автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Полупроводниковые преобразователи в системах энергопитания постоянного тока электромобилей

НАЦЮНАЛЬНА АКАДЕМ1Я НАУК УКРА1НИ 1НСТИТУТ ЕЛЕКТРОДИНАМ1КИ

Г 8 од

1 1 НОЯ 1996 На правах рукопису.

ПАВЛОВ В1ктор Борисович

V /

НАП1ВПР0В1ДНИК0В1 ПЕРЕГГВ0РЮВАЧ1 У СИСТЕМАХ ЕНЕРГОХИВЛЕННЯ ПОСТ1ИНОГО СТРУМУ ЕЛЕКТР0М0БХЛ1В.

Спец1альн1сть: 05.09.12 -■Нап1впров1дников1 перетворювач! електроенергИ.

Автореферат дисертацИ на здобуття наукового ступени доктора технШних наук

Ки1в - 1996

Дисвртац1ею е рукогшс.

Роботу виконано в 1нститут1 електродинам1ки HAH Укра!ни, м.КШв.

Науковий консультант доктор технШних наук, професор, академ1к HAH Укра1ни ШИДЛОВСЬШ Анатол1й Корн1йоаич

0ф1Ц1йн1 опоненти;

Доктор техн!чних наук, професор СЕНЬКО BiTanifl 1ванович

Доктор технШних наук, професор НОВОСЕЛЬЦЕВ Олександр Викторович

Доктор технхчних наук, старший науковий сп1вроб!тник ' ЩЕРБА AHamnifl Андр1йович

Пров1дна орган1зац!я НВО "Ки1вський 1нститут автоматики".

засаданн! спеЩал1зовано1 вчено! ради Д01.98.02 при 1нст«тут1 електродинам1ки HAH Укра1ни за адресов: 252680, Ки1з-57, пр. Перемоги, 56.

3 дисертац!ею можна ознайомитись у бЮлioreai 1нституту.

*

Автореферат розЮланий " " _ 1996р.

Учений секретар спец1ал1зовано! вчено! ради

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнють проблемы 1 ступ!нь досл!дження тематики дисертацЦ.

Головним'стимулом розвитку електромоб!лебудування е поПршон-ня екологИ навколишнього середовища. Найб1льш актуально питания вкологи постали в' Укра1н1 п!сля аварН на ЧорнобнльськШ АБС, оск1льки поеднання рад1ац11 та автомоб!льних викид!в особливо згубно впливае на здоров'я людей.

Сьогодн! на територИ УкраИни у еколопчно важких умовах проживав б1льше АО% населения - зона авари Чорнобильсько! АБС, Дн1провсько-Кривор1жський промрайон, Донбас, Причорномор'я та ¿нш! репони.

Головним джерелом забруднення навколишнього середовища е ав-томоб1льний транспорт. За даними еколоПв автотранспорт генеруе понад 72Я «1д загального забруднення повЗгряного середовища, а в окремих випадках ( велик1 м!ста ) нав!ть ОХльшэ. Кр1м того, автотранспорт 5 потужним та самим поширеним джерелом шуму у великих мЮтах. Встановлено, що на мюьких автомаПстралях максимальн! р1вн1 шуму досягають 90-95 дБ, мають тенденцию до зростання 1 цэ в той час, коли р!вень шуму у 85 дБ являе собою середн1й критичний р1вень, перевищення якого шкШиве для здоров'я людини.

Сл1д також в1дзначити, що в умовах загострення енергетично! кризи у наш1й кра1н! та обмеженост! паливно-енергетичних ресурс1в проблема забезпечення автотранспорту паливом продовжуе загострюва-тись. Св1тов1 ц!ни на нафту та газ збер1гають ст!йку тенденцт до зростання. Браховуючи те, що св!товий автомоб1льний парк продовжуе стр1мко зростати,-ця тенденц1я для ц!н збережеться. В1домо, що 40% св1тового видобутку нафти пвреробляеться у бензин 1 використову-еться як паливо для автомоб1л1в з двигунами внутр!шнього згоряння. 1:це при тому, що карбюраторн! двигуни, що працюють на високоокта-новому бвнзин1, якими оснащений практично увесь легковий транспорт кра!ни, являються сьогодн! найбшьш токсичними енергетичними установками. .

розробка та освоений виробництва електромобШв спрямован! нЭ вирипення зазначених вище проблем в УкраЗМ. Незважаючи на б1льш "високу вартють електромоб!л1в у пор1внянн! з автомоб1лями, вигода 1х широкого розповсюдження в Укра1н1 очевидна. Тим б1лыпе, що практично вс! промислово розвинут! кра1ни (Япон1я, США, ФранЩя,

ВеликобритаШя, Швеция, ггал1я, Н1меччина та анш1) реал1зують сво! прийнят! на державному р'1вн1 наЩснальн1 программ електромо01лебу-дування.

Робота виконана у в1дпов1дност! до план1в дослхдаень НАН Укра1ни (координацхйний план н-д робз.т "Науков! основи електрое-нергвтики";з проблеми "Первтворення парамэтр!в електрично! енер-гН" - розпорядження ПрезидП АН УРСР N 474 в1д 27.12.85 та N 7 в!д 24.12.92 ); по темам " Устройство " та "Устройство - 2 " ■ГР 01.86.0.083877; у вддпов1дност1 до розпорядження Ради М1н1стр1в СРСР * 473р в1д 03.12.80; у в1дпов1дност1 до программ автомобиле-. Судування М1нмашпрому УкраХни в!д 12.10.92, подпрограма по елек-тротранспорту, а також у межах программ "Ресурсозбер1гаюч1 проблеми виконавчих та транспортних систем" - ДКНТПП, 5.51.04, проект "Електромо<Яль", 1994р.

Мета 1 основн1 завдання наукового досл!дження - узагальнення та наукове обгрунтування схемотехн!чних та алгоритм1чних р1шень для нап1впров1дникових перетворювач!в в системах енергоживлення електромобхлав, зор1ентованих на сучасну (електронну та м1кропро-цесорну) елементну базу, реал1зац1я яких вносить значний вклад у лрискорення науково-техн!чного прогресу та зменшення техногенного навантаження на зовнипне середовшце.

Поставлена мета вимагас вирИпення таких основних задач:

- виявлення характерних особливостей функцЮнування та екс-плуатацИ окремих компонентов систем енергоживлення, 1х характеристик та параметр1в, як електричних навантажень для первинного джерела енерШ;

- анал1зу електромагн1тних процес±в у нап1впров1дникових 1м-пульсних перетворювачах. для привод1в електромобичв з урахуванням реальних навантажувальних режим1в та характеристик тягово! акуму-ляторно! батаре!, досл!дження комутатйних процес1в у низьковольт-них 1мпульсних перетворювачах та способ1в Шдвищення комутаЩйно! над1йност1;

- розробки метод±в досл1дження енергетично! ефективност1 систем енергоживлення з урахуванням коефИЦента корисно! дЗД (ККД) окремих компоненПв системи та способ!в оптимального управления силовими нап1впров!дниковими перетворювачами; •

- створення ряду нових силових нап1впров!дникових перетворюва-Ч1В для привод!в електромоб!л!в 1 систем управл!ння, що реал1зують тягов1 ражими та реЗшми рекуперативного гальмування;

- створзння нових економШних, над!йних та малогабаритних компоненте спвц1ачьного влоктрообладнання,влвктромоб1ля;

- розробки ряду рекомендаций з проектування окремих компоненте 1 створення систем енергоживлення пост1йного струму електромо-<5!л1в в ц!лому, що мають сприяти Шдвищенню ефективност! таких систем та IX практичШЙ реалгзацИ. (

Об'ект 1 предмет дослЩжэння. Досл!джуються нап1впроваднико-в! перетворювач! 1 системи енергоживлення пост!йного струму елек-тромоб!л!в на предмет п!двищення 1х енергетично! ефективност! 1 техн!чно! надШюст!.

Методолог1я 1 метод досл!джвння предмету ! об'екта. Вир1шення розглянутих у дисертац!! задач анализу електромагн1тних процесю в силових колах та енергетичних характеристик елемент1в систем енергоживлення виконано з викорисганням твори електричних к!л, пере-творення Лапласа, р1зницевих р!внянь, математичного моделювання та теор!1 електроприводу I електричних машин.

Наукова новизна роботи мЮтитъся у наступному:

- сформульован1 й обгрунтован! головн1 положения методу визначення параметр!в первинного джврела енергИ, виходячи з основних критерИв ефективност! функцЮнування електромосЯля та умов його безпечно! експлуатацИ;

- вперше при анал!з1 комутац1Яних процес1в !мпульсних пере-творювач!в дослЗджена комутац1йна здатнЮть вузл!в з парапельно-емн!снох> комутацАею з точки зору основних парамэтр!в низьковольт-но! акумуляторно! батаре! та тягового електродвигуна 1 доведена доЩльнЮть пЦвищення комутуючо! напруги у пор!внянн! 1з зб1ль-шенням комутуючо! емност! для досягнення необх!дно! нвд!йност! 1м-пульсного перетворювача постШно! напруги;

- сформульован! нов1 п!дходи до проектування та метода створення тиристорних 1мпульсних перетворювач1в з п!двищеною комута-ц1Йною здатн1стю, отриман! нов1 анал!тичн! вирази для визначення параметр!в комутуючого пристрою в 1мпульсних первтворювачах, пра-цюючих у р1зних режимах;

- розроблено й обгрунтовано новий метод визначення енергетично! ефективност! систем енергоживлення електромо<3!ля;

- одержан! ранИле нев1дом1 графо-анал1тичн! залежност! втрат енерг!! в окремих елементах 1 систем! в ц!лому. Проведена к!льк!с-на оц1нка таких втрат в залежноег! в1д режим!в роботи системи, стану джерела живлення ! типу тягового двигуна. Визначен1 найО!льш

доц!льн1 алгоритми упраал!ння силовими напхвпров!дниковими пере-творювачами; ■

- Д0сл1Дкэн1 особливост! роботи транзисторних 1мпульсних пе-' ретворювач'в постШюх напруги з живленням в!д бортово! акумулятор-нох батаре!, коли навантаженням перетворювача е двигун пост1йного струму, шунтований зворотн!м д!одом;

- отриманх аналотичШ залежност! для 'знаходження оптимальких частот перетвореннн електрично! енергИ, що визначаються м!н1маль-но можливими втратаыи у перетворювач! 1 масогабаритними показника-ми входного фШьтру та охолоджувача;

- впершо дослхдженх особливостх оригЛнальних схем транзисторних 1мпульсних перетворювач!в, призначених як для силових к!л, так х для допом1жних пристроив. Встановлено, що так1 перетворювач1 за-безпечують оптимальний комбз.нований широтно-частотно-1мпульсний спосхб регулювання 1з сталим р!внем пульсаЩЙ струму навантаження, що сприяе пхдвищенню ефективностх роботи привода в ц!лому.

В1рог1дн!сть одержаних наукових результат1в забезпечуеться значним об'емом експериментальних даних, що отриман1 з використан-ням вхдповхдних мётод1в досл1джень, а також позитивуими результатами випробувань 1 промислового застосування.

Практична ц!нн1сть роботи полягае в наступному:

- отриманх теоретичн1 результата дозволили аналхтичним шляхом вхропдно визначати необххди! параметр« первинцого джерела енергИ електромобхля при м1н1мум1 заданих величин,що дае можливЮть на еташ проектування машини забезпечити досягнення заданих характеристик;

- реалхзован1 у вигляд1 1нженерних методик розрахунку результата досл!даень комутац1йно! над1йност! тиристорних 1мпульсних перетворювачхв, що живляться в1д низьковольтно! акумуляторно! батаре!. на основ1 запропонованих способхв створено ряд перетворювачхв з Шдвшценою комутаЩйною спроможнютю, якх успхшно функцхону-ють на низьковольтному електротранспорт1;

- запропоновано ряд нових способ1в пхдвищення ефэктивност1 роботи транзисторних :Ыпульсних перетворювач1в, що забезпечують надШу роботу таких пристрохв зрхзними типами тягових двигун1в ■ ■посПйного струму 1 первинних джерел енергИ, що застосовуються на електрсмоболях;

- розроблений метод визначення повного ВД системи енергожив-лення дозволив побудувати та реал!зувати алгоритми управл!ння си-

ловими !мпульсними перетворювачами для забезпечення м1н1мальних втрат енергИ в усвому д1апазон! регулювання для р!зних рожш1в робота привода електромоб1ля;

- одержан! результи дозволяють п!двищити тех!чний р1вень широкого класу силових нап!впров1дникових перэтворюваШв з м!кропро-цесорними системами управл!ння, а також наШвпровЩникових прис-тро1в допом1жного призначення 1 можуть бути використан! при роз-робц! систем енергоживлення для р!зноман!тних безрейкових транспортних засоб^в з бортовою акумуляторною Оатареею.

Автор захищае:

1. Метод визначення енергоемност! автономного даерела жив-лення електромобШя.

2. Результати пор!внювального#анал!зу нап1впров!дникових пе-ретворювач1в, призначених для тягового приводу постл.йного струму електромоб!л!в.

3. Способи Шдвицення комутаидйно! спроможност! низьковольт-них тиристорних Илпульсних перетворювач1в.

4. Способи п!двищення ефективносп роботи транзисторних 1м-пульсних перетворювач!в, що працюють з р1зними типами електродви-гун!в постойного струму 1 первинними дхерелами енэрги, як1 засто-совуються на електромоб!лях.. ,

5. Методи визначення ККД системи енергоживлення електромоб1ля та параметр!в оптимального управл!ння. силовими 1мпульсними пере-творювачами в р1зних режимах роботи. "

6. Нов! схемотехн!чн! р1тення силових та догеШжних нап!впро-в!дникових перетворювач!в ! систем управл!ння на баз! м!кропроце-сорно! техн!ки.

7. Результати впровадження розроблених нап!впров!дникових пе-ретворювач1в та пристро!в, що реал!зують п!двищення ефективнос-т! систем енергоживлення електромоб!л!в.

' Реал!зац!я результат!в роботи зд!йсвювапась шляхом розробки макет!в нап1впров!дникових пристро!в та створення досл1дно-промис-,лових зразк1в силових тягових перетворювач1в та компонент1в спец1-ального допомЬшого ■ електрообладнаннядля систем енергоживлення електромоб!л1в АвтоВАЗа ! АвтоЗАЗа, а також ряду електропривод!в внутр!шньозаюдського акумуляторного електротранспорту. ГИД кер1в-ництвом та з участю автора створен! силов! тиристорн! та транзисторна перетворювач! для електромобШв ВАЗ-2801, 2802 , 2702, а також перш1 у СНД м1кропроцесорн! системи управл1ння для електромо-

ölniB ВАЗ-2702 i 2802-01; розроблена концепц!я побудови та створена система енергоживлення для досл!дних зразк1в перших укра!нських е.лектромоб1л1В на баз! автомобиля "Тавр1я" - ЗАЗ-1109 i ЗАЗ-П091-легково! та вантажно-пасажирсько! модиф!кад1Й; створен! низько-BOjibTHi тиристорн1 та транзисторн! перетворювач1 проходили випро-бування та досл!дну експлуатацйо у заводських умовах на електрока-рах ЕК-2, ЕН-161, електронавантажувачах ЕП-0204 на ряд! Шдпри-емсгв Укра1ни <м.м.Ки!в та Запорисжя).

Зараз у межах программ автомоб1лебудування М!нмашпрому Укра1-ни та проекту "Влектромоб!ль" ДКНТПП розглядаеться питания про ви-пуск досл1дно1 партИ електромоб!л!в ЗАЗ-И09 та U09I з системами енергоживлення, розроблвними в 1ЕЩ HAH Укра1ни при безпосередн!й участи автора. •

Апробац1я роботи. 0сновн1 положения та результаты роботи до-пов1дались i були схвалан! на протяз! 1976-1995р,р. на двох м!жна-родних, 8 всесоюзних та 7 регЮнальних конференциях 1 галузевих парадах.

Публ!каЩ. Основн! результат» дисертад11 в1дображен! у 63 наукових працях, в тому чисШ. у 4-х монограф1ях, 46 статтях 1 допо-в1дях, а також у 3-х зв!тах по НДР- Новизна техн!чних рхшень захи-цена 22 авторськими св1доцтвами СРСР та патентом Укра1ни.

Структура i обсяг роботи. Дисертац1я складаеться !з вступу, семи глав, загальних висновкАв, списку л!таратури (162 найменування) i додатку. Бона мЮтить 287 стор1нок основного тексту, 101-магаонок, 14 таблиць. Додаток викладено в окремому том! на 57 стор1нках.

ЗМХСТ РОБОТИ

у вступ! наведена оцзяка сучасного стану проблеми та поставлено задач! наукового досл1дження, перерахован1 метода дослАджень, обгрунтован! актуальн!сть, наукова та практична новизна, наведена ^формаЩя про реал^заЩю результатов роботи, и апробацйо, про публ!кацИ та структуру дисертацИ.

у перш1й глав1_ розглянута вар1анти побудови систем енергоживлення електромоб1л!в, наведена узагальнена структурна схема таких систем. Тут же наведен! характеристики та особливост! функцЮ-нування складових компонентов системи енергоживлення.

Джерела живлення для електромобШв здеб1лыгого функцЮнують зэ рахунок влвктрох!м!чних перетворень як у середовищ1 складових

ix елененпв, так 1 в самих цих елементах. У poöoTi запропоновано класиф!кац1ю джерел енергИ для' автономного електротранспорту.

Як вне було показано, первинним джерелом • енергИ електромо-б1ля е електрох1«1чне джерело пост1йно! напруги. Тому природнш е той факт, що електропривод пост!йного струму займае дом!нуюче положения у системах тягових привод!в транспортних 3acoöiB з авто-номним електрох!м!чним" джерелом енергИ. Проте, на протяз1 усього часу розробок елвктромо01л1в альтернативою приводам постз-йного струму.були електроприводи зм!нного струму з асинхронними, синхрон-ними та вентильними машинами.

У робот! докладно розглянут! переваги й недолги тягових елек-тродвигун!в пост!йного та зм!нного струму ! зроблено висновок,. що усп!хи перетворювально! техн!ки останнього десятир!ччя, освоения промислового випуску потужних польових транзистор1в дозволяють вва-жати за можливе б!льш !нтенсивний розвиток р!зних систем тягового приводу ел9ктромоб!л!в.

Очевидно, що додЩьним е подальший розвиток тягових електро-привод!в пост!йного та зм!нного струму, а також електродвигун!в !нших конструкц1й, призначених. для електромоб!л!в, з пост!йним удосконаленням кожного напрямку без взаемовыключения одного !на;гм.

Однак, враховуючи, що до цього часу електропривод постШюго струму з двигунами посл!довного та нэзалэжного збудження на акуму-ляторному транспорт! становить 9856 ! лииэ 2% припадають на ima! типи електродвигун!в для електромоб!л!в здеб!льшого некомерц1йного (досл!дницького) призначення, основну увагу в ц!й робот! придШено самэ електроприводу з тяговими двигунами пост!йного струму.

Реостатне регулювання частота обертання двигуна пост!йного струму, яке використовувалося ранйпе, кр!м простота реал!зацИ мае ряд недол1к!в. Найсуттев!шим з них сл!д вважати непродуктивн! втра-ти енергИ в реостатних структурах при регулюванн! швидкост! тягового двигуна електромоб!ля, бо енерг!я акумуляторно! батаре! обме-жена одн1ею зарядкою i проблема И рац!онального використання е досить важливою. S uiei причини !мпульсн! наШвпровздников! перетворювач! знайшли вшроке застосування у системах тягового електроприводу елвктромоб!л!в, де з !х допомогою досягаеться економ1я електроенергИ до 20% у пор!внянн! з реостатним управл1нням.

Ряд основних теоретичних та практичних питань щодо 1мпульсних перетворювач!в вир!шено в роботах Л.В.Б!рзн!екса,Т.А.Глазенко, O.A. Косова, В.Д.Нагорського, ЮЛ.Конева, Р^Моргана, Х.Джонса, X.Bedepa.

Сьогодна знаходяться у розвитку розробки та досл!дження низь-ковольтних !мпульсних пврвтворювач1в, як1 живляться в1д автономного даврела (акумуляторно! батарв!). Такх перетворювач! мають ряд особливосте", обумовлених специф1кою ix практичного використання та процесами, що в них протз'кають. Анал1з декотрих схем низько-вольтних перетворювачхв наведено у роботах вЗдомих автор!в, а са-ме: B.I .Некрасова, Г.Н.Гаврилова, МЛ.Крайцберга, Е.В.Шикутя, К.К.Рашевиця, М.Коха, Е.Крохл!нга, К.Стора, ЬМасларова, Н.Чомпе-лова, Н.Толева, Р.Годева, К.Медн1карова, Х.Кахлена та iHm.

На першому eTani розвитку тягового електроприводу в основному застосовувались тиристорн! 1мпульсн1 перетворювач1. Подальший роз-виток та удосконалення напхвпровд-дникових технологий дозволило ре-ал!зувати випуск потужних транзистор1в (на corai ампер), п!дняти р1вень Ix робочо! напруги i забезпечити висок1 частоти перемикання.

• Значний внесок у розвиток транзисторно! перетворювально! техники зробили так1 вчен!, як В.С.Васильев, Г.М.Веденеев, С.Г.Герман--Галк!н, ЮЛ.Драбович, Е.М.Ромаш, ВЛ.Сенько.С.С.Букреев, Н.Н.Лапте' B.C.MoiH, В.П.Миговзоров та багато !нших.

В робот! проанал1зовано переваги та недол!ки застосовуемо! елементн'о! бази i для б1льш обгрунтованого прийняття р1шення щодо можливост! застосування того чи гншого типу нап!впров1дникового приладу, проведено пор1вняння трристорних та транзисторних iM-пульсних перетворювач!в, виходячи з ix функцЮнального призначення - регулювання частоти обертання тягового двигуна автономного елек-тротранспорту, а також проанал!зован1 особливост! функц1онування вторинних джервл* живлення електромоб1л!в та зарядних пристрогв.

КритерИ ефективност! систем енергоживлення електромоб^шв, . що сформульован! в poOoTi, дозволяють констатувати ix багатообраз-HicTb та взаемовпливн!сть, а часто i взаемовиключнЮть.

Дуже часто практично единим тегральним показником ефектив-nocTi електромобШя, на покращення якого спрямован! ochobhI зусилл! розробникхв тягового електрообладнання, е м!жзарядний пробгг маши-ни. В п1дсумку на цей показник "працюе" як кожний елемент системи енергоживлення так i yci елементи у ix взаемозв'язку. Однак, сл!д зауважити, що останнхм часом усе больше уваги прид1ляеться такому показнику, як вартЮть електромоб1ля, тобто декларуеться ii знижен-ня нав!ть за рахунок деякого погаршення !ншиш показник1в. Одночас-но з цим на передни? план виходять ергожШчн! якост! електромоб1-ля, його комфортность, простота та дешевизна обслуговування та екс-

плуатацИ. На вирИпвння щлого комплексу пврел1чених вище питань спрямованх зусилля розробник!в систем енергоживлення електромоб1-л1в та акумуляторних транспортних засоб!в в Щлому..

