Described the possibility of using supercapacitors in the electric drive with the battery. Proposed structural diagram of electric drive and according model in the MatLab Simulink. Were obtained transient processes diagrams in electric drive in modes acceleration-braking

Бушер, Виктор Владимирович

Герасимяк, Валдис Георгиевич

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository

 Проблемы автоматизированного электропривода 419 Бушер В.В.  Украина Герасимяк В.Г. Одесса Одесский национальный политехнический университет МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ С СИСТЕМОЙ РЕКУПЕРАЦИИ ЭНЕРГИИ НА БАЗЕ СУПЕРКОНДЕНСАТОРА Введение. В современном электромобилестроении значительную часть исследований уделяют теме увели-чения пробега автономных электротранспортных средств (ЭТС), так как это один из самых острых вопросов по электромобилям на сегодняшний день. Так же остро стоит проблема увеличения сроков эксплуатации аккуму-ляторной батареи (АКБ), так как от режимов езды сроки эксплуатации варьируются в среднем в полтора раза (от 4-6 лет до 7-10 лет). Так, из [1] известно, что у каждой АКБ есть пределы ее использования по токам разря-да/заряда, а в [2] показано, что при больших токах АКБ происходят существенные потери энергии. Одним из путей решения этих проблем является применение суперконденсаторов (СК), однако по способам выбора и подключения СК и методам управления токами заряда/разряда СК и АКБ также пока нет однозначных реко-мендаций.  Постановка задачи. Целью работы является построение математической модели электропривода ЭТС при совместной работе АКБ и СК в режимах разгона и торможения. Рассматривается система, в которой током СК управляет отдельный четырехквадрантный ШИМ, к выходу которого подключена АКБ. Токами электродвига-теля управляет собственный ШИМ.  В системе управления ограничены ток разряда и заряда АКБ. Поэтому при больших нагрузках (разгоны, подъемы в гору) дополнительным источником энергии является СК. При рекуперативном торможении для обеспечения большого тормозного момента необходим дополнительный накопитель энергии, которым также служит СК.  Для исследования совместной работы АКБ и СК в системе MatLab Simulink была построена математическая модель по структурной схеме, которая показана на рис. 1. ПИ-РС ПИ-РТя Х1/R  (Tяp+1)Cm 1/JpUПР=max(UАКБ, UCKПР)ICKПР=f(ECK,ЕАКБ,IПР,RАКБ,Rск)IАКБ=IПР-ICKПРХХ ECK=f(ICK)RскRАКБЕАКБПИ-РТАКБ1Задание IАКБХCmЗад. wдwд IяШИМДUдвЕIя ММСwд- - - -----UПР IПРЕАКБECKICKICKПРUCK UCKПРECKICKПРШИМСК+++ ++++ +UАКБIАКБIАКБ Рис. 1. Структурная схема математической модели исследуемой системы  В схеме двигатель описан как электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения, а в состав системы управления входят 2 ПИ-регулятора: тока и скорости электродвигателя. Входное напряжение (UПР) формируется блоком, на вход которого поданы ЭДС АКБ и СК (ЕСК и ЕАКБ), а также напряжение АКБ (UАКБ), напряжение преобразователя СК (UСК) и ток потребления преобразователя двигателя (IПР); этот блок рассчиты-вает токи АКБ и СК (IАКБ и IСК), а также напряжение UПР. Токи СК и АКБ рассчитываются по следующим фор-мулам:   Энергосбережение средствами электропривода 420 .EСК АКБ ПР АКБСК RСК АКБIАКБ ПР СКЕ I RIRI I=− + ⋅+= − (1) Используются два преобразователя напряжения. Один обеспечивает требуемые ток и скорость электропри-вода, второй – изменяет напряжение СК для ограничения токов АКБ. В состав преобразователя СК входит блок ПИ-регулятора, который ограничивает и поддерживает ток АКБ на заданном уровне путем изменения выходно-го напряжения преобразователя СК. АКБ и преобразователь СК включены параллельно, что дает возможность совместной работы как при разгоне, так и при торможении с рекуперацией.  Для работы во всем диапазоне скоростей минимальное напряжение на СК должно соответствовать номи-нальному напряжению АКБ. Это обусловлено тем, что при разгоне до номинальной скорости происходит раз-ряд СК. Для достижения номинальной скорости его минимальное напряжение должно быть выше ЭДС двига-теля. Результаты моделирования представлены на рис. 2.   Рис. 2. Графики переходных процессов в системе электропривода  При моделировании использовались следующие данные: Еакб=83 В, Еск=120 В. Максимальный ток разряда АКБ 30 А, ток заряда АКБ 10 А. Ток якоря двигателя в двигательном и тормозном режимах ограничен 50 А. Моделирование выполнено в цикле разгон – торможение, разгон происходил от 0 до номинальной скорости, учитывая статический момент реактивного характера.  Видно, что при разгоне, когда ток АКБ достиг максимума, остальную мощность отдает СК, и ток СК начи-нает расти пропорционально росту тока потребления преобразователя двигателя. При этом ЭДС СК уменьша-ется. При торможении часть энергии идет на заряд АКБ допустимым током, а остальная энергия идет на заряд СК. ЭДС СК при этом увеличивается. Выводы. Построенная модель системы электропривода ЭТС позволяет исследовать различные режимы ра-боты ЭТС. СК корректно работает в системе и отдает необходимую энергию при разгоне и служит накопителем энергии при торможении ЭТС. Это позволяет при известных характеристиках АКБ реализовать такие законы управления токами АКБ и СК, которые обеспечат как увеличение срока службы АКБ, так и увеличение пробега ЭТС.  Литература.  1. How to Prolong Lithium-based Batteries. [Электронный ресурс]. /  http://batteryuniversity.com/learn/article/how_to_prolong_lithium_based_batteries 2. Звонарев, Е. ЕЕМВ – это хит!.  [Текст]. / Е. Звонарев // Информационно-технический журнал для разра-ботчиков электроники «Новости электроники». – КОМПЭЛ, 2011. – №1. – С. 33. 3. Ключев, В И. Теория электропривода. [Текст]. : учеб. пособие для студ. выс. науч. заведений / В. И. Клю-чев.  – Москва: Энергоатомиздат, 1985. – 560 с. 4. Смотров, Е. А. Оптимизация процесса торможения в электроприводах малых электротранспортных средств. [Текст]. / Е. А. Смотров, Д. В. Вершини, В. Г. Герасимяк  // Електротехнічні та комп’ютерні системи. – К. : Техніка, 2012. – №05(81). – С. 5–11. 

Моделирование электропривода электромобиля с системой рекуперации энергии на базе суперконденсатора

http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/4262/1/vestnik_HPI_2013_36_Busher_Modelirovaniye%20elektroprivoda.pdf

Моделирование электропривода электромобиля с системой рекуперации энергии на базе суперконденсатора

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository