WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Нгуен Куанг Тхиеу

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ОДНОДВИГАТЕЛЬНЫХ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва – 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ) /Университет машиностроения/»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Овсянников Евгений Михайлович

Официальные оппоненты: Иньков Юрий Моисеевич доктор технических наук, профессор, профессор каф. «Электрическая тяга» МГУПС (МИИТ) Кулифеев Юрий Борисович доктор технических наук, профессор, профессор каф. 301 «Системы автоматического и интеллектуального управления» ФГБОУ ВПО «МАИ (НИУ)» Ютт Владимир Евсеевич доктор технических наук, профессор, заведующий каф. «Электротехника и электрооборудование» ФГБОУ ВПО «МАДГТУ (МАДИ)»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «НИУ МЭИ»

Защита диссертации состоится 27.09.2012 г. в 14-00 на заседании диссертационного совета Д 212.140.01 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ) /Университет машиностроения/» по адресу: 107023 г. Москва, ул. Б. Семеновская, 38, ФГБОУ ВПО «МГМУ (МАМИ) /Университет машиностроения/», ауд. Б-304.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ) /Университет машиностроения/».

Автореферат разослан 26 июня 2012 г.

Ученый секретарь Ю.С. Щетинин диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Вредные вещества отработавших газов автомобилей наносят огромный ущерб здоровью людей и окружающей среде. Кроме того, существует угроза энергетического кризиса, поскольку запасы нефтепродуктов ограничены. Радикальное решение эколого-экономических проблем, обусловленных автотранспортными средствами (АТС), заключается в создании принципиально новых типов АТС, обеспечивающих существенное снижение расходов топлива и токсичных выбросов двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Такими АТС в настоящее время признаны стать автомобили с тяговым электроприводом (ТЭП) и с комбинированной энергоустановкой (КЭУ), состоящей из основного источника энергии – ДВС или электрохимического генератора, и бортовых накопителей энергии различной физической природы, таких как тяговая аккумуляторная батарея (ТАБ), емкостный накопитель энергии (ЕНЭ) и т.п.

Идеология снижения расходов топлива и вредных веществ ДВС известна:

он должен работать в установившихся режимах или в идеальном случае – на характеристике минимальных удельных расходов топлива. Движение автомобиля при «пиковых» динамических нагрузках, что характерно для городских условий, обеспечивается ТЭП, питаемым, в основном от ТАБ с ограниченной энергоемкостью и мощностью. Следовательно, обеспечение высоких техникоэксплуатационных свойств, таких как энергетическая эффективность, быстродействие, надежность ТЭП, играет ключевую роль при создании новых видов городских АТС.

Вопросами создания и исследования АТС с КЭУ в разное время занимались и занимаются такие ученые, как Ефремов И.С., Бахмутов С.В., Гулиа Н.В., Изосимов Д.Б., Каменев В.Ф., Ксеневич И.П., Кустарев Ю.С., Кутенев В.Ф., Петленко Б.И., Селифонов В.В., Умняшкин В.А., Филькин Н.В., Эйдинов А.А., Ютт В.Е., Яковлев А.И. и многие другие.

Вопросам разработки и совершенствования ТЭП транспортных средств, направленных на повышение эффективности их функционирования, посвящено достаточное количество работ. Значительный вклад в решение общих проблем энергосбережения электроприводов (ЭП), синтеза систем управления ЭП, совершенствования КЭУ, обеспечивающих эффективное функционирование транспортных средств внесли Российские и мировые ученые различных научных школ:

Аносов В.Н., Браславский И.Я., Бут Д.А., Ефремов И.С., Ивоботенко Б.А., Ильинский Н.Ф., Иньков Ю.М., Исаев И.П., Лохнин В.В., Петленко Б.И., Пролыгин А.П., Ротанов Н.А., Феоктистов В.П., Шрейнер Р.Т., Щуров Н.И, Ютт. В.Е., Blaschke F., Bose Bimal K., Depenbrock M., Holtz Joachim, Kazmierkowski M.P., Lipo Thomas A., Lorenz R.D., Noguchi T., Takahashi I. и др.

В разработке и создания АТС с КЭУ принимают активное участие ОАО «АвтоВАЗ», ОАО «УАЗ», ОАО «КамАЗ», ОАО «ИжМаш», ФГУП «НАМИ», ФГУП «НИИАЭ», ОАО НПП «КВАНТ», МГТУ «МАМИ», МАДГТУ (МАДИ), НИУ МЭИ, Новосибирский электротехнический университет, и другие производственные и научно-исследовательские организации.

Несмотря на большое количество работ, посвященных созданию АТС с ТЭП, вопросы теоретических и практических исследований, направленных на разработки эффективных систем управления ТЭП, обеспечивающих высокие технико-эксплуатационные показатели новых видов АТС, не получили достаточного развития. Это связано с тем, что создание таких АТС являются основным современным направлением исследования и разработок всех мировых автомобилестроителей. Производители зачастую «закрывают» научную информацию о созданной продукции, что затрудняет дальнейшее совершенствование АТС с тяговым электроприводом.

Таким образом, в настоящее время улучшение эксплуатационных свойств новых видов городских АТС с ТЭП является научной проблемой, а научноисследовательские и практические работы, направленные на решение данной проблемы, актуальны.

В диссертационной работе рассмотрены два возможных пути повышения энергетической эффективности, быстродействия и надежности однодвигательных ТЭП городских АТС.

Первым из них является рационализация процессов энергопреобразования в тяговой системе городских АТС, что позволяет предельно эксплуатировать ТЭП по перегрузочной способности при минимально возможных потерях. Данный путь требует совершенствования методов управления ТЭП для эффективной эксплуатации привода при реализации больших возможностей современных микропроцессорных средств управления.

Второй путь заключается в применении источников и накопителей энергии различной физической природы для повышения объема электроэнергии, вырабатываемой или накапливаемой на борту автомобиля. В частности, для стран с благоприятным условием солнечного освещения, имеется возможность использования солнечной энергии на АТС для восстановления части энергии, израсходованной ТАБ на обеспечение движения автомобиля.

Цель диссертационной работы: улучшение эксплуатационных свойств автотранспортных средств с тяговым электроприводом путем усовершенствования тяговых электроприводов, комбинированных энергетических установок и способов их управления.

Задачи исследования:

1. Анализ путей улучшения эксплуатационных свойств АТС с ТЭП.

2. Разработка уточненных математических моделей короткозамкнутого асинхронного двигателя (АД) с учетом потерь в стали, позволяющих повысить точность моделирования процессов энергопреобразования в ТЭП.

3. Обоснование и решение задач управления ТЭП на базе АД и синхронного двигателя с постоянными магнитами (СДПМ) по критериям минимума потерь и максимума перегрузочной способности, как основным критериям оптимальности.

4. Разработка систем прямого управления моментом (ПУМ) АД и СДПМ с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) питающего напряжения (систем ПУМШИМ).

5. Разработка наблюдающих устройств для динамической идентификации параметров АД, электрических, электромагнитных переменных величин асинхронным тяговым электроприводом (АТЭП), необходимых для функционирования их систем ПУМ-ШИМ и решения задачи повышения отказоустойчивости ТЭП.

6. Разработка рациональных схем управления АТЭП АТС при нарушении работоспособности различных видов датчиков.

7. Разработка универсальных систем формирования задающих воздействий для контура регулирования момента тяговых электродвигателей (ТЭД) с учетом ограничений зарядно-разрядных токов и напряжений ТАБ.

8. Разработка специализированной математической модели солнечной батареи, позволяющей повысить универсальность моделирования тяговой системы АТС при достаточной точности для инженерных расчетов.

9. Разработка математических и компьютерных моделей систем тягового привода (СТП) АТС с ТЭП, позволяющих провести комплексное исследование взаимосвязей, процессов и технико-эксплуатационных свойств таких транспортных средств.

10. Реализация разработанных методик исследования в виде комплекса программных средств на ПЭВМ.

11. Проведение экспериментальных исследований, подтверждающих адекватность разработанных теоретических положений.

12. Разработка научно-обоснованных рекомендаций практического применения полученных результатов исследований.

Методы исследования.

При выполнении диссертационной работы использованы методы теории электрических машин, теории электропривода, теории автоматического управления, теории автомобиля, теории электрической тяги, метод структурного моделирования сложных динамических объектов.

Исследования проводились с применением пакета прикладного программирования Matlab-Simulink, языка программирования С++. Основные теоретические результаты работы подтверждены экспериментальными исследованиями.

Достоверность полученных результатов исследования определяется корректностью поставленных задач, обоснованностью принятых допущений, адекватностью используемого математического аппарата и полученных моделей исследуемых процессов. Обоснованность основных выводов и рекомендаций подтверждена экспериментальными испытаниями и внедрением в практику предложенных технических решений. Результаты расчетов и математического моделирования систем тягового привода АТС с ТЭП и КЭУ удовлетворительно совпадают с результатами стендовых испытаний автомобиля УАЗ-3153 «МАМИ» с гибридной силовой установкой (ГСУ), асинхронного электропривода с прямым управлением моментом, стартер-генераторного устройства (СГУ) на базе вентильно-индукторной машины (ВИМ), разработанной ФГУП НИИАЭ, и КЭУ, включающей ТАБ и ЕНЭ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Совокупность математических и компьютерных моделей СТП АТС с ТЭП и КЭУ, позволяющих проводить комплексные исследования электромагнитных, электромеханических процессов в ТЭП на базе АД, СДПМ, ВИМ, интегральных показателей КЭУ и технико-эксплуатационных свойств АТС в целом.

2. Системы прямого управления моментом АД и СДПМ с широтно-импульсной модуляцией питающего напряжения.

3. Методика управления асинхронным тяговым электроприводом по критериям минимума потерь и максимума перегрузочной способности.

4. Универсальные системы автоматического формирования задающих воздействий для контура регулирования момента ТЭД с учетом ограничений зарядно-разрядных токов и напряжений ТАБ.

5. Концепцию повышения отказоустойчивости системы управления АТЭП при нарушении работоспособности различных видов датчиков в системе.

6. Результаты экспериментальных исследований и моделирования электромагнитных, электромеханических процессов в СТП автомобиля с ГСУ параллельного типа, в асинхронном электроприводе с ПУМ-ШИМ, в вентильноиндукторном стартер-генераторном устройстве, их основных топливноэнергетических показателей; научно-обоснованные рекомендации по дальнейшему повышению топливной экономичности ГСУ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана методика ПУМ-ШИМ АД в произвольной ортогональной вращающейся системе координат и СДПМ в системе координат, связанной с ротором. Реализация по предложенной методике системы управления (СУ) АД в неподвижной системе координат, связанной со статором, позволяет упростить структуру СУ электроприводом, снизить объем вычислений для управляющих микропроцессоров. Установлено, что ТЭП на базе АД и СДПМ с предложенной методикой ПУМ-ШИМ имеют:

- более высокие энергетические показатели по сравнению с ТЭП, управляемыми классическими системами скалярного управления, системами ПУМ с гистерезисными регуляторами момента и потокосцепления статора;

- высокую динамику и высокую точность регулирования момента и магнитного потока, что позволяет эффективно реализовать оптимальные законы управления ТЭП с учетом ограничений ресурса силовых агрегатов привода.

