Комбіновані системи енергоживлення автономних електротранспортних засобів

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Спеціальність 05.09.03 - електротехнічні комплекси та системи

Комбіновані системи енергоживлення автономних електротранспортних засобів

Юрченко Олег Миколайович

Київ 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у відділі перетворення та стабілізації електромагнітних процесів та у відділі транзисторних перетворювачів Інституту електродинаміки НАН України (м. Київ).

Науковий консультант - доктор технічних наук, професор, академік НАН України Шидловський А. К., головний науковий співробітник відділу стабілізації параметрів електромагнітної енергії Інституту електродинаміки НАН України.

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор, член-кореспондент НАН України Щерба А. А., завідувач відділу електроживлення технологічних систем Інституту електродинаміки НАН України.

- доктор технічних наук, професор Рябенький В. М., завідувач кафедри теоретичної електротехніки та електронних систем Національного університету кораблебудування Міносвіти і науки України, м. Миколаїв.

- доктор технічних наук, професор Переверзєв А. В., проректор з наукової роботи Запорізького інституту економіки та інформаційних технологій Міносвіти і науки України.

Захист відбудеться “19 ” ____02________ 2008 р. об 1100 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.187.01 в Інституті електродинаміки НАН України за адресою: 03680, м. Київ - 57, проспект Перемоги, 56, тел. 456-91-15.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту електродинаміки НАН України за вищевказаною адресою.

Автореферат розіслано “_16_” _____01_______ 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Ю. М. Гориславець

1. Загальна характеристика роботи

Автомобільний транспорт відіграє у житті людини і еволюції суспільства надзвичайно важливу роль. Разом з тим його широкий розвиток створює для людства глобальні проблеми, такі як забруднення повітря в містах, виснаження нафтових ресурсів і розвиток парникового ефекту. Незважаючи на удосконалення двигунів внутрішнього згоряння, ці проблеми вимагають невідкладного рішення.

Основними напрямками розв'язання зазначених вище проблем є впровадження “чисто” електричних транспортних засобів - електромобілів (ЕМ) і різного типу транспортних засобів з комбінованими енергоустановками (КЕУ), які найбільш часто в різній літературі називають або комбінованими транспортними засобами (КТЗ), або гібридними електромобілями (ГЕМ).

Об'єктивні переваги електромобілів - відсутність шкідливих викидів, безшумність, значно менші експлуатаційні витрати, сприяння вирівнюванню добових графіків навантажень електростанцій та ін. - загальновідомі, доведені та підтверджені практикою застосування.

В той же час головним недоліком електромобілів є відносно невеликий міжзарядний пробіг, що обмежує їх широке застосування. Вирішення цієї проблеми можливе кількома шляхами, найбільш ефективним з яких, на сьогодні, є створення комбінованих (гібридних) систем енергоживлення (КСЕЖ), що складаються з електрохімічного джерела і модуля “двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) - генератор” або системи паливних елементів (ПЕ). енергоживлення автономний електротранспортний комбінований

Актуальність теми. Основними напрямками підвищення ефективності функціонування автономних електротранспортних засобів (АЕЗ), покращення їх експлуатаційних характеристик є раціональна організація процесів перетворення коштовної енергії первинного джерела та забезпечення ефективного загального енергообміну у транспортних системах енергоживлення.

За такої постановки задачі її вирішення базується на всебічному дослідженні залежностей енергетичних показників транспортних систем енергоживлення від параметрів управління та навантаження з обовязковим врахуванням обмежень, що накладають первинні джерела (акумуляторна батарея (АБ), ДВЗ, ПЕ і т.п.). Однак, відомі дослідження, існуючі методи та засоби підвищення ефективності КСЕЖ АЕЗ здебільшого стосуються окремих компонентів таких систем і не завжди забезпечують підвищення ефективності систем в цілому, що стримує розвиток автономного електротранспорту. З цього випливає необхідність подальшого розвитку наукових досліджень енергетичних показників систем енергоживлення на основі системного аналізу транспортних електроприводів, розвитку методології раціональної побудови КСЕЖ АЕЗ, методів та засобів управління елементами таких систем, що забезпечить зменшення питомих енерговитрат та шкідливих викидів в атмосферу, збільшення корисного пробігу між зарядами тягового джерела (для ЕМ), покращення експлуатаційних, надійнісних та ергономічних показників автономного електротранспорту.

Вирішенню цих актуальних задач створення, розвитку та підвищення ефективності КСЕЖ автономних електротранспортних засобів присвячена дана дисертаційна робота.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у безпосередньому зв'язку з академічними, галузевими та державними програмами, а саме: за плановими дослідженнями НАН України “Наукові основи електроенергетики” (координаційний план НДР); проблемою “Перетворення параметрів електричної енергії” (розпорядження Президії НАН України №7 від 24.12.92); за темами “Устройство” №ДР 01.86.0.083877, “Стабилизация” №ДР 01.91.0007412 , “Технология” №ДР 0195U015290 від 1994 р., “Параметр” №ДР 0198U008130 від 1998 р., “Технология - 2” №ДР 0199U004405 від 2000р., “Параметр - 2” №ДР 0102U000044 від 2002 р.; за підпрограмою по електротранспорту у межах програми автомобілебудування Мінмашпрому України від 12.10.92; за проектом “Електромобіль” програми ДКНTПП України (5.51.04 “Ресурсозберігаючі проблеми виконавчих та транспортних машин”), 1994р.; за проектом Міннауки України “Коерцитив” (04.08/1830 “Розробка та створення нового класу високоефективних електромеханічних перетворювачів транспортного призначення”, від 26.08.97). Під час виконання перерахованих робіт автором були обґрунтовані задачі дослідження та розроблена методологія оптимальної побудови систем енергоживлення автономних електротранспортних засобів.

Мета та задачі досліджень. Метою роботи є розвиток теорії побудови високоефективних комбінованих систем енергоживлення автономних електротранспортних засобів за рахунок системного підходу до аналізу енергетичних показників таких систем, розробки принципів їх раціональної побудови і використання нових методів та засобів управління ними.

Досягнення зазначеної мети вимагає вирішення таких задач:

· розробки методу визначення оптимальних, з точки зору енергоефективності, параметрів елементів комбінованих систем енергоживлення автономних електротранспортних засобів;

· розробки нових методів керування комбінованими системами енергоживлення автономних електротранспортних засобів з різними структурами побудови, спрямованих на підвищення енергоефективності, паливної економічності та екологічності таких систем;

· розробки методів та створення засобів для визначення поточного ступеня заряду джерел живлення автономних електротранспортних засобів;

· розвитку системного підходу для досліджень енергетичних показників систем енергоживлення автономних електротранспортних засобів та визначення параметрів оптимального управління перетворювачами у таких системах;

· розробки методу визначення параметрів схеми заміщення джерела струму системи енергоживлення автономних електротранспортних засобів при імпульсному відборі енергії;

· розробки класифікації сучасних автономних електротранспортних засобів;

· розробки методів та створення засобів покращення електромагнітної сумісності елементів систем енергоживлення автономних електротранспортних засобів;

· аналізу експериментальних досліджень в галузі створення високоефективних систем енергоживлення автономних електротранспортних засобів та їх компонентів.

