Вентильно-индукторный электропривод электромобиля

Иванов, Василий Николаевич Отделение электроэнергетики и электротехники (ОЭЭ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Объектом исследования является тяговый вентильно-индукторный электропривод электромобиля, анализ методов и принципов управления вентильно-индукторным электроприводом аэлектромобиля. В работе приведена имитационная модель вентильно-индукторного электропривода для исследования аварийных и неполнофазных режимов работы аэлектромобиля, разработка функциональных и структурных схем вентильно-индукторного электропривода электромобиля.

Вентильный индукторный двигатель (в англоязычной литературе
используется термин switched reluctance motor) – это индукторная
синхронная машина, которая преобразует энергию путём изменения
индуктивности обмоток, располагающихся на зубцах статора, во время
перемещения относительно них зубцов магнитопровода ротора. Питание к
ВИД поступает от коммутатора, который поочередно переключает обмотки
двигателя соответственно перемещению ротора. Управление коммутатором
ВИД происходит посредством микропроцессора.
ВИД представляет собой сложную комплексную систему, в которой
совместно работают различные по своей физической природе элементы. Для
успешного проектирования таких систем необходимы глубокие знания в
области механики и конструирования машин, электромеханики, электроники
и микропроцессорной техники.
Несмотря на то, что интенсивные работы по изучению и исследованию
систем электропривода с ВИД ведутся на протяжении уже двух десятилетий,
устоявшейся терминологии для обозначения самого объекта исследования до
сих пор нет. В данной работе используется термин “вентильно-индукторный
двигатель”.
Перспективность ВИД проявилась в 80-х годах ХХ века благодаря
бурному развитию технологий электронной промышленности и, в первую
очередь, силовой электроники. Большой качественный скачок в этом
направлении позволил промышленности приступить к серийному выпуску
новой элементной базы, обладающей высокими показателями по
быстродействию и предельным параметрам. Дальнейший прогресс в области
информационных технологий и компьютерной техники, наблюдающийся с
90-х годов XX века, окончательно определил место ВИД в ряду современных
и перспективных ЭМ для систем электропривода нового поколения,
позволил реализовать сложные алгоритмы управления, применить для их
создания компьютерные системы автоматизированного проектирования.
Современный ВИД представляет собой электродвигатель, работающий
совместно с электронным преобразователем, выполненным по интегральной
технологии, и микропроцессором, позволяющим осуществить оптимальное
управление двигателем с максимальными показателями качества
преобразования энергии и датчиком положения ротора.
Однако, как и любое техническое устройство, ВИД имеет и
достоинства, и недостатки.
К достоинствам ВИД следует отнести надежность и простоту
конструкции, возможность получения как сверхвысоких, так и сверхнизких
частот вращения, что, с одной стороны, во многом обуславливается
механической прочностью ротора двигателя и тем, что двигатель лишен
скользящих контактов, с другой, – электромагнитной редукцией частоты
вращения в ВИД и наличием гибкой системы управления. Как правило, ротор
ВИД обладает малым моментом инерции, что позитивно отражается на
динамике его работы. ВИД способен сохранять работоспособность даже в
суровых условиях окружающей среды в диапазоне изменения нагрузок,
начиная от холостого хода и заканчивая коротким замыканием. Простая
конструкция магнитной системы ВИД и сосредоточенные обмотки,
существенно упрощающие обмоточный процесс, делают устройство
двигателя технологичным и относительно дешевым, в сравнении с
аналогами, кроме того интегральное исполнение составляющих системы
управления заметно улучшает массогабаритные показатели машины.
ВИД обладают достаточно широким диапазоном плавного управления
частотой вращения ротора, хорошими динамическими и регулировочными
характеристиками, а также более чем удовлетворительными энергетическими
показателями. Микропроцессорная система управления ВИД дает
возможность использовать оптимальные алгоритмы управления двигателем в
соответствии с заданным режимом и осуществлять диагностику состояния
всех частей системы электропривода.
