Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние и тенденции развития напольного внутризаводского электротранспорта 12
1.1. Анализ современного состояния напольного внутризаводского электротранспорта и тенденции развития его основных технико - эксплуатационных показателей 12
1.2. Проблемы построения и совершенствования системы энергообеспечения напольного внутризаводского электротранспорта 16
1.3. Тяговые системы напольного внутризаводского электротранспорта 27
1.4. Методы математического моделирования напольного внутризаводского электротранспорта 36
1.5. Цель и задачи исследования 38
Глава 2. Постановка задачи повышения энергоэффективности тяговой системы напольного внутризаводского электротранспорта 40
2.1. Режимы энергопреобразования в тяговой системе 40
2.2. Ограничения при оптимизации тяговой системы 44
2.3. Критерий оптимальности и управляющие параметры 55
2.4. Выводы 56
Глава 3. Математическое моделирование тяговой системы напольного внутризаводского электротранспорта с комбинированной энергоустановкой в составе тяговой аккумуляторной батареи и емкостного накопителя энергии 57
3.1. Математическое моделирование движения напольного внутризаводского электротранспорта по ездовых циклам 57
3.2. Математическое моделирование тяговых аккумуляторных батарей 66
3.3. Математическое моделирование емкостных накопителей энергии 77
3.4. Математическое моделирование тягового электропривода 83
3.5. Программная реализация обобщенной математической модели 85
3.6. Выводы 90
Глава 4. Статическая оптимизация распределения масс накопителей энергии в составе бортовой энергоустановки и суммарных потерь в тяговой системе 91
4.1. Статическая оптимизация распределения масс в комбинированной энергоустановке 91
4.2. Анализ и синтез минимума потерь в тяговой системе 94
4.3. Повышение энергоэффективности режимов импульсного регулирования тягового электропривода внутризаводского электротранспорта 106
4.4. Методика расчета оптимального передаточного числа трансмиссии внутризаводского электротранспорта 115
4.5. Выводы 123
Глава 5. Экспериментальные исследования напольного внутризаводского электротранспортного средства с помощью обобщенной математической модели и в дорожных условиях 124
5.1. Исследования совокупности взаимосвязей, процессов и закономерностей в напольном внутризаводском электротранспорте с помощью разработанного программного обеспечения 124
5.2. Лабараторно-дорожные испытания прототипа внутризаводского электротранспортного средства 131
5.3. Оценка адекватности математического моделирования по результатам лабараторно-дорожных испытаний и рекомендации по совершенствованию технико-эксплуатационных показателей напольного внутризаводского электротранспорта 139
5.4. Выводы 142
Заключение 144
Литература 146
Список публикаций автора по теме диссертации 153
Приложения 155
- Анализ современного состояния напольного внутризаводского электротранспорта и тенденции развития его основных технико - эксплуатационных показателей
- Режимы энергопреобразования в тяговой системе
- Математическое моделирование движения напольного внутризаводского электротранспорта по ездовых циклам
- Статическая оптимизация распределения масс в комбинированной энергоустановке
Введение к работе
Актуальность темы. Работам по механизации и автоматизации транспортных операций, являющихся одними из самых трудоемких на производстве, уделяется большое внимание во всем мире. Практически весь подвижной состав напольного внутризаводского транспорта состоит из электромобильного, так как в отличие от автомобилей у электромобилей отсутствует выброс в окружающую среду токсичных газов, что позволяет им работать в закрытых помещениях (заводских цехах, трюмах кораблей, ж/д и автовокзалах, аэропортах и т.д.), не загрязняя воздуха. Вместе с тем, у электромобильного транспорта есть и свои недостатки. Прежде всего, это ограниченный пробег без подзарядки бортового источника энергии.
Анализ литературных источников показывает, что разработка и создание электротранспорта в основном сводится к совершенствованию бортовой энергоустановки, питающей тяговый электродвигатель. Поэтому, актуальной является проблема оптимизации параметров бортовой энергетической установки, в том числе совместным применением накопителей энергии различной физической природы в ее составе.