Об'єкт досліджень - процеси енергообміну в системах енергоживлення автономних електротранспортних засобів.

Предмет дослідження - методи та засоби підвищення енергетичної та експлуатаційної ефективності автономних електротранспортних засобів.

Методи дослідження, застосовані в роботі, включають в себе теорію лінійних та нелінійних диференційних рівнянь, теорію електричних кіл, теорію електропривода та електричних машин.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Розроблено новий метод визначення параметрів елементів комбінованих систем енергоживлення автономних електротранспортних засобів, при якому, виходячи з повних витрат енергії КСЕЖ АЕЗ для необхідного циклу руху, з урахуванням питомих показників джерела живлення та його розрядних характеристик, а також стратегії керування визначаються раціональні, з точки зору енергоефективності, параметри основних елементів таких систем.

2. Обґрунтовано та проаналізовано новий метод визначення поточного ступеня заряду джерел живлення автономних електротранспортних засобів, що базується на використанні довідкових таблиць для цих джерел.

3. Розроблено нові методи керування елементами систем енергоживлення комбінованих транспортних засобів, які за рахунок підтримання величини ступеня заряду акумуляторної батареї у необхідному діапазоні дозволяють досягти підвищення енергоефективності, екологічності та паливної економічності таких систем.

4. Розроблено новий метод визначення параметрів схеми заміщення джерела струму при імпульсному відборі енергії, що дозволяє точно обчислювати параметри реактивних елементів цієї схеми для аналітичних розрахунків.

5. Вперше здійснена класифікація сучасних автономних електротранспортних засобів за ознакою їх “екологічної еволюції” від автомобіля до “чистого” електромобіля.

6. Вперше обгрунтовано та проаналізовано метод визначення ефективності двозонного управління перетворювачами у тягових приводах постійного струму з двигунами з незалежним збудженням з позитивним зворотним зв'язком за швидкістю.

7. Розроблено новий метод моделювання процесу розповсюдження кондуктивних електромагнітних завад у системах енергоживлення автономних електротранспортних засобів.

Практичне значення одержаних результатів.

1. На основі запропонованого універсального методу визначення параметрів елементів КСЕЖ АЕЗ та нових методів керування були створені високоефективні транспортні системи енергоживлення різного функціонального призначення, зокрема системи на базі двигуна внутрішнього згоряння та на базі електрохімічного генератора.

2. На базі запропонованих методів визначення ступеня заряду акумуляторної батареї (СЗБ) за допомогою довідкових таблиць та кількості циклів заряд - розряд на основі підрахування від'ємних змін значення СЗБ була розроблена система управління АБ АЕЗ, в якій враховуються всі фактори експлуатації та зберігання батареї з метою підвищення ефективності та продовження терміну служби АБ.

3. Результати теоретичних досліджень енергетичних показників систем енергоживлення АЕЗ з урахуванням нелінійності елементів дозволили підвищити точність та достовірність визначення параметрів оптимального управління перетворювачами цих систем і, як наслідок, створити більш ефективні засоби управління ними.

4. Запропонований пристрій для моніторингу та фіксації параметрів системи енергоживлення комбінованого електромобіля дає змогу здійснити контроль поточного стану тягових акумуляторних батарей, визначення абсолютних та питомих показників споживання та витрат енергії у транспортних системах за умов довільного перебігу енергообмінних процесів.

5. Запропоновані метод прогнозування виникнення кондуктивних завад та спосіб зменшення електромагнітних завад випромінення в АЕЗ дає змогу значно підвищити рівень електромагнітної екологічності таких транспортних засобів.

Особистий внесок здобувача. Наукові положення та прикладні результати, що містяться в дисертації, отримані здобувачем самостійно. У наукових працях, написаних у співавторстві, безпосередньо дисертанту належить наступне: у роботах [2,3,4,21] - розробка положень загальної концепції побудови засобів визначення стану джерела живлення АЕЗ; у роботах [5,11,12] - розробка принципової електричної схеми перетворювача, дослідження та аналіз його характеристик; у [6,7,8,32] - положення методу та розробка конкретної системи керування на його основі; у [9,19] - порівняльний аналіз отриманих результатів аналітичних та експериментальних досліджень; у [1,10] - аналіз сучасних напрямків розвитку систем електроживлення АЕЗ; у [13] - аналіз енергетичних показників СЕЖ ЕМ на основі отриманих у роботі аналітичних виразів; у [14,15,16,17] - концепція побудови систем електроживлення електромобілів та елементи класифікації КТЗ; у [18,20] - постановка задачі дослідження та одержання аналітичних залежностей; у [22] - положення методу та визначення встановленої енергоємності АБ конкретних ЕМ.

У матеріалах [27-33] ідеї винаходів належать співавторам у рівній мірі.

Апробація результатів дисертації.

Основні положення та результати досліджень і розробок доповідались на сімнадцяти міжнародних науково-технічних конференціях, трьох галузевих семінарах і нарадах, а саме на: 3-й Міжнародній науково-технічній конференції “Нетрадиционные электромеханические и электрические системы”, Алушта (Україна), 1997 р.; Міжнародних науково-технічних конференціях “Силова електроніка та енергоефективність”, Алушта (Україна), 1998 - 2007 рр.; Міжнародних науково-технічних конференціях “Проблеми сучасної електротехніки”, Київ (Україна), 2000 р., 2002 р., 2004 р., 2006 р.; Міжнародному науково-технічному симпозіумі “The 21-st Worldwide Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle Symposium&Exhibition”, Monaco, 2005 р.; Міжнародній науково-технічній конференції “Internationale Konferenz fur Alternative Mobilitat mit begleitender Rallye Programm”, Wismar, Німеччина, 2005р; на науково-технічних нарадах Мінмашпрому України (м.Київ) та Управління головного конструктора АТ АвтоЗАЗ (м.Запоріжжя).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 49 наукових праць, в тому числі 1 монографія, 33 статті у фахових наукових виданнях (4 статті написані самостійно), 2 авторських свідоцтва СРСР, 6 патентів України, 7 тез доповідей на конференціях.

Структура та обсяг дисертаційної роботи.