Положительные качества разработанных систем ПУМ-ШИМ в общем итоге позволяет повысить энергоэффективность ТЭП переменного тока.

2. Разработаны универсальные системы формирования задающих воздействий для контура регулирования момента ТЭД при ограничениях зарядноразрядных токов и напряжений ТАБ, что позволяет эффективно контролировать за состоянием последней и повысить срок ее службы.

3. Предложена концепция повышения отказоустойчивости АТЭП путем комбинирования их рациональных систем управления (частотно-токового, векторного, ПУМ-ШИМ) при отказе различных видов датчиков. При нарушении работоспособности измерительных средств необходимые информации для управления электроприводом восстанавливаются комплексом наблюдающих устройств, разработанных на основе метода скоростного градиента. Данная концепция может быть распространена на ТЭП с СДПМ.

4. Разработана математическая модель солнечной батареи (СБ), адаптированная к транспортным условиям эксплуатации, с учетом изменения скорости движения АТС, освещенности и температуры окружающей среды.

5. Разработана уточненная математическая модель АД с учетом потерь в стали, отличающаяся уменьшением числа параметров по сравнению с моделью, основанной на традиционной Т-образной схеме замещения. Предложенная модель АД позволяет повысить точность моделирования электромагнитных процессов в ТЭП, эффективно решить задачи определения оптимальных законов управления статическими режимами работы АД, упростить задачу идентификации их параметров.

6. Разработан комплекс математических и компьютерных моделей СТП АТС, состоящих из различных типов источников/накопителей энергии (ДВС, ТАБ, ЕНЭ, СБ), электрических машин (АД, СДПМ, ВИМ). В компьютерных программах вложены рациональные методы управления ТЭП, что позволяет оценить их интегральные показатели при различных способах управления.

7. Разработаны научно-обоснованные рекомендации по повышению топливноэнергетических показателей ГСУ параллельного типа.

Практическая ценность работы заключается в решении научнотехнической проблемы улучшения эксплуатационных свойств АТС путем создания новых эффективных способов управления ТЭП переменного тока, поиска средств увеличения доли участия ТЭП в обеспечении движения транспорта.

Внедрение в практику проектирования и создания АТС полной массой до 3,5 тонн разработанных моделирующих алгоритмов и компьютерных программ сокращает сроки и стоимость опытно-конструкторских работ по разработке систем тягового привода АТС.

Разработанная система отказоустойчивости асинхронного ТЭП с наблюдающими устройствами, построенными на основе метода скоростного градиента, повышает надежность АТС.

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе для студентов вузов, обучающихся по специальностям «Электроприводы и системы управления электроприводов» и по направлению «Электротехника, электромеханика и электротехнология», а также для аспирантов по специальности 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы».

Совокупность полученных теоретических и практических результатов создает объективные предпосылки для расширения области применения и внедрения в практику проектирования разработанных способов управления ЭП с целью повышения энергоэффективности, улучшения динамики и надежности электроприводов переменного тока.

Личный вклад автора заключается: в разработке методик прямого управления моментом ТЭП на базе АД и СДПМ, управления АТЭП по критериям минимума потерь и максимума перегрузочной способности с учетом ограничений на ресурсы силовых агрегатов электропривода; в разработке упрощенных математических моделей солнечной батареи, АД с учетом основных видов потерь; в разработке системы динамической идентификации параметров и переменных состояния АТЭП на основе метода скоростного градиента; в разработке математических и компьютерных моделей систем тягового привода АТС с однодвигательными ТЭП; в обосновании схемы ТЭП переменного тока, обеспечивающего высокое быстродействие, высокую точность регулирования момента при высокой энергетической эффективности и надежности привода.

Автор принимал непосредственное участие в разработке программных средств, в проведении экспериментальных и вычислительных исследований по всем разделам диссертации.

Реализация результатов работы. Полученные результаты теоретических исследований по повышению технико-эксплуатационных показателей АТЭП, комплекс программных средств исследования их оптимальных рабочих режимов использованы при разработке системы ТЭП автомобиля УАЗ-3153, созданного МГТУ «МАМИ» совместно с ОАО НПП «Квант». Результаты работы также использованы при разработке автоматизированного электропривода для электроводородного генератора ЭВГ-3 в ОАО «ОМ ЭНЕРДЖИ Лтд», при разработке стартер-генераторных устройств для автомобилей массой до 3,5 тонн в ФГУП НИИАЭ, и в учебном процессе МГТУ «МАМИ». Практические реализации результатов работы подтверждены соответствующими актами.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на научных конференциях и симпозиумах: Международном симпозиуме «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки кадров», г. Москва, 2000г.; 5-м Международном симпозиуме «Элмаш2004. Перспективы и тенденции развития электротехнического оборудования», г. Москва 2004; Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии», г. Тольятти, 2004;

Международных научно-технических конференциях Ассоциации автомобильных инженеров России «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров», г. Москва 2005, 2007;

Международном научном симпозиуме «Автотракторостроение – 2009», г. Москва, 2009; Международной научно-технической конференция Ассоциации автомобильных инженеров «Автомобиле- и тракторостроение в России: Приоритеты развития и подготовка кадров», г. Москва, 2010.

Публикация. По теме диссертации опубликовано 58 печатных работ, в том числе 1 монография и 20 статьей в рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 205 наименований, приложений. Работа содержит 236 страниц машинописного текста, 157 рисунков и 32 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражены актуальность работы, решаемая в диссертации научная проблема, сформулированы цель и задачи исследования, описаны методы исследований. Приведены основные положения, выносимые на защиту, изложены сведения о научной новизне, практической значимости, реализации и апробации работы.

Первая глава посвящена анализу путей улучшения эксплуатационных свойств городских АТС с ТЭП.

Развитие теории и практики производства автомобилей подтвердило их основные эксплуатационные свойства: тягово-скоростные и тормозные свойства, топливная экономичность, экологические показатели, управляемость, устойчивость движения, маневренность, проходимость, плавность хода, надежность.

В современных автомобилях данные свойства обеспечивает сложная совокупность силовых агрегатов и вспомогательного оборудования, включая системы управления ими.

Основной целью применения ТЭП в составе тяговой системы городских АТС является исключение неблагоприятных режимов работы ДВС при низких частотах вращения его коленчатого вала, что естественно приводит к повышению топливной экономичности и экологичности автомобиля.

Можно отметить, что механические характеристики ТЭД, которые подлежат к управлению, напрямую влияют на эксплуатационные свойства автомобиля. Для улучшения тягово-скоростных, тормозных свойств, проходимости, маневренности автомобиля тяговые электродвигатели должны, при необходимости, развивать свои предельные значения момента и мощности во всех своих рабочих режимах с учетом существующих ограничений на его ресурсы, а также ресурсы связанных с ним других агрегатов. Улучшение плавности хода возможно путем демпфирования электроприводом динамических нагрузок в трансмиссии АТС. Высокая динамичность и точность регулирования момента ТЭД позволяют повысить управляемость и устойчивость движения автомобиля. Независимо от своих рабочих режимов необходимо обеспечить минимально возможные потери в ТЭД и источниках электропитания (ИЭП) для повышения энергетической эффективности самого тягового электропривода.

Таким образом, для улучшения эксплуатационных свойств городских АТС следует совершенствовать ТЭП по следующим направлениям:

- применить ТЭД и их ИЭП с высокими энергетическими, динамическими характеристиками и надежностью;

- построить высококачественные системы управления ТЭП, удовлетворяющие требованиям: высокому быстродействию и высокой точности регулирования момента; предельной эксплуатации электропривода по моменту, мощности при высокой энергетической эффективности и надежности.

В соответствии с вышеотмеченными требованиями к ТЭП основными критериями, рассматриваемыми в диссертации, являются критерии оптимальности по быстродействию, точности регулирования момента, минимуму потерь, минимуму удельных расходов энергии ИЭП, максимуму момента при действующих в приводе ограничениях по магнитному потоку, току и напряжению всех силовых агрегатов системы.

Предлагается решить задачу повышения энергетической эффективности ТЭП по двум аспектам:

- определить закон управления, обеспечивающий условие минимума суммарных потерь мощности ТЭП в квазистатических режимах;

- отыскать способ управления для снижения динамических потерь в приводе.

На основе анализа перспективных направлений совершенствования ТЭП АТС обоснована обобщенная структура однодвигательных ТЭП переменного тока на базе АД и СДПМ, позволяющая реализовать вышеотмеченные требования (рис. 1).

Рис. 1. Обобщенная функциональная схема системы управления однодвигательных ТЭП на базе АД и СДПМ На схеме, приведенной на рис. 1, приняты следующие обозначения: РС – регулятор скорости; ФЗМ – формирователь задания момента; РМ – регулятор момента; РП – регулятор потока; ПЧ – преобразователь частоты; НУ – наблю дающее устройство; M,, – текущие значения электромагнитного момента, угловой частоты вращения ротора, потокосцепления (статора или ротора) ТЭД, * M,*,* – их задающие значения; Ud, Id – выходные напряжение, ток ИЭП;

max – векторы допустимых значений напряжений, токов, потокосцеплений в системе; us, is – векторы текущих значений напряжения и тока статора ТЭД; U* s – вектор задающих значений напряжения для ПЧ; – оцениваемые параметры ТЭП; MC – приведенный к ротору ТЭД момент сопротивления движению ТЭП.

Здесь и далее величины, обозначенные жирным шрифтом – векторы или матрицы; верхним индексом «^» – оцениваемые по модели ТЭД наблюдающими устройствами; «звездочкой» – задающие значения для СУ; нижними индексами «max», «min» – максимальные и минимальные значения соответствующих величин.

Блок «Оптимизатор» предназначен для формирования заданных значений потокосцеплений * исходя из статических зависимостей ТЭП по желаемым критериям оптимальности, на основании текущей частоты и задания момента * M, с учетом совокупности ограничений на ресурсы силовых агрегатов в системе max.

В системе управления ТЭП предусмотрены контуры прямого регулирования момента и магнитного потока электродвигателя. При необходимости можно добавить внешний контур регулирования скорости электропривода.

В данной главе также проведен анализ состояния и тенденций развития источников энергии ТЭП АТС, отмечена целесообразность применения солнечной энергии на борту автомобиля для увеличения пробега автомобиля в режиме электрической тяги. Представлены классификация и анализ структур систем тягового привода АТС с ТЭП, что позволяет правильно выбрать их математическую модель, алгоритмы управления силовыми агрегатами, сравнивать их технико-эксплуатационные показатели, определить основные требования к ТЭП и пути его совершенствования.

Вторая глава посвящена исследованию оптимальных режимов работы асинхронного тягового электропривода. Установлены аналитические условия оптимизации режимов АТЭП, которые позволяют создавать основу для синтеза рациональных законов управления приводом.

Проведенный в работе анализ энергетических режимов АТЭП основан на математических моделях АД с учетом потерь в стали, полученных при модернизации модели двигателя, выведенной из модели обобщенной электрической машины, путем изменения масштаба вектора потокосцепления ротора r.