Таким образом, становится актуальной важная научно-техническая задача повышения энергоэффективности тяговой системы этого транспортного средства, решение которой существенно повысит эффективность использования ограниченного запаса энергии на борту, внося заметный вклад в производительность напольного внутризаводского электротранспорта.
В диссертации дополнена концепция системного подхода к оптимизации параметров напольного внутризаводского электротранспорта (НВЗЭТ), основанная на накопленных к настоящему времени исследованиях общих закономерностей энергопреобразования в системе тягового электропривода, а также различных накопителей энергии, применяемых в составе комбинированной энергетической установки (КЭУ).
Цель работы - повышение технико - эксплуатационных показателей напольного внутризаводского электротранспорта путем повышения
энергоэффективности его тяговой системы на основе комплексных исследований взаимосвязей, процессов и закономерностей в нем.
Задачи исследований, обеспечивающие реализацию поставленной цели:
анализ современного состояния и перспектив развития электромобилестроения и бортовых источников энергии;
разработка обобщенной математической модели НВЗЭТ с КЭУ;
- установление совокупности взаимосвязей в НВЗЭТ с КЭУ и решить задачу
повышения энергоэффективности тяговой системы НВЗЭТ;
- проведение комплексных исследований опытного образца внутризавод
ского электротранспортного средства в реальных условиях движения и с помо
щью обобщенной математической модели, выполнить сравнительный анализ
интегральных расчетных и экспериментальных технико-эксплуатационных
показателей при различных параметрах движения и разработать рекомендации
по их улучшению для этого класса электротранспортных средств.
Методика проведения исследований. Аналитические исследования взаимосвязей, процессов и закономерностей в тяговой системе напольного внутризаводского электротранспорта осуществлены графоаналитическим методом с использованием основных положений теории автомобиля, тягового электропривода и методов математического моделирования. Выявленные количественные взаимосвязи между параметрами исследуемых накопителей энергии и тягового электропривода представлены в аналитическом виде и графической интерпретацией. Результаты и выводы работы теоретически обоснованы и подтверждены расчетами и экспериментами.
Основные положения выносимые на защиту:
методика статической оптимизации распределения масс в КЭУ внутризаводского электротранспорта, включающей в себя тяговую аккумуляторную батарею (ТАБ) и емкостной накопитель энергии (ЕНЭ);
методика расчета оптимального передаточного числа трансмиссии тягового электропривода, позволяющая уже на стадии проектирования учитывать при
расчетах влияние массо-габаритных показателей, конструктивных характеристик и эксплуатационных свойств внутризаводского электротранспорта;
аналитическая зависимость суммарных потерь в тяговой системе внутризаводского электротранспорта при смешанном управлении двигателем постоянного тока с независимым возбуждением;
методика повышения энергоэффективности импульсного управления тяговым электродвигателем путем минимизации пульсационных и коммутационных потерь для НВЗЭТ с КЭУ в составе ТАБ и ЕНЭ;
результаты аналитических, расчетных и экспериментальных исследований КЭУ НВЗЭТ в составе ТАБ и ЕНЭ.
Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что:
предложена методика статической оптимизации распределения масс ТАБ и ЕНЭ в составе комбинированной бортовой энергоустановки с учетом их разрядных и вольт-амперных характеристик;
предложена методика расчета оптимального передаточного числа трансмиссии тягового электропривода, позволяющая уже на стадии проектирования учитывать при расчетах влияние массо-габаритных показателей, конструктивных характеристик и эксплуатационных свойств НВЗЭТ;
предложена методика статической оптимизации суммарных потерь в тяговой системе при смешанном управлении двигателем постоянного тока с независимым возбуждением, в том числе при импульсном управлении путем минимизации пульсационных и коммутационных потерь для НВЗЭТ с КЭУ в составе ТАБ и ЕНЭ с учетом их разрядных и вольт-амперных характеристик.