Дисертація складається з переліку умовних позначень, вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел із 131 найменування та 4 додатків. Загальний обсяг роботи становить 295 сторінок, у тому числі 264 сторінки основного тексту, 121 рисунок, 7 таблиць.

2. Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність та доцільність виконання роботи, сформульовані мета та задачі наукового дослідження, викладено наукову новизну, практичне значення та відомості щодо реалізації результатів дисертації, її апробацію та публікації за темою досліджень.

У першому розділі розглянуто загальну структуру комбінованої системи енергоживлення АЕЗ, проведено аналіз та оцінку існуючих методів, спрямованих на підвищення ефективності таких систем.

Система енергоживлення АЕЗ являє собою електротехнічний комплекс (рис.1), базовими складовими якого є джерело живлення (ДЖ) (воно може бути як однокомпонентним - АБ у ЕМ, так і багатокомпонентним - КТЗ на базі ДВЗ або електрохімічного генератора (ЕХГ)), блок силових перетворювачів (СП) (у загальному випадку це перетворювачі тягового електроприводу (ТЕП), зарядних пристроїв (ЗП), вторинних джерел живлення (ВДЖ) тощо), система управління (СУ) та тяговий електродвигун (ТЕД).

Управління цією системою виконується опосередковано - діями на блок перетворювачів, які, в свою чергу, забезпечують енергообмін між джерелом живлення та активним, тобто таким, що споживає та генерує енергію, компонентом навантаження - тяговим електродвигуном.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1

Дослідженням елементів та КСЕЖ в цілому присвячено велику кількість робіт вітчизняних та зарубіжних вчених. Найбільш визначними є роботи Л. В. Бірзнієкса, О. Г. Булатова, І. В. Волкова, Т. А. Глазенко, А. Г. Грабовецького, В.Т.Долбні, Ю.І.Драбовича, І. С. Єфремова, В. Я. Жуйкова, Ю. І. Конєва, В. О.Лабунцова, В. І. Нєкрасова, В. Б. Павлова, Г.Г.Півняка, Е.М.Ромаша, В. С. Руденка, В. М. Скіданова, А. К. Шидловського та ін.

Великий внесок у вирішення проблеми підвищення ефективності СЕЖ ЕМ зроблено науковцями лабораторії електромобілів ІЕД НАН України. Тут була розроблена методологія, що дозволяє виконати дослідження енергетичної ефективності систем енергоживлення ЕМ з точки зору ККД як поелементно, так і на системному рівні. За допомогою цієї методології було проаналізовано низку схем як тягового, так і допоміжного електрообладнання електромобілів.

Зокрема, автором за допомогою цієї методології було проведено аналіз енергетичних показників СЕЖ комбінованого широтно-імпульсного регулятора [18] та силового перетворювача для джерел живлення низьковольтних бортових споживачів [20]. Були отримані залежності ККД окремих елементів та СЕЖ в цілому від параметрів керування та навантаження, та були визначені рекомендації щодо оптимального, з точки зору загального ККД СЕЖ, управління такими системами.

Завершує перший розділ обґрунтування основних напрямків підвищення ефективності КСЕЖ АЕЗ, а саме: оптимального вибору конфігурації та параметрів окремих елементів КСЕЖ, поліпшення енергетичних показників елементів та системи привода в цілому, організації якомога повнішої утилізації енергії машини, що гальмується, та впровадження методів та засобів управління, яке забезпечує оптимальне регулювання енергообмінних процесів на системному рівні; формулювання задач наукового дослідження.

У другому розділі застосування системного аналізу поширено на дослідження енергетичних показників СЕЖ АЕЗ з урахуванням нелінійності елементів таких систем.

Одним з основних елементів СЕЖ АЕЗ, параметри якого залежать від багатьох факторів, є акумуляторна батарея. Правильне визначення параметрів схеми заміщення АБ для даного функціонального призначення має велике значення для подальшого аналізу цієї системи.



Рис.2

Параметри схеми заміщення джерела струму не можуть на сьогодні визначатися аналітично. Такі схеми заміщення будуються на основі прямих вимірів складових повного внутрішнього опору. Найбільш адекватна, на думку автора, схема заміщення АБ наведена на рис.2. Тут застосовано такі позначення: ЕАБ - ЕРС джерела живлення; RП та CП - поляризаційні опір та ємність; RА - омічний опір; LАБ - індуктивність АБ.

В роботі проаналізовані існуючі методи визначення параметрів схеми заміщення АБ і зроблено висновок, що існуючі модифікації імпульсного методу не забезпечують точного визначення необхідних параметрів хімічних джерел струму високої енергоємності, а методи змінного струму не дають можливості визначити залежність поляризаційного опору від струму і є досить трудомісткими в реалізації на практиці.

Для більш точного визначення параметрів повного опору автором запропоновано метод, що грунтується на порівнянні змінних у часі монотонних функцій напруги зі змінною по амплітуді і протяжності обвідною відеоімпульсів, яка має аналогічний характер зміни. Порівняння вказаних монотонних функцій напруги з обвідною відеоімпульсів відбувається на екрані запам'ятовуючого осцилографа, причому існує можливість регулювання амплітуди імпульсів обвідної і періоду слідування імпульсів

Автором також розроблено вимірювальний пристрій, за допомогою якого були проведені необхідні дослідження.

Визначення складових повного внутрішнього опору проводилось при різноманітних значеннях струмів (33, 50, 125, 175, 250А), ступенях заряду АБ (0, 0.16, 0.32, 0.48, 0.64, 0.8, 0.96), температур (-15, 0,+10, +25, +40 С0) для десяти різноманітних акумуляторів з усередненням отриманих даних та наступним згладжуванням числових значень.

Отримані експериментальні залежності для RА, RП, CП та ЕАБ були апроксимовані аналітичними виразами:

RА = kA1 + kA2 (T) (kA3 +D),

RП=(kП1+0,53(1-D))(1-(ln(I))/kП2),

TП = kС1 (1+0,64(1-D) + kC2I,

Е= 1,71 + 0,16 exp ((1-D)/0,07)+0,03D,

де kA1, kA3, kП1, kП2, kС1, kС2 - сталі величини; kA2 (T) - коефіцієнт, що характеризує залежність від температури; D - ступінь заряду батареї (СЗБ).

Запропонований підхід і пристрій є універсальним і може бути використаний при дослідженні АБ будь-якого електрохімічного складу. Отримані результати були використані в подальших розрахунках енергетичних показників СЕЖ АЕЗ з урахуванням нелінійності елементів [13].

В роботі розглядалась СЕЖ електромобіля постійного струму, в якій використовується тяговий електродвигун з незалежним збудженням.

