмотки електричної машини напруга, то машина починає працювати в режимі електродвигуна і перетворює електричну енергію в механічну. Але й навпаки, якщо обертати ротор електричної машини, то машина переходить в режим роботи генератора і на її обмотках виникає напруга, тобто генератор перетворює механічну енергію в електричну. Ось на цьому принципі і грунтується робота системи рекуперативного гальмування. При натисканні на педаль гальма електронна система управління переводить мотор-генератор в режим генератора.

Електроенергія, що виробляється генератором, йде на підзарядку високовольтної акумуляторної батареї. Чим сильніше електричне навантаження генератора, тобто сила струму, що відбирається у генератора, тим більший опір обертанню надає генератор. До генератора механічна енергія (обертання) надходить через трансмісію автомобіля від провідних коліс. Гальмівний момент генератора складається з гальмівним моментом приєднаного ДВС, що призводить до інтенсивного зниження швидкості автомобіля. Гальмівні механізми стандартної гальмівної системи вступають в дії тільки при низькій швидкості автомобіля, коли електромагнітне гальмування неефективно або при екстреному гальмуванні, що визначається ЕБУ гальмівної системи по швидкості переміщення гальмівної педалі і сили натиснення на гальмівну педаль. Тобто в даному випадку кінетична енергія автомобіля не перетворюється на теплову і розсіюється в навколишній простір, а перетворюється в електричну енергію, збережену в високовольтної акумуляторної батареї. Надалі ця енергія використовується для додаткового прискорення автомобіля.

В автомобілях з рекуперативним гальмуванням різко знижується навантаження на гальмівні механізми, що призводить до зниження їх зносу, це дозволяє встановлювати на автомобіль більш легкі гальмівні механізми. Встановлення більш легких гальмівних механізмів знижує загальну масу автомобіля і, що особливо важливо, знижується безпружинна маса автомобіля.

Оскільки деяка частина корисної енергії з'являється не за рахунок роботи ДВЗ, а за рахунок використання викидної енергії, підвищується паливна економічність автомобіля і зменшується забруднення навколишнього середовища, особливо вироблення парникових газів.


6. РОЗРОБКА СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДА
6.1 Розробка функціональної, структурної та принципової електричних схем

Розробимо функціональну схему гібридного автомобіля з послідовним з’єднанням і представимо на рисунку 6.1.

Рисунок 6.1 – Функціональна схему гібридного автомобіля
На рисунку 6.1 зображені такі основні елементи гібридного автомобіля: 1.-Двигун внутрішнього згоряння; 2.-Тяговий електричний двигун (мотор-генератор); 3.-Високовольтна електрична батарея; 4.-Інвертори й перетворювачі струму високої напруги (силовий електричний блок); 5.-Електронний блок управління гібридною силовою установкою; 6.-Допоміжна свинцево-кислотна автомобільна акумуляторна батарея; 7.-Перетворювач високої напруги в напругу 14 вольт; 8.-Коробка перемикання передач;
6.2 Розробка принципової схеми

Схема електрична принципова представлена в на рисунку 6.2.

Основним елементом схеми, який забезпечує безпосереднє керування приводного двигуна є частотний перетворювач, який живиться змінним струмом від генератора або акумулятора через автоматичний вимикач QF1, який забезпечує захист привода від коротких замикань та перевантажень. Автоматичний вимикач QF2 забезпечує живлення та захист контролера, який реалізує логіку керування.

Програмування частотного перетворювача та індикація його поточного стану здійснюється за допомогою панелі Basis Operator Panel.

Схемою передбачено два зворотних зв’язки:

- за струмом, яких реалізовано безпосередньо в частотному перетворювачі;

- за швидкістю, який реалізовано за допомогою цифрового сенсора швидкості (Encoder) та відповідного модуля (Encoder Module).

Основим органом керування є пульт та кулачковий контролер SA1, який має три положення:

- в положенні «0» на дискретний вхід DIN3 частотного перетворювача поступає сигнал +24 В, відповідно до якого відбувається гальмування приводного двигуна.

- в положенні «1» на дискретний вхід DIN1 частотного перетворювача поступає сигнал +24 В, який дає команду початку руху механізму.

- в положенні «2» на дискретний вхід DIN2 частотного перетворювача поступає сигнал +24 В, який дає команду початку реверсування.




Рисунок 6.2. – Схема електрична принципова
7 РОЗРОБКА МАТЕМАТИЧНОЇ МОДЕЛІ САЕП





Поділіться з Вашими друзьями:
  1   2   3   4


База даних захищена авторським правом ©wishenko.org 2017
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка