141 "Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/49050
Переглянути
Документ Дослідження асинхронного електропривода електромобіля у режимах рекуперації та буксування(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Воробйов, Богдан ВіталійовичДисертація на здобуття наукового ступеня PHD доктора філософії за спеціальністю 141 "Електротехніка, електроенергетика та електромеханіка". – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", МОН України, Харків, 2021. Дисертаційна робота присвячена дослідженню асинхронного електроприводу електромобіля у різних режимах роботи, виявленню особливостей поведінки електроприводу з урахуванням основних типів навантаження та механічних частин, визначення способу ідентифікації буксування та його запобігання засобами електроприводу. Об’єктом дослідження є процеси перетворення енергії в асинхронному електроприводі у різних режимах руху електромобіля. Предметом дослідження є дослідження електропривода у режимах рекуперації та буксування, визначення ознак переходу електромобіля у режим буксування та підвищення безпеки руху засобами електропривода. Проведений аналіз літератури свідчить про безумовне збільшення світового виробництва електромобілів в найближчому майбутньому. Україна повинна своєчасно відреагувати на дану тенденцію підготовкою відповідних фахівців, проведенням наукових досліджень, мати власні актуальні напрацювання і дослідження. Обрана найбільш актуальна структура електроприводу електромобіля. Вид функціональної схеми визначається характером перетворення енергії в процесі руху електромобіля. Джерелом енергії є батарея акумуляторів, що забезпечує на виході постійну напругу. Перетворення постійної напруги в змінну, необхідне для живлення асинхронного двигуна, забезпечується силовим електронним перетворювачем – трифазним автономним інвертором напруги. Інвертор напруги виконує функції регулювання як частоти, так і значення напруги з векторним керуванням, а саме DTC. Керування інвертором здійснюється мікропроцесорним блоком, що здійснює ввімкнення і вимкнення ключів автономного інвертора за алгоритмом ШІМ. Перетворення електричної енергії в механічну здійснюється асинхронним двигуном, на валу якого формується механічний момент. Підвищення моменту на валах коліс з відповідним зниженням швидкості досягається за допомогою механічної коробки перемикання передач. Виходячи зі стандартного міського циклу руху транспорту, були побудовані діаграми і зроблений вибір потужності двигуна. Був проведений аналіз енергетичних характеристик електроприводу зі встановленою коробкою передач та без неї. Зіставляючи отримані співвідношення для двигуна без застосування коробки перемикання передач видно, що потужності в сталому режимі рівні, проте в динамічних режимах роботи необхідна потужність, що приблизно в 1,5 рази перевищує потужність двигуна при використанні КПП. Отже, використання КПП виправдано і доцільно, так як необхідна потужність двигуна в динамічних режимах значно нижче, а також немає необхідності в значних конструкційних змінах при переобладнанні автомобіля в електромобіль. Побудовано математичну модель електромеханічної системи електроприводу. По ній побудована комп'ютерна модель в пакеті Matlab, і була складена на елементах бібліотеки SimPowerSystems. До складу моделі входять такі основні елементи: - система електроживлення; - інвертор (IGBT-Inverter); - асинхронний двигун; - система керування; - блок формування моменту навантаження; - трансмісія; - блок моніторингу вимірюваних величин; - блок ініціалізації параметрів. Проведено комп'ютерне моделювання електроприводу в різних режимах роботи. Особливу увагу приділено режимам пробуксовування, коли одне з коліс частково або повністю втрачає зчеплення з дорожнім покриттям. Отримані графіки показують неузгодженість швидкостей двох коліс, яка має місце при наїзді на ділянку дорожнього покриття зі зниженим коефіцієнтом зчеплення, а також перехідні процеси при наїзді двома колесами на ділянку зі зниженим коефіцієнтом зчеплення. Спираючись на отримані залежності, було запропоновано метод розпізнавання переходу електромобіля у режим буксування з використанням неузгодженності швидкостей. Підібрано найбільш відповідні коефіцієнти неузгодженості і на їх основі побудована структура регулятора з нечіткою логікою. Запропоновано функціональну схему для визначення і запобігання переходу в режим буксування. Наукова новизна роботи полягає в наступному. - Удосконалено та перевірено методику розробки ЕП ЕМБ, яка може бути використана при розробці нових електромобілів і переобладнанні серійних автомобілів в електромобілі; - Вперше розроблено та досліджено загальну математичну модель електромобіля з асинхронним електроприводом, що включає до себе розгорнуту модель системи живлення, електромеханічної частини з системою прямого керування моментом з урахуванням рекуперації та модель механічної частини електромобіля з можливістю моделювання режиму буксування; - Синтезована система розпізнавання та запобігання буксування коліс шляхом з використанням нечіткої логіки засобами електроприводу з використанням вперше запропонованого способу раннього розпізнавання переходу електромобіля в режим буксування.Документ Електропривод електромобіля з двоступеневою коробкою передач(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Сакун, Євгеній ВладиславовичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 141 "Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка" (14 – Електрична інженерія) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021. Роботу виконано на кафедрі "Автоматизовані електромеханічні системи" Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України. Об’єкт дослідження – системи автоматичного регулювання електропривода електромобіля з двоступеневою коробкою передач, що забезпечують синхронізацію швидкостей та фаз валів. Предмет дослідження – електромеханічні та електромагнітні процеси в електроприводі електромобіля при перемиканні двоступеневої коробки передач із забезпеченням синхронізації швидкостей валів та їх фаз. Дисертаційне дослідження присвячене підвищенню енергоефективності електропривода електромобіля за рахунок використання двоступеневої коробки передач, яка є більш простою у порівнянні з традиційною багатоступеневою коробкою передач і тому більш надійною, дешевшою та легшою, а також не потребує механічних синхронізаторів для вирівнювання швидкостей валів. В роботі пропонується, на відміну від відомих технічних рішень, здійснювати не тільки синхронізацію швидкостей валів, а також забезпечувати автоматичну синхронізацію їх фаз, що підкріплено патентом України, одержаним автором. При цьому підвищується швидкодія перемикання ступенів, усунення удару, покращується плавність руху. Дисертація пов’язана з актуальною світовою проблемою економії паливних органічних енергетичних ресурсів, особливо важливою для України, яка забезпечена власними ресурсами лише на половину і споживає більшість нафти та газу за рахунок валютних коштів. Як відомо, ця актуальність визначається не тільки необхідністю зберігання органічних ресурсів, які є також сировиною для виготовлення пластмас, гербіцидів, фарб та інш., а й сприяє вирішенню екологічної проблеми, бо вже зараз у великих містах рівень вихлопних газів досягає, а іноді й перевищує, критичний. У вступі обґрунтовано вибір теми дослідження та актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі, визначено об’єкт, предмет і методи дослідження, показано зв’язок роботи з науковими темами за планами МОН України, надано наукову новизну та сформульовано практичне значення отриманих результатів. Перший розділ присвячено огляду літературних джерел за темою дисертаційної роботи, зокрема комплексному аналізу стану автомобільного та електромобільного транспорту, типовим рішенням побудови трансмісій автомобілів та електромобілів. Розглянуті основні компоненти тягового електроприводу електромобілів, зроблено порівняння різних типів джерел електроживлення, напівпровідникових перетворювачів, електродвигунів, та обґрунтовано вибір їх типів для побудови систем керування та моделювання електромагнітних, електромеханічних та механічних процесів, що досліджуються і мають місце при перемиканні ступенів коробки передач з узгодженням швидкостей та фаз валів. З’ясована фізична природа підвищення енергоефективності електропривода електромобіля при використанні двоступеневої коробки передач. Сформульовано задачі дослідження. У другому розділі відмічена можливість спрощення форми кулачків валів муфти