Размещено на http://www.allbest.ru

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ”Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов”

Курсовая работа

"Автоматизированный электропривод электромобиля с тиристорно-импульсной системой управления"

Разработал Синкевич И.С.

гр. 107624

Руководитель Сидоров В.Г.

2008

ВВЕДЕНИЕ

электромобиль автоматизированный электропривод двигатель

В последнее время остро ставится вопрос о поиске альтернативных источников энергии и замене двигателей внутреннего сгорания (ДВС) более совершенными и экологически чистыми устройствами. Общемировой рост цен на энергоносители делает все более дорогостоящим использование автомобилей с ДВС. Резкое ухудшение экологической обстановки в крупных городах и мегаполисах зачастую также связано с эксплутационными недостатками традиционных автомобилей. По этой причине в настоящее время практически все ведущие автомобилестроители инвестируют немалые средства на разработку и внедрение гибридных автомобилей, в которых совместно с ДВС работает электродвигатель, питаемый от аккумуляторов. Интенсивно ведется разработка двигателей, использующих в качестве горючего водород и иные виды топлива, энергию солнечных лучей и др.

Использование электромобилей становятся все более актуальным решением проблемы для мегаполисов. Электромобиль, как транспортное средство обладает целым рядом достоинств по сравнению с традиционными автомобилями, главным из которых является отсутствие вредных выбросов в атмосферу в процессе работы. Также можно отметить низкий уровень шума, меньший нагрев окружающей среды и более высокий КПД. Главным недостатком и основной преградой на пути к широкому распространению электромобилей до настоящего времени является несовершенство источников электрической энергии - аккумуляторов.

Электромобиль относится к тяговому электроприводу. Тяговый электропривод - привод, предназначенный для приведения в движение транспортных средств (электровозов, электропоездов, тепловозов и теплоходов с электроприводом, трамваев, троллейбусов, электромобилей и т.п.). Тяговый электропривод классифицируют по роду тока (постоянного и переменного тока), системе передачи вращающего усилия от вала двигателя к движущему механизму (с индивидуальным и групповым электроприводом), системе вентиляции (с самовентиляцией, независимой и смешанной вентиляцией). Наиболее употребительны в качестве тягового электродвигателя -- электродвигателя постоянного тока, последовательного и независимого возбуждения, синхронные двигатели с постоянными магнитами и трёхфазные асинхронные электродвигатели.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В данной курсовой работе рассматривается автоматизированный электропривод городского электромобиля. В качестве базовой модели автомобиля принимаем автомобиль ВИС 2345, основные технические характеристики, которого приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 - Основные технические характеристики Skoda Pickup 1.3

Тип кузова	797 пикап	Рисунок 2.1 - Внешний вид ВИС 2345
Число мест	2
Число дверей	2
Длина, мм	4308
Ширина, мм	1660
Высота, мм	1450
Колесная база, мм	2800
Колея колес спереди, мм	1365
Колея колес сзади, мм	1321
Размер шин	185/70R13
Снаряженная масса, кг	1200
Полная масса, кг	1800
Тип привода	задний
Объем топливного бака, л	42

Рассматриваемый электромобиль представляет собой транспортное средство, предназначенное для перевозки небольших грузов по определенному маршруту в черте города. Электромобиль снабжается автономным источником электроэнергии - аккумуляторной батареей, заряда которой достаточно для прохождения заданного маршрута, после чего возможна ускоренная зарядка аккумуляторов в течение короткого промежутка времени.

Конструктивно проектируемый тип ТПМ аналогичен устройству рассматриваемой базовой модели автомобиля, принципиальное отличие заключается в замене двигателя внутреннего сгорания тяговым электроприводом, получающим энергию от бортового источника энергии.

Механической основой электромобиля, как и любого другого транспортного средства, является кузов и шасси, которые позволяют крепить к ним различные элементы оборудования или соединять между собой отдельные агрегаты подвижного состава. В свою очередь шасси состоит из трансмиссии (элементов передающих вращение от вала двигателя к колесам), ходовой части (подвески и колес) и механизмов управления - рулевого и тормозного.