Тут АБ - тягова акумуляторна батарея; К1 і К2 - транзисторні ключі кола якоря і обмотки збудження відповідно; Д1 і Д2 - зворотні діоди кола якоря і збудження відповідно; Я- якір тягового двигуна; ОЗ - обмотка збудження тягового двигуна.

Пунктирними лініями виділені структурні елементи та контури (1 - 5), для яких за методикою, наведеною у [13], має бути обчислений ККД.

Схема заміщення силової частини системи електроживлення ЕМ у режимі тяги для відкритого стану ключів К1 (0 < t < ti) і К2 матиме вигляд наведений, ti - тривалість імпульсу (відкритого стану К1).

Тут EД - проти - ЕРС двигуна; iА, iС та iАБ - активний, ємнісний і сумарний струми АБ; іЯ й іОЗ - струми якоря й обмотки збудження відповідно; RK1, RK2, RЯ та RОЗ - активні опори транзисторних ключів К1 і К2, якоря та обмотки збудження ТЕД відповідно; LЯ та L ОЗ - індуктивності якоря та обмотки збудження ТЕД відповідно.

Беручи до уваги той факт, що величина поляризаційної ємності АБ сягає кількох тисяч фарад, поляризаційна стала часу приблизно дорівнює 0,5 с, а робочі частоти сучасних силових перетворювачів перевищують 10 кГц, можна вважати, що iC << iА.

Найбільш важливою для визначення ККД системи електроживлення є залежність від струму навантаження. Тому, надалі вважатимемо ЕАБ, RА та LАБ сталими величинами, визначеними для стандартних умов, а саме - ступінь заряду АБ D = 0,5, температура навколишнього середовища t = 250C. Поляризаційний опір АБ, за тих самих умов, буде визначатися залежністю, наведеною. Після апроксимації цієї залежності загальний опір АБ можна представити у вигляді:

RАБ = RП (iАБ) + RА = RАБ (iАБ); RАБ (iАБ) = RАБ0 (1+ к1/(к2 + іАБ)).

Другим елементом системи, нелінійність якого було враховано при дослідженні, є індуктивність якоря ТЕД. Через те, що немає точного аналітичного виразу для індуктивності якоря ТЕД постійного струму при імпульсному живленні на практиці використовують результати експериментальних досліджень або характеристики, надані виробником.

В даному випадку автор скористався залежністю LЯ (іЯ) (іЯ - середній струм якоря) тягового електродвигуна ПТ-125, на прикладі якого проводяться розрахунки, наданою у його технічних характеристиках фірмою розробником. Ця характеристика наведена для частоти комутації 10 кГц.

Аналітичний вираз, що описує індуктивність якоря ТЕД, отриманий після апроксимації залежності, має вигляд:

LЯ ( iЯ ) = LЯ0 (1+ к / іЯ),

Для подальшого аналізу були прийняті наступні припущення: струм у ланцюзі якоря безперервний; напівпровідникові прилади - безінерційні ключі.

Крім того, цілком доцільно прийняти, що ІОЗ << ІЯ (ІОЗ - середній струм обмотки збудження). Для двигуна ПТ-125 ця різниця досягає 10 разів.

Тут

R1 = RА + RП + RK1 + RЯ, L1 = LA + LЯ,

E1 = EA -EД. Тому:

R1 = RАБ0 (1+ к1/(к2 + і1)) + RK1 + RЯ = R01 (1+ а1 / (а2 + і1)); (1)

L1 = LA + LЯ0 (1+ к / і1) = L01 (1 + в / і1),

де R01= RАБ0+RK1+RЯ; L01=LЯ0+LА;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3

а1 = к1 RАБ0 / R01; а2 = к2;

в = к LЯ0 /L01.

Диференційне рівняння, що описує процеси в схемі, має вигляд:

L01(di1/dt)+і1R01(1+а1/(а2+і1))=Е1. (2)

Після деяких перетворень для розділення змінних рівняння (2) буде мати вигляд

(а2 / (Аі1 2 + Ві1 + С) + і1 / (Аі1 2 + Ві1 + С)) di1 = dt, (3)

де А = - R01 / L01 ; В = (Е1 - R01 а1 - R01 а2) / L01 ; С = Е1 а2 / L01.

Розв'язок рівняння (3) залежить від співвідношення між коефіцієнтами квадратного рівняння

Х = Аі1 2 + Ві1 + С.

У даному випадку 4АС - В2 < 0.

Тому розв'язок рівняння (3) має вигляд

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4

Аналогічно був розглянутий режим паузи, коли ключ К1 вимкнено (ti<t<T). Тут Т - період комутації ключа К1. Зображено схему заміщення системи тягового приводу електромобіля, що відповідає цьому режиму роботи. Тут

R2 = RД + RЯ,

де RД - активний омічний опір зворотного діода Д1

Рівняння електричного стану схеми має вигляд:

LЯ (di2 / dt) + i2 R2 + EД = 0. (5)

Точний розв'язок рівняння (5) має вигляд:

і2 (t) =( - EД /R2 )(1 - exp(-t (R2 /LЯ))) + I02 exp(-t (R2 /LЯ)), (6)

де I02 = i2(0).

Аналогічно були проведені розрахунки і для режиму рекуперативного гальмування ЕМ.

Базуючись на результатах розв'язання рівнянь електричного стану схеми за допомогою методики [13] було отримано залежності ККД елементів і системи привода в цілому від параметрів управління і навантаження для режимів тяги та рекуперації. Врахування нелінійності внутрішнього опору АБ та індуктивності якоря ТЕД дало змогу підвищити точність отриманих результатів на 8%.

У третьому розділі розроблено класифікацію сучасних автономних електротранспортних засобів за ознакою їх “екологічної еволюції” від автомобіля до “чистого” електромобіля і виконано дослідження, результати яких у сукупності дозволяють раціонально, з точки зору енергоефективності, екологічності та паливної економічності, підібрати компоненти КСЕЖ АЕЗ.

Названа вище класифікаційна ознака максимально коректна у випадку найбільш поширених на сьогодні КТЗ з ДВЗ, але для повного висвітлення питання до основної класифікації включені і інші ТЗ

Представлена класифікація транспортних засобів, до складу яких входять різні типи первинних джерел енергії [16].

Прийняті наступні позначення: С-батарея суперконденсаторів; КАЕ - Г - кінетичний акумулятор енергії з електрогенератором; МПЕ - батарея метал - повітряних елементів; ПЕ - батарея паливних елементів; СБ - сонячна батарея; ЕМБ - електромобіль із бустерним пристроєм; КЕМ - комбінований електромобіль; КА - комбінований автомобіль; А - автомобіль.

В роботі проведено аналіз функціонального призначення та перспектив впровадження наведених в класифікації конкретних АЕЗ.

Дослідження, спрямовані на визначення оптимальних параметрів КСЕЖ АЕЗ складаються із декількох етапів.

Як випливає із наведеної класифікації АЕЗ кінцевою метою підвищення екологічності ТЗ є створення “чистого” ЕМ. Структура системи енергоживлення цієї машини є найбільш простою, порівнюючи із КСЕЖ, тому розгляд зазначеного вище питання починався саме з ЕМ. В роботі запропоновано метод точного визначення (ще на етапі проектування ЕМ) встановленої енергоємності АБ - показника, що є найважливішим для забезпечення основної характеристики такого виду транспортного засобу - заданого міжзарядного пробігу. В основу запропонованого метода покладено такий підхід, при якому, виходячи з повних витрат енергії ЕМ з урахуванням питомих показників джерела живлення та його розрядних характеристик, визначається реальна встановлена енергоємність АБ, що забезпечує заданий пробіг машини [22]. У цьому випадку для ЕМ, що проектується, задається необхідний міжзарядний пробіг, вантажопідйомність і маса екіпажної частини. Для такої машини виводяться формули для визначення всіх складових частин витрат енергії АБ при розгоні та прямолінійному русі ЕМ і на їхній основі - загальний вираз, що пов'язує витрати енергії АБ з параметрами ЕМ та його міжзарядним пробігом. З отриманого виразу, з урахуванням питомої енергоємності батареї, визначається встановлена енергоємність АБ електромобіля. Слід зазначити, що, враховуючи недетермінований характер руху в місті, всі обчислення проводились у відповідності до стандартних (для ЕМ) європейських міських циклів руху SAE j227.

Вираз для визначення величини енергії, що відбирається від АБ при розгоні та прямолінійному русі ЕМ за стандартним циклом SAE j227С має вигляд:

WЦ=((0,5 m*aV+mgfVC1+kB FЛ VC13)ta+(mgfV + kB FЛ V3) tcr) / М Пр

де m = mЕК + mВ + mАБ;

mЕК - сумарна маса екіпажної частини ЕМ; mВ- вантажопідйомність ЕМ; mАБ - маса АБ; * - коефіцієнт, що враховує інерцію частин, що обертаються; а - прискорення на ділянці розгону діаграми руху; V - максимальна швидкість руху на цій же діаграмі; g - прискорення вільного падіння; f - коефіцієнт тертя кочення (залежить від якості шляхового покриття та швидкості руху ЕМ); VC - середня швидкість на відповідній ділянці руху; kB - коефіцієнт, що визначає аеродинамічні властивості об'єкту (Нс2/м4); FЛ - площалобової поверхні ЕМ; VC1 - середня швидкість руху на ділянці розгону; М та Пр - ККД механічної трансмісії та електропривода ЕМ відповідно. З урахуванням максимально допустимого ступеня розряду тягової акумуляторної батареї (1-Dmin), величина встановленої енергоємності батареї дорівнює:

WАБ = WЦ n /(1-Dmin) ,

де n - кількість циклів руху, що виконуються електромобілем при заданому міжзарядному пробігу.

З другого боку WАБ визначається як добуток питомої енергоємності (WП, Втгод/кг) та маси АБ:

WАБ = WП mАБ.

Крім отриманого значення встановленої енергоємності АБ, яка забезпечує заданий міжзарядний пробіг електромобілю метод передбачає визначення необхідної питомої потужності АБ для забезпечення всіх динамічних навантажень машини.

Таким чином, згідно з наведеним вище алгоритмом досить просто визначається встановлена енергоємність, маса та максимальна потужність джерела живлення для будь-якого класу електромобілів з будь-якою електрохімічною системою цього джерела.

Найбільш поширеними на сьогодні комбінованими транспортними засобами є ТЗ, джерелом живлення яких є комбінація ДВЗ та накопичувача енергії - акумуляторної батареї або батареї суперконденсаторів (БС). Метою створення даного класу КТЗ є суттєве зменшення споживання рідкого палива та шкідливих викидів у атмосферу у порівнянні із автомобілями. Шляхом досягнення цієї мети є забезпечення роботи ДВЗ у режимі максимальної економічності й мінімальної токсичності вихлопних газів (за умови забезпечення необхідної потужності й моменту на валу). Для вирішення поставленої задачі у роботі були висвітлені особливості роботи ДВЗ у КСЕЖ, проаналізовані їх швидкісні, навантажувальні та регулювальні характеристики, визначені вимоги до ДВЗ для різних типів КСЕЖ АЕЗ [25].

Наступним етапом досліджень була розробка способів керування КСЕЖ, метою яких є підвищення енергоефективності системи, зменшення споживання рідкого палива та шкідливих викидів у атмосферу комбінованим транспортним засобом [26].

В роботі проаналізовані існуючі методи керування СЕЖ АЕЗ послідовної структури побудови і зроблено висновок, що одні з них забезпечують оптимальну роботу ДВЗ, при цьому зарядний пристрій та АБ працюють не ефективно - інші, навпаки, забезпечують оптимальну роботу електрообладнання та АБ, але допускають не ефективну роботу ДВЗ.

Автором запропоновано метод керування КСЕЖ послідовної структури побудови, який є оптимальним з точки зору як використання ДВЗ, так і силового електрообладнання. Алгоритм роботи цього методу представлено у табл1. Тут D max та D min - максимальне та мінімальне значення ступеня заряду АБ АЕЗ. Розгляд методів керування КСЕЖ паралельної та послідовно-паралельної структур побудови було проведено на прикладі останньої. Це обумовлено тим, що така структура включає в себе паралельну і відрізняється лише наявністю генератора і, відповідно, режиму підзаряда ТАБ від ДВЗ через генератор. Так само, як і у послідовній структурі побудови метою розробки методу керування КСЕЖ є забезпечення її максимальних ефективності, економічності та екологічності ДВЗ та можливості споживання енергії рекуперативного гальмування. Крім того, важливим залишається підтримання СЗБ на необхідному рівні.

Таблиця1 Алгоритм роботи запропонованого методу керування КСЕЖ АЕЗ послідовної структури побудови

Режим руху	Стан СЗБ (В)	Напрямок перерозподілу енергії
Старт	D > D max	АБ > ТЕП; ДВЗ/Г -вимк.
	D max > D > D min	ДВЗ/Г + АБ > ТЕП
Прискорення (невелике навантаження)	D > D max	АБ > ТЕП; ДВЗ/Г -вимк.
	D max > D > D min	ДВЗ/Г > ТЕП+ АБ
Прискорення (велике навантаження)	D > D min	ДВЗ/Г + АБ > ТЕП
Рух з невеликою швидкістю	D > D max	АБ > ТЕП; ДВЗ/Г -вимк.
	D max > D > D min	ДВЗ/Г > ТЕП+ АБ
Рух з великою швидкістю	D > D min	ДВЗ/Г + АБ > ТЕП
Негайне гальмування	D > D max	Механічні гальма
	D max > D > D min	Механічні гальма + рекуперація : ТЕП > АБ
Звичайне гальмування або рух з гори	D > D max	Механічні гальма
	D max > D > D min	Рекуперація: ТЕП > АБ
Зупинка	D > D max	ДВЗ/Г -вимк.
	D max > D > D min	ДВЗ/Г > АБ

В роботі запропоновано новий метод керування таким типом КСЕЖ, який максимально задовольняє наведену вище мету створення таких АЕЗ. На цьому рисунку прийняті наступні скорочення та позначення: ЗП - зарядний пристрій АБ; ГГ - гідравлічні гальма машини; Р - потужність навантаження, необхідна для виконання циклу руху; РТ - вихідна потужність у режимі тяги; РГал - потужність гальмування; РДВЗ та РДВЗmax - поточна та максимальна вихідні потужності ДВЗ відповідно; Ропт - значення потужності ДВЗ, яке знаходиться на оптимальній кривій у координатах потужність швидкість [25]; V - швидкість обертання валу ДВЗ; РТЕП та РТЕПmax- поточна та максимальна вихідні потужності тягового електропривода; РГ - вихідна потужність генератора; РГГ - потужність механічного гальмування.

Далі в роботі запропоновано метод визначення параметрів комбінованих систем енергоживлення автономних електротранспортних засобів [24]. Суть методу полягає у тому, що для КТЗ, що проектується, задається необхідний цикл руху, який машина повинна задовольняти, вантажопідйомність і маса екіпажної частини. Для такої машини виводяться формули для визначення всіх складових частин витрат енергії КСЕЖ при розгоні та прямолінійному русі КТЗ і на їхній основі - загальний вираз, що пов'язує витрати енергії КСЕЖ з параметрами машини. З отриманого виразу, з урахуванням обраної стратегії керування визначається встановлена енергоємність та необхідна потужність компонентів КСЕЖ. Робота методу була проілюстрована для стандартного циклу NEВС (New European Driving Cycle), що використовується для сучасних випробувань КТЗ у Європі. Він є комбінацією чотирьох сегментів міського циклу UDC (Urban Driving Cycle) та одного сегменту EUDC (Extra Urban Driving Cycle) ), що характеризується більш агресивним та швидкісним рухом. У табл2. наведені характеристики обох циклів.

Величина енергії, що витрачається КСЕЖ на розгін та прямолінійний рух визначається аналогічно описаному вище методу для ЕМ. Відмінності накладає використання більш складного циклу руху. А саме

WК =, (n=15)

- сумарна накопичена КТЗ кінетична енергія

Таблиця 2 Характеристики циклів руху UDC та EUDC

Характеристика	Одиниці виміру	UDC	EUDC
Відстань	км	4х1,013=4,052	6,955
Тривалість	с	4х195=780	400
Середня швидкість	км/год	18,7 (з паузами)	62,6
Максимальна швидкість	км/год	50	90

в точках, що відповідають кінцям розгону на діаграмах руху

WТ =, (m=35)

- сумарна енергія тертя кочення;

WА = , (m=35)

- сумарна енергія подолання аеродинамічного опору.

Вираз для визначення величини енергії, що відбирається від КЕУ при розгоні та прямолінійному русі, має вигляд:

WЦ = ( 0,5 m *ai Vi t1і + (m g fj Vj + kB FЛ Vj3) t2j ) / М Пр ,

де t1i та t2j - час розгону та сумарний час розгону та усталеного руху відповідно. Наступним етапом є вибір способу керування КСЕЖ АЕЗ. Це питання було розглянуте вище.

Виходячи з обраного способу керування визначаються встановлені потужності компонентів КСЕЖ.

Для двигуна внутрішнього згоряння:

PДВЗвст = PДВЗmax / М = (m g f8 VC8 + kB FЛ VC83) / М,

де VC8 - швидкість КТЗ на сегменті руху 8

Для тягового електроприводу (вибирається більше із двох значень):

Р1 = PДВЗmax - РК1 - РТ1 - РА1, та Р2 = *Р РК9 / МПр,

де РК1, РТ1, РА1 - потужності, необхідні для накопичення кінетичної енергії та подолання тертя кочення та аеродинамічного опору на ділянці розгону 1 (; РК9 - потужність рекуперативного гальмування на сегменті руху 9; Р - коефіцієнт, який враховує “спроможність” АБ спожити енергію рекуперативного гальмування.

Встановлена потужність генератора визначається максимальним значенням потужності, необхідної для підтримання роботи ДВЗ у оптимальному режимі:

PГ = PДВЗ / Г,

де PДВЗ - потужність, що необхідна для переведення робочої точки ДВЗ на оптимальну криву у координатах потужність швидкість [25]; Г - ККД генератора.

Встановлена потужність АБ КТЗ визначається максимальною потужністю ТЕП з урахуванням ККД розряду батареї (РАБ):

РАБ = РТЕП / АБР.

Встановлена енергоємність АБ визначається з урахуванням трьох величин - енергій розряду та заряду АБ на протязі всього циклу руху, а також діапазону зміни СЗБ протягом руху. Ці складові визначаються наступними формулами:

WАБР = (1/ АБР) х [TАБР х АБР],

WАБЗ = (1/ АБЗ) х [TАБЗ х АБЗ],

де TАБР та TАБЗ - вектори часу етапів розгону та етапів рекуперативного гальмування циклу руху відповідно;АБР та АБЗ - вектори середніх потужностей розряду та заряду АБ на відповідних етапах розгону та рекуперативного гальмування циклу руху відповідно.

Мінімальна енергоємність АБ визначатиметься з формули:

WАБmin = |W| / D = (W max - W min) / D,

де |W| - максимальна величина зміни енергії АБ під час руху; D - допустимий діапазон зміни СЗБ.

Застосування запропонованих методів дають відчутні економічні результати. Експериментальні дослідження на гібридному електромобілі з послідовною структурою побудови “Таврія”, розробленому у лабораторії електромобілів ІЕД НАН України [17] показали, що використання запропонованих методів дає економію палива від 7% до 11%, в залежності від режиму руху.

Четвертий розділ присвячено дослідженням однієї із найважливіших складових частин КСЕЖ АЕЗ - системі управління функціонуванням акумуляторної батареї (СУБ).