Практическая значимость:
разработаны типовые испытательные циклы для тестирования НВЗЭТ с учетом статистики транспортных операций;
уточненная обобщенная математическая модель НВЗЭТ была использована в учебном процессе высших учебных заведений;
проведенные исследования потребительских и эксплуатационных свойств
НВЗЭТ с КЭУ в составе ТАБ и ЕНЭ, подтвердили целесообразность и необ-
ходимость его разработки, как удовлетворяющего основным эксплуатационным характеристикам внутризаводских транспортных средств.
Реализация результатов. Полученные результаты теоретических исследований и расчетов использованы при разработке новых перспективных моделей НВЗЭТ, например, при разработке внутризаводского транспортного средства на Волжском автозаводе в г. Тольятти и при его испытаниях, а также при подготовке инженеров по специальности 180800 «Автотракторное электрооборудование» в качестве учебных пособий по курсовому и дипломному проектированию в Тольяттинском государственном университете и в Московском государственном техническом университете «МАМИ».
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены, дополнены и одобрены на всероссийской научно-технической конференции 22 - 23 мая 2003 года «Современные тенденции развития автомобилестроения в России».
Публикации. Список научных трудов по диссертационной работе составляет 15 наименований.
Структура и объем диссертации. Результаты изложены на 169 страницах машинописного текста, иллюстрированного 34 таблицами и 37 рисунками.
Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами по каждой главе, заключения, списка использованной литературы, списка публикаций автора по теме диссертации и приложения.
Во введении дано обоснование актуальности диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, выделены положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость работы.
В первой главе проведен анализ современного состояния и тенденций развития напольного внутризаводского электротранспорта, сформулированы цель и задачи, решаемые в диссертационной работе.
Во второй главе для решения задачи повышения энергоэффективности тяговой системы НВЗЭТ был сформулированы критерий оптимальности, ограничения и управляющие параметры при оптимизации тяговой системы.
Ограничениями при решении задачи оптимизации выступают тип тяговой системы, тип накопителей в составе КЭУ и ездовой цикл НВЗЭТ, определяющий класс электротранспортного средства. Критерием оптимальности при оптимизации тяговой системы выбираем запас хода НВЗЭТ за один полный разрядный цикл бортовой энергоустановки. Это позволяет учитывать изменения параметров накопителей в составе КЭУ в процессе их разряда. Особенно сильно от степени разряженности зависят характеристики ТАБ, их изменения невозможно отследить на протяжении одного ездового цикла. Количество рекуперируемой емкостным накопителем энергии также изменяется в процессе разряда бортовой энергоустановки. В качестве управляющих параметров выбираем распределение масс накопителей выбранного типа в составе КЭУ. Увеличить энергоэффективность тяговой системы можно также изменением способа управления током возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением.
Оптимизацию будем вести численным анализом с помощью математической модели, аналитически описывающей изменения вольт-амперных характеристик накопителей энергии аппроксимирующими выражениями, учитывающими влияние степени их заряженности и величин разрядных токов. Эта математическая модель должна обеспечивать:
моделирование бортовых накопителей энергии с различными вариациями составляющих величин токов и напряжений;
учет рекуперации энергии при торможении и движении под уклон НВЗЭТ;
учет совместной работы ТАБ и ЕНЭ в составе КЭУ НВЗЭТ;
имитацию различных режимов движения НВЗЭТ.
Третья глава посвящена разработке обобщенной математической модели, включающей в себя математические модели тяговой системы и режимов движения НВЗЭТ, а также ее программной реализации.
В ней приведены уточненные аналитические зависимости моделей бортовых накопителей энергии в обобщенной модели, проведены теоретические и практические расчеты основных элементов КЭУ НВЗЭТ,
включающей в себя ТАБ и ЕНЭ. Для методической полноты и не претендуя на научную новизну рассмотрены аналитические описания системы тягового электропривода и различных режимов движения НВЗЭТ.
Четвертая глава посвящена статической оптимизации распределения масс ТАБ и ЕНЭ в составе КЭУ и суммарных потерь в тяговой системе с учетом оговоренных во второй главе критериев и ограничений.