Рис. 2. Схемы замещения АД в динамических режимах с учетом потерь в стали:

(а) последовательная; (б) параллельная Введя новую переменную R (Lm / Lr )r, можно преобразовать традиционную Т-образную схему замещения АД в схему, приведенную на рис. 2, а, с соответствующими уравнениями, описывающими процессы энергопреобразования в двигателе:

s u Rsis ps jks RM iM ; 0 RRiR pR jsR;

(1) R s L is R; R LM iM ; iM is iR; M 1,5zpLM Im{isi* }, здесь р – оператор дифференцирования; R, L – активное сопротивление и индуктивность; индексы « s,r,m » соответствуют величинам статора, ротора и контура намагничивания; k – угловая частота вращения ортогональной системы координат; , r z – механическая и электрическая угловые частоты враp щения ротора; zp – число пар полюсов; s k r – угловая частота скольжения; LM L2 / Lr ; RR Rr (L2 / L2 ) ; RM – фиктивное активное сопротивление, m m r учитывающее магнитные потери, включенное последовательно с индуктивностью LM ; 1 L2 /(LsLr ) – коэффициент рассеяния АД; L Ls.

m При учете потерь в стали активным сопротивлением (R ), включенным параллельно с цепью намагничивания (L ), справедлива «параллельная» схема замещения, приведенная на рис. 2, б. В этом случае уравнения АД имеют вид:

us Rsis ps jks; 0 RRiR pR jsR;

(2) L is LiL ; R LiL ; is iR iL i ; Ri pR jkR.

s Активные сопротивления RM, R и индуктивности LM, L, зависящие от частоты напряжения питания 1, определяются соотношениями:

RM 0 Pст0 /(1,5IM 0 ); RM RM 0 (1 /10 )1,3;

2 R 0 [RM 0 (10LM 0)2]/ RM 0; R R 0(1 /10)0,7; L [RM (1LM )2]/ LM, где 10, Pст0, IM 0 – угловая частота напряжения питания, потери в стали, модуль вектора тока iM, определяемые по опыту холостого хода.

Добавочные потери можно учитывать в (1), (2) введением в цепь статора дополнительного сопротивления Rsдоб Pдобном /(1,5Isном ), где Isном, Pдобном – модуль вектора тока статора и добавочные потери в номинальном режиме.

Таким образом, представленные модели (1), (2) позволяют включать в себя основные потери в АД при уменьшенном числе параметров, что выгодно отличает их от традиционной модели на Т-образной схеме замещения.

Адекватность приведенных моделей АД проверена сопоставлением расчетных основных энергетических показателей (потребляемой активной мощности P1, КПД АД, коэффициента мощности cos ) ряда двигателей мощностями 10…110 кВт с их справочными и экспериментальными данными в различных нагрузочных режимах. Относительные погрешности оценки моделями (1), (2) значений КПД АД не превышают 2,5%, P1 – 1,5%; cos – 3%. Необходимо отметить, что модель (2) более адекватно описывает энергетику АД, однако отклонения погрешностей расчета энергетических показателей между двумя моделями не превышают 1…2%. В связи с этим, при моделировании процессов в АТЭП в работе использована модель (2), а модель (1) применена для решения задач исследования оптимальных законов управления приводом в связи со своей простотой математического описания.

Для определения оптимальных режимов работы АТЭП использовался метод параметрической оптимизации, суть которого заключается в установлении аналитической связи между желаемым критерием оптимизации (потерями, моментом, мощностью и т.п.) и варьируемым параметром в виде:

F(), где – переменные состояния АД (момент, модули векторов тока, напряжения, потокосцеплений ротора, статора), при фиксированных значениях которых можно найти экстремум оптимизируемой величины ; F() – функция, определяемая по уравнениям установившегося режима, зависящая от варьируемого параметра , который представляет собой тангенс угла фазового смещения I между векторами is,R или отношение компонентов isq, isd вектора is в системе координат (d,q), ориентированной по полю ротора:

tgI isq /isd sTR, (3) где TR LM / RR Lr / Rr – постоянная времени роторной цепи АД.

Значение параметра , соответствующее работе машины в оптимальном режиме, определяется из условия d d 0. По вычисленному значению параметра и по требуемой величине момента можно рассчитывать для СУ ТЭП оптимальные задающие величины скольжения, компоненты вектора тока статора, модули векторов потокосцепления статора или ротора двигателя.

Для ТЭП важно во время разгона или экстренного торможения развивать максимально возможные момент или мощность ТЭД. Естественно, что эти режимы достигаются только при максимальных значениях тока, напряжения статора и потокосцепления ротора, ограничиваемых допустимыми условиями по безопасной работе ключей преобразователя частоты, по перегреву и степени насыщения магнитной цепи АД. Поэтому критериями оптимальности для АТЭП в этих случаях должны служить максимизация момента при максимальном токе (Is Is max, Us Us max, R R max ) в области низких скоростей движения АТС;

максимизация мощности при максимальных значениях тока, напряжения статора с ослаблением магнитного поля (Is Is max, Us Us max, R R max) ; максимизация момента в области высоких скоростей при максимальном напряжении (Is Is max, Us Us max, R R max).

На основании модели АД (1) и метода параметрической оптимизации разработана методика определения предельных характеристик АТЭП (M (), Is (),R (),Us ()) с учетом ограничений по току, напряжению и потокосцеплению ротора АД. На основе (1) установлены аналитические соотношения между моментом, модулями векторов потокосцеплений, тока, напряжения статора и варьируемым параметром . Для каждого вида ограничений определена оптимальная Рис. 3. Тяговая система АТС с КЭУ, величина , позволяющая реализовать включающей ТАБ максимальную перегрузочную способность привода. Проверена адекватность разработанной методики экспериментальными исследованиями предельных характеристик АТЭП с АД 4АПА-2Э160.

Проведено исследование оптимальных рабочих режимов тяговой системы АТС с КЭУ, включающей буферную ТАБ (рис. 3) и основную энергоустановку (ЭУ – ДВС-генератор, электрохимический генератор, СБ и т.п.); АД с автономным инвертором напряжения (АИН) При принятии рациональных допущений (пренебрежение пульсаций токов, обусловленных дискретной работой АИН; постоянство в достаточном малом расчетом периоде параметров схемы замещения ТАБ, мощности ЭУ) из уравнения равновесия напряжения ТАБ и системы уравнений (1), при заданных значениях момента М и частоты вращения АД , можно вывести аналитические зависимости, определяющие соответствующие значения параметра , обеспечивающие оптимальные режимы АД и АТЭП по критериям:

- минимума электрических потерь в меди АД: Rs /(Rs RR ) ;

- минимума суммарных потерь в АД (или максимуму КПД, минимума потребляемой активной мощности): (Rs RM ) /(Rs RR ) ;

- минимума тока статора: 1;

- минимума потребляемой реактивной мощности (максимума cos ): ;

- минимума суммарных потерь в тяговой системе АТС, включающей АТЭП и КЭУ с ТАБ: (Rs RM RИ ) /(Rs RR RИ ), где RИ – фиктивное активное сопротивление, эквивалентное потерям в АИН.

Можно заметить, что величина зависит от активных сопротивлений статора и ротора АД, которые подвержены колебаниям при изменении теплового режима двигателя. Для оценки влияния параметров АД на его оптимальные режимы работы введен показатель «относительная погрешность отклонения суммарных потерь (%) от своего оптимального значения»:

' опт 1 PАД / PАД 100%, (4) опт ' где PАД, PАД – суммарные потери в АД при правильной (соответствующей фактическому оптимальному условию) и неправильной оценке параметров АД.

Установлено, что величина сопротивления ротора R оказывает большое R влияние на энергетическую эффективность АТЭП при его управлении по закону минимума тока статора. Неточная информация о величине RR приведет к ошибке формирования для системы управления задания частоты скольжения s (или угла I ), и к сильному увеличению величины относительной погрешности , определяемой по (4), вплоть до 50% при 2-кратном изменении RR.

Проведенные исследования энергетических показателей АД при различных законах оптимального управления по вышеприведенным критериям позволили установить следующие особенности каждого из них:

- законы минимума электрических потерь в меди и минимума потребляемой реактивной мощности имеют более низкие энергетические показатели по сравнению с законами минимума тока статора и минимума суммарных потерь;

- при минимуме тока статора значение коэффициента cos находится в пределах 0,7…0,75; при несвоевременной корректировке задающих воздействий для системы управления АТЭП, адаптированных к изменению сопротивления ротора, условие минимума тока статора нарушается и может привести к сильному возрастанию суммарных потерь в АД, снижению коэффициента cos, что эквивалентно увеличению потерь в ТЭП;

- закон минимума суммарных потерь обеспечивает лучшие энергетические показатели, обладает малой чувствительностью к изменению активных сопротивлений АД, изменению нагрузок АИН (величины RИ ). Это позволяет рекомендовать выбрать критерии минимума потерь и максимума перегрузочной способности в качестве основных критериев оптимальности для АТЭП АТС. В зависимости от скоростных режимов привода магнитные потоки в АД при минимуме суммарных потерь изменяются в широких пределах, что требует наличия в СУ АТЭП контура регулирования потокосцепления с высокой динамичностью.

Для решения задачи управления АТЭП по критериям минимума потерь и максимума момента использованы графоаналитический метод и метод параметрической оптимизации. На рис. 4 представлены предельные характеристики АТЭП при минимуме потерь (кривые, обозначенные индексами «опт») и максимуме момента (кривые с индексами «пр»). Нижним индексом «гр» обозначены граничные частоты ротора, при которых происходит перемена вида ограничения.

Из данного рисунка можно отметить, что регулирование АТЭП по минимуму потерь возможно только в области, ограниченной кривой предельной механической характеристики при минимуме потерь D0DE и кривой суммарных моментов сопротивлений движению АТС, приведенных к ротору АД, MC0MC. Сокращено будем называть данную область – «область безусловного минимума потерь» (ОБМП).

Аналитическим методом доказано, что вне ОБМП необходимо Рис. 4. Предельные характеристики поддержать потокосцепление ротоАТЭП при минимуме потерь и максимуме ра на характеристике Rпр для перегрузочной способности обеспечения условия минимума потерь. На основании метода параметрической оптимизации разработана методика формирования для систем управления АТЭП задающих величин , определяемых по (3), удовлетворяющих критерию безусловного минимума потерь в ОБМП, с автоматическим переходом на режимы условного минимума потерь вне ОБМП и достижением максимума момента с учетом ограничений по ресурсам силовых агрегатов ТЭП.

Для СДПМ, аналогично АД, установлены аналитические условия связи между компонентами вектора тока в системе координат, связанной с ротором, обеспечивающие работы СДПМ по минимуму потерь и максимуму перегрузочной способности.

Третья глава посвящена разработке новых систем прямого управления моментом с широтно-импульсной модуляцией питающего напряжения для ТЭП на базе АД и СДПМ.

Проведенный анализ современных и перспективных систем управления электроприводами переменного тока показывает, что недостатком классических векторных СУ, ориентированных по магнитным полям электродвигателя, является сложность их структуры, а недостатком классических систем ПУМ является повышенные коммутационные потери в преобразователе частоты и пульсации момента по сравнению с векторным методом. Отмеченный недостаток систем ПУМ можно устранить путем отказа от релейных регуляторов при применении ШИМ выходного напряжения ПЧ. В работе предложена методика синтеза систем ПУМ-ШИМ с прямым регулированием момента и потокосцеплений статора, ротора двигателя в произвольной ортогональной вращающейся системе координат. Суть методики заключается в установлении динамической связи момента, потокосцепления статора (ротора) с новыми управляющими воздействиями, на основании которых формируется вектор управляющего напряжения статорной обмотки АД.