Так как в проектируемой модели электромобиля заменяется только двигатель внутреннего сгорания на электродвигатель с соответствующей системой управления, то все элементы кинематической цепи электромобиля совпадают с элементами кинематической цепи базовой модели ВИС 2345. Упрощенную схему кинематической цепи электромобиля представим на рисунке 2.2

Рисунок 2.2 - Упрощенная кинематическая схема электромобиля

1 - электродвигатель; 2 - сцепление; 3 - коробка передачи; 4 - карданный вал; 5 - главная передача

Передаточные числа коробки передач и главной передачи автомобиля ВИС 2345 приведем в таблице 2.2

Таблица 2.2 - Передаточные числа коробки передач Skoda Pickup

Число ступеней коробки передач	5
Передаточные числа КП:
I	3,636
II	1,95
III	1,357
IV	0,941
V	0,784
Задний ход	3,53
Главной передачи	4,1

Технологический процесс представляет собой последовательность операций направленных на достижение заданного состояния либо режима в работе механизма. В нашем случае технологический процесс сводится к передаче вращающего момента с вала тягового двигателя через трансмиссию к ведущим колесам электромобиля. При этом система электропривода должна обеспечить разгон электромобиля до заданной номинальной скорости с требуемым ускорением , движение на номинальной скорости по маршруту, торможение электромобиля и возможный разгон до максимальной скорости на горизонтальном участке маршрута, а также передвижение на минимальной скорости .

Согласно заданию маршрут передвижения электромобиля задан в следующем виде: 12Г - 2П4 - 1П1 - 6С1

Что говорит о наличии 12 горизонтальных участков (длина одного участка составляет ) два участка подъема наклоном 8% (П4), один участок подъема наклоном 1% (П1) и шесть участков спуска - уклон 1% (С1). Способ задания углов наклона, участков подъема и спуска маршрута поясняется на рисунке 2.3



Рисунок 2.3 - Способ задания угла наклона

АНАЛИЗ ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ДАННОГО ВИДА ТПМ СИСТЕМ ПРИВОДА

Тяговый электропривод электромобиля может быть представлен четырьмя основными системами:

I. Широтно-импульсным преобразователем с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Силовой преобразователь с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) служит для преобразования постоянного напряжения питания (от аккумуляторной батареи) в переменное трехфазное, плавно изменяющееся по амплитуде и частоте в соответствии с требуемыми алгоритмами функционирования. Обеспечивает реверс, плавное регулирование тягового момента, кроме того возможна реализация плавного режима рекуперативного торможения.

II. Широтно-импульсным преобразователем и синхронным двигателя с постоянными магнитами (СДПМ). Вентильный электропривод.

III. Импульсным преобразователем напряжения с двигателем постоянного тока последовательного возбуждения.

IV. Импульсным преобразователем напряжения с двигателем постоянного тока независимого возбуждения.

В настоящее время все более широкое применение находят системы электропривода с СДПМ. Что связано с постоянным удешевлением магнитных материалов, а также ускоряющимся развитием аппаратной базы систем управления и устройств силовой электроники. Кроме того, вентильный двигатель имеет ряд конструктивных и технико-эксплуатационных преимуществ по сравнению с другими существующими типами электрических машин, к их числу можно отнести:

1. Бесконтактность и отсутствие узлов, требующих обслуживания. Отсутствие у вентильных электродвигателей скользящих электрических контактов существенно повышает их ресурс и надежность по сравнению с электрическими машинами постоянного тока, расширяет диапазон достижимых частот вращения. Обмотка якоря СДПМ может быть запитана более высоким номинальным напряжением, поэтому конструктивная постоянная момента C вентильного двигателя существенно превышает аналогичную величину классических машин постоянного тока, что позволяет использовать при подключении СДПМ кабели меньшего сечения и преобразователи электрической энергии на меньшие токи.

2. Большая перегрузочная способность по моменту (кратковременно допустимый момент и ток СДПМ могут превышать номинальные значения в 5 и более раз)

3. Высокое быстродействие в переходных процессах по моменту.

4. Абсолютно жесткая механическая характеристика и практически неограниченный диапазон регулирования частоты вращения (1:10000 и более). Возможность регулирования частоты вращения как вниз от номинальной (с постоянством длительно допустимого и максимального моментов), так и вверх (с постоянством мощности);

5. Наилучшие энергетические показатели (КПД и коэффициент мощности). КПД вентильных двигателей превышает 90% и незначительно отклоняется от номинального при вариациях нагрузки, в то время как у серийных асинхронных двигателей мощностью до 10 кВт максимальный КПД составляет не более 87,5% и существенно зависит от момента. Так, уже при половинной нагрузке на валу он может упасть до 60-70%;

6. Минимальные токи холостого хода;

7. Минимальные массогабаритные показатели при прочих равных условиях.

К главным достоинствам асинхронных двигателей необходимо отнести простоту, надежность и наиболее низкую стоимость по сравнению с другими двигателями. Основные недостатки - низкая перегрузочная способность по моменту, большие пусковые токи, повышенное энергопотребление из-за избыточной мощности.

Системы с ШИМ преобразователями представляют собой наиболее современное, более сложное и дорогостоящее решение. Силовой преобразователь с ШИМ реализуется на базе высокочастотных IGBT транзисторов, которые значительно повышают стоимость системы электропривода в целом, кроме того, использование асинхронного электродвигателя либо синхронного двигателя с постоянными магнитами подразумевает формирование определенного закона управления, что является сложной вычислительной задачей, требующей использования значительных ресурсов вычислительной микропроцессорной техники.