Існує багато варіантів СУБ, але є три основні мети, що їх об'єднують.

1. Захист батареї від пошкоджень.

2. Збільшення терміну життя батареї.

3. Збереження батареї в тому стані, в якому вона може задовольнити всі функціональні вимоги застосування.

У загальному випадку для досягнення цих цілей СУБ має виконувати наступні функції:

1. Захист елементів батареї. Захист батареї від використання в неприйнятних умовах роботи є фундаментальною для всіх застосувань СУБ. На практиці СУБ повинна надавати повний захист елементів, щоб врахувати практично всі випадковості. Робота батареї поза спеціально розроблених граничних показників невідворотно призведе до її виходу з ладу.

2. Контроль заряду. Це одна з основних функцій СУБ. Більшість батарей виходять з ладу саме при неправильному заряді.

3. Управління навантаженням. Управління навантаженням не має прямого відношення до роботи батареї, але, в той же час, відноситься до режимів експлуатації батареї. Його мета - мінімізувати витрати енергії у всіх елементах, що є навантаженням для АБ і таким чином збільшити проміжки часу між зарядами батареї.

4. Визначення ступеня заряду АБ (СЗБ). У багатьох випадках функціонального призначення АБ виникає необхідність знання СЗБ. Це може знадобиться як для індикації ємності, що залишилася в батареї, так і для контрольного кола, де ця інформація буде використана для організації оптимального заряду батареї.

5. Знаходження стану справності АБ (ССБ). ССБ - показник, що характеризує спроможність батареї віддавати необхідну кількість енергії. Це вкрай необхідно для оцінки готовності резервного енергетичного устаткування і є індикатором має потреби у профілактичному ремонті АБ.

6. Балансування елементів. У батареях, що складаються з багатьох елементів навіть невеликі відмінності між елементами, які виникли при виробництві або під час експлуатації можуть збільшуватися з кожним новим циклом розряду-заряду. Виникає ефект перезаряду окремих елементів, що, згодом, може призвести до виходу їх з ладу. Балансування елементів дозволяє збільшити термін життя батареї, рівномірно розподіляючи заряд між елементами.

7. Зберігання історії експлуатації. Контроль і зберігання історії батареї - ще одна функція СУБ. Це потрібно як для підрахунку ССБ, так і для визначення, чи не піддавалася вона перенавантаженню. Такі параметри як число циклів, максимальна і мінімальна напруга і температури, максимальні і мінімальні струми розряду можуть бути записані для подальшої оцінки.

8. Ідентифікація. СУБ також дає можливість записувати інформацію про елемент, наприклад: тип призначення і хімічний склад елементу, що може полегшити тестування; партію або серійний номер, дату виготовлення, що робить можливим його знаходження у разі поломки.

9. Забезпечення зв'язків. Більшість СУБ включають деяку форму зв'язку між батареєю і тестуючим або заряджаючим устаткуванням. Деякі мають зв'язки з іншими системами, які мають взаємозв'язок з батареєю, для контролю її стану або історії. Взаємозв'язок також потрібний для того, щоб дати користувачеві доступ для зміни контрольних параметрів СУБ або для діагностики та тестів.

В роботі проаналізовані можливі структури побудови СУБ та її основні функції. Наведені засоби реалізації деяких з них, а саме захисту елементів АБ та їх балансування. Особлива увага в роботі була приділена методам та засобам визначення СЗБ, що є одним із основних показників при організаціїї управління функціонуванням КСЕЖ АЕЗ.

В роботі проаналізовано існуючі методи визначення СЗБ і зроблено висновок, що деякі з них не враховують важливі корегуючі фактори, такі як температура або ступінь старіння АБ, а деякі можуть бути застосовані лише до певного типу електрохімічного складу АБ.

Автором запропоновано метод та розроблений пристрій для визначення ступеня заряду батареї АЕЗ [21]. Нижче наведено основні положення методу.

Акумуляторні батареї є нелінійними елементами. Наприклад, напруга є нелінійною функцією від рівня розряду, температури і віку. Пропонується індивідуальна модель батареї будувати на базі довідкових таблиць, які забезпечують покрокові наближення кривих, що відображають процес розряду або заряду батареї як функцію від температури, рівня розряду і інших параметрів. Необхідні довідкові таблиці складаються на основі лабораторних вимірювань, зроблених за контрольованих умов і є різними для елементів з різним хімічним складом і різною конструкцією.

Для точного зображення характеристик заряду-розряду елемента, відповідні довідкові таблиці повинні бути складені для всіх відомих факторів, що значно впливають на ємність елемента і його повний опір, наприклад: температура елемента, температура навколишнього середовища, рівні заряду і розряду, рівні розсіювання тепла, рівень саморозряду елемента, ефективність заряду і зменшення ємності елемента з перебігом його життєвого часу. Ці таблиці отримують емпіричним шляхом (як правило на фірмах виробниках АБ) за допомогою великої кількості експериментів.

Математична модель або алгоритм, що відображає поведінку елемента, щодо всіх відносних параметрів, при цьому конструюється з відповідної збірки довідкових таблиць і вбудовується в пам'ять мікропроцесорного модуля, що використовує цей алгоритм для прогнозування роботи батареї.

Датчики в батареї забезпечують аналогові вхідні дані по температурі, напрузі і струму батареї, а точні аналогово - цифрові перетворювачі переводять ці вхідні дані в цифрову форму. Ці вхідні дані постійно контролюються і оновлюються за запитом мікропроцесора.

Модель може використовувати ці вхідні дані для обчислення СЗБ у будь-який момент часу.

При динамічному використанні, що має місце в АЕЗ, всі вхідні дані повинні бути проконтрольовані не рідше одного разу за секунду щоб уникнути упущення значних змін струму або інших критичних подій і прогноз СЗБ для кожного індивідуального елемента повинен бути закінчений під час інтервалу вибірки.

Ще одним важливим додатком до запропонованого способу є оригінальний спосіб визначення кількості повних циклів заряд-розряд АБ, який базується не на традиційному інтегральному показнику витрачених та спожитих батареєю ампер-годин, а на підрахунку суми значень D, що відповідають розряду АБ. Коли ця сума досягне значення 0,8 вважається закінченим повний цикл розряду. Вплив величини струмів розряду та заряду і температури враховується при обчисленні СЗБ за допомогою довідкових таблиць. Цей спосіб є набагато точнішим і простішим (як апаратно, так і програмно) за традиційний.

У випадку ж, коли відсутня повна технічна документація на АБ, може бути використаний менш точний спосіб фіксації балансу розрядно-зарядних ампер-годин акумуляторної батареї з індикацією використаного ємнісного ресурсу [2,3,4]. Він передбачає використання пристрою з попередньо запрограмованим значенням початкової ємності батареї, з якого у подальшому віднімаються використані у розряді ампер-години, а у режимі заряду виконується додавання одержаних батареєю ампер-годин до останнього поточного значення ємності.