Из модели (1), при пренебрежении потерями в стали, в произвольной ортогональной системе координат (x, y) можно получить систему уравнений АД, выраженных через векторы тока и потокосцепления статора:

pisx isx /T0 sisy (sx /TR rsy usx ) / L ;

pisy sisx isy /T0 (rsx sy /TR usy ) / L ;

(5) psx Rsisx ksy usx; psy Rsisy ksx usy;

M 1,5zp (sxisy syisx ), где T0 (1/s 1/ )1; L / Rs, TR – постоянные времени статорной и R s R роторной цепей АД.

Продифференцировав уравнение момента в системе (5), можем получить уравнение, описывающее динамику изменения момента от новых управляющего US и возмущающего воздействий W1S :

pM M /T0 kMUS kMW1S, (6) US usysx usxsy; W1S rL (sxisx syisy ) rs2 zpQ / kM, где (7) Q 1,5(usyisx usxisy ) – потребляемая АД реактивная мощность; kM 1,5zp / L ;

2 s2 sx sy – квадрат модуля вектора s.

Связи между потокосцеплением статора и управляющим напряжением статора АД можно найти из системы уравнений (5):

0,5 ps2 VS W2S, (8) где VS, W2S – управляющее и возмущающие воздействия контура потока, VS usxsx usysy; W2S Rs (sxisx syisy ).

(9) На основании (6)…(9) можно построить структурную схему замкнутых контуров регулирования потокосцепления статора и момента АД, представленную на рис. 5. ПЧ характеризуется временем запаздывания T.

Передаточные функции регуляторов момента WPM ( p) и потокосцепления статора WPП ( p) можно синтезировать по различным методам теории автоматического управления, в том числе и по методу стандартной настройки регуляторов на технический оптимум с пропорциональным регулятором потока и пропорционально-интегральным (ПИ) регулятором момента.

Предложена система ПУМ-ШИМ АД с функциональной схемой, показанной на рис. 6. На выходе регуляторов момента и потокосцепления статора формируются управ* * ляющие сигналы US, VS.

Задающие напряжения * * usx, usy для АИН вычисляются в блоке «Формирователь задающего напряжения» при решении Рис. 5. Структурная схема замкнутых контуров первых уравнений систем регулирования потокосцепления статора и момента АД (7), (9):

* * * * * * usx (VS sx USsy ) / s2; usy (USsx VS sy ) / s2.

* Задание момента M можно формировать программным путем или внешним регулятором скорости.

По вышеприведенной методике в работе также изложен синтез систем ПУМШИМ с регулированием момента и потокосцепления ротора. Отметим, что система ПУМ-ШИМ АТЭП в неподвижных координатах, свяРис. 6. Функциональная занных со статором, которую схема АТЭП с прямым можно получить из схемы, управлением моментом и приведенной на рис. 6, имеет потоком статора Датчик скорости самую простую структуру, благодаря отсутствию операций преобразования координат. Применение стандартных методов настройки регуляторов момента и потока дает возможность сократить время синтеза, отладки СУЭП. Кроме того, высокое быстродействие контура регулирования потокосцепления статора позволяет эффективно реализовать закон управления ТЭП по минимуму суммарных потерь в системе.

С целью оценки динамических и энергетических качеств предложенной СУ проведено моделирование движения ЭП по ездовому циклу с разными темпами разгона, торможения, постоянными скоростями, при различных методах его управления: частотно-токового, векторного, классического ПУМ, ПУМШИМ. На рис. 7 приведен фрагмент результатов моделирования в среде MatlabSimulink АТЭП, установленного на гибридном автомобиле УАЗ-3153 МГТУ «МАМИ» при ПУМ-ШИМ и частотно-токовом управлении.

isa – фазный ток АД; Em, E1, EАБ – затраты энергии на механическую работу, АД и ТАБ.

Рис. 7. Характеристики АТЭП при ПУМ-ШИМ (а) и частотно-токовом управлении (б) Для сравнения энергетических показателей ТЭП при различных способах управления введен показатель «удельный расход энергии источника питания за ездовой цикл движения электропривода» (wИ ), определяемый как: wИ EИ /, где – механический угол поворота ротора двигателя, эквивалентный пути, преодолеваемому ТЭП при совершении транспортной работы; EИ – энергия, расходуемая источником за время (TЦ ) движения ТЭП по ездовому циклу.

Анализ полученных результатов моделирования динамических характеристик и энергетических показателей ТЭП при различных способах управления показывает, что в зависимости от режимов работы ТЭП величина wИ в системах с ПУМ-ШИМ меньше, чем в системах с частотно-токовым управлением 7%...15%;

классическим ПУМ – 2%…8%. Во всем заданном диапазоне изменения скорости ТЭП предложенная система ПУМ-ШИМ обеспечивает устойчивость, высокие динамичность и точность регулирования момента, потокосцепления статора.

В работе обоснована необходимость и представлены решения задачи динамической идентификации параметров АД и переменных состояния привода, необходимых для построения систем управления АТЭП с улучшенными технико-эксплуатационными качествами.

Основной для синтеза системы адаптивной идентификации параметров и переменных состояния АТЭП служит модель АД (1), записанная в неподвижной системе координат ( ) при пренебрежении потерями в стали:

s u Rsis ps; 0 RRiR pR jrR; iM is iR, (10) s s Lsis R; R (1 )LsiM ; M 1,5zp Im{is*}, где LM (1 )Ls.

Из (10) можно вычислить все необходимые для построения системы ПУМ переменные (потокосцепления статора, ротора, электромагнитный момент) по измеряемым фазным токам и напряжениям обмоток статора при известных параметрах АД – Rs, RR, Ls и , причем последний в процессе работы ЭП меняется незначительно и может быть принимать постоянным, равным своему номинальному значению.

Природа изменения параметров АД различна: Ls изменяется в зависимости от степени насыщения магнитопровода, а Rs, RR – от температурных режимов АД. Процесс изменения индуктивности можно рассматривать как «быстрый», а активных сопротивлений – «медленный». Идентификацию параметров АД целесообразно проводить по разным темпам, соответствующим особенности их изменения.

Определение величины индуктивности статорной обмотки производится при известном активном сопротивлении статора на основании наблюдателя вектора тока статора:

ps Rss / Ls us / Ls G, (11) где G diag[G ;G ] – матрица регулятора наблюдателя вектора тока is.

Согласно методике синтеза адаптивного идентификатора параметров динамического объекта по методу скоростного градиента можно выбрать алгоритм s адаптации величины L1 и элементы матрицы регулятора G в виде:

s s0 PL L I L1 L1 ( / p)eT (us Rss ); G GsigneI ; G GsigneI, (12) где G R max / Ls min; eI is s – ошибка наблюдения тока статора; символом « » обозначены коэффициенты ПИ регуляторов идентифицируемых величин.

Принимая допущение об известном значении Ls, оцениваемом по (12), из (10) можно построить наблюдатель векторов is,R в виде:

Ls ps (Rs RR )s (RR / LM jr )R us K;

(13) pR RRs (RR / LM jr )R, а алгоритмы адаптации параметров и матрица K определяются уравнениями:

Rs Rs0 ( Ps s / p)eT s; RR RR0 ( PR R / p)eTF;

I I (14) I r r0 ( P / p)eT ; K diag[KsigneI, KsigneI ] где F s R / LM ; T [R, R ]; K R max (1/TR min r max ); нижним индексом «0» обозначены начальные значения идентифицируемых параметров.

На рис. 8 приведена структура системы идентификации параметров и частоты вращения АД, в которой идентифиs катор величины L1 определяются (11), (12), Rs,RR,r – (13), (14).

Поскольку скорость изменения сопротивлений Rs, RR мала по сравнению со скоростью изменения индуктивности, целесообразно использовать средние зна чения их оценок Rs, RR за определенный промежуток времени T.

Одной из важнейших задач, котоРис. 8. Структура системы идентифирую необходимо решить при проектирокации параметров и частоты АД вании новых видов АТС с КЭУ, является обеспечение высокой надежности ТЭП, что требует не только выбора надежных аппаратных средств, но и разработки отказоустойчивых СУ. Под отказоустойчивостью понимают свойство технической системы сохранять способность функционирования после отказа определенного количества его частей при вероятном снижении техникоэксплуатационных показателей системы. В работе предложено рациональное решение данной задачи при отказе различных датчиков в системе путем наблюдения «потерянных» данных на основе информации, полученной от исправных измерителей, и при необходимости – изменением структуры СУ.

Построение современных СУ АТЭП требует наличия минимум 5 датчиков: 2 датчика фазных токов статора (ДФТ), датчик скорости (ДС), датчики тока (ДТ) и напряжения (ДН) ТАБ, причем последние предназначены для контроля за состоянием ТАБ. При отказе ДТ и ДН на основании математической модели системы «ТАБ – АИН – АД» можно восстановить информацию о токе и напряжении ТАБ по результатам измерения фазных токов. Скорость ТЭП можно определить по вышеприведенной методике ее идентификации при нарушении работоспособности ДС. При отказе ДФТ имеется возможность восстановления фазных токов статора по результатам измерения тока и напряжения ТАБ с помощью наблюдателя (11) при матрице регулятора G [GfsigneIa,GfsigneIa ], где eIa Ia Ia – ошибка наблюдения тока ТАБ; G – выбираемый достаточно большим коэффициент регулятора;

Ia 1,5( fs fs ), f, f – функции переключения силовых ключей АИН.

Проанализировав структуры существующих СУ АТЭП (частотного управления, частотно-токового, векторного, ПУМ, ПУМ-ШИМ) и все возможные комбинации отказа датчиков, определены три структуры, пригодные для построения отказоустойчивых СУ АТЭП:

ПУМ-ШИМ (СУ-1), векторная (СУ-2) и частотно-токовая (СУ-3).

Предложена концепция поРис. 9. Функциональная схема СУ АТЭП строения СУ АТЭП с повышенной с повышенной отказоустойчивостью отказоустойчивостью по структурной схеме, приведенной на рис. 9, где приняты обозначения: «Анализатор» – программное средство, предназначенное для: анализа состояния датчиков на основании полученной от наблюдающего устройства (НУ) информации о пере менных состояния X, параметрах ТЭП и ИЭП по измеряемым переменным X0 ; принятия решения об изменении структуры СУ ТЭП; формирования для СУ необходимых обратных связей XOC. Система управления АТС, на основании информации о векторах X,,XOC, определяет для СУ ТЭП вектор задающего воздействия X*.

Теоретически, систему управления СДПМ можно построить по методике ПУМ-ШИМ, предложенной для АД. На основе математической модели СДПМ, записанной в системе координат (d,q), ориентированной по ротору, установлены аналитические связи между моментом, потокосцеплением статора двигателя и составляющими вектора напряжения статорной обмотки:

pM M /T0 kM (U W1); 0,5 ps2 V W2, (15) где T01 Rs (Lq Ld ) /(Ld Lq ); U, W1 – управляющее и возмущающее воздействия контура регулирования момента, V, W2 – контура регулирования потока:

U duq qud ; V ud d uqq; d d 0Lq /(Ld Lq );

(16) W1 0(q dd ) Rsq (d d ) / Lq; W2 Rs (idd iqq ).