На основе многовариантных исследований получена зависимость запаса хода внутризаводского электротранспорта от процентного соотношения масс ТАБ и ЕНЭ выбранных типов в составе КЭУ при неизменной ее полной массе. Также выявлены закономерности работы электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения в составе тяговой системы НВЗЭТ. Предложен алгоритм управления электроприводом по минимуму потерь. Получена аналитическая зависимость суммарных потерь в тяговом электродвигателе при совместном управлении им по цепям якоря и возбуждения от одного управляющего воздействия - магнитного потока; и двух режимных параметров — электромагнитного момента и угловой скорости. Решена задача повышения энергоэффективности режимов импульсного управления тягового электропривода НВЗЭТ средства путем минимизации пульсационных потерь в тяговом электродвигателе и коммутационных - в транзисторном преобразователе в функции заданной величины тока якоря. Также предложена методика расчета оптимального передаточного числа трансмиссии транспортного средства.
Пятая глава посвящена экспериментальным исследованиям напольного внутризаводского электротранспорта в дорожных условиях и с помощью разработанной обобщенной математической модели.
С помощью разработанной обобщенной математической модели проведен численный эксперимент для исследования процессов энергопреобразования в тяговой системе НВЗЭТ для наиболее рационального варианта компоновки накопителей энергии различной физической природы. Моделирование проводилось при движении по разработанным ранее испытательным циклам. Для сравнения эффективности использования в
составе КЭУ накопителей энергии различной физической природы интегральные данные были рассчитаны для различного состава бортовой энергетической установки (ТАБ с учетом и без учета рекуперации энергии при торможении и КЭУ в составе ТАБ и ЕНЭ с учетом рекуперации энергии при торможении).
Представлены результаты экспериментальных исследований опытного образца внутризаводского электротранспортного средства (с аналогичными численному эксперименту характеристиками) в дорожных условиях. Обоснована адекватность предложенной обобщенной математической модели по экспериментальным данным и систематизированы рекомендации по повышению энергоэффективности тяговой системы НВЗЭТ с КЭУ.
В заключении представлены основные результаты диссертационной работы и рассмотрены возможные области их использования.
Анализ современного состояния напольного внутризаводского электротранспорта и тенденции развития его основных технико - эксплуатационных показателей
Ограничениями при решении задачи оптимизации выступают тип тяговой системы, тип накопителей в составе КЭУ и ездовой цикл НВЗЭТ, определяющий класс электротранспортного средства. Критерием оптимальности при оптимизации тяговой системы выбираем запас хода НВЗЭТ за один полный разрядный цикл бортовой энергоустановки. Это позволяет учитывать изменения параметров накопителей в составе КЭУ в процессе их разряда. Особенно сильно от степени разряженности зависят характеристики ТАБ, их изменения невозможно отследить на протяжении одного ездового цикла. Количество рекуперируемой емкостным накопителем энергии также изменяется в процессе разряда бортовой энергоустановки. В качестве управляющих параметров выбираем распределение масс накопителей выбранного типа в составе КЭУ. Увеличить энергоэффективность тяговой системы можно также изменением способа управления током возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением.
Оптимизацию будем вести численным анализом с помощью математической модели, аналитически описывающей изменения вольт-амперных характеристик накопителей энергии аппроксимирующими выражениями, учитывающими влияние степени их заряженности и величин разрядных токов. Эта математическая модель должна обеспечивать: - моделирование бортовых накопителей энергии с различными вариациями составляющих величин токов и напряжений; - учет рекуперации энергии при торможении и движении под уклон НВЗЭТ; - учет совместной работы ТАБ и ЕНЭ в составе КЭУ НВЗЭТ; - имитацию различных режимов движения НВЗЭТ. Третья глава посвящена разработке обобщенной математической модели, включающей в себя математические модели тяговой системы и режимов движения НВЗЭТ, а также ее программной реализации. В ней приведены уточненные аналитические зависимости моделей бортовых накопителей энергии в обобщенной модели, проведены теоретические и практические расчеты основных элементов КЭУ НВЗЭТ, включающей в себя ТАБ и ЕНЭ. Для методической полноты и не претендуя на научную новизну рассмотрены аналитические описания системы тягового электропривода и различных режимов движения НВЗЭТ. Четвертая глава посвящена статической оптимизации распределения масс ТАБ и ЕНЭ в составе КЭУ и суммарных потерь в тяговой системе с учетом оговоренных во второй главе критериев и ограничений.