перемикання, а також обґрунтовано функціональну схему електромеханічної системи керування та принципову схему силової частини тягового електропривода з урахуванням створеного на кафедрі електромобіля на базі автомобіля "Ланос". У третьому розділі побудовано математичну та комп’ютерну моделі електромеханічної системи електромобіля. Математична модель включала чотири групи рівнянь: рівняння механіки, рівняння силових електричних кіл, рівняння електромеханічного перетворення енергії, рівняння керування. Рівняння механіки враховували нелінійність опору руху автомобілю внаслідок наявності аеродинамічної складової, зміну приведеного до швидкості валу електродвигуна моменту інерції при перемиканні ступенів від першої до нейтральної, від нейтральної до другої і навпаки. Враховуючи значну частоту широтно-імпульсної модуляції напівпровідникового перетворювача, електромагнітну інерційність кола якоря електродвигуна та велику механічну інерційність рухомих частин електромобіля, математична модель перетворювача та електромеханічного перетворення енергії електродвигуном представлена по гладкій складовій – а саме аперіодичними ланками першого порядку. Керування електроприводом було обрано мікропроцесорним, що дозволило окрім рішення задач регулювання координат вирішувати необхідні логічні задачі. При існуючій тактовій частоті мікроконтролерів сигнали керування також можна розглядати як аналогові. Запропоновано вирішити проблему узгодження швидкостей валів та їх фаз використанням системи підпорядкованого керування. При цьому в контурі струму синтезовано ПІ-регулятор, а в контурі швидкості П-регулятор. Узгодження фаз валів забезпечено доповненням вищевказаної системи керування зворотним зв’язком за положенням, значення якого вираховується мікропроцесором за даними енкодерів. Комп’ютерна модель була побудована у пакеті MATLAB/Simulink за структурними схемами усіх складових електромеханічної системи електропривода електромобіля. У четвертому розділі наведені вхідні дані для комп’ютерного моделювання, які включали параметри коробки передач, електродвигуна, електромобіля, значення коефіцієнтів тертя кочення та аеродинамічного опору. Розглянуто процес розгону електромобіля з послідовним перемиканням коробки передач у наступних випадках: 1 - функціонує тільки система синхронізації швидкостей валів; 2 - функціонує система синхронізації швидкостей валів і фаз при налаштуванні на модульний оптимум; 3 - функціонує система регулювання швидкостей і фаз при зниженому коефіцієнті П-регулятора. Показано, що 2-й варіант викликає коливання фази у перехідному процесі, що усовується при реалізації 3-го варіанта. Перевірка комп’ютерним моделюванням процесу автоматичного узгодження швидкостей валів електродвигуна та вихідного валу коробки передач показала, що швидкодія узгодження швидкостей валів залежить від початкових умов і тим більше, чим більше їх неузгодженість. Як видно із часових діаграм при достатньо значній неузгодженості їх узгодження займає 60-68 мс. Синхронізація фаз починається після узгодження швидкостей і виконується за 28-29 мс. Тобто загальний час синхронізації швидкостей і фаз валів дорівнює 88-97 мс, що суттєво менше нормативних даних для легкових автомобілів (150-200 мс). У п’ятому розділі розроблено лабораторний стенд для експериментальних досліджень та створена методом 3D-моделювання двоступенева коробка передач і доведена можливість спрощення кулачків муфти перемикання передач і шестерні з забезпеченням надійного перемикання ступенів. Теоретичні та прикладні результати дисертаційної роботи використано у навчальному процесі кафедри "Автоматизовані електромеханічні системи" НТУ "ХПІ" для навчання студентів спеціальності 141 "Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка" у лекційних курсах "Електрообладнання електромобіля", "Актуальні проблеми сучасного електропривода" та при підготовці лабораторного практикуму. Результати дисертаційної роботи впроваджено при виконанні теми М3423 МОН України "Дослідження енергоефективного електропривода електромобіля подвійного призначення з підвищеними тяговими та маскувальними характеристиками" в якій розділ "Підвищення енергоефективності електромобіля за рахунок спрощеної коробки передач" виконано автором дисертації особисто.