На основании выведенных уравнений (15), (16) можно синтезировать систему ПУМ-ШИМ СДПМ со структурной и функциональной схемами, идентичными схемам, приведенным на рисунках 5, 6. Проведенное имитационное моделирование движения ЭП с СДПМ в среде Matlab-Simulink подтвердило работоспособность разработанной системы управления электроприводом.

В четвертой главе рассматривается математическое описание основных источников и накопителей электроэнергии, применяемых в АТС, таких как ТАБ, ЕНЭ, СБ и КЭУ на их основе; разработаны универсальные системы формирования задания момента для контура управления моментом ТЭП при ограничениях зарядно-разрядных тока и напряжения ТАБ.

Несмотря на существенное повышение в последние годы технических показателей ЕНЭ (суперконденсаторов), ТАБ продолжают играть ключевую роль среди возможных типов накопителей электроэнергии на АТС с ТЭП, благодаря своей большей удельной энергоемкости. В связи с этим, исследования, проведенные в данной главе диссертации, сосредоточены на решение задачи повышения энергетической эффективности и срока службы КЭУ, включающих ТАБ, путем рационализации алгоритмов их управления в составе ТЭП АТС.

При решении задач анализа взаимосвязей ТАБ с другими агрегатами тяговой системы АТС, а также задач синтеза систем управления зарядно-разрядными режимами ТАБ, использована схема замещения АБ, приведенная на рис. 10, которая представляет собой последовательной цепочкой из ЭДС E0, активного сопротивления Ra, индуктивности La, емкости Cп, Рис. 10. Схема замещения АБ сопротивления поляризации rп.

Предлагается определить значение ЭДС методом аппроксимации экспериментальных данных в функции от степени заряженности (СЗ) многочленным полиномом: E0 a bСЗ cСЗ2 ... dСЗn, где a, b, c, d – коэффициенты аппроксимации; n – порядок полинома. А остальные параметры схемы замещения целесообразно определить при обработке экспериментальных зарядноразрядных характеристик ТАБ с применением стандартных моделей идентификации динамического объекта, присутствующих в различных пакетах прикладных компьютерных программ, например, в пакете Matlab-Simulink.

Аналогичным путем при моделировании ЕНЭ в работе использована его схема замещения, состоящая из последовательной цепочки емкости с начальным напряжением заряда и активного сопротивления, характеризующего омические потери в накопителе.

Представлено математическое описание КЭУ, состоящей из ТАБ и ЕНЭ.

Одной из важнейших задач, которую необходимо решить при построении ТЭП с питанием от ТАБ, является ограничение зарядно-разрядных токов и напряжений аккумулятора на допустимых уровнях (Ua max, Ia max ), регламентируемых производителем. Предложены 3 способа решения данной задачи путем управления ТЭД по задающим значениям момента, формируемым в соответствии с отмеченными ограничениями:

- релейная коррекция задания момента при превышении тока, напряжения ТАБ выше допустимых значений;

- формирование задания момента ТЭД в результате регулирования напряжения ТАБ и ограничения ее тока;

- формирование задания момента ТЭД в результате регулирования напряжения * ТАБ, ограниченного значением Ua min[Ua max, E0 RaIa max ].

Проведенное исследование асинхронного ТЭП при рекуперативном торможении с использованием выше предложенных способов ограничения зарядных тока и напряжения ТАБ ПМХ показывает преимущества третьего перед первыми способами: малые пульсации задания момента благодаря непрерывной коррекРис. 11. Структурная схема контура формирования ции момента, высокая усзадания момента ТЭД при рекуперативном тормотойчивость контура регулижении путем регулирования напряжения ТАБ рования напряжения ТАБ из-за исключения внутреннего контура ограничения тока. На рис. 11 приведена структурная схема контура формирования задания момента ТЭД в режиме рекуперативного торможения по третьему способу. В результате регулирования * напряжения ТАБ формируется желаемое значение момента MU, которое далее ограничивается блоком «предельная механическая характеристика (ПМХ) * ТЭД», на выходе которого определяется задающее воздействие M для СУ ТЭП. На данном рисунке приняты обозначения: wP – возмущающие воздействие в контуре, – угловая частота вращения ротора ТЭД.

В следующем разделе диссертации рассматривается математическое описание солнечных элементов (СЭ) и СБ. В технической литературе при моделировании СЭ широкое распространение получает математическая модель:

e(UСЭ IСЭRп ) UСЭ IСЭRп IСЭ IФ Iон exp 1 , (17) AkT Rш где А – поправочный коэффициент; е – заряд электрона; k – постоянная Больцмана; Rп, Rш, Т, IФ, Iон, IСЭ, UСЭ – последовательное, шунтовое сопротивления, температура, фототок, обратный ток насыщения p-n-перехода, выходные ток и напряжение СЭ, соответственно.

Распространение также получает модель идеального СЭ:

I IФ Iон{exp[(eU /(kT)] 1}.

(18) Модель (17) громоздка и неудобна для инженерных расчетов. Проведенные моделирования вольтамперных характеристики (ВАХ) СЭ различных производителей, показывают, что характеристики модели идеального СЭ (18) существенно отличны от реальных. В связи с этим в работе предложена упрощенная математическая модель СЭ, позволяющая описать его ВАХ с погрешностью, не превышающей 5%:

b (19) IСЭ IФ aUСЭ, где a, b – коэффициенты аппроксимации, которые находятся из соотношений:

b (Uопт /UXX )b (b 1) 1 0; a IКЗ /UХХ, при известных значениях напряжения холостого хода UXX, тока короткого замыкания IКЗ, выходного напряжения элемента в точке максимума мощности Uопт, которые, как правило, даны в любых каталогах производителей СБ.

На рис. 12 приведены результаты моделирования ВАХ СЭ «Power-Max» фирмы «Siemens Solar» по моделям (17)…(19) при стандартных условиях испытания (освещенности S0 = 1 кВт/м2, температуре элемента Т0 = 250С), и оценка их относительной погрешности ( ) от экспериментальных характеристик.

Рис. 12. Аппроксимированные ВАХ СЭ (а) и их относительные погрешности (б) При изменении освещенности (S) и температуры (Т) ВАХ СЭ имеет вид:

(20) IСЭ IКЗ[S / S0 I (T T0)] a(U U )b;U RпI U (T T0), где I, U – температурные коэффициенты выходных тока и напряжения СЭ.

Температура СЭ, в свою очередь, зависит от степени освещенности, температуры окружающей среды Tокр и скорости ветра в :

в (21) T (S / S0)[(T1e T2) Tокр T ], где T1, T2, – эмпирические коэффициенты; T – разность температур между СЭ и его тыльной поверхностью, зависящая от типа и толщины покрытия.

На основе (19)…(21) разработана математическая модель СБ, которая, как правило, строится при параллельно-последовательном соединении СЭ. Приведена модель СБ при затенениях своей площади, разработана методика расчета ВАХ СБ с учетом метеоусловий, ее геометрии и конструктивных факторов. В полученной «транспортной» модели СБ учтены изменения метеоусловий, скорости движения АТС, что позволяет эффективно ее применить при моделировании движения транспортных средств.

При совместной работе СБ с ТАБ, как правило, применяется импульсный преобразователь выходного напряжения СБ для согласования уровней напряжения источников. Кроме того, данный преобразователь обеспечивает функцию регулятора максимальной мощности СБ (РММ). В данной главе также представлено математическое описание системы «СБ – РММ – ТАБ» с поисковым алгоритмом определения оптимальной рабочей точки СБ на своей ВАХ.

Пятая глава посвящена созданию математических и компьютерных моделей СТП городских АТС с ТЭП и КЭУ, построенных на базе различных типов ТЭД (АД, СДПМ, ВИМ), энергоустановок (ДВС, ТАБ, ЕНЭ, СБ).

Целью разработки математических моделей СТП АТС является придание им следующих функциональных возможностей:

- анализа процессов преобразования энергии в СТП, режимов работы их подсистем с заданными параметрами в заданных условиях движения АТС;

- исследования динамических процессов в ТЭП на базе АД, СДПМ, ВИМ при различных способах управления ими; оценки эффективности применения разработанных способов управления моментом ТЭД переменного тока, алгоритмов адаптивной идентификации параметров, переменных состояния, алгоритмов повышения отказоустойчивости СУ АТЭП;

- оценки основных эксплуатационных свойств городских АТС (тяговоскоростных, тормозных свойств, топливно-экономических и экологических показателей, расходов электроэнергии) при применении различных типов ТЭД и источников/накопителей энергии;

- установления совокупности взаимосвязей между техникоэксплуатационными свойствами автомобиля, заданными требуемой тяговотормозной характеристикой последнего, и характеристиками силовых агрегатов СТП, обоснование выбора их номинальных данных, расчетных мощностей, диапазонов регулирования выходных параметров.

Большое разнообразие задач, возникающих при создании АТС с ТЭП, можно решить с помощью двух основных моделей СТП:

- модели системы «КЭУ – ведущие колеса (ВК) – дорога», описывающей процесс передачи энергии от энергоустановок к ВК для реализации тяговотормозных свойств автомобиля под управляющим воздействием водителя при всевозможных ограничениях на ресурсы силовых агрегатов;

- модели системы «дорога – ВК – КЭУ», позволяющей синтезировать СТП с техническими характеристиками, необходимыми для обеспечения требуемых технико-эксплуатационных свойств АТС.

Предложена обобщенная блок-схема модели СТП АТС с ГСУ параллельного типа, построенная на основе метода структурного моделирования (рис. 13), которая позволяет описать систему «КЭУ – ВК – дорога» под управляющим воздействием водителя uВ.

В модель СТП входят четыре основные подмодели: «система управления ГСУ», «ДВС», «ТЭП» и «трансмиссия». Связями между подмоделями являются задающие и текущие значения моментов силовых агрегатов СТП.

На основании задаваемого водителем сигнала управления uВ и сигналов АТС обратной связи от подмоделей ТЭП (XТЭП ) и АТС (XОС ) в подмодели «СУ ОС ГСУ» определяются требуемые значения моментов, угловых частот вращения * * * * ДВС (M,ДВС) и ТЭД (MТЭД,ТЭД ) по алгоритму управления ГСУ.

ДВС Подмодель ДВС предназначена для определения вектора топливноэкономических и экологических показателей двигателя (путевого расхода топлива Qs ; выбросов токсичных веществ ДВС mCO,mCH,mNO ):

x XДВС [Qs,mCO,mCH,mNO ]T.

x Подмодель ТЭП, представляющая собой систему регулирования частоты вращения или момента ТЭД, содержит основные блоки: ТЭД со своим бортовым вентильным преобразователем (БВП); электрическая энергоустановка (ЭУ), которая может быть однотипной или комбинированной; блок «система управления электроприводом» (СУ ТЭП), котоРис. 13. Обобщенная блок-схема модели системы рый на основании необтягового привода АТС с ГСУ параллельного типа ходимых сигналов обБВП ратной связи от ТЭД, БВП, ЭУ (XТЭД,XОС,XЭУ) формирует вектор управляюОС ОС щих импульсов для силовых ключей БВП (S) и ЭУ (SЭУ ) если в состав последней входит свой полупроводниковый преобразователь.