На основе многовариантных исследований получена зависимость запаса хода внутризаводского электротранспорта от процентного соотношения масс ТАБ и ЕНЭ выбранных типов в составе КЭУ при неизменной ее полной массе. Также выявлены закономерности работы электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения в составе тяговой системы НВЗЭТ. Предложен алгоритм управления электроприводом по минимуму потерь. Получена аналитическая зависимость суммарных потерь в тяговом электродвигателе при совместном управлении им по цепям якоря и возбуждения от одного управляющего воздействия - магнитного потока; и двух режимных параметров — электромагнитного момента и угловой скорости. Решена задача повышения энергоэффективности режимов импульсного управления тягового электропривода НВЗЭТ средства путем минимизации пульсационных потерь в тяговом электродвигателе и коммутационных - в транзисторном преобразователе в функции заданной величины тока якоря. Также предложена методика расчета оптимального передаточного числа трансмиссии транспортного средства.
Пятая глава посвящена экспериментальным исследованиям напольного внутризаводского электротранспорта в дорожных условиях и с помощью разработанной обобщенной математической модели.
С помощью разработанной обобщенной математической модели проведен численный эксперимент для исследования процессов энергопреобразования в тяговой системе НВЗЭТ для наиболее рационального варианта компоновки накопителей энергии различной физической природы. Моделирование проводилось при движении по разработанным ранее испытательным циклам. Для сравнения эффективности использования в составе КЭУ накопителей энергии различной физической природы интегральные данные были рассчитаны для различного состава бортовой энергетической установки (ТАБ с учетом и без учета рекуперации энергии при торможении и КЭУ в составе ТАБ и ЕНЭ с учетом рекуперации энергии при торможении).
Представлены результаты экспериментальных исследований опытного образца внутризаводского электротранспортного средства (с аналогичными численному эксперименту характеристиками) в дорожных условиях. Обоснована адекватность предложенной обобщенной математической модели по экспериментальным данным и систематизированы рекомендации по повышению энергоэффективности тяговой системы НВЗЭТ с КЭУ.
В заключении представлены основные результаты диссертационной работы и рассмотрены возможные области их использования.
Режимы энергопреобразования в тяговой системе
Основными требованиями, предъявляемыми ко всем транспортным средствам, в том числе и к электромобилям, являются высокая производительность, экологичность, экономичность, безопасность в работе и простота в эксплуатации. Выполнение указанных требований при разработке и создании новых или совершенствовании уже существующих электромобилей связано с проведением и анализом широких исследований взаимосвязей и взаимодействий как отдельных элементов и узлов конструкций, так и эксплуатационных режимов работы, а также возможных управляющих воздействий на основные компоненты тягового электропривода и всего возможного разнообразия структурного построения.
Общеизвестно, что проведение указанных исследований, особенно на ранних стадиях проектирования, целесообразно проводить на математической модели. Это связано с тем, что вычислительный эксперимент дешевле, проще, более легко управляем по сравнению с натурными испытаниями. Исследования на математической модели позволяют решать сложные комплексные проблемы, научно обосновывать принятие основополагающих и тактических решений при создании электромобилей, что, в свою очередь, позволяет значительно снизить вероятность появления ошибок и погрешностей.
Вместе с тем исследования на математической модели следует рассматривать как важную составляющую необходимых исследований, поскольку применимость результатов расчетов ограничена рамками принятых при ее разработке допущений. И только натурные испытания позволяют дать реальные результаты использования принимаемых при создании новых ЭМ решений. Поэтому только на разумном сочетании вычислительных исследований на математической модели и натурных испытаний основывается рациональная организация и успех в работе по созданию новых и совершенствованию уже существующих электромобилей. Целью разработки обобщенной математической модели является придание ей следующих функциональных возможностей: - синтезировать различные структурные варианты исследуемых ЭМ; - проводить анализ режимов работы электрооборудования как составом и типом энергоустановки, так и эксплуатационными условиями движения; - определять необходимые для системного анализа технико-экономические и экологические показатели; - проведение структурной, параметрической и функциональной оптимизаций. Проведенный анализ существующих методов моделирования показал, что наиболее эффективно поставленную цель можно достичь при использовании принципа структурного моделирования. Математическая модель, использующая этот принцип, строится таким образом, что основные структурные элементы электромобиля представляются отдельными моделями-алгоритмами. Эти модели-алгоритмы вычисляют требуемые функции на основании обработки необходимой информации, задаваемой пользователем или получаемой от моделей-алгоритмов других элементов. При этом отдельные функциональные модели-алгоритмы должны иметь строго определенный набор входов и выходов, взаимосвязь между которыми осуществляется по задаваемому алгоритму, реализующему взаимодействие элементов в соответствии с уравнениями связи. В зависимости от детализации рассматриваемого процесса отдельные компоненты также могут быть рассмотрены как совокупность алгоритмов, реализующих математические модели входящих в их состав элементов. Достоинство такой обобщенной математической модели состоит в том, что в процессе исследования отдельные алгоритмы могут быть уточнены, дополнены или даже заменены без изменения других алгоритмов, реализующих модели других элементов. При этом основным требованием к моделям-алгоритмам является возможность согласования входных-выходных функций. Таким образом, для рационализации процессов энергопреобразования в тяговой системе внутризаводского электротранспорта и совершенствования его параметров рекомендуется использовать компьютерное моделирование. Выполненный анализ позволяет сформулировать основную концепцию диссертационной работы как повышение технико — эксплуатационных показателей НВЗЭТ путем повышения энергоэффективности его тяговой системы на основе комплексных исследований взаимосвязей, процессов и закономерностей в нем. Для достижения поставленной цели необходимо провести комплексные исследования технических характеристик современных и перспективных тяговых аккумуляторных батарей и емкостных накопителей энергии, выявить функциональные задачи каждого накопителя энергии, включенного в рассматриваемый состав комбинированной энергоустановки, в различных фазах циклического движения электротранспортного средства и определить основные требования к тяговому электроприводу. Таким образом, можно сформулировать следующие задачи исследования: — дать анализ современного состояния и перспектив развития электромобилестроения и бортовых накопителей энергии; — разработать обобщенную математическую модель внутризаводского электротранспортного средства с комбинированной энергоустановкой (КЭУ); — установить совокупность взаимосвязей в НВЗЭТ с КЭУ и решить задачу повышения энергоэффективности тяговой системы НВЗЭТ; — провести комплексные исследования опытного образца НВЗЭТ в реальных условиях движения и с помощью обобщенной математической модели, выполнить сравнительный анализ интегральных расчетных и экспериментальных технико-эксплуатационных показателей при различных параметрах движения и разработать рекомендации по их улучшению для для этого класса электротранспортных средств.
Математическое моделирование движения напольного внутризаводского электротранспорта по ездовых циклам
Критерием оптимальности при оптимизации тяговой системы выбираем запас хода НВЗЭТ за один полный разрядный цикл бортовой энергоустановки. Это позволяет учитывать изменения параметров накопителей в составе КЭУ в процессе их разряда. Особенно сильно от степени разряженности зависят характеристики ТАБ, их изменения невозможно отследить на протяжении одного ездового цикла. Количество рекуперируемой емкостным накопителем энергии также изменяется в процессе разряда бортовой энергоустановки.