К недостаткам ВИД относят повышенный уровень шумов и вибраций,
которые возникают из-за пульсаций вращающего момента и действия
радиальных сил магнитного притяжения. Необходимость в датчике
положения ротора также считается одним из недостатков ВИД. Можно
отметить и более высокие отходы электротехнической стали, используемой
при штамповке магнитопровода двигателя, являющиеся следствием
двухсторонней зубчатости сердечников. Во время работы ВИД напряжения и
токи в фазах изменяются по законам, отличающимся от синусоидальных,
следовательно, для соблюдения требований, которые предъявляются к
потребителям электроэнергии по отдаче высших гармоник в сеть, существует
необходимость в установке фильтрующих устройств.
Однако следует заметить, что в настоящее время многие из указанных
недостатков успешно устраняются: применяются методы косвенного
определения положения ротора (бездатчиковое управление), благодаря чему
из состава ВИД исключается механический датчик положения, а шумы и
вибрации могут быть минимизированы выбором оптимального алгоритма
управления и детальным профилированием зубцовой зоны.
В последние годы на базе конструкции ВИД часто проектируют
приводы прямого действия (direct drive), т. е. приводы, в которых ЭМ
непосредственно встроена в рабочий орган исполнительного механизма с
целью максимального сокращения промежуточных кинематических передач,
исключения многоступенчатого преобразования энергии и возможности
получения более низких габаритов устройства. Это позволяет увеличить
точность перемещения и значительно улучшить динамические,
энергетические и массогабаритные показатели механизма электропривода.
Простота конструкции, а также особенности принципа действия ВИД
создают благоприятную основу для выработки удачных и оригинальных
технических решений. Бытовая техника, медицина, добыча и переработка
нефти и газа, электроэнергетика, робототехника, станкостроение,
электрический транспорт, автомобилестроение, металлургия,
аэрокосмическая промышленность – вот далеко не полный список областей,
в которых ВИД успешно конкурируют с другими типами электрических
машин.
Отличительная особенность вентильной индукторной машины
заключается в том, что конкурентоспособные относительно традиционных
электрических машин энергетические и массогабаритные показатели могут
быть получены исключительно в случае полезного использования насыщения
магнитной системы. Поэтому в таких машинах выбираются такие
конструктивные параметры и электромагнитные нагрузки, при которых в
зоне перекрытия полюсов статора и ротора достигается сильное локальное
насыщение, при соответствующих условиях переходящее насыщение
магнитной системы в целом.
В большей части работ, отмечающих достоинства ВИД, говорится о
перспективности их применения. Но, к сожалению, на данный момент
машины этого типа применяются преимущественно в электроприводах
установок широкого применения, для которых не требуются высокие
динамические показателей привода (вентиляторы, насосы, бытовая техника
различные конвейеры, малогабаритный транспорт и т.д.). Это можно
объяснить тем, что присущий ВИД дискретный характер работы в
совокупности с нелинейными магнитными характеристиками сильно
осложняет применение к ним традиционных методов синтеза регуляторов
для замкнутых структур управления необходимых, чтобы достичь требуемых
показателей качества управления выходными координатами (такими как
момент и скорость). ВИД причисляются к большому классу систем, для
которых нелинейные свойства играют огромную роль, важность которой
сложно переоценить, поэтому можно получить качественно неверные
результаты в случае пренебрежение этими свойствами.
СОДЕРЖАНИЕ

В работе был выполнен обзор отечественных и зарубежных источников
литературы по тематике тягового вентильно-индукторного электропривода и
проведен анализ устройства ВИД и принципов его работы. В результате
проделанной работы можно сказать, что ВИД обеспечивает высокие
показатели надежности и способен продолжать работу в аварийных
неполнофазных режимах.
В работе приведено математическое описание трехфазного ВИД,
рассчитана предельная тяговая характеристика электромобиля,
соответствующая равноплечей гиперболе. Электромобиль развивает
предельное тяговое усилие в F = 1466 Н. при заданной максимальной
скорости в V = 180 км/ч. Граничная скорость максимального тягового усилия
F = 12556 Н*м, составляет V = 14.4 км/ч.