В подмодели «трансмиссия» определяется вектор переменных состояния АТС: XАТС [M, M, M,ДВС,ТЭД,К,V,dV / dt]T, где MК, К – момент и ДВС ТЭД К угловая частота вращения ведущих колес; V – скорость движения автомобиля.

Результаты моделирования выводятся в виде векторов переменных состояния АТС (XАТС), ДВС (XДВС ), ТЭП (XТЭП ), где XТЭП [u,i,P, W,]T – вектор напряжений, токов, мощностей, энергии ТЭД, БВП, ЭУ и потокосцеплений ротора, статора ТЭД.

Из блок-схемы, представленной на рис. 13 можно вывести блок-схему модели системы «дорога – ведущие колеса – КЭУ», где требуемые моменты * * * * (MТЭД,MДВС), угловые частоты вращения (ТЭД,ДВС) двигателей определяются заданными скоростными характеристиками автомобиля, алгоритмом управления ГСУ и конструктивной особенностью трансмиссии СТП.

В работе представлены математические модели подсистем СТП АТС с ТЭП и КЭУ, рассмотрено математическое описание процессов преобразования потоков механической мощности в разных режимах работы ДВС, ТЭД в составе ГСУ параллельного типа – электротяге, гибридной тяге, тяге от ДВС и генераторном режиме ТЭД, рекуперативном торможении и т.д.

Представлено математическое описание интегрированного стартергенераторного устройства на базе ВИМ. Процессы формирования фазных токов и электромагнитного момента (M ) в n-фазной ВИМ целесообразно описать системой дифференциальных уравнений:

n d A FE Ri; Li; M 2)Nrik (Lk / ), (1/ dt k где A, F – матрицы, определяемые топологией коммутатора и его алгоритмом работы; R, L – матрицы фазных сопротивлений и индуктивностей; – угол расположения ротора; Е – выходное напряжение источника питания; , i – векторы фазных потокосцеплений и токов; Nr – число зубцов ротора.

На основании разработанных математических моделей создан комплекс компьютерных программ имитационного моделирования систем тягового привода АТС с ТЭП и КЭУ в среде Matlab-Simulink. Кроме разработанных в работе моделей отдельных подсистем ТЭП, КЭУ, при разработке данных имитационных моделей использована стандартная библиотека алгоритмов синусоидальной и векторной ШИМ в приложении SimPowerSystem пакета Matlab-Simulink. Также использованы разработанные учеными кафедры «Автомобили» МГТУ «МАМИ» модель двигателя УМЗ-4218.10, методика определения его топливной экономичности и токсичности выхлопных газов.

Шестая глава посвящена выполнению экспериментальных исследований для проверки полученных в диссертационной работе основных результатов, разработке научно-обоснованных рекомендаций по их внедрению.

Проведены экспериментальные исследования динамических процессов и энергетических показателей АТЭП, установленного на опытном образце автомобиля УАЗ-3153 с ГСУ параллельного типа. Общий вид и расположение компонентов АТЭП (АД, ТАБ, АИН) представлены на рис.14.

В составе АТЭП входят: АД 4АПА-2Э160 номинальной мощностью кВт; максимальным моментом 280 Нм; ТАБ номинальным напряжением 120 В, состоящая из 10 последовательно соединенных свинцово-кислотных аккумуляторов «Optima D-1000»; АИН с синусоидальной ШИМ; угловая частота вращения АД управляется частотно-токовым методом. Напряжение статора формируется по «двухзонному» принципу: в первой зоне, при Us Us max, напряжение статора регулируется изменением коэффициента модуляции с частотой 5 кГц.

Во второй зоне (Us Us max ) переходят на режим управления 1800. При движении автомобиля с постоянной скоростью регулирование АД происходит по закону минимума потерь.

Экспериментальные испытания автомобиля проводились на автомобильном стенде с беговыми барабанами, согласно правилам № 83 и № 101 ЕЭК ООН. Эксперименты проведены по алгоритму функционирования силовых агрегатов ГСУ, разработанному учеными кафедры «Автомобили» МГТУ «МАМИ»: движение автомобиля при торможении и разгоне до скорости 35 км/ч обеспечивается АТЭП, дальнейшее увеличение скорости и движение с постоянной скоростью обеспечивается ДВС при его работе по характеристике минимальных удельных расходов топлива, а избыточная мощность направляется на заряд ТАБ через АД, работающий в генераторном режиме.

ТАБ АИН АТД Рис. 14. Автомобиль с ГСУ УАЗ-3153 «МАМИ» В ходе испытания автомобиля определены расход топлива, выбросы токсичных веществ по расходомеру и газоанализатору, регистрированы временные диаграммы изменения фазного тока статора АД, зарядно-разрядных токов и напряжений ТАБ.

Израсходованная Wрасх и рекуперируемая Wрек электроэнергии определяются по результатам измерения тока и напряжения ТАБ. К концу цикла определяется величина дефицита электроэнергии W Wрасх-Wрек.

При моделировании электромагнитных процессов в АТЭП относительная погрешность результатов моделирования от эксперименРис. 15. Графики изменения мощности (а), тальных данных составляет энергии (б) ТАБ не более 5% при равномерном движении автомобиля и 15% при его разгоне.

На рис. 15 представлены полученные из результатов испытания автомобиля и моделирования графики изменения средних значений мощности, а также энергии ТАБ при движении автомобиля по первой части испытательного цикла.

Относительная погрешность моделирования не превышает 10%, что подтверждает адекватность разработанной модели.

Согласно результатам стендовых и дорожных испытаний применение ТЭП позволило сократить расход топлива на опытном образце автомобиля с ГСУ по сравнению с базовым автомобилем «УАЗ 3153» до 47% (с 20,45 до 10,л/100км), обеспечение экологических норм не ниже ЕВРО-4. При этом оптимизация режимов работы ТЭП по критерию минимума потерь при установившемся движении автомобиля позволила сэкономить расходы электроэнергии.

Для подтверждения работоспособности разработанных способа ПУМ, методики идентификации параметров и переменных состояний АД проведены экспериментальные исследования в стендовых условиях с изготовленным опытным образцом АИН, функционирующим по алгоритму ПУМ-ШИМ.

Принципиальная электрическая схема испытательного стенда приведена на рис. 16, где в качестве приводного использован АД 4А132М4 мощностью кВт. Измеренные фазные токи, напряжения и частоты вращения ротора АД обработаны в компьютере с помощью специального программного обеспечения внешнего устройства АЦП (с интерфейсом USB) и пакетом прикладного моделирования Matlab-Simulink.

Рис. 16. Принципиальная электрическая схема испытательного стенда для исследования систем ПУМ-ШИМ АД Результаты испытания представлены на рис. 17. Приняты обозначения:

Rs,RR,Ls – относительные ошибки оценки параметров, например (Rs Rs ) / Rs 100% ; e – абсолютная ошибка оценки частоты Rs вращения ротора.

Как видно из представленных рисунков, применение разработанного алгоритма ПУМ-ШИМ позволяет регулировать скорость, момент, потокосцепление статора АД с достаточно высокой точностью. При этом на начальном участке разгона электропривода наблюдаются незначительная ошибка регулирования потокосцепления статора и высокочастотные составляющие в сигналах момента, потокосцепления статора. Ошибки идентификации параметров АД не превышают 5%. Таким образом, экспериментальным путем подтверждена работоспособность разработанной методики ПУМ-ШИМ, идентификации параметров АД и возможность ее практического использования.

С целью доказательства адекватности разработанных математических моделей КЭУ и вентильно-индукторного электропривода проведены экспериментальные исследования СГУ на базе ВИМ, получающей питание от КЭУ, состоящей из параллельно-соединенных АБ и ЕНЭ.

Рис. 17. Результаты испытания алгоритма ПУМ-ШИМ и идентификации параметров АД На рис. 18 представлены принципиальная электрическая схема и внешний вид испытательного стенда, построенного в рамках проекта совместной НИР между МГТУ «МАМИ» и ФГУП НИИАЭ по созданию нового класса СГУ для автомобилей, производимых ОАО «ВАЗ», ОАО «УАЗ».

а) б) в) Рис. 18. Испытательный стенд СГУ на базе ВИМ и КЭУ, состоящей из АБ и ЕНЭ:

а) принципиальная электрическая схема; б), в) внешний вид Результаты испытания и моделирования работы КЭУ, состоящей из параллельно-соединенных АБ и ЕНЭ, представлены на рис. 19, где приняты обозначения: IdФ, IaФ, IEФ,UdФ – фильтрованные (фильтрами низких частот) выходные токи КЭУ, АБ, ЕНЭ и напряжение КЭУ, соответственно; Id,Ia,IE,Ud – относительные погрешности результатов моделирования от эксперимента.

Как видно из приведенных рисунков относительные погрешности результатов моделирования от экспериментальных данных находятся в пределе 8%, что подтверждает адекватность разработанной математической модели КЭУ.

На базе разработанных компьютерных моделей СТП городских АТС с ТЭП и КЭУ проведены исследования путей дальнейшего повышения топливноэнергетических показателей ГСУ автомобиля УАЗ-3153. Доказана возможность снижения расходов топлива ДВС путем замены свинцово-кислотных ТАБ аккумулятором с более высокой удельной мощностью. Например, применение NiMH ТАБ позволит снизить путевой расход топлива ДВС на 1,5…1,8 л/100км при движении автомобиля по городскому циклу ЕЭК ООН.

Рис. 19. Результаты испытания и моделирования КЭУ, состоящей из АБ и ЕНЭ:

С целью оценки эффективности применения солнечной энергии на борту АТС проводится сравнение топливно-энергетических показателей КЭУ с СБ и без нее. Предполагается, что в состав КЭУ входят: ДВС и ТЭП, установленные на экспериментальном автомобиле УАЗ-3153 «МАМИ»; NiMH ТАБ энергоемкостью 6600 Вт.ч; СБ с КПД 15%, площадью 4м2 при условии солнечного освещения Вьетнама; КПД сопровождающих полупроводниковых преобразователей 0,9.

Предположим два сценария движения автомобиля по городскому циклу:

- движение, начиная с 6ч00 до 12ч00, с остановкой 30 мин после 20 км пройденного пути;

- движение, начиная с 6ч30мин, пробег 20 км, стоянка 9 часов, обратное движение с пробегом 20 км.

Первый сценарий движения характеризует рабочий день, который начинается с выездом из дома с 6ч00, 8 часов на работе и обратный путь вечером. СБ заряжает ТАБ в течение 8 часов стоянки автомобиля. Второй сценарий движения представляет собой типичный график работы маршрутного микроавтобуса: расстояние между двумя концами маршрута 20 км с 30 мин остановкой для выполнения технологических работ. Во время остановки ТАБ заряжается от СБ.

Результаты расчета основных интегральных показателей АТС с КЭУ (расходов топлива Q, степени заряженности ТАБ (СЗ), получаемой от СБ энергии WСБ, пробега автомобиля L) для первого сценария движения автомобиля приведены на рис. 20, а, второго сценария – 20, б.

Ощутимый эффект снижения расхода топлива ДВС (4,07 л/100км) при движении автомобиля по первому сценарию объясняется возможностью увеличения времени работы ТЭП с последующей компенсацией дефицита электроэнергии солнечной энергией в течение дня. При интенсивной эксплуатации автомобиля в течение солнечного дня получена экономия топлива 1,54 л/100км.