Друга глава присвячена анал1зу первинних джерел кивлення, як1 застосовуються на електромоб!лях. Практика створення та експлуата-ц!1 електромоб!л!в за останн! 30 рок1в показуе, 90% електропри-водхв живляться в!д свинцево-кислотних акумуляторних батарей, 5-8% - в!д н1кель-кадм1евих, н1кель-зал1зних, н1кель-цинкових та натр1й-с1ркових акумулятор1В. Приблизно 2% пр'ипадае на ус! анпИ види джерел живлення, якх часто-густо ще не вийшли за меж! лаборатор1й. Електрох1м1чн1 генератори, маючи висок1 питом! характеристики, ма-ють пру цьому 1 суттев! недолхки, як! роблять проблематичним 1х широке застосування на електромобзлях вжэ сьогоднз.. 3 Ще1 причини у друг1й глав! анал!зуються саме акумуляторнх батаре!, як1 застосовуються в тепер1шнд.й час як основне джврело первинно! енорги электромобиля. Сформульован! такок крлтерИ пор1вняння тягових акумуляторних батарей, до яких в1дносяться: простота конструкцП та габарити; вартдсть сировини; дешевизна технологи та виготовлення; простота х бвзпечн1сть обслуговування; !нтенсивн!сть саморозряду; температурна дев1аЩя емноста; стхйкасть до перевантажень; мозкли-вЮть прискореного заряду; моыивЮть регенерат! в1дпрацьованих елемэнтхв та утил1зацИ 1х токсичних компоненте. За цими критер1-ями проанал!зован1 свинцево-кислотн1, н!кель-цинков!, н1кель-за-л1зн1, н!кель-кадм!ев!, н1кель-г!дридн1, цинк-галогенн1, натр1й-с1рковх, л1т1й-с1рков1, л1т!й-зал1зосульф1дн± та натр!й-хлорн1 акумулятори.

Пор1вняльна о[Цнка застосовуемих ш.умуляторних батарей пока-зуе, що основним джерелом енергохивлення елэктромоб:Шв в тепэр1и-н1й час по вартост! та експлуатац1йним показникам слхд вважати свинцево-кислотн! акумулятори. Школь-кадм1евх та н!кель-зал1зн1 тягов! акумулятори можуть усгт!шно застосовуватись у сучасних елек-тромобхлях, хоча тут буде потр1бне суттеве доопрацювання для зни-ження !х вартост!, пол1пшення еколог!чких фактор1в як при вироб-ництв1, так 1 на етап! утШзац!!. Рента тип1в тягових акумулято-рхв ще не вййшла за меза лабораторних дослхджень та випробувань.

Одним з найважливхших питань при створенн! електромоб!ля е питания визначення установлено! потужност! (енергоемност!) тягово! акумуляторно! батаре!.

Вхдомо, що довжина проб!гу электромобиля знаходиться у прямы ^

залежност1 в!д маси акумуляторно! батаре! 1 зростае 1з зб!льшенням 11 питомо! енерг!!. У робот! розроблено метод визначення необх1д-но! для конкретного електромоб!ля енергоемност1 (установлено! по-тужносП) акумуляторно! батаре!, виходячи з м!н!муму параметр1в: маси електромоб1ля, потр!бного запасу ходу при стал!й швидкост! та при русх в м1ському цикл1 БАЕЗ 227 (А-Б). Пропонуемий метод дозво-ляе також визначити масу акумуляторно! батаре! та корисного ванта-жу, що перевозиться електромоб1лем. Для виконання Анженерного роз-рахунку складен! в!дпов!дн! розрахунков! програми для ВШ,як± доз-воляють отримати Оажаний результат ще на етап! проектування шляхом вар1ацИ вих1дних (заданих) величин.

Другим значним питаниям п!сля визначення енергоемносП тяго-во! акумуляторно! батаре! е питания вибору величини напруги пер-винного джерела енергИ. Цей фактор чинить безпосередн1й вплив як на проектування силових компонетЧв системи (зокрема на визначення класу нап1впров1дникових прилад!в), так 1 на виб1р комутац1йно! апаратури та допомхжних присгрохв.

Проведений у робот! анал!з залекност! масогабаритних показни-кхв р1зних акумуляторних батарей показуе - загальна тенденц!я по-кращення питомих величин !, як насл!док, зниження масогабаритних показникхв !з зростанням величини ампер-годин батаре! для р!зних тип!в акумуляторхв та ф1рм-виготовлювач!в залишаеться нвзм!нною.

Таким чином, з точки зору масогабаритних показник!в б!льш до-ц!льно вибирати низький р!вень напруги тягово! акумуляторно! батаре! та зб!льшувати кШ!сть установлених ампер-годин. В цьому. ра-31 зменшення масогабаритних показник1в батаре! можливе на 5-20%, або в!дпов!дне зб1льшення установлено! потужност! матиме мЮце.

Кр1м того, на виб1р напруги впливае також ергоном!чний фактор. У практиц! електромоб!лебудування !снуе терм!н "напруга дотику".. Браховуючи той факт, що користувачами електромоб!л!в будуть зде-бхльшого люди, яка не мають досв!ду роботи з электроустановками, сл1д враховувати це, вибираючи р!вень напруги первинного джерела живлення, тим б!льше, що цей фактор стае дуже суттевим в умовах ат-мосферних опагДв. В цьому раз1 висока напруга мохе загрожувати жит-тю пасажирхв та обслуговуючого персоналу у раз! пробою хзоляц!! та потрапляння потенЩалу на корпус машини.

Анал1з наведених вище факторхв дозволяе зробити висновок, що для зменшення масогабаритних показник!в встановленого обладнання системи енергоживл0ння електромоб!ля та безпечно! експлуатацИ

б!лыл доц!льне Еикористання тягово! акумуляторно! батаре! з якомо-га низьким piBH6M напруги. Практика показала, що на електромоб1лях класу до 500 кг найчаст!ше приймаеться напруга 48-84 В, д ■ 1500 кг - 84-120 В, вище 1500 кг - 150-220 В. В окремих випадках на дос-л1дних електромоб!лях напруга джерела живлення сягае 300-400 В.

В1домо, що характеристики акумуляторно! батаре! -та способи Ii експлуатацИ чинять безпосередн1й вплив на м!жзарядний npo6ir маши-ни, тому потр!бно ретельно враховувати yci особливосП, що виника-ють при робот! джерела з силовим йипульсним перетворювачем у тяговому привод! електромоб!ля. При цьому сл!д вхдзнччити, що саме на акумуляторну тягову батарею припадае значна частина загально! маси машини. П!двищення коеф!ц!ента корисно! ди системи .акумуляторна батарея - перетворювач - двигун дозволяе пропориДйно зменшувати масу батаре! при заданому npoöiry, або зб!льшувати м!жзарядний про-б!г при задана II мае!.

При робот! акумуляторно! батарь! з 1мпульсним перетворювачем струм батаре! можв мати пульсац!! або бути !мпульсним. ПульсацП струму виникають як у тяговому режим! (розряд батаре!), так ! в гальм!вному режим! з рекуперац!ею енерг!! (заряд батаре!). Анал!з впливу характеру струм!в, як1 споживаютъся в!д джерела, на коеф1-ц!ент корисно! д!! акумуляторно! батаре! показуе, що для прямокут-них !мпульс!в струму вираз для ККД батаре!. буде мати вигляд:

71=1-1*. (I)

де :!*= -j^f*0, 1мак5 максимальний струм, прот!каючий кр!зь акумуляторну батарею; 1кз=тД - струм короткого замикання акумуляторно! батаре!; Е, г - Е.Р.С. та внутр1шн!й оп!р акумуляторно! батаре! в!дпов1дно.

При п!кообразн!й форм! 1мпульс1в струму ККД батаре! визнача-еться за такою формулою: т) = 1 - 1*ка (2)

де: ка= 1 + а2/12; а =—-М?ке- коефЩ!ент пульсац!й струму

макс

навантаження;д1макс-ампл!туда пульсац1й струму навантаження.

При розряд! акумуляторно! батаре! постШим струмом вираз для ККД буде мати такий вигляд:

т) = (1 + \ 1 - 4 1*[1 - 1*)у ) / 2 (3)

На мал.1 наведен! залежност! ККД акумуляторно! батаре! при розряд1 струмами р1зно! форми, що мае Micue при !мпульсному регу-люванн1. 3 анал1зу цих rpafciKiB видно, що, чим б1льш яскраво вияв-ляеться п!копод!бна форма импульсу ( тобто зб!льшен1 пульсац¡V

струму), тим низкче ККД батаре!. Найб1лыШ значения ККД акумулятор-на батарея мае при розряд! посПйним струмом. Анал1з отриманих ви-разхв показуе, що ККД батаре! можна Щдвищити, якщо зменшувати амгШтуду струмових пульсац1й або зб1льшувати струм короткого за-микання батаре!.

У трет!й глав1 розглянуто особливост! емн!сно! комутацИ ти-ристорних !мпульсних перетворювач1в пост!йно! напруги, що живлять-ся в!д низьковольтно! акумуляторно! батаре!, проведено порхвняль-ний анал!з низьковольтних тиристорних перетворювачхв, що застосо-вуються на ел9ктромоб1лях, проведен! теоретичн! досл!дження елек-тромагн!тних процес!в в схемах тиристорних перегворювач1в з по-ст!йним та змгнним р!внем комутаЩйно! напруги ! сформульован! принципи. Шдвищення комутаЩйно! здатност! низьковольтних тиристорних перетворювач!в, проведена класиф!кац!я схем папавпров1дт-•кових перетворювач!в, призначених для забезпечення р1зних режимов роботи низьковольтного акумуляторногс електротранспорту.

Над1йн1сть конутац!! силового1тиристора залежить вз.д ряду фак-торгв, що впливають на процес його вимикання. До них належать час в1дновлення тиристора, величини прямого струму ! зворотньо! напруги, що прикладаеться до тиристора ! т.п. Необх!дна для вимикання тиристора величина заряду q1 визначаеться формулою:

V ^'аке.-гЧ» (4)

де 1цако>т- максимальний струм, що прот!кае через тиристор;

1;в- час в!дновлення тиристора.

Для забезпечення над!Яно! комутац!! необхадне дотримання не-р1вност! q1 < я0. Тут q0- заряд комутац!йного конденсатора саме перед вимиканням тиристора, д0= сик, де С - емнЮть комутаЩйного конденсатора, а ик-напруга на ньому перед комутац!ею. Треба.заува-жити, що емнЮть комутаЩйного конденсатора та величина напруги на ньому однаково впливають на 'над1йн1сть вузла комутацИ. у найпрос-тИюму випадку напруга на комутац!йному конденсатор! визначаеться р1внянням: ц = ие-тс/20> (5)

де и-напруга джерела живлення (акумуляторно! батаре!); (З-доб-ротн!сть перезарядного контуру, 0 = ^Ъ /( г ^С.) (Ъ 1 г- !ндуктив-нЮть та активний оп!р контуру).

Таким чином, вираз для q0 буде мати вигляд:

Ч^ОСе-«^/(2]Г )

На основ! приведених вище вираз1в можна зробити висновок, що при заданШ частот! комутацИ зб!лыпвння емност1, необх!дно! для над!йного вимикання, потребуе зменшення !ндуктивност! перезарядного контуру Це призводить до зменшення добротност! !, як наслхдок, до зменшення заряду комутацгйного конденсатора.

У низьковольтних перетворювачах з живленням в1д акумуляторно! батарэ! при широкому д!апазон! ам1ни напруги та великих струмах, що комутуються значне зС!льшення емност! може призвести до знижен-ня комутацз.йно1 здатност! схеми 1 обмеженому д1апазону струм1в, що комутуються.

На мал.2 зображена залежн!сть заряду q*(Cж) в!д величини ко-мутаЩйно! емност!. За Оазова були прийнят! одиничн! величини С*; и*; IIе Крив! побудован! для р1зних початкових значень добротност! °поч.' фУнкц1я Яо<С*) мае нел!н!йний парабол!чний характер ! знач-ною м!рою заложить в!ц добротност! контуру 0*.При цьому, чим нижча добротШсть, тим менше значения q*,i максимум криво! зсовуеться до початку в!дл1ку. При добротност! 3 крива практично не

мае максимуму ! q0 зменшуеться з ростом С*. На цьому ж малюнку зо-бражен! залежност! qp*(U*) ( прям! л1н!! ) для р!зних значень 0* ( !з зм!ною 0* зм!нюеться нахил прямо! ) 1 *(11*>, отриман1 для р!зних значень С* (1,2,3...). Величину аряду q*, необххдну для ко-мутац!! максимального струму, в!дображаб залежн1сть q*(I*).

Анал1зуючи наведен! залежност!, можна зробити висновок, що забезпечення заряду q* в облает! максимальних струм1в швидше дося-гаеться зб!льшенням комутац!йно! напруги при збереженн! пост1йно! емност! конденсатора. В той же час досягнення необх!дного заряду зб!льшенням комутац!йно! емност! у багатьох випадках взагал! не-можливе через зниження добротност! контуру, тод! як за допомогою зм1ни напруги на комутац!йному конденсатор! нвобх1дний заряд дося-гаеться при досить низьких значениях 0?

За останн! 30 рок!в у в1тчизнян!й та заруб1жн!й техн1чн!й л1-тератур! надруковано велику к!яьк!сть схем перетворювач!в пост1й-но! напруги. В робот! зроблена спроба узагальнити якомога бълыиу к^лькЮть схем тиристорних перетворювач!в, що були коли-небудь заявлен! 1 запропонован! для застосування у низьковольтному тяговому електропривод! з 1мпульсним управл!нням. Зрозум!ло, що через постыну появу нових схем неможливо претендувати на !х повний пере-л1к, але очевидно, що розглянут! в робот! схеми складають основну частину низьковольтних перетворювач!в.

У робот! наведено ряд схем 1мпульсних перетворюваШв з постанов та зм1нкою величиною напруги на комутацШному конденсатор!, котра для р!зних схем мае значения в!д ик= и до ик= ЗУ X б1льше. Для низьковольтних перетворювач!в найб!льш Щкавими с схеми з б1льш високим р!внем комутац!йно! напруги, як! до того ж мають ! високу початкову комутац!йну здатнасть.

На мал.З.а зображено схему !мпульсного перетворювача з по-ст!йним р!внем напруги на комутац!йному конденсатор!.

ЕлектромагШтн! процеси у комутащйному пристро! перетворювача в!дбуваються у означен! промажки часу ( мал.?,б ). Струми ! напруги, що в!дпов!дають кожному !нтервалу описуються р!вняннями:

и+и0,(0)

1К10),С

гсГ

и-и^(О)

е~з1п и,г

(7)

ЭЬЮЗ^НО^СОЗЬ),

-ис,(0);

I =

сг и *

17-Ешсгго;-ь,:ггмакоаг

ькаиг

3171 ш2*+1максс03 шгг

и-Е^О)-^

макс®г

1^(61 + ф

1-е

С(Ь1 +

(8) (9)

(10)

■гв1п 8гС03

V]] -

2 2"

де Е - ЕРС акумуляторно! батаре! ; 1С - струм перезаряду конденсатора по колу С-Т1-2-1-Т2-Ц,-С, за гтом1жок часу О^Ш, - перший перезарядний контур; 1сг-струм перезаряду конденсатора по колу навантаження за пром!жок часу другий перезарядний контур;

ис1и ис2~ напруга на комутац!йному конденсатор! на пром1жках часу в!дпов!дно <ХШ2 та и^(О) та исг(0)~ початков! напруги

на комутац1Иному конденсатор! у в!дпов!дн! пром1жки часу; ^та б2-декремонти затухания, гул/21^; 5г= та шг- власна

частота першого ! другого перезарядних контур!в, 0),= /(\/Ьк^С)-Щ;

"2= ^п/^с; та г,

екв!валентн! активним втратам кожного контуру,

^2= V V 'V Гк1= V V Гпр' ГК2= V V Г дуктивн.сть та оп1р комутац!йного дроселя; 1д,

дуктивн!сть та оШр в!дпов!дно джерела живлення та

!ндуктивност! та опори,

V V 1щ> '

пp;IV

та гд'ГП.р " 1Н з'еднувальних

исГ

провШшив; та га - !ндуктивн!сть та оп!р двигуна; ш0 -. власна

частота поливного контуру без врахування затухания, и0=1//ЪКС .

Для розглянуто! схеми початкова напруга ис^(0) и, тому, що Щсля комугацН силового тиристора конденсатор заряджаеться до на-пруги джерела живлення, теля чого в!дкриваеться зворотн!й . д!од, через який 1 починае прот!кати як!рний струм. Тод! рхвняння, що описують зарядний гтрум 1 напругу на промхжку часу матимуть

вигляд:

(О * f

ги е °11 (зШ О^г + ф) - и, агав

(11)

исуеться виразом: . „

и „ГО; = - и(П2е-%/*4*?-1) м 30 . (12)

Максимальна напруга на комутацЛйному конденсатор!, яка дор!внюе исг(0), описуеться виразом:

V %2(

тому , що добротнЮть контуру С&Ю.

Осцилограми струм1в ! напруг у електричних колах перетворюва-ча, що були знят1 при середньому струм! навантаження 1сер = 30 та 50 А, наведен! на мал.4, де а - якхрний струм; б-д -струми у колах комутаЩйного конденсатора,силового тиристора Т1, шунтуючого дЮда Д та комутац!йного тиристора ТЗ; е --струм джерела живлення; ж-з -напруга на комутащйному конденсатор! та двигун1. Параметри комутаЩйного контуру С=100 мкФ, 1^=0,1 мГ, гвТ1=100 мкс.

Теоретичн! та експериментальн! досл!дження довели,- що !з змен-шанням середнього струму навантаження та величини налруги джерела форма кривих струм1в ! напруг у колах перетворювача практично не зм!нюеться, а ампл!туднв значения напруги на комутац!йному конденсатор! залишаеться приблизно постШшм, р!вним 4и.

Очевидно, що у низьковольтному тяговому електропривод! б1льш прийнятними с схеми !з зворотн1м зв'язком в1д струму навантаження. При цьому частина енергИ передаеться з контуру тягового двигуна у комутац!йний контур, однак ця енергая зн!маеться з кола зворотнього д!ода, де як!рний струм е пропорц!йним струму у силовому кол!. Так! схеми дозволяють знизити втрати енергП ! п!двищити ВД перетворювача, бо при 7=1 струм у кол! зворотнього д!оду в!дсутн!й.

Автором залропоновано схему перетворювача (мал!5,а) з додат-ковим перезарядним контуром, що складаеться з допом!жного л!н1й-ного дроселя (дроселя зворотнього зв'язку), увхмкненого в коло д1-ода, що шунтуе навантаження та додаткового дЮда. Ця схема мае

)

ИЬ-М-

Cmnl

мал. 5

=1

А M Ж

l^r УШ /'W/s' Г

• '7 i^-"

мая.8

мал. 7

-M

r

ví J • г

Л1 /у

мал. 9

мал.10

. мал.II

П1двищену комутац1йну здатнЛсть 1 е модиф1кац1ею схеми, зображено! на мал.З. В1др1зняеться вона в1д попередньо! тим, що у режим1 не-розривних струм!в Т1 1 Т2 по колу дроселя через д1од Д1 проП-кае струм якоря. Тому у допомхжному дросел1 накопичуеться електро-магн1тна енерПя, котра п1сля ув!мкнення тиристора Т2 розряджа-еться по колу Ь^Цг-^-ТЙ-С-Ьдр 1 частково через навантаження. При цьому конденсатор запасав больше енергп для вимикання силового тиристора Т1(чим бгльший струм навантаження, тим б1льша напруга на комутац1йному конденсатора.). Таким чином, зд1йснюеться позитивний зворотнз.й зв'язок в!д струму навантаження 1 п1двищуеться комута-Щйнз над1йнЮть схеми.

На пром1жку часу О^Ш^ (мал.5.б) одночасно проходить перезаряд комутацШого конденсатора по двом колам: С-Т1-2-1- Ъ^- Т2-С (струм 1к1) 1 С-Ъдр-Дг-Ъ^-Тг-С (струм с^). Пром1жок часу 12- ^ характеризуеться також двома процесами:перезарядом конденсатора по колу С-ТЗ-2-1-Д6-С 1 проходженням струму по колу дроселя ЛВ-Ь^Ц--Д8. Струм перезаряду комутац1йного конденсатора для пром1жку часу визначаеться сумою струм1в 1к1та :

и * и .(О)

Sin ♦ IMiH-Vcoa u\t

(13)

(U)

Напруга на комутац1йному конденсатор! для цього • ж пром1жку часу знаходиться за допомогою формули:

"с-г иИ-соз w^t) - uc1 (0)(соз u,t ■+ coa to*t - 1) +

* W*puieln "i'**

Струм комутац1йного конденсатора на пром!жку íg- í'3 визнача-

сться р1внянням:

О - Е(1- Ъ/ Ъ2) * %2(0)

I * -Г-.—а. ,——— ain u t,+ (i),t (15)

c2 / i, 3 макс 3

3 а. др J

де L3- андуктивн1сть контуру i3 зворотнШ д!одом, L3=La4 Ьдр;

ы3- власна кутова частота комутац!йного контуру,u3=J L2/(-CLJ'Xp'> • Напруга на кому тац!й ному конденсатора для пром!жку часу ts~t3 визначаеться ргвнянням: ■ ■ ■

uc2- U-E[í--^-]+uc2(0;jn-coa ь>31)+ 3ÍTO3t - ис2(0) (16)

- г\ -

Вираз для визначення величини Дндуктивност! дроселя звортнього зв'язку мае вигляд:

Комутаидйна здатнЮть импульсного перотворювача визначаеться величиною заряду, що запасаеться у конденсатор!у момент часу, що передуе вимиканню силового тиристора. Р1вень цього заряду визначаеться напругою ис2ГО;-тс11и^^Пор1внюючи вирази (8) та (14) 1 аналгзуючи 1х , приходимо до висновку, що при наявност! кола Хдр-ЛЖмал.Б.а) комутацШний конденсатор заряджс ;ться до СНлып ви-соко! напруги, нис у схем1, зображен1й на мал.З. Д!йсно, з(14) при в1дсутност! 1Двласна частота ш, =0 1 сШввздношення (14) перетво-рюеться у (8). При цьому, напруга ис1 (8) не заложить в5.д струму навантаження. Якщо ж ш^О (наявнЮть Ъ^-Я.2), то ис1 збШьшуеться пропорц!йно струму 1мШ. Внасл!док цього напруга на конденсатор! при наявност! дроселя стае большою, н!ж без нього 1 з51льшуеться ¿з зростанням струму навантаження. Тому при наявност! кола I -Д2 схема може комутувати «Яльш! струми при т!й же емност! конденсатора.

