АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 10
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПО ТЕМЕ: РАЗВИТИЕ ЭКОЛОГИЧНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК ГОРОДСКОГО АВТОБУСА, ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЦЕПИ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА 11
1.1 Гибридная силовая установка 14
1.2 Изделия и компоненты трансмиссии городского автобуса 17
1.3 Топливный элемент 18
1.4 Технология хранения водорода 19
1.5 Тяговая аккумуляторная батарея 20
1.6 Тяговый электрический двигатель 22
1.7 Силовая аппаратура 24
1.8 Прогноз развития бортовых электрогенерирующих установок на базе топливных элементов 26
1.9 Режим работы тяговой электрической машины городского автобуса 28
2. ВЫБОР ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ТЯГОВОГО
ЭЛЕКТРОПРИВОДА И РЕЖИМЫ ДВИЖЕНИЯ ГОРОДСКОГО АВТОБУСА .. 29
2.1 Режим движения гибридного городского автобуса 32
3. ВЫБОР И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СИНХРОННОГО ТЯГОВОГО
ДВИГАТЕЛЯ ГОРОДСКОГО АВТОБУСА 33
3.1 Выбор тягового электрического двигателя 35
3.2 Выбор дифференциала 39
3.3 Выбор инвертора напряжения 40
4. ВЫБОР ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА И ТЯГОВОЙ
АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ ГИБРИДНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ГОРОДСКОГО АВТОБУСА 42
4.1 Выбор электрохимического генератора 42
4.2 Выбор тяговой аккумуляторной батареи 47
4.3 Расчёт ёмкости аккумуляторной батареи, требуемой для гибридного
городского автобуса 49
5. ВЫБОР И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (КОНВЕРТОРА) ГОРОДСКОГО АВТОБУСА .
5.1 Выбор конвертора напряжения 52
5.2 Определение входных и выходных параметров двунаправленного
конвертора 55
ВВЕДЕНИЕ 10
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПО ТЕМЕ: РАЗВИТИЕ ЭКОЛОГИЧНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК ГОРОДСКОГО АВТОБУСА, ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЦЕПИ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА 11
1.1 Гибридная силовая установка 14
1.2 Изделия и компоненты трансмиссии городского автобуса 17
1.3 Топливный элемент 18
1.4 Технология хранения водорода 19
1.5 Тяговая аккумуляторная батарея 20
1.6 Тяговый электрический двигатель 22
1.7 Силовая аппаратура 24
1.8 Прогноз развития бортовых электрогенерирующих установок на базе топливных элементов 26
1.9 Режим работы тяговой электрической машины городского автобуса 28
2. ВЫБОР ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ТЯГОВОГО
ЭЛЕКТРОПРИВОДА И РЕЖИМЫ ДВИЖЕНИЯ ГОРОДСКОГО АВТОБУСА .. 29
2.1 Режим движения гибридного городского автобуса 32
3. ВЫБОР И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СИНХРОННОГО ТЯГОВОГО
ДВИГАТЕЛЯ ГОРОДСКОГО АВТОБУСА 33
3.1 Выбор тягового электрического двигателя 35
3.2 Выбор дифференциала 39
3.3 Выбор инвертора напряжения 40
4. ВЫБОР ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА И ТЯГОВОЙ
АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ ГИБРИДНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ГОРОДСКОГО АВТОБУСА 42
4.1 Выбор электрохимического генератора 42
4.2 Выбор тяговой аккумуляторной батареи 47
4.3 Расчёт ёмкости аккумуляторной батареи, требуемой для гибридного
городского автобуса 49
5. ВЫБОР И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (КОНВЕРТОРА) ГОРОДСКОГО АВТОБУСА .
5.1 Выбор конвертора напряжения 52
5.2 Определение входных и выходных параметров двунаправленного
конвертора 55
5.3 Расчёт и выбор элементов обратимого преобразователя 57
6. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ
ТЯГОВЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ 59
6.1 Скалярное управление 59
6.2 Векторное управление 60
6.3 Прямой метод управления моментом 63
7. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННЫМ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ НА БАЗЕ ТЕОРИИ ОБОБЩЁНННОГО
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТОКА СИНХРОННОЙ МАШИНЫ 64
7.1 Трансформация трёхфазной схемы замещения в энергетическую модель
синхронной машины 64
7.2 Выбор схемной модели синхронной машины 68
8. МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО
УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ В РЕЖИМАХ ЧАС ТИЧНЫХ И НЕ ПОЛНЫХ НАГРУЗОК В I И II ЗОНАХ РЕГУЛИРОВАНИЯ 70
8.1 Моделирование механических характеристик синхронной машины с
помощью математической модели без схемной модели 70
8.2 Выбор модели магнитных потерь 75
8.3 Моделирование рабочих характеристик по схемному аналогу синхронной
машины 76
8.4 Амплитудный метод управления 81
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 85
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 86
За последнее десятилетие тяговый электрический привод получил усиленное развитие. Это связанно с непрерывной разработкой электросиловых установок транспортных средств и частичной заменой тепловых двигателей электрическими или гибридными для электрификации мобильного парка с целью улучшения экологической ситуации в городах.
Актуальность данной темы заключается в том, что в ближайшей перспективе мобильный пассажирский транспорт (такси, микроавтобусы и автобусы) будет неизбежно переводится на электрическую тягу. Эта неизбежность связана с ужесточением законодательных нормативов в сфере экологии. Тяговый электропривод таких городских транспортных средств находится в настоящее время в активной разработке ведущими автомобильными производителями.
Силовая установка тягового электропривода городского автобуса на топливных элементах включает в себя несколько важных компонентов такие, как сам топливный элемент, конверторы напряжения (преобразователь постоянного напряжения), тяговую аккумуляторную батарею, инвертор напряжения (преобразование постоянного напряжения в переменное) и, наконец, тяговый электрический двигатель.
Проблема в эффективном использовании энергетических ресурсов также является актуальной, так как переход на экологически чистый транспорт с применением топливных элементов не самый дешёвый процесс, поэтому решение данной проблемы задачи необходимо.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка экологически чистого мобильного пассажирского транспорта для городской среды.
В выпускной квалификационной работе рассмотрен анализ развития силовых установок городского автобуса и элементная база цепи тягового электропривода, на основе данного анализа был совершён выбор функциональной схемы и силовых элементов экологически чистого городского автобуса вместимостью 80 человек.
Был проведён анализ методов и алгоритмов управления тяговым электроприводом, в ходе которого были выявлены общие недостатки алгоритмов, с этой целью была выполнена разработка алгоритмов управления синхронным электроприводом на базе теории обобщённого энергетического потока синхронной машины, которая более точно позволяет учесть магнитно-механические потери, а также довольно просто в своём исполнении.
Моделирование характеристик энергоэффективного управления синхронной машины в режимах частичных и не полных нагрузок в I и II зонах регулирования подтвердило достоверность представленных алгоритмов, а также их простоту реализации и применения в жизни. Моделирование амплитудного метода управления синхронной машиной подтвердило мультипликативный эффект, смысл которого заключается в уменьшение потерь на всех силовых элементах электропривода, что приводит к значительному повышению коэффициента полезного действия.
В результате проделанной работы получен электропривод экологически чистого городского автобуса и алгоритмы управления к синхронному электрическому двигателю, основанные на теории обобщённого энергетического потока.
При выполнении выпускной квалификационной работы использовались такие программы, как MathCAD и AutoCAD, при помощи которых производились основные расчёты, моделирования рабочих характеристик электрической машины на примере СМ, а также производилось построение основных функциональных схем.