П'ятий розділ присвячено проблемі електромагнітної сумісності (ЕМС) елементів КСЕЖ АЕЗ, яка є однією із важливих складових загальної екологічності АЕЗ.

В роботі проведено аналіз існуючих стандартів у галузі ЕМС ТЗ та вимог, які ставляться до транспортних засобів у цій галузі.

Докладно розглянуто схеми заміщення основних компонентів СЕЖ АЕЗ (акумуляторної батареї, силового перетворювача, тягового електродвигуна та з'єднувальних кабелів) для високих частот, які адекватно відтворюють процеси з точки зору ЕМС.

Автором запропоновано метод моделювання кондуктивних завад у СЕЖ АЕЗ. Він проілюстрований на прикладі системи привода ЕМ змінного струму

Високі швидкості наростання та спадання імпульсів напруги на виході інвертора породжують стрімкі перехідні процеси в силових колах АЕЗ. Напруги та струми цих перехідних процесів є комплексними функціями параметрів електричної схеми силового інвертора та схеми керування інвертором; вони залежать від характеристик електродвигуна, особливостей навколишнього середовища тощо. Тому точне визначення згаданих напруг та струмів є надзвичайно складною і трудомісткою проблемою. З метою спростити цю проблему автором запропонований підхід, в якому замість силових ключів інвертора введені еквівалентні джерела напруги, як показано

Для оцінки того, як розподілені напруга та струм електромагнітної завади (ЕМЗ) по силовому тракту “джерело постійного напруги - силовий інвертор - електродвигун” також показана високочастотна еквівалентна схема всього силового тракту.

На цьому рисунку джерело постійного струму представлено еквівалентною схемою і , де - це джерело постійної напруги з номінальною напругою батареї акумуляторів,та є активна та реактивна складові повного внутрішнього опору батареї на високих частотах, а репрезентує конструктивну ємність між батареєю акумуляторів та шасі АЕЗ. Силові кабелі представлено індуктивністю , шина постійного струму між батареєю акумуляторів та батареєю електролітичних конденсаторів показана у вигляді послідовного кола , та , а ємність між цим колом і шасі представлена конденсатором. Силові ключі та K2 замінені еквівалентними джерелами напруги, а конструктивну ємність між кожним ключем і шасі замінено відповідним конденсатором .

Схема електродвигуна показана у вигляді послідовного кола та для кожної фази, а конструктивна ємність між обмотками електродвигуна і шасі репрезентована конденсатором .

Звичайно в АЕЗ блок силових інверторів розташований в безпосередній близькості до електродвигуна, і весь електропривод знаходиться у металевому кожусі. З цієї причини блок силових інверторів випромінює відносно невеликий рівень ЕМЗ. Але батарея акумуляторів, як правило, віддалена від електродвигуна і приєднана до електропривода кабелем без екрану. Тому саме такий кабель може виступати як ефективний випромінювач ЕМЗ в навколишнє середовище, а високочастотні несиметричні струми, які протікають по кабелю, і є причиною інтенсивного випромінювання ЕМЗ. Для вимірів згаданих струмів в еквівалентну схему в силову шину постійного струму між батареєю акумуляторів та батареєю електролітичних конденсаторів введено стандартне допоміжне електричне коло .

Еквівалентна схема, зображена є достатньо складною для знаходження напруг і струмів, що спричинюють ЕМЗ. Щоб спростити її і зробити

більш очевидною з точки зору розповсюдження ЕМЗ автором запропоновано зосередити увагу на роботі пари силових ключів в одному плечі трифазного моста на виході інвертора, як це показано. Так само для дослідження напруг і введені дві допоміжні напруги Vx, Vy:

, , ,

Після низки спрощень були отримані схеми, що характеризують ефект від дії напруг VX та VY

VЗ - напруга завади.

Напруги є напругами симетричної завади, тому що фази цих напруг на резисторах двох вимірювальних кіл, під'єднаних до позитивного та негативного полюсів батареї акумуляторів, протилежні.

Для визначення спектральних компонентів напруг завад була визначена форма напруг та .

Це було зроблено на основі припущення про те, що напруги еквівалентних джерел завад являють собою періодичну послідовність трапецеїдальних імпульсів з лінійними фронтом і зрізом.

Були отримані спектри симетричних та несиметричних завад.

Порівняння результатів проведених вимірів симетричних та несиметричних завад у колах СЕЖ ЕМ із розрахунками згідно запропонованого методу показали хорошу збіжність результатів (похибка менше 5%) і підтвердили правильність запропонованих моделей кондуктивних завад електромобіля.

Далі в роботі проаналізовані джерела та кола розповсюдження кондуктивних завад та викликаних ними ЕМЗ випромінення. Наведена методика прогнозування можливих рівнів ЕМЗ випромінювання в АЕЗ. Запропоновано спосіб з'єднання силового кабелю від батареї акумуляторів АЕЗ з металевими конструкціями та кожухом силового перетворювача за допомогою RC - кола та методику розрахунку елементів кола з метою зменшення рівня ЕМЗ випромінення в АЕЗ [23].

Проведені експериментальні дослідження показали, що даний спосіб дозволяє зменшити рівень ЕМЗ більш, ніж у три рази.

У шостому розділі представлено експериментальні дослідження та розробки конкретних компонентів та КСЕЖ АЕЗ в цілому.

На основі теоретичних положень, наведених у попередніх розділах, були розроблені дві КСЕЖ АЕЗ. Джерелом живлення першої є блок ДВЗ-ГПС, а іншої - електрохімічний генератор (ЕХГ) (в даному випадку Zn - повітряна батарея). В обох випадках буферною слугувала свинцево-кислотна АБ.

Перша КСЕЖ складається з ДВЗ, на валу якого закріплено якір генератора постійного струму, акумуляторної батареї, розподіляючого діода (РД), силового широтно-імпульсного перетворювача (ШІП), тягового електродвигуна (ТЕД), шунтованого зворотнім діодом (ЗД), зарядного перетворювача (ЗП), силового перекидного контактора (К), котушки контактора (кК), нормально відкритого контакту кінцевого вимикача педалі акселератора К1, нормально закритого контакту датчика роботи ДВЗ

К2, відсікаючого діоду (ВД), обмотки збудження генератора (ОЗ).

До складу другої СЕЖ входять інвертор, повністю керований ключовий елемент, зворотній тиристор, буферна АБ, ЕХГ, відсікаючий діод та асинхронний двигун.

...