Ампл!туда напруги на комутац!йному конденсатор! и* (мал.6) майжэ пропорц!йно зб!льшуеться !з зростанням струму I* ! практично не заложить в!д !ндуктивност! навантаження. Треба зауважити, що !з

зменшенням струму I* вплив додаткового контуру(1_-Д2) зменшуеться * а ¿ф

! величина Ус наближаеться до 4Г/.

Вплив додаткового перезарядного контуру Ь^-ДЗ визначаеться не т!льки струмом навантаження, але й !ндуктивн!стю допом!жного дроселя 1Др. На мал.6,7 наведен! залежност! и* вЗд при ф!к=-сованих значениях як!рного струму I* 1 в!д Г* при ф1ксованих значениях Х^р.Як видно з малюнку, вплив допом!жного дроселя тин славший, чим мвнша його !ндуктивн!сть. При =0 для будь-яких стру-м!в навантаження и*-*4и. Однак з тих же' кривих сл!дуе, що значне зб!льшення !ндуктивност! Ь^не дае пропорЩйного збдльшення ампл!-туди напруги 17 на комутац!йному конденсатор!. Зб!льшення I* ви-

4 АР А

ще 0,4 призводить до позначного зростання ис, приблизно на 0,1бУс. На мал.8 зображен! осцилограми напруг на комутац!йному конденсатор! для схем I (мал.З) та II (мал.5),де а ! б в!дпов!дають режиму 1се=30А, а?1 б?- режиму 1сер=Б0 А. Одна под!лка дор!внюе 40В. По-р!внюючи осцилограми, сл!д зауважити, що напруга на комутаЩйному конденсатор! зб1льшуеться !з зростанням струму навантаження, це п!дтверджуе зроблен! ранхше висновки.

Таким чином, проведен! теоретичн! га експериментальн! досл1д-кення дозволлють зробити висновок про те; що для низьковольтного акумуляторного електротранспорту (напруга джерела живлення 12-80В) найб1льш ефективною за комутаЩйною здатн!стю е схема з позитивним зворотн!м зв'язком в!д стругу навантаження (!з зм!нним р1внем ик), яка включае допопом1жний дросель у кол! зворотнього д!ода ! додат-ковий д!од. В той же час, дооШджувану схему 1мпульсного перетво-рювача з паралельною емн!сною комутац!ею (з пост^ним р!вне ик) сл1д застосовувати при напрузг живлення 80 В ! нище.

На основ! схеми, зображено! на мал.5 автором розроблено ряд схем хмпульсних перетворювач!в з п1двищенов комутац!йною здатн!стю х розроблена методика розрахунку таких перетворювач1в для низьковольтного акумуляторного електротранспорту.

У четвертой глав! проанал!зован! особливост! робота транзистор-них хмпульсних перетворювач!в, навантаженням яких е тяговий двигун електромоб!ля, живлення якого здЦйснюсться В:Щ низьковольтно! аку-муляторно! батаре!; проведен! досл!дження електромагн!тних проце-с!в у силовому кол1 транзисторного ключа при вмиканн! та вимиканн!, з урахуванням розглянутих вище особливостей, а такок детальний анализ схеми багатофунюЦонального транзисторного перетворювача з урахуванням впливу джерела живлення та навантаження на характеристики 1мпульсного циклу, розглянуто вар1анти застосування такого перетворювача.

Найб!льш вахливою частиною, що Ютотно впливае на надШ^сть ! ефективну роботу !мпульсного перетворювача, е силовий.транзистор-ний ключ (СТК). Серед його характеристик ыМд звернути увагу на втрати енергП ! ст!йк!сть до вторинного пробою при великих швид-костях перемикання, що мають м!сце при робот! СТК.

На практиц! для зниження швидкосп зростання струму у.колек-торному кол! СТК ! зменшення комутац!йних струмових п!к!в у кол! д!од-транзистор у силове коло включають л!н!йний дросель. У низько-вольтному електротранспорт! питания зменшення втрат у такому дросе-лх ,цуже актуально, тому, до доводиться мати справу з великими струмами (сотн! ам^ер) навантаження. Для оптимального вибору парамет-р!в елемент!в СТК ! допом!жних к!л (вшцез гаданий дросель, коло фор-мування траекторИ перемикання силового транзистора 1 т.п.) необ-х!дно було провести детальний анал!з процес!в комутац!! у СТК з урахуванням параметр!в первинного джерела живлення I навантаження.

Вираз, що описуе величину в!дносного максимального струму

комутацП з урахуванням внутр!шнього опору та ЕРС акумуляторно! батаре! мае вигляд:

Wo ?Wb * Б) с))' (18)

де 1ф-1ндуктивн1сть, що обмехуе струм комутацП ; 1д-як!рний струм; х - часова стала д!ода; a i с - коефЩаенти апроксимацН; 7 - щ1липн1сть !мпульсу.

Тут знак "MiHyc" в!дпов!дае режиму руху, а знак "плюс"-р9жиму рекуперативного гальмування. Анал1з цього виразу показуе, що мак-симальний струм комутацП в1дпов1дае режиму рекуперативного галь-мування електротранспортного засобу при Е = EwaKC; 7 = 7MiH; I = =*вмакс ^амак5макС1шальний струм якоря при робот! струмообмеження).

Вяраз для 1к>мака доэволяе вибрати !ндуктивн1сть, що обмежуе комутаЩйний струм у кол! д!од - транзистор СТК.

Нел!н!йне коло формування траекторП перемикання силового транзистора (мал.9) працюс таким чином.

Перед вниканиям СТК на омпульсний керований стаб!л!затор струму СС подають !мпульс тривал!стю tHSK, що викликае прот1кання струму по колу: джерело додатково! ЕРС Е- СС- ДНЗ (дЮд з накопиченням заряду)- переход колектор- ем!тер СТК. При вимиканно СТК струм на-вантажзння деякий час прот!кае по колу: ДНЗ -'додатковий д1од Дд -Ед, викликаючи розс!ювання накопиченого в ДНЗ заряду. Через час гвИмкп!сля початку прот!кання струму навантаження через ДНЗ вед yBiMKHeHi паралельно-транзистори, що входять до складу СТК, вими-каються. Струм навантаження, при прот!канн! через ДНЗ, "виносить" з нього надлишковий заряд неосновних hocüb, п!сля чого ДНЗ, в!днов-люючи св!й зворотн!й оп!р, вимикаеться.

У робот! отриман1 розрахунков! та експеримэнта;ьн1 залежност! в1дносного часу роземоктування неосновних hocüb tp^Ap У ДНЗ при вимкненн! СТК в!д параметр!в перемикання 1*= ip^/ *нак для р!зних величин вбудованого поля Евта при (tHaK/tp) >5, що в!дпов!дае поро-миканнюДз стацЮнарних значень струму накопичення (суц!льн! крив!).

Анал!з навэдених на мал.10 та II залежностей показав, що в умовах реальних сп!вв!дношень параметр!в для надШого функЩону-вання пристрою формування траекторП (ПФТ) на erani вимкнення ра-цЮнальним е дотримання наступних сп1ввддношень:

Зменшення значень выносного струму роземоктування 1* приз-

водить до зростання втрат у ПФГ, а зменшення в!дносного часу нако-пичення неосновних носИв t*aKMO*yrb вивести з ладу СТК у результа-Ti вторинного пробою через велику миттеву потужнЮть.яка видШяеть-ся у транзисторних структурах СТК,що вимикаються досить "пов1льно".

У в1дповз.дност1 до анал!зу електромагн!тних npoueciB i за результатами випробувань та експлуатацИ розробленого ПФГ у робот! запропонована !нхенерна методика його розрахунку.'

у п'ят!й глав1 дане обгрунтування методу визначення ККД сис-теми приводу постШого струму з !мпульсним нап!впров!дниковим пере творювачем, проведено анал!з енергетичних показник!в елемент!в силового кола та електроприводу в ц1лому у режимах тяги та рекуперативного гальмування i розглянуто вплив параметр1в управления 1м-пульсним паретворювачем на ц! показники, розроблено метод визначення napaMeTpiB оптимального управл!ння в обох режимах роботи, проа-нал!зовано енергетичн1 показники способу рекуперативного гальмування з'з даскретизацгбю структури акумуляторно! батаре! i фактори, до впливають на ефективн!сть тягового приводу електромоб!ля.

Проблема зб1льшення npo6iry автономного электротранспорту Mix зарядами бортового джерела живлення - акумуляторно! батаре! - ыоке бути вирИвена за трьома основними напрямками (або 1х сукупн1стю): покращення енергетичних i техн1ко-економ1чних показник!в елеменИв бортового електрообладнання машин; використання режиму рекуперативного гальмування з якомога б!льшою к1льк!стю енергИ.що повертаеть-ся в акумуляторну батарею; розробка пршщш!в 1 систем управл1ння силовими перетворювачами для забезпэчення оптимальних режим!в руху машкни. Очевидно, що подальше досл!даення у перших двох напрямках вимагатимуть великих кал!таловкладень для покращення вже Юнуючих показник!в,в тому числ! ! для акумуляторних батарей, вдосконалення котрих Суде сприяти покращенню енергетичних показник!в автономного даерела живлення та зб!льшенню м!жзарядного проб!гу електромоб!л!в.

В той xt час зиявляеться доречно» ор1ентац1я досл!джень на розробку засобхв управл!ння, як! дали б змогу опттЛзувати режими роботи систэми електроприводу електротранспортного засобу. П1д оп-тим1зац!ею маеться на уваз! досл1дж9кня та впровадкення у практику кращого поеднання робочих характеристик, эфективност!, проб!гу, над!йност! та вартост! системи.

Для вир!шення uiel задач! запропоновано метод ана^зу енергетичних характеристик системи електроприводу електромобшя. Цей метод мае на мет! отримання вираз1в, що описують ККД р1зних елемен-

т!в 1 системи АВ-1П-ДПС у ц!лому, зведених до одно! системи знх.ч-них, яка повинна включати основн1 парамэтри управлЛшя перэтворю-вачем- частоту та щ!линн1сть !мпульс!в напруги. При цьому пврвдОа-чаеться м1н!м1зад1я числа зм!нних у Шнцевих выразах для ККД. Метод складаеться з таких етал1в:

- Вид1лення у структуры1Я схем! системи привода елемент!в ! контур1в для визначення ККД в них.

- Виб1р базового параметру - струму чи напруги або 1 струму, ! напруги - для одного з елемент!в системи.

- Визначення середн!х ! д!ючих значень струм!в ! напруг у елементах ( контурах ) системи, а також потужност! споживання та втрат у кожному елемент1 (контур!) системи.

- Виб1р базового параметру, в!дносно якого доц!льно виконати перех!д до в1дносних одиниць для вираз!в, що описують величини спо-жито! та втрачено! потужност!, а також струм!в у елементах (контурах) системи.

- Визначення безрозм!рних коеф1ц!ент!в, що зв'язують м!ж собою базов! параметры зведення до в!дносних одиниць (якщо використову-ються два ! б!льше таких параметр!в),

- Визначення ККД елемент!в (контур!в) системи приводу з 1м-пульсним нап!впров1лнтовт перетворювачем.

- Визначення загального ККД системи АБ-Щ-ДПС .