Разработана имитационная модель вентильно-индукторного
электропривода электромобиля, позволяющая выполнять моделирование при
нормальных и неполнофазных режимах работы электродвигателя,
Моделирование неполнофазных режимов производилось без внесения
изменений в структуру модели ВИД, поскольку модель не требует доработок.
Моделирование производилось для минимальной m = 1100 кг и полной
m = 1600 кг масс. Пуск электромобиля производился на 3-х фазах с
последовательным отключением сначала 1-й, затем 2-й фаз. Результатами
моделирования являются временные диаграммы токов статора, момента,
развиваемого двигателем, усилия на валу двигателя, скорости вращения вала,
скорости движения электромобиля и его перемещения. По полученным
данным можно заключить следующие ключевые сведения: максимальная
скорость электромобиля V = 180 км/ч, была достигнута за t = 15 c, при
минимальной массе m = 1100 кг. Электромобиль обеспечивает заданный
момент М = 110 Н*м, как для полной m = 1600 кг, так и для минимальной m =
1100 кг, массы. Электромобиль способен продолжать движение при отказе 1-
125  68
й фазы, со снижением скорости на    100%  45% до V = 68 км/ч,
Электромобиль способен продолжать движение при отказе 1-й фазы при
минимальной массе со скоростью V = 150 км/ч, со снижением скорости на
180  150
  100%  20% . В обоих случаях происходит снижение момента
110  80
на    100%  27% до М = 80 Н. Также электромобиль способен
продолжать движение, при отказе 2-х фаз, но только, при минимальной массе
со скоростью V = 65 км/ч. Электромобиль способен стартовать на 2-х фазах,
как при минимальной, так и при полной массе и достигать указанных выше
скоростей, характерных для заданной массы.
ассмотрены различные вредные факторы, влияющие на работу
проектировщика. Рассчитаны различные виды затрат, проанализирован
бюджет затрат на научно-исследовательскую работу, по итогам всего проекта
хотелось бы отметить, что данный проект является весьма стабильным и
устойчивым, имеет минимальное количество угроз. Так же на основе
исследований хотелось бы отметить, что коммерческий и инновационный
потенциал данного проекта высок. Проект обладает высокой степенью
новизны и перспективностью.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа
    Сергей Е. МГУ 2012, физический, выпускник, кандидат наук
    4.9 (5 отзывов)
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым напра... Читать все
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым направлениям физики, математики, химии и других естественных наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    5 Выполненных работ
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Кирилл Ч. ИНЖЭКОН 2010, экономика и управление на предприятии транс...
    4.9 (343 отзыва)
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). С... Читать все
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). Сейчас пишу диссертацию на соискание степени кандидата экономических наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    692 Выполненных работы
    Родион М. БГУ, выпускник
    4.6 (71 отзыв)
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    #Кандидатские #Магистерские
    108 Выполненных работ
    Ольга Р. доктор, профессор
    4.2 (13 отзывов)
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласован... Читать все
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласованные сроки и при необходимости дорабатываются по рекомендациям научного руководителя (преподавателя). Буду рада плодотворному и взаимовыгодному сотрудничеству!!! К каждой работе подхожу индивидуально! Всегда готова по любому вопросу договориться с заказчиком! Все работы проверяю на антиплагиат.ру по умолчанию, если в заказе не стоит иное и если это заранее не обговорено!!!
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа
    Евгений А. доктор, профессор
    5 (154 отзыва)
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - ... Читать все
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - по социальной работе.
    #Кандидатские #Магистерские
    260 Выполненных работ
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ
    Яна К. ТюмГУ 2004, ГМУ, выпускник
    5 (8 отзывов)
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соот... Читать все
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соответствии с Вашими требованиями.
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Энергосервисный договор
    📅 2018 год
    🏢 Санкт-Петербургский государственный университет
    Асинхронный электропривод вентиляционной установки
    📅 2020 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка имитационной модели системы электропитания тяжелого самолета
    📅 2018 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Оптимизация структуры и режимов фотоэлектростанций северных территорий
    📅 2018 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)