а) б) Рис. 20. Топливно-экономические показатели КЭУ, включающей СБ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. На основе анализа перспективных направлений совершенствования ТЭП АТС обоснована обобщенная структура однодвигательного электропривода переменного тока на базе АД и СДПМ, которая обеспечивает высокое быстродействие и высокую точность регулирования момента, предельную эксплуатацию привода по моменту, мощности при высокой энергетической эффективности и надежности.

2. На основании метода изменения масштаба вектора потокосцепления ротора, в работе получены математические модели с учетом основных видов потерь в АД, отличающиеся уменьшением числа параметров по сравнению с моделью, основанной на традиционной Т-образной схеме замещения. Это позволяет повысить точность моделирования электромагнитных процессов в АТЭП при незначительном повышении вычислительного объема, эффективно определить оптимальные законы управления рабочими режимами АД, упростить задачу идентификации их параметров.

3. В работе обоснована и доказана целесообразность выбора критериев минимума суммарных потерь и максимума перегрузочной способности в качестве основных критериев оптимальности для АТЭП. Разработана методика управления АТЭП по отмеченным оптимальным критериям при соблюдении ограничений на ресурсы силовых агрегатов.

4. На основании уравнений динамики электромагнитного момента разработана методика ПУМ АД в обобщенной системе координат, которая позволяет создать новые системы управления моментом и скоростью АТЭП с высокими энергетическими и динамическими качествами. Среди возможных структур систем ПУМ-ШИМ перспективной для применения в АТС, где требует регулирования момента и скорости АД в широких пределах, является система с регулированием потокосцепления статора в неподвижной системе координат. Предложенные системы ПУМ-ШИМ отличаются от классических систем векторного управления простотой исполнения. По сравнению с классическими системами ПУМ, построенными на основе гистерезисных регуляторов момента, потокосцепления статора и таблицы оптимальных переключений силовых ключей инвертора, разработанные системы ПУМ обладают пониженными коммутационными потерями благодаря возможности поддержания частоты переключения ключей постоянной при формировании управляющего напряжения обмоток статора существующими методами ШИМ.

Предложенная методика ПУМ АД обеспечивает высокую динамику контуров регулирования момента и магнитного потока, что позволяет эффективно реализовать оптимальные режимы работы АТЭП по минимуму потерь, максимуму перегрузочной способности, в которых магнитное состояние АД должно быть изменено в широких пределах в зависимости от скоростных режимов автомобиля.

5. Разработан комплекс алгоритмов для динамической идентификации параметров АД и труднодоступных к измерению переменных величин АТЭП на основе метода скоростного градиента, который гарантирует высокую точность и устойчивость процесса идентификации. Предложены рациональные решения задачи повышения отказоустойчивости АТЭП при нарушении работоспособности различных датчиков в системе путем наблюдения «потерянных» данных на основе информации, полученной от исправных измерителей, и при необходимости изменить структуры системы управления ТЭП для обеспечения их дальнейшего функционирования.

6. Теоретически, систему управления СДПМ можно построить по методике ПУМ-ШИМ, предложенной для АД. Из-за сложности вычисления момента и потокосцепления статора явнополюсных СДПМ в неподвижной системе координат системы ПУМ не имеют явных преимуществ по вычислительной интенсивности в сравнении с классическими векторными системами, в которых регулированы проекции вектора тока статора в ориентированной по ротору системе координат. Однако энергетические показатели предложенных систем ПУМ-ШИМ выше, чем классические системы векторного управления. Это можно объяснить тем, что в системах ПУМ-ШИМ возможно регулирование магнитного потока, что приводит к снижению уровня пульсации потокосцепления, токов статора двигателя, ТАБ, и в общем итоге, к повышению энергетической эффективности ТЭП.

7. Разработана математическая модель солнечного элемента, которая при своей простоте аппроксимирует ВАХ с погрешностью не больше 5%. На основе этой модели разработана математическая модель СБ с учетом освещенности, температуры воздуха и скорости движения АТС, что адаптирует ее к транспортным условиям эксплуатации. Разработанная модель СБ позволяет предложить алгоритм ее регулирования по максимальной мощности, отличающийся от известных простотой реализации и быстродействием процесса поиска оптимальных рабочих режимов.

8. Созданы математические и компьютерные модели, позволяющие провести комплексное исследование взаимосвязей электромагнитных, механических процессов, тягово-тормозных свойств, энергетических показателей городских АТС с различными типами энергоустановки (ДВС, ТАБ, СБ, ЕНЭ), электродвигателей (АД, СДПМ, ВИМ) при различных схемах исполнения механической части тяговой системы. Результаты, полученные на модели, имеют расхождение: с экспериментальными исследованиями системы ТЭП автомобиля УАЗ-3153 с ГСУ в пределах 5…15%; с экспериментальными исследованиями системы прямого управления моментом и идентификации параметров АД в пределе 5%; с экспериментальными исследованиями СГУ на базе ВИМ и КЭУ, состоящей из ТАБ и ЕНЭ, не более 8%. Это свидетельствует об адекватности разработанных в работе теоретических положений.

9. На базе разработанной компьютерной модели СТП АТС проведены исследования путей повышения топливно-энергетических показателей ГСУ параллельного типа, установленного на экспериментальном образце автомобиля УАЗ 3153 МГТУ «МАМИ». Доказана возможность снижения расходов топлива ДВС путем замены свинцово-кислотных тяговыми аккумуляторными батареями с более высокой удельной мощностью. Например, применение NiMH ТАБ позволит снизить путевой расход топлива ДВС на 1,5…1,л/100км при движении автомобиля по городскому циклу ЕЭК ООН.

10. Установлено, что дальнейшего снижения расходов топлива ДВС можно достичь при применении СБ для увеличения количества электроэнергии, вырабатываемой на борту автомобиля. При условиях солнечного освещения во Вьетнаме использование СБ площадью 4м2, КПД 15% совместно с NiMH ТАБ, в зависимости от интенсивности эксплуатации автомобиля можно снизить путевой расход топлива ДВС в пределе 1,5 … 4 л/100км.

11. Применение метода оптимального управления по минимуму суммарных потерь в АТД позволяет снизить потери энергии ТЭП в пределах 2…8% по сравнению с методом поддержания постоянным потокосцепления ротора на номинальном уровне. Эффект экономии электроэнергии выражается более ярко при более низких постоянных скоростях движения автомобиля.

12. Проведенные исследования топливно-энергетических показателей ГСУ параллельного типа с АТЭП и СБ подтвердили целесообразность и необходимость ее внедрить во Вьетнаме для решения эколого-экономических проблем, обусловленных традиционными автомобилями с ДВС.

Основные работы, опубликованные по теме диссертации Монография 1. Е.М. Овсянников, Нгуен Куанг Тхиеу. Тяговые электроприводы и устройства энергообеспечения автотранспортных средств. – М.: Изд. «Палеотип». – 2009. – 244 с.

Патент 1. Овсянников Е.М., Нгуен Куанг Тхиеу, Абассов Э.М.О. Патент № 86815 РФ, МПК НО2Р. Многодвигательный реверсивный электропривод с компенсацией кинематических люфтов. – Заявка № 2009108666; заявлено 11.03.2009, зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 10.09.2009.

Статьи в журналах, входящих в Перечень ВАК 1. Нгуен Куанг Тхиеу. Система бездатчикового управления моментом и частотой вращения асинхронного двигателя // Электротехника. – 2012. – № 2. – С. 11-15.

2. Нгуен Куанг Тхиеу, Клюкин П.Н. Повышение отказоустойчивости тяговых электроприводов гибридных автомобилей при отказе средств измерения // Электроника и электрооборудование транспорта. – 2012. – № 1. – С. 37-40.

3. Овсянников Е.М., Нгуен Куанг Тхиеу. Система прямого управления моментом частотно-регулируемого асинхронного электропривода // Промышленная энергетика. – 2011. – № 12. – С. 44-47.

4. Нгуен Куанг Тхиеу, Клюкин П.Н. Адаптивная идентификация параметров тяговых асинхронных электродвигателей гибридных автомобилей // Электроника и электрооборудование транспорта. – 2011. – № 5-6. – С. 36-39.

5. Панарин А.Н., Нгуен Куанг Тхиеу, Клюкин П.Н. Особенности проектирования автомобильных стартер-генераторов вентильно-индукторного типа // Автомобильная промышленность. – 2011. – № 10. – С. 10-12.

6. Овсянников Е.М., Нгуен Куанг Тхиеу. Методика синтеза системы прямого управления моментом тяговых асинхронных электроприводов // Известия МГТУ «МАМИ». – 2011. – № 2(12). – С. 41-45.

7. Нгуен Куанг Тхиеу, Клюкин П.Н. Структура системы управления тяговым электроприводом гибридных автомобилей // Автомобильная промышленность. – 2011. – № 8. – C. 17-19.

8. Овсянников Е.М., Нгуен Куанг Тхиеу. Анализ и синтез системы прямого управления моментом тягового асинхронного электродвигателя // Электротехника. Электроэнергетика. Электротехническая промышленность. – 2010. – № 3. – С. 18-21.

9. Нгуен Куанг Тхиеу, Клюкин П.Н. Управление моментом тягового асинхронного электропривода гибридной силовой установки автомобилей // Электроника и электрооборудование транспорта. – 2011. – № 2-3. – С. 41-44.

10. Нгуен Куанг Тхиеу, Марков В.В. Рациональные законы управления тяговым асинхронным электроприводом // Известия МГТУ «МАМИ». – 2011. – № 1(11). – С. 70-75.

11. Нгуен Куанг Тхиеу, Клюкин П.Н. Современные автомобильные стартергенераторы и системы управления ими // Грузовик. – 2011. – № 9. – С. 7-12.

12. Овсянников Е.М., Нгуен Куанг Тхиеу, Клюкин П.Н. Аналитическое исследование оптимальных режимов тягового асинхронного электропривода // Электроника и электрооборудование транспорта. – 2011. – № 1. – С. 6-11.

13. Овсянников Е.М., Нгуен Куанг Тхиеу. Система прямого управления моментом и потокосцеплением ротора асинхронного электродвигателя // Известия ВУЗов, Серия «Машиностроение». – 2011. – № 7. – С. 27-30.

14. Петленко Б. И., Гурьянов Д. И., Нгуен Куанг Тхиеу. Управление асинхронным электроприводом электромобиля с топливными элементами при минимуме потерь и максимуме перегрузочной способности // Автотракторное электрооборудование. – 2005. – № 3. – С. 3-8.

15. А.А. Эйдинов, А.К. Краснов, Нгуен Куанг Тхиеу. Перспективны водородной энергетики для автотранспортных средств // Автотракторное электрооборудование. – 2004. – № 1-2. – С. 18-21.

16. Б.И. Петленко, Нгуен Куанг Тхиеу. Реформирование углеводородов на борту автомобиля. Проблемы и перспективы // Автотракторное электрооборудование. – 2004. – № 4. – С. 17-20.

17. Нгуен Куанг Тхиеу, До Ван Зунг. Анализ метеоусловий республики Вьетнам для создания солнцемобиля // Автотракторное электрооборудование. – 2004.

– № 6. – С. 24-26.

18. Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу. Принцип построения системы энергоснабжения солнцемобиля // Автотракторное электрооборудование. – 2004. – № 7. – С. 24-26.

19. Нгуен Куанг Тхиеу. Управление электрохимическими генераторами автомобилей // Автотракторное электрооборудование. – 2004. – № 9. – С. 26-28.

20. Нгуен Куанг Тхиеу, Гурьянов Д.И., Строганов В.И. Математическое моделирование аккумуляторов при разряде их токами от холостого хода до короткого замыкания // Наука производству. – 2004. – № 8. – С. 66-68.

Статьи в журналахи трудах конференций 21. Рациональные характеристики электромобиля / Д.И. Гурьянов, В.Н. Луценко, А.Н. Гурьянов, Д.А. Карпов, Нгуен Куанг Тхиеу // Машиностроитель. – 1999.

– № 10. – С. 15-18.

22. Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу, До Ван Зунг. Энергетический баланс городского солнцемобиля // Машиностроитель. – 1999. – № 10. – С. 23-25.

23. Б.И. Петленко, Нгуен Куанг Тхиеу, Д.И. Гурьянов, В.Н. Луценко. Закономерности построения тяговой характеристики солнцемобиля. // Машиностроитель. – 1999. – № 10. – С. 24-28.

24. Б.И. Петленко, Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу. Управление релейным электроприводом электромобиля по минимуму потерь // Машиностроитель. – 2000. – № 10. – С. 11-14.

25. Ле Х.Ф., Нгуен К.Т. Прямое управление моментом тяговых асинхронных электродвигателей гибридных автомобилей // Машиностроитель. – 2010. – № 6. – С. 52-57.

26. Математическое моделирование системы ДВС – вентильный стартергенератор. / Долбилин Е.В., Марков В.В., Нгуен Куанг Тхиеу, Овсянников Е.М., Урдин Д.А. // Сб. научн. тр. межд. научн.-техн. конф. Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ) «Автомобиле- и тракторостроение в России:

Приоритеты развития и подготовка кадров». – М.: МАМИ, 2010.

27. Овсянников Е.М., Нгуен Куанг Тхиеу, Нгуен Хак Туан. Управление тяговым асинхронным электроприводом гибридных автомобилей по минимуму потерь и максимуму перегрузочной способности // Сб. научн. тр. 65-ой межд.

научн.-техн. конф. Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ) «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров». – М.: МАМИ, 2009.

28. Нгуен Куанг Тхиеу, До Ван Зунг. Синтез систем управления тяговым асинхронным электроприводом гибридных автомобилей в скользящих режимах // Сб. научн. тр. 65-ой межд. научн.-техн. конф. Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ) «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров». – М.: МАМИ, 2009.

29. Нгуен Куанг Тхиеу, До Ван Зунг. Адаптивная идентификация параметров тяговых асинхронных электродвигателей в реальном масштабе времени // Сб.

научн. тр. 65-ой межд. научн.-техн. конф. Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ) «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров». – М.: МАМИ, 2009.

30. Петленко Б.И., Нгуен Куанг Тхиеу. Обобщенная математическая модель автотранспортных средств с электроприводом // Сб. научн. тр. 5-ого междунар.

симпозиума «Элмаш-2004. Перспективы и тенденции развития электротехнического оборудования». – Москва, 11-15 октября 2004. – Т. II. – С. 135.

31. Петленко Б.И., Нгуен Куанг Тхиеу. Системы управления химическими генераторами в автомобилях с топливными элементами. // Сб. научн. тр. 5-ого междунар. симпозиума «Элмаш-2004. Перспективы и тенденции развития электротехнического оборудования». Москва, 11-15 октября 2004. – Т. II. – С.

136-137.

32. Петленко Б.И., Нгуен Куанг Тхиеу. Обобщенная математическая модель бортовых вентильных преобразователей автотранспортных средств с электроприводом // Сб. научн. тр. Всеросс. науч.-техн. конф. «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии». – Тольятти, 2004.

33. Петленко Б.И., Нгуен Куанг Тхиеу. Рациональные структуры системы управления электрохимическими генераторами в автомобилях с топливными элементами // Сб. научн. тр. Всеросс. науч.-техн. конф. «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии». – Тольятти, 2004.

34. Нгуен Куанг Тхиеу. Анализ взаимосвязей и процессов в солнцемобиле с солнечной батареей и емкостными накопителями энергии // Межвуз. сб. науч.

тр. «Электротехнические системы автотранспортных средств и их роботизированных производств». – М.: МАМИ, 1997. – С. 41-45.

35. Б.И. Петленко, Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу. Оптимайзер комбинированной энергоустановки солнцемобиля // Сб. научн. тр. 4-ой междунар. конф. «Нетрадиционные электромеханические и электрические системы». – SZCZECIN, 1999. – Т. 3. – С. 1411-1416.

36. Нгуен Куанг Тхиеу, До Ван Зунг. Процессы энергопреобразования в городском солнцемобиле // Сб. научн. тр. 4-ой междунар. конф. «Нетрадиционные электромеханические и электрические системы». – SZCZECIN, 1999. – Т. 3. – С. 1417-1420.

37. Трансмиссии гибридного электромобиля / Гурьянов Д.И., Макаров А.К., Корчак С.А., Нгуен Куанг Тхиеу, Лю Сяо Кан // Сб. научн. тр. 4-ой междунар. конф. «Нетрадиционные электромеханические и электрические системы». – SZCZECIN, 1999. – Т.3. – С. 1402-1404.

38. Д.И. Гурьянов, А.Н. Прохоров, Нгуен Куанг Тхиеу. Рациональный закон разгона автомобиля // Межвуз. сборник науч. трудов. «Наука, техника, образование г. Тольятти и Волжского региона». – Тольятти: ТолПИ, 1999. – Ч. 2. – С. 377-381.

39. Д.И. Гурьянов, В.Н. Луценко, Нгуен Куанг Тхиеу. Техникоэксплуатационные показатели автомобилей с КЭУ. Межвуз. сборник науч.

трудов. «Наука, техника, образование г. Тольятти и Волжского региона». – Тольятти: ТолПИ, 2000. – Ч. 2. – С. 145-149.

40. Нгуен Куанг Тхиеу. Многоуровневая математическая модель экологически чистых транспортных средств с электроприводом // Тез. 49-ой междунар. научн.-техн. конф. сим-а Ассоциации автомобильных инженеров России «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров». – М.: МАМИ, 2005.

41. Петленко Б.И., Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу. Экстремальное управление тяговой системой современных электромобилей с асинхронным электроприводом // Тез. 49-ой междунар. научн.-техн. конф. сим-а Ассоциации автомобильных инженеров России «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров». – М.:

МАМИ, 2005.

42. Петленко Б.И., Гурьянов Д.И., Нгуен К.Т. Аналитико-алгоритмическая модель легких солнцемобилей с солнечной батареей и емкостным накопителем энергии // Тез. междунар. науч.-техн. конф. «100 лет Российскому автомобилю. Промышленность и высшая школа». – М.: МАМИ, 1996. – С. 65.

43. Нгуен Куанг Тхиеу. Система автоматического регулирования движения солнцемобилей с солнечной батареей и емкостным накопителем энергии // Тез. междунар. научн.-тех. конф. «100 лет российскому автомобилю. Промышленность и высшая школа». – М.: МАМИ, 1996. – С. 70.

44. Нгуен Куанг Тхиеу, Лю Сяо Кан. Выбор характеристик комбинированной энергоустановки городского солнцемобиля // Тез. 2-й междунар. научн.-техн.

конф. «Проблемы автоматизированного электропривода». –Ульяновск, 1998.

–С. 173-174.

45. Нгуен Куанг Тхиеу. Городской солнцемобиля с релейным электроприводом // Тез. 2-й междунар. научн.-техн. конф. «Проблемы автоматизированного электропривода». – Ульяновск, 1998. – С. 174-175.

46. Петленко Б.И, Гурьянов Д.И., Нгуен Куанг Тхиеу. Аналитическое конструирование городского солнцемобиля // Тез. Всерос. электротехн. к.-са с междунар. участием «На рубеже веков: итоги и перспективы». – Москва, 1999. – С.116.

47. Нгуен Куанг Тхиеу. Закономерности работы солнечной и аккумуляторной батарей на борту электромобиля // Тез. Всерос. электротехн. к.-са с междунар. участием «На рубеже веков: итоги и перспективы». – Москва, 1999. – С.120.

48. Нгуен Куанг Тхиеу, А.Н. Гурьянов, Д.А. Карпов. Энергетика релейного электропривода и алгоритмы управления им по минимуму потерь // Тез. научнотехн. конф. «Системные проблемы качества математического моделирования и информационных технологий». – Москва, 1999. – С. 63-65.

49. Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу, В.Н. Луценко. Нагрузочный контур стендового комплекса испытания трансмиссий. // Тез. научно-техн. конф. «Системные проблемы качества математического моделирования и информационных технологий». – Москва, 1999. – С. 67-68.

50. Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу, В.Н. Луценко. Релейный электропривод электромобиля // Тез. научно-техн. конф. «Системные проблемы качества математического моделирования и информационных технологий». – Москва, 1999. – С. 68-70.

51. Б.И. Петленко, Д.И. Гурьянов, В.Н. Луценко, Нгуен Куанг Тхиеу. Тяговая характеристика городского солнцемобиля // Тез. междунар. научн. сим-а «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа». – М.: МАМИ, 1999.

– С. 22-24.

52. Рационализация взаимосвязей и закономерностей городского электромобиля / Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу, В.Н. Луценко, А.Н. Гурьянов, Д.А. Карпов // Тез. междунар. научн. сим-а «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа». – М.: МАМИ, 1999. – С. 24-26.

53. Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу, До Ван Зунг. Энергозатраты солнцемобиля // Тез. междунар. научн. сим-а «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа». – М.: МАМИ, 1999. – С. 27-29.

54. Методы имитации нагрузок тяговых трансмиссий / А.С. Корчак, Нгуен Куанг Тхиеу, А.Н. Трохачев, К.Х. Узбеков // Тез. междунар. научн. сим-а «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа». –М.: МАМИ, 1999. – С. 29-30.

55. Методы имитации нагрузок тяговых трансмиссий / А.С. Корчак, Нгуен Куанг Тхиеу, А.Н. Трохачев, К.Х. Узбеков // Тез. междунар. научн. сим-а «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа». – М.: МАМИ, 1999. – С. 29-30.

56. Электромагнитные процессы в релейном электроприводе / Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу, В.Н. Луценко, В.Д. Шахов // Тез. междунар. научн. сим-а «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа». – М.: МАМИ, 1999. – С. 30-33.

57. «Эльф-Электро», питаемый от солнечной батареи / Д.И. Гурьянов, Макаров А.К., Кузьмин А.С., Нгуен Куанг Тхиеу // Тез. междунар. научн. симп. «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки кадров». – М.: МАМИ, 2000. – С. 36-38.

Нгуен Куанг Тхиеу Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук «Развитие теории и методы повышения энергоэффективности однодвигательных тяговых электроприводов автотранспортных средств» Подписано в печать ________ Заказ Объем 1,0 п.л. Тираж 1Бумага типографская Формат 60х90/МГМУ (МАМИ) /Университет машиностроения/, 107023, Москва, Б. Семёновская ул., дом




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.