На мал.12,а зображена схема !мпульсного регулювання частота обертання двигуна постШого струму. 1мпульсний первтворювач ви-конуе роль безконтактного нап!впров!дникового ключа. Змхнюючи Щ-линн!сть !мпульс!в напруги живлення, можна регулювати число оберт!в двигуна у широкому д!апазон!. Активн1 та пасивн1 елементи схеми об-еднан! в контури, для яких визначення ККД мае реальний зм!ст. За-ступна схема системи регулювання зображена на мал.12,6, а на мал.13 наведен! часов! д!аграми струм!в у силовому кол! двигун-дюд.

Вираз, що описуе ККД контуру двигун-д!од у тяговому режим! мае

вигля;!1 У(1-7+кдка» _ ' (20)

■1,<г"д" V (1-1*) ~ (1-1*) '

де кя=гд/гя; ка=1+аг/12; а=А1/Х

КЦЦ транзисторного перетворювача визначаеться за формулою: т^ 1- 1,кпка(1+кв)/(т (1-1*))- крЯ,(1+кв) / Т2 , (21)

а тиристорного

мал. 12

мал.13

Tit < "m' ^iff

TAB

J

J"

. i íirJ

И

тэ д

m

о в

Ь»

Зл

i "lim I '

SSI

ПВ -j

вш

У Bp. Axe Top hwp- БИП

Moa cop

Элдагоая реазоюв

Hl 4* ЩГ if

v - „. /—Л«** tuet—f-ЦЛПí Wí'—fäZt

/m

ад ' г \ _íj—1

02 . с,* ел ць J

мал.15

мал. 16

ж п

1*СКТ17(Нуг+кя.д(уЗ,5у4 4^(7^1,5ктд) %1 = " ~ —

• к^,(7к^1,5к%) 1*6^ (к^) .yif5y

+ — „ П , ■., — — I

yd-i ) 7

де гТ1/гя; у 1,57о/7; кя д= к^к^ = R^^/V

гТк/гя; крД =КТк.дш/гТк; к^ =гд/гя; кд = НдаЩ/гд; к/Э=14 :

К' V/3'6; kL= ГЬ/ГЯ= КСк= ^Se^fl! Чг = W k

ККД контуру акумуляторна Сатарея-емнюний фильтр ( розряд АБ квазигост!йним струмом) описуеться виразом:

%_0= (1+J 1-41*7 H-I*(1-(1-7)kc)l )/2, (23)

де kc=Rs/n]rÄ (го-число паралельно ув1мкнених конденсатор1в у ф1льтр1).

Для тягового режиму системи АБ-1П-ДПС з транзисторним перетво-рювачем без смирного ф!льтру у кол1 АБ формула ККД мае вигляд:

Tfe = 1*И+кр JcJ1+y+kfl(1-7M1-7+k/«):i/ k 7(1-1*)-

- a^n^/f- др*_д/1*1ф<и7<1-:г*>. (24)

а при наявност1 ф1льтру у кол! даерела живлення ККД системи визна-чзеться формулою:

0.5+0,&|l-4I*7[1-I*7(1-(1-7)kc)]-\k/,(1+kB)/72-

? икР.пКа(1+кв)+кЯ(1""г)(1"'Т+кДк«) ^ АРЯ-Д (25)

у(1-1') i'kfyrd-I*)

Анал1тичн1 сп!вв1дношення були отриман! як для тягового режиму, так i для режиму рекуперативного гальмування для oöox типхв перетворювач!в.

Розрахунок ККД було проведено у в!дпов!дносп до отриманих ви-раз1в для випадку використання у систем! АБ- 1П- ДПС свинцово-кис-лотно! (типу КТ-380) та лужно! н!кель - цинкоео! (типу НЦ-125-У2) акумуляторних батарей, для котрих 1мак§250Л, UHOM=I35B, 1КЗ=1350А, г =0,1 Ом. На основ! розрахунку були псбудован! залежностг ККД як окремих елемент!в та контур1в, тек i системи у щлому, при змЗн! частота, иЦлинност! та струму навантаження. Для кожного випадху проведено анал!з як!сно! та к!льк1сно1 картини змхии ККД i зроблен1 BiÄnoBiAHi висновки про можлив!сть реалхзацП таких параметр!в уп-

равлШня, при яких втрати енергП у система АБ-1П-ДПС були б míhí-мачьно можливими для р1зних реким1в робота.

На мал.14-15 зображен1 залежное?! ККД системи з транзисторним та тиристорним перетворювачами з gmhíchhm фальтром у колi вкумуля-торно! батаре! та без нього.для ре«им1в тяги i рекуперативного галь-мування. Головн! висновки за результатами проведеного анал1зу такЛ:

1. Застосування емнасного фальтру, що вмикаеться паралельно АБ, покращуе енергетичн1 показники не т!льки джерела живлэння, але й системи в Щлому, не зважаючи на втрати у ф1льтр1.

2. Найболыл доречним д!апазоном частот, що забезпечуе максимальна значения ККД системи АБ-1П-ДПС з транзисторним перетво-рювачем, сл!д вважати д1апазон 1 - 5 кГц.

3. Для bcíx частот та струм!в ККД системи мае м1н!мальн1 значения при j <0,3. Тому режими регулювання з малими пЦлинностями (особливо при великих струмах навантаження ) сл!д або зовс1м не застосовувати, або максимально обмежити час 1х д!1.

4. Найб1льш доречними параметрами управлаяня, при яких ККД системи АБ-Ш-ДПС з тиристорним перетворювачем приймае найб!льи1 значения, слад вважати д!апазон частот 200-600 Гц при щ!линност1

та струмах нава-'таження до 0,8 1макс.

5. Тиристорна система мае ripmi енергетичн! показники у nopiB-нянна з системою з транзисторним перетворювачем, що особливо пом3.т-но в областх малих частот (менше 200 Гц), а також у режимах малих струмхв при 7 < 0,4.

6. Для забезпечення достатньо ефективно! рекуперацИ енерШ у батарею необх!дно дотримуватися режим1в, для яких 7 < 0,5; I < 0,7 1макс, а частота в1дпов!дае д!апазону, вказаному у п.2.

7. Найб1льш несприятлива режими рекуперацИ виникавть при малих струмах (I ^ 0,3'1мак0) У област1 низьких частот (/ < 200 Гц) практично для всох значень 7, а також для великих струм!в ( I > 0,5 IMaifc ) та малих значень Щлинност! ( 7 $ 0,3) у област1 великих частот (/ > 500 Гц).

■ KpiM того, сл1д гПдкреслити, що завдяки тому, що проведений анализ в ключ а е в себе досл!дження впливу на ККД системи АБ-Ш-ДПС як частота, так i gsíjiuhhoctí, зроблена висновки справедлив! для будь-яких в1домих cnocodiB 1мпульсного регулювання.

Таким чином,результат« анал1зу енергетичних показник1в у функ-цИ параметров уяравлхкня перетворювачем, що були отриман1 у п. 2 uiel глави в3.длов1дно для тягового та рекуперативного реким!в, доз-

валит сформулювати ряд окремих та загальних виснопк^в а'рекомендации що мають на мэт1 щдвищення енергетично! ефективност! як окремих елемевд в, так 1 систем автономних привод1в у цшому у доваль-них режимах робота. Однак, реалазаЩя задача Шдвищення ефэктивно-ст! автономних тягових приводив потребуе розробки функционально по-тужних систем управления та в!дпов!дного влгоритмхчнсго забезпечен-ня, яке повинно повною м1рою враховувати отриман! вище результата.

У шостШ глав! розглянуто системи управлз.ння напхвпровхднико-вики !мпульсними пеоетворювачами у ретроспектив! розвитку елемент-но! бази, що застосовувалась для створення таких систем, анал!зу-ються характеристики та принципи побудови сстем управления, бхмьш детально розглядаються системи !з застосуванням м1кропроцвсорно! техн1ки, проведено також аналхз внутр1шн!х дискрвтних контургв електроприводу електромоб!ля за л1н!йним наближенням р1зницевих р!внянь та розглянуто основи ! принципи реал!зацИ упереджуючого управл!ння !мпульсними нап1впров!дниковими перетворювачами у системах енергоживлення електромоб!л!в.

Системи управл!ння (СУ) у перетворювальн1й технЩ! займають важливэ м!сце. 3 розвитком елементно! бази ц! системи пройшли к1ль-ка етаШв свого розвитку- транзисторна системи управл1ння , СУ на основ! аналогових елемэнт!в, цифров! СУ, спещалхзован! цифро-ана-логов! СУ та м1кропроцесорн! системи управл1ння (МПСУ). Забезпечу-ючи в т!й чи !нш!й м!р1 р1зн! характеристики управл!ння та режими регулювання вс1 перел!чен! системи управл1ння в1др!зняються за складн!стю, над!йн!стю, варт!стю та функЩональними можливостями.

В!домо, що передумовами застосування м!кропроаесор1в е: 1) покрацення характеристик привод!в; 2) стандартизация та ун!ф!ка-Щя регулятор1в; 3) змэншення числа вузлхв; 4) п!двищення над!йно-ст!; Б) зменшення витрат.

Однак МПСУ повинн! бути зор1ентован! не на просту зам1ну систем, побудованих на дискретних компонентах та Шегральних схемах (хоча ! в цьому випадку мае м!сце ефект економП), а на забезпечен-ня обробки максимально необх1дного об'ему !нформац1! для реал!за-Щ! оптимального управл1ння автономним об'ектом.

Розробка МПСУ включае в себе декзлька етаШв, найважливИпими з яких е вир^ення алгоритмгчно! задач1, створення апаратно! час- . тини та розробка прикладного програмного заСезпечення. Кожен з етапхв е складною самост!йною задачею, хоча ! вир!шуються вони у тхсному взаемозв'язку.

На мал.16 зображена загальна структура бортового тягового електрообладнання електромоб1ля у взаемозв'язку з МПСУ. У даному виладку не розглядаеться конкретна схема системи управления, а лише показан! необхёдн! ёнформацёйн! зв'язки II з об'ектом для реа-лозаЩ! двохзонного регулювання у тяговому та тальм!вному режимах руху електромобёля.

3 наведеного малюнку видно, що МПСУ отримуе та оброб^Гяе к±ль-ка аналогових сигнал!в (напруга АБ; струм АБ: напруга тахогенера-тора, пропоридйна швидкостё руху; напруга та струм якоря ДПС; напруга, пропоридйна температур! двигуна; струм збудження; напруга з задавач!в руху (акселератора) та гальмування, а також дискретних сигнал!в 0 чи 1, про наявн!сть авар!йних струмёв, стан контактору реверса, спокою акселератора ! т.п. Результатами обробки цих сиг-нал!в у в!дповёдност! до прийнятих алгоритм!в б кер!вн1 д!1. Як показав досв!д експлуатаци, МПСУ забезпечуе ст!йке безаварёйне управл!ння приводом у вёдповшост! до розроблених алгоритм!в, блоку е неправильн! дП вод!я, над!йно в!дпрацьовуе аварШ! режими та виводить на !ндикац!ю причини примусових вимикань чи незапуск!в елемент!в тягового електрообладнання.

У майбутньому на МПСУ також будуть покладен! так! функцП, як управл!ння зарядним перетворювачем, облёк балансу зарядно-розряд-них ампергодин бортово! АБ, функЩональне тестування та в!дпов!дну ёндикацИо стану головних компонентов бортового електрообладнання. Слёд п!дкреслити, що останнём часом перевага надаеться системам, якё побудованё на спец!ал!зованих м!кросхемах та мёкропроцесорним системам управл!ння.

Очевидно, що напрям п!двищення ефективност! силових привод!в та систем регулювання електромобёлёв мае розвиватися не тёльки шляхом пёдаищення ККД окремих вузл!в та систем, але й шляхом пёдвищен-ня ефективност! !х взаемод!! та якост! регулювання. Тому вир!шення актуально! проблема створення електромоб!л!в з високоефективними системами регулювання потребуе детального анал!зу внутрипнёх кон-тур!в електроприводу електромоб!ля. Розгляд дискретних систем управления дуже доречний також з точки зору високоефективних компонентов спецёального електрообладнання електромобёлёв.

Для управл!ння силовими ключами у кол! якоря електроприводу електромобёля використовуеться !нт'егральнйй закон частотно-ёмпульс-но! модуляц!! довжини !мпульсу та паузи. 3 метою пор!вняння парат лельно аналёзуються динамёчнё властивост! аналог!чних контур!в, але

модуляц!ею або т!льки довжини !мпульсу, або паузи, у робот! отрима-н! анал1тичн! вирази та побудован! граф!чн! залежност! типових го-дограф!в замкнених контур!в з л1н!йною нерозривною частиною лершо-го порядку та !нтегральною частотно-1мпульсною модуляц1ею.' У результат! теоретичного анал!зу були зроблен! так1 висновки:

1. При вс1х р1вних умовах у систем! з Модуляцией 1 хмпульсу, ! паузи фаза комплексно-спряжених корен!в зростае швидае, кордон облает! ст1йкост! визначаеться умовою, коли найб!льший модуль кореня характеристичного р1вняння стае р!вним одиниц1.

2. При двохзонному регулюванн1 швидкост! обертання тягового дви-гуна для п!дтримки на заданому р!вн! струму збудження доречно за-стосовувати систему без пилкопод!бного сигналу, тому, що при цьому зд!Яснюеться найб1льша швидкод1я, що дуже важливо при р1зкозм!нно-му навантаженн1 електроприводу електромо<5Хля.

3. Розрахункова частота пропускания контуру з частотно-1мпульс-ною модуляц1ею другого роду при р!вних- довжин! 1мпульсу та його паузи в 'усталеному режим! у два рази вища, н1ж при розд!льн!й мо-дуляцИ довжини !мпульсу чи паузи вих1дно! напруги перетворювача.

У сьом!й глав1 представлен! в!домост! про лабораторно-стендо-в1 засоби для проведения експериментальних досл!джень та випробу-вань низьковольтних нап!впров!дникових !мпульсних перетворювачхв у склад1 тягових електропривод!в.

Проведено детальн! експериментальн! досл!даення тиристорних перетворювачхв з п!двищеною комутащйною здатнЮтю, силових тран-зисторних перетворювач!в, а також перетворювач!в та стаб!л1затор1в для вторинних джерел живлення та внутр1шн!х споживачхв. Анал1з ос-цилограм та результате числово! обробки експериментхв показав ви-соку збажн!сть з результатами та висновками творвтичних дослиднень.

У робот! наведена хнформаидя про результати розробки, випробу-вань та експлуатшЩ МПСУ, що застосовуються для управлшш тирис-торними та транзисторними !мпульсними перетворювачами електромо-б!л1в, а також !нформаЩя про реал!зован1 алгоритми та программ оптимального управл!ння приводом електромобхля.

Описан! силов! !мпульсн! перэтворювач1 та наШвпровщшков! пристро!, що були створен! для комллект!в електрообладнання елект-ромобал1в АвтоВАЗу х АвтоЗАЗу та низьковольтного акумуляторного електротранспорту. 1х параметри наведена у табл.1..

У робот! наведен! результати ходових випробувань за м1ським циклом руху БАЕ^227 елёктромоб1л!в ВАЗ та ЗАЗ з тиристорними 1

ТаОлиця I.

N п/п Наймену-вання пристрою Тип транспортного засобу иАБ В ■'ном Р макс кВт Р ком кГц Габарита! розм1ри мм Маса кг Р1К

I 2 3 4 5 6 7 ' 8 9

I. Низьковольт ний тирис-торний 1м— пульсний леретворю-вач Електро-кар ЭК-2 30 0,7 2 0,28 350 200 350 . 20. 1972

2. - *«» - Електро-наванта-жувач . ЕП-0204 80 2 т 0,3 365 200 350 22 1973

3. - «** - Електро-кар ЕН-161 80 6,3 1Ео 0,3 455 350 410 30 1973

4. - *** - Електро-моб!ль ЗАЗ-Э68 60 4 8 0,3 365 200 350 22 1973

5. Транзистор-ний 1мпульс ний перетво рювач Електро-мо01ль ВАЗ-2701 120 12 1ЁГ 10 300 «15 250 12 1985

6. Блок вторинного живлення Блектро-моб!ль ВАЗ-2801 =120 / =12 0,36 10 180 260 100 5,3 1980

7. Транзистор-ний 1мпульс ний перетво рювач Електро-моб!ль ЗАЗ-П09 84 ю 15" 16 350 150 150 10 1991

ТаСлиця 1.

I 2 3 4 5 6 7 ■ 8 9

8. Транзистор-ний 1мпульс ний перетво рювач Електро-кар ЭК-2 30 1,4 Т~ 2 180 275 100 6,2 1991

9. Тиристорний ишульсний перетворкь вач Електро-моб!ль ЗАЗ -11091 84 12 ~24 0,45 335 155 230 14 1994

10. Транзистор-ний ёмпульс ний перетво рювач Електро-моб!ль ЗАЗ -11091 84 12 ~?А 18 250 250 115 7 1996

11. Бортовий зарядний пристрёй Електро мобёль ЗАЗ-1109 ~220 / =84 2 20 180 260 100 4,8 1995

12. Блок вторинного живлення Електро-мо<51ль ЗАЗ -11091 =84 / =12 0,2 20 255 165 87 3,2 1995

транзисторними перетворювачами та мёкропроцесорними системами уп-равлёння. Встановлено, що у рёзних режимах руху на електромобзЛ1 з транзисторним перетворювачем та мхкропроцесорною системою управления досягаеться зб!льшення м!жзарядного проб!гу до 28-35 в!дсотк1в.

0СН0ВН1 РЕЗУЛЬТАТ« ТА ВИСНОВКИ

Виконана робота являе собою узагальнення та вирхшення комплексу задач пёдвищення ефективностё силових наШвпровхдникових перетюрювач1в, первинних та вторинних джерел живлення д систем управл!ння, що стало основою для створення систем енергсживления постШого струму вётчизняних електромобШв з пол1пшеними енерге-

тичними та ергономШними показниками.

1.Теоретично та експериментально вивчено енергетичн! та функ-ц:ональн1 характеристики та параметри компонент!в систем енергоживлення, визначено оптимально енергетичн! та експлуатацдйн! крите-рП, а також особливост! та вимоги, як! необх1дно враховувати при розробщ систем енергоживлення постМного струму електромоб1л1в.

2. Досл1даено-енергетичн! характеристики тягово! акумуляторно! батаре! для р1зних форм та параметр!в струм!в навантаження. Розроблено метод визначання оптимально! енергоемност! автономного джерела живлення електромоб!ля та визначено умови, що впливають на виб!р рхвня оптимально! напруги бортового джерела.

3. Виконано досл1дження електромапитних процес!в у силових тиристорних перетворювачах з урахуванням особливостей !х робота в!д бортово! тягово! акумуляторно! батаре!, що стало основою для 'розвитку метод!в пол1пшенпя комутаЩйно! над!йност! низьковольтних 1м-пульсних перетворювач!в з р1зними принципами побудови та схемами реал1зацИ, виконуваними функЩями ! характером навантажень. Одержано анал1тичн1 залежност1 для основних параметр1в, що характери-зують комутаЩйну зДатн!сть тиристорного перетворювача у низько-вольтному електропрйвод! пост!йного струму^

4. Досл!джено процеси комутацИ у силовому транзисторному клю-чх акумуляторного електроприводу, запропоновано новий пристр1й фор-мування траекторН перемикання робочо! точки транзисторного ключа та розроблено пристрхй пропорЩйно-струмового управл1ння, що дозволило зменшити як миттеву потужнЮть на !нтервалах комутац!!, так ! здгйснити управл1ння" хмпульсним перетворювачем з м1н1мальними втра-тами при зм1нах струму навантаження у широкому д!апазон1.

5. Розроблено метод визначення коефЩ!ента корисно! дх! як окрэмих еломент1в, так !.ус1е! системи енергоживлення електромоб1-ля, а також проведено досл!дження енергетичних характеристик системи енергоживлення в залежнос.т! в1д параметр!в управл!ння !мпульс-ним перетворювачем. Показано,що доЩльний д!апазон частот комутаЩ! транзисторного !мпульсного перетворювача, який визначаеться з умов оптимгзацП масогайаритних показник1в фьльтра та охолоджувача, в1д-повгдзе диапазону, який визначаеться з умов оптимального ККД системи енергоживлення.

6. Розроблэн!, обгрунтован1 та реал!зован! за допомогою м1кро-процесорних засоб1в алгоритми управляя нап1впров1дниковими пере-творювачгми, що забезпечують Шдвищэння ефективност! систем онер-

гоживлення електромоб1л!в.

7. ДослЗ-Джено електромагн1тн1 процеси у запропонованих HaniB-пров!дникових пристроях багатофункц1онального призначення, яка при-датнх до роботи як у силових коЛах, так i у колах живлення допом1ж~ них komhohqhtíb системи енергоживлення електромоб1ля. Отримано ана-л1тич'н! вирази для розрахунку оптимальних частот комутацП, що ви-значаються стаб!Л1зац1йними,хара14теристиками пристрою, розроблено хнженерн! методики розрахунку та проектув'ання подхбних пристрохв.

8. На основа теоретичнйх та експериментальних досл!джень розроблено ряд нових нап1впров1дникови>4 пристро!в (силових перетворю-вач!в, систем управл1ння, стаб!л1затор1в, вторинних джерел живлення, зарядних пристрохв), що дозволило створити компоненти тягового електроприводу та спеЩального електрообладнання для електромобЛ-л!в ВАЗу та ЗАЗу, а також для внутрйпньоз .водського електротранс-порту. Випробування цих пристрохв у реальних умовах руху в м!сько-му цикл! та великий комплекс стендових випробувань подтвердили BipHicTb вибраних технхчних рхшень та обгрунтованЮть творвтичних передумов, а також покладених в основу методхв ix проектування.

QcHOBHi положения дисертацИ викладено у наступних роботах:

1. Гладшяев С.П. Павлов В.Б. Динамика дискретно управляемых полупроводниковых преобразователей.-Киев: Наукова Думка, 1983.- 224 с.

2. Жуйков В.Я.,Павлов В.Б..Стжелецки Р.Г.Системы упреждающего управления -вентильными преобразователями-Киев:Наукова Думка .1991.-240 с.

3. Павлов В.Б., Шдповский А.К., Скиданов В.М., Рычков В.А. Полупроводниковые преобразователи в автономном электроприводе постоянного тока. - Киев: Наукова думка, 1987. - 283 с.

' ■ 4, Шидловский А.К., Павлов В.Б. Тиристоршэ преобразователи постоянного напряжения для низковольтного электротранспорта. - Киев: Наукова думка, 1982. - 188 с. • 5. Овчаренко A.A., Юрченко О.Н., Скиданов В;М., Павлов В.Б. Анализ работы транзисторного импульсного преобразователя // Техн. . электродинамика. - 1994.- Ä2.- С.42-45. • 6. Павлов В.Б. Анализ коммутационной способности схем низковольтных импульсных преобразователей.// Проблемы технической электродинамики. вып. 62, Наукова Думка. Киев 1977. С.91-93. 7. Павлов В.Б. Исследование реверсивных импульсных преобразователей. / Сб. Повышение качества электрической энергии. Киев. Hay-

кова Думка; 1978. С. 58-62.