В качестве управляющих параметров при оптимизации выбираем распределение масс накопителей выбранного типа (табл. 2.4 и 2.5) в составе о КЭУ и изменение способа управления током возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Оптимизацию будем вести численным анализом с помощью математической модели, аналитически описывающей изменения вольт-амперных характеристик накопителей энергии аппроксимирующими выражениями, учитывающими влияние степени их заряженности и величин разрядных токов. Эта математическая модель должна обеспечивать: — моделирование бортовых накопителей энергии с различными вариациями составляющих величин токов и напряжений; - учет рекуперации энергии при торможении и движении под уклон НВЗЭТ; - учет совместной работы ТАБ и ЕНЭ в составе КЭУ НВЗЭТ; - имитацию различных режимов движения НВЗЭТ. В качестве возможных способов управления током возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением будем рассматривать двухзонный и смешанный. При двухзонном способе управление производится либо изменением напряжения якоря при неизменном (максимальном) токе возбуждения (первая зоана), либо изменением тока возбуждения при постоянном (максимальном) напряжении якоря (вторая зона). При смешанном управлении происходит одновременное согласованное изменение управляющих воздействий (напряжения якоря и тока возбуждения). 2.4 Выводы 1. Предложена функциональная схема тяговой системы, позволяющая обеспечить последовательное подключение ТАБ и ЕНЭ к ТЭД с силовой развязкой транзисторными ключами, рекуперацию энергии в ЕНЭ при торможении и движении под уклон, и режим электрического торможения. 2. Выбраны типы накопителей для бортовой энергоустановки напольного внутризаводского электротранспорта. 3. На основании статистической обработки реальных маршрутов движения подвижного состава напольного внутризаводского электротранспорта и анализа существующих в мире типовых ездовых циклов предложена процедура формирования и разработаны типовые испытательные циклы для тестирования внутризаводских транспортных средств. 4. Критерием оптимальности при оптимизации тяговой системы выбран запас хода за один полный разрядный цикл бортовой энергоустановки. 5. В качестве управляющих параметров при оптимизации выбраны распределение масс накопителей в составе КЭУ и изменение способа управления током возбуждения ТЭД постоянного тока с независимым возбуждением.Математическое моделирование тяговой системы напольного внутризаводского электротранспорта с комбинированной энергоустановкой в составе тяговой аккумуляторной батареи и емкостного накопителя энергии При создании нового или совершенствовании уже существующего внутризаводского транспортного средства первоочередной задачей является установление совокупности взаимосвязей между его технико — эксплуатационными свойствами и характеристиками бортовой комбинированной энергоустановки и тягового электродвигателя. Требуемые эксплуатационные свойства напольного внутризаводского электротранспорта (НВЗЭТ) обеспечиваются рационализацией этой совокупности взаимосвязей, для чего удобно использовать математическую модель. При исследовании взаимосвязей, процессов и закономерностей в напольном внутризаводском электротранспорте будем учитывать общие требования, налагаемые на движение электромобильного транспорта, ограничения по энергоемкости и отдаваемой мощности бортовой энергоустановки, а также изменения ее характеристик при эксплуатации. 3.1. Математическое моделирование движения напольного внутризаводского электротранспорта по ездовых циклам 3.1.1. Основные уравнения движения электромобиля К общим уравнениям движения электромобиля (ЭМ) относятся уравнения тягового, мощностного и энергетического балансов [1, 32]. Эти уравнения позволяют рассчитывать силу тяги и мощность на ведущих колесах, а также энергию, затрачиваемую электротранспортом на движение.
Статическая оптимизация распределения масс в комбинированной энергоустановке
Математическая модель предназначена для многовариантного расчетного исследования комплекса «автономное транспортное средство -тяговый электропривод - условия и режим движения» с целью выбора данных для оптимального сочетания параметров энергетической установки и тягового электропривода транспортного средства с заданными эксплуатационными характеристиками. Объектом моделирования является напольное внутризаводское электротранспортное средство в комплексе с тяговым электроприводом и питающей его бортовой энергетической установкой, а также режимы движения этого электротранспортного средства.
Моделируемая энергетическая установка может быть как однотипной, аккумуляторной или на емкостных накопителях энергии, так и комбинированной, состоящей из аккумуляторной батареи и ЕНЭ.