В. Павлов В.Б. Метода снижения пульсаций тока при импульсном управлении тяговым электродвигателем постоянного тока./ В кн.:Пробле-мы преобразовательной техники. Киев ГОД АН УССР. 1983.4 Л.С.80-84.

9. Павлов В.Б..Павлов И.А.Преобразователь постоянного напряжения в импульсы переменной сважности.// Техническая электродинамика, 1980. *3, С. 35-39. ,

10. Павлов В.Б., Скиданов В.М. Энергетические показатели системы аккумуляторная батарея - широтно-импульсный преобразователь -двигатель постоянного тока электромобиля в тяговом режиме // Техническая электродинамика.- 1983. - J66. - С.61-69.

11. Павлов BiB..Скиданов В.Ы.,Рычков В.А.Электромобиль.Технический и эксплуатационный аспекты.-Промышленный транспорт.I987.JH0.C.II-I2

12. Рычков В.А., Овчаренко A.A., Ерченко О.Н., Павлов В.Б., Скиданов В.М. Низковольтный импульсный транзисторный преобразователь // Техн. электродинамика.- 1993. - *4. - С.27-31.

13. Рцчков В.А., Павлов В.Б., Скиданов В.М., Юрченко О.Н., Овчаренко A.A. Эффективный преобразователь для низковольтного электротранспорта. //Энергетика и электрификация. - 1992. - М. - С.49-51.

14. Скиданов В.М., Павлов В.Б., Рычков В.А. Некоторые критерии параметров управления и их реализация в системе автономного электропривода. //Повышение качества электрической энергии. Сб. научн. тр. - Киев: Наукова думка, 1983. - СЛ77-181.

15. Скиданов В.М..Павлов В.Б, Реализация комбинационных логических структур в системах управления на базе микропроцессора // Процессы в устройствах лреобраз. параметров электрической энергии. Сб. науч. тр.-Киев : Наук, думка, 1983.-С. 38-51.

16. Шидловский А.К.,Павлов В.Б. Электромагнитные процессы в импульсном преобразователе с повышенной коммутационной способностью // Метода и средства повышения качества электрической энергии.-Киев : Нэукоаэ Думка, 1976.-С. 148-153.

17. Шидловский А.К., Павлов В.Б., Скиданов В.М., Рычков В.А. Зфэктивность использования энергии аккумуляторной батареи, как функция формы разрядного тока при импульсном регулировании // Повышение качества электрической энергии. Сб. научн. тр. - Киев: Наукова думка, 1983. - С.14-20.

18. Шидловский А.К..Скиданов В.М..Павлов В.Б..Юрченко О.Н. Энергетические показатели автономного электропривода постоянного тока с комбинированным широтно - импульсным регулятором. // Техническая

электродинамика. - 1989. MB. - С.31-36.

19. Шидловский А.Н.,Скиданов В.М.,Павлов В.Б. .Юрченко О.Н. Энергетические показатели автономного электропривода постоянного тока с комбинированным широтно-импульсным регулятором // Техн. электродинамика. - 1989. - *3. - C.3I-36.

20. Шидловский А.К.,Юрченко О.Н..Павлов В.Б.,Скиданор В.М. Анализ энергетических показателей источника вторичного электропитания низковольтных потребителей транспортных средств. // Техническая электродинамика.- 1989. #4. С.27-31.-

21. Шидловская H.A., Павлов В.Б. Анализ электромагнитных процессов в системе энергопитания электромобиля. // Э"отехнологии и ресурсосбережение. - 1996. - N3. - С.17-20.

22. .A.c. ЯБ70505 (СССР) Устройство для импульсного регулирования частоты вращения тягового электродвигателя постоянного тока. / Павлов В.Б. - Опубл. в Б.И. 1977, *32.

23. A.c. JS6860I5. (СССР) Устройство импульсного регулирования тягового электродвигателя. / Шидловский А.К..Павлов И.Б. - Опубл. в Б.И. 1978. *48.

24. A.c. N591995. (СССР) Преобразователь постоянного тока в постоянный./Гречко Э.Н.,Павлов В.Б..Якимов О.С.,Фирсов О.Н. - Опубл. и Б.И. 1978. N5.

25. A.c. Jt647I54 (СССР) Устройство.для импульсного регулирования частоты вращения тягового электродвигателя постоянного тока. / Шидловский А.К..Павлов В.Б, Степанов A.C.Дайков A.A. - Опубл. и Б.И. 1979. Л66.

26. A.c. .№663053. (СССР) Устройство для управления электродвигателем постоянного тока последовательного возбуждения. / Шидловский

A.К.,Павлов В.Б. - Опубл. в Б.И. 1979. JH8.

27. A.c. X93533I (СССР) Устройство для импульсного управления тяговым электродвигателем постоянного тока. / Шидловский А.К. Павлов

B.Б., Скиданов В.М., Степанов A.C. и др.-Опубл. в Б.И., 1982, J622.

28. A.c. J89554I2 (СССР) Устройство для формирования импульсов управления. / Шидловский А.К., Павлов В.Б. .Степанов A.C. Скиданов В.М., и др. - Опубл. в Б.И., 1982, *32.

29. A.c. J6I05I683 (СССР) Устройство для управления широтно-импульсным преобразователем./Шидловский А.К..Скиданов В.М.,Глада-шев С.П.,Павлов В.Б.,Рычков В.А. - Опубл. в Б.И., 1983, JW0.

30. A.c. Ш85518. (СССР) Электропривод постоянного тока. / Шидловский А.К..Павлов В.Б..Липковская И.П. и др. - Опубл. в Б.И.

»IS85. Ä38.

31. A.c. NII9I9I3. (СССР) Устройство ввода-вывода информации. / Шидловский А.К.,Павлов В.Б.,Скиданов В.М. и др. - Опубл. в Б.И. 1985. N42.

32. A.c. J&I576373 (СССР) Устройство для управления тяговым электродвигателем постоянного тока независимого возбуждения. / Шидловский А.К., Павлов В.Б., Скиданов B.W. и Юрченко О .Н. - Опубл. в Б.И., 1990, *25.

33. A.c. #1610587 (СССР) Электропривод постоянного тока. / Павлов В.Б.,Рычков В.А.,Скиданов В.М.,Юрченко О.Н..Андрияшев A.B. -Опубл. в Б.И. ,1990. £44.

34. A.c. JH653II6 (СССР) Устройство для управления электродвига-. телем постоянного тока. / Павлов В.Б.,Скиданов В.М..Юрченко О.Н., Андрияшев A.B.- Опубл. в Б.И.I99I. J620.

35. A.c. Jt 1750010 Устройство для управления тиристорным преобразователем постоянного напряжения. / Павлов В.Б., Скиданов В.ДО.,Рынков H.A. и др.- Опубл. в Б.И., 1992, JJ27. ■ '

36.Павлов В.Б. Повышение надежности низковольтных импульсных преобразователей." Киев, 1976.-46 е.- (Препринт/ Ин-т электродинамики АН Украины; *125).

37. Шидловский. А.К. .Гладышев С.Ш.Павлов И.А..Павлов В.Б., Рычков В.А. Анализ внутренних контуров электропривода электромобиля.— Киев.1981.27 с.( Препринт/Институт электродинамики АН АН Украины J627I).

33. Шидловский А.К., Павлов В.Б., Скиданов В.М..Юрченко О.Н.Источ-ники питания электромобилей и автономных транспортных средств.-Ки-ев-1995г.-44с. (Преггринт/ТЯнститут электродинамики HAH Украины,N786).

39. Павлов В.Б. Павлов И.А., Скиданов В.М., Степанов А.С.Микро-", процессор в системе управления тиристорным преобразователем привода электромобиля.' / Сб. Проблемы преобразовательной техники, тезисы доклада на Всесоюзной н-т конференции. Киев. ИЭД АН УССР. IS79. ч.Ш.с. 63-66.

40. Павлов В.Б., Скиданов В.М., Юрченко О.Н. Источник питания низковольтных потребителей транспортных средств от контактной сети по- • стоянного напряжения.//Проблемы преобразовательной техники:Тез.докл.

4 Всесошя. иаучн.- техн. конф.- Киев-1987.-ч.1.- С.176-177. :

41. Шидловский А.К..Драбсвйч Ю.И.,Павлов В.Б. и др. Транзисторный импульсный преобразователь для привода электромобиля // Всесоюз. научно-техн.конф."Пробл. преобразов.техники".Киев, сент. 1979 г.'

Тез. докл.- Киев : ИЭД All УССР, 1979.-Ч. I.-C. 78-81.

Особистий вклад автора в основних публ!кац!ях: робота [6,7, 8,36] написан! особиста; у монограф!! ГП самосПйно написан! гл.4 i 6, у монографИ [2] гл. 1,5,7, у монографИ [31 гл. 1-4, у монографИ (43 гл. 1-3. У роботах (5,9-16,37,4П автором виконана постановка задач! та розроблен! основн! теоретичн! положения. У ïh-ших роботах вклад вс!х сп!вавтор!в р!вноц!нний. У роботах 22 - 33 вклад автора визначаеться справками про творчу участь у створенн! винаходу.

АН НОТА Ц И Я'

Павлов В.Б. Полупроводниковые преобразователи в системах енергопитания постоянного тока электромобилей. Диссертация в виде рукописи на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.09.12 - полупроводниковые преобразователи электроэнергии. Институт электродинамики HAH Украины, Киев, 1996.

Защищается 53 научных работы и 22 авторских свидетельства, ко-■ торые содержат теоретические исследования систем энергопитания постоянного тока электромобилей с полупроводниковыми преобразователями, а также результаты экспериментальных исследования силовых тяговых преобразователей, систем управления и специального вспомогательного электрооборудования. Установлено, что предложенные новые методы исследования и практические разработки обеспечивают повышение энергетической эффективности тяговых приводов электромобилей. Осуществлено прошшленное внедрение тягового электрооборудования на электромобилях ВАЗ, ЗАЗ и на низковольтном внутризаводском электротранспорте, ' .

§ U M M A R Y •

V.Pavlov. Semiconductor converters In direct current energy . supply systems of Electric Vehicles. Dissertation lnthe form of manuscript for a. doctor's degree in technical sclenses In speciality 05.09.12 - Semiconductor convertersof electric energy. National Academy of Sclenses of Ukraine, Institute of Elektrodynamics, Kiev, 1996.

53 scientific works and 22 author's certificates are being defended and contains theoretical researches of DCenergy supply

systems with semiconductor converters for Electric Vehicles and experimental researches results of -power traction converters, control systems and special auxiliary electric equipment. It is established, that new.methods oi researches and working out practical models wich are proposed allow to increase energetical efficiency of Electric Vehicle'в traction drives. The introduction into industrial practice of traction electric equipment is performed at Electric Vehicles of VAZ, ZAZ and at low voltage intraplant electric tranporta.

Ключов! слова: система енергоживлення, електромоб1ль, ефективШсть, перетворювач, акумуляторна батарея, тяговий привод.

Щдпвсано до друку 17.09.46р. Формат 60x84/16 Пал1р офсетний. Умсшн.-друк.аркуш.Я.О ОО.-вид.аркуа 2,0. Тирак 120 ; Замовл. 324 .

Пол1граф. Ильи. Гнституту електродинамики АН Укра1ни, 25Э580, Ки1в-57, проспект Перемоги,56