Моделирование производится до момента, когда запас энергии в комбинированной энергоустановке (КЭУ) снизится до величины, при которой напряжение на выходе КЭУ при нагрузке резко падает и дальнейший разряд не имеет никакого практического смысла.
По завершению моделирования каждого варианта должны формироваться два массива результирующих данных: интегральные данные за весь пробег транспортного средства (до окончания запаса энергии в энергетической установке); характеристики изменения параметров регулируемого комплекса во времени, представленные в виде графиков. Интегральные результаты охватывают следующие параметры: L — запас хода, км; tj - суммарное время в рейсе, ч; шц — количество выполненных циклов движения; W - энергия, отданная энергоустановкой, за рейс, Втч; WaB - энергия, затраченная на движение, Втч; t]s - общий КПД использования энергии, %; QTAB - емкость, отданная ТАБ за рейс, Ач; QEHS - емкость, отданная ЕНЭ за рейс, Ач; е - удельная энергоемкость ТАБ при данном режиме нагрузки, Втч/кг; еог — удельно-приведенный расход энергии, Втч/ткм. Характеристики изменения параметров комплекса включают следующие характеристики за цикл движения: U - напряжение на зажимах ТЭД, В; иэу - напряжение на зажимах энергетической установки, В; 1н - ток ЕНЭ, А; X) - скорость движения транспортного средства, км/ч. Все эти параметры являются критериями для оценки результатов проектирования, поскольку определяют эксплуатационные качества транспортного средства. Важнейшим же из критериев оценки является пробег (L) автономного транспортного средства за один полный зарядно-разрядный цикл бортовой энергоустановки. Программная реализация разработанной обобщенной математической модели осуществлена на языке программирования Delphi. Язык программирования высокого уровня Delphi был разработан компанией Borland в 1993 - 1994 годах. Delphi является объектно-ориентированным языком программирования и предназначен для разработки высокопроизводительных персональных приложений, работающих с локальными базами данных. Обобщенная математическая модель НВЗЭТ с КЭУ реализована в виде программы для персональных компьютеров, работающих под Windows 95 (и выше), с объемом оперативной памяти не менее 32 Мбайт. Программа имеет название «AutoLab» и состоит из двух частей: интерфейсной и расчетной. Интерфейсная часть программы отвечает за удобство использования программного обеспечения в процессе проектирования внутризаводского электротранспортного средства. Программа предусматривает возможность ввода пользователем определяющих параметров испытательного цикла и основных конструктивных характеристик и параметров электрооборудования моделируемого внутризаводского транспортного средства, экспортирования графиков зависимостей изменяющихся во времени параметров в другие электронные документы и распечатки на принтере результатов моделирования и графиков полученных функциональных зависимостей в виде отчета. Расчетная часть программы обуславливает методику расчета, представляя собой, по сути, обобщенную математическую модель НВЗЭТ. На рис.3.11 представлен пользовательский интерфейс разработанного программного обеспечения «AutoLab», а в приложении №1 приведен фрагмент его расчетной части. 1. При известных силах сопротивления движению можно получить необходимые характеристики и параметры силовых агрегатов тягового электропривода напольного внутризаводского электротранспорта. Определение и оценка этих сил является важнейшей составной частью исследования тягово - скоростных свойств электротранспортного средства и режимов энергопреобразования в силовых цепях передачи потока мощности от бортовой энергоустановки к ведущим колесам. 2. Уточненная математическая модель тяговой аккумуляторной батареи обеспечивает адекватность воспроизведения поведения источника при разряде токами от холостого хода до короткого замыкания. 3. Разработаны аппроксимирующие выражения для теоретического описания интегральных характеристик современных тяговых аккумуляторных батарей от свинцово-кислотных до никель-металл-гидридных и получены уточненные постоянные аппроксимации для этих зависимостей. 4. По экспериментальным данным выведены формулы зарядно-разрядных и ВАХ характеристик емкостных накопителей энергии и разработана математическая модель ЕНЭ.