Альтернативным и менее затратным решением является использование двигателей постоянного тока. Главным недостатком таких систем, несомненно, является использование коллекторных машин из-за их меньшей надежности и повышенных эксплуатационных затрат. Но данный недостаток зачастую компенсируется простотой силовых схем и схем управления таких систем.

Специфика систем электропривода с двигателями постоянного тока обуславливаются главным образом особенностями используемых двигателей постоянного тока последовательного либо параллельного возбуждения.

В тяговом электроприводе широкое применение находят двигателя постоянного тока последовательного возбуждения, так как развивают значительно больший пусковой момент по сравнению с двигателями параллельного возбуждения. Кроме того, у двигателей последовательного возбуждения при изменении момента нагрузки в широких пределах мощность изменяется в меньших пределах, чем у двигателей параллельного возбуждения. Поэтому для двигателей последовательного возбуждения менее опасны перегрузки по моменту. В связи с этим двигатели последовательного возбуждения имеют существенные преимущества в случае тяжелых условий пуска и изменения момента нагрузки в широких пределах. Они широко применяются для электрической тяги (трамвай, метро, троллейбусы, электровозы и тепловозы на железных дорогах) и в подъемно-транспортных установках.

Двигатели постоянного тока параллельно возбуждения, тем не менее, имеют ряд преимуществ перед двигателями с последовательным возбуждением. К таким преимуществам можно отнести возможность плавного регулирования скорости выше номинальной за счет линейного изменения тока возбуждения, т.е. плавного изменения потока возбуждения. В двигателях с последовательным возбуждением реализовать такое управление чрезвычайно сложно из-за малой величины падения напряжения на обмотке возбуждения. Поэтому для ДПТ ПВ применяется ступенчатое регулирование скорости вверх от номинальной путем шунтирования обмотки возбуждения.

Кроме того, работа двигателей последовательного возбуждения невозможна при малых моментах нагрузки из-за чрезмерного увеличения скорости двигателя.

В данной работе будет использоваться система электропривода с импульсным регулятором напряжения и двигателем постоянного тока независимого возбуждения, основными достоинствами которой являются простота реализации силовой схемы, а, следовательно, меньшие экономические затраты, высокая надежность схемы управления. Возможность плавного регулирования скорости во второй зоне.

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Необходимо выполнить расчет статических и динамических нагрузок и произвести выбор двигателя по общему эквивалентному моменту, ориентируясь на режим S3 и среднее ПВ по частичному циклу. Проверить привод по пусковым свойствам, обеспечить заезд машины на бордюр 14 см. При этом определить максимальный уклон, который при данном пусковом моменте может обеспечить электромобиль. Для уменьшения габарита электродвигателя предусмотреть использование механической коробки передач.

Исходные данные расчетной задачи приведем в таблице 4.1.1

Таблица 4.1.1 - Исходные данные

Масса электромобиля , кг	1200
Грузоподъемность , кг	600
Масса электромобиля с грузом , кг	1800
Номинальная скорость , км/ч	65
Максимальная скорость , км/ч	90
Минимальная скорость , км/ч	4

Для выбора двигателя воспользуемся стандартной методикой выбора по общему эквивалентному моменту

Для расчета статических нагрузок предварительно уточняем коэффициенты трения качения и скольжения. Коэффициент трения качения пневматической шины по асфальту примерно равен: . Коэффициент трения скольжения для подшипников качения лежит в интервале . В расчетах принимаем коэффициент трения скольжения . Для примерного расчета силы трения скольжения необходимо произвести перерасчет выбранного коэффициента трения скольжения с учетом диаметра колеса и ступицы. Для этого рассмотрим конструктивное устройство ступицы колеса выбранной модели автомобиля ВИС 2345.



Рисунок 4.1 - Ступичная сборка колеса Skoda Pickup

1 - крышка; 2 - цапфа моста; 3 - тормозной барабан; 4 - ступица; 5 -подшипник; 6 - сальник; 7 - болт крепления цапфы к рычагу; 8 - подшипник; 9 - шайба; 10 - гайка; 11 - корончатая стопорная шайба; 12 - шплинт

В основе любой ступицы лежит подшипник качения. В ступичных узлах присутствуют как радиальные, так и осевые нагрузки. Наиболее применяемыми в ступице подшипниками на данный момент являются однорядные радиальные шариковые или однорядные роликовые конические.

В рассматриваемой модели автомобиля ВИС 2345 используются подшипники ступицы: подшипники шариковые радиальные однорядные серии 202.Они имеют следующие основные характеристики: ширина - 14,24 мм, внутренний диаметр - 32 мм, внешний диаметр -56 мм. Так как внутренний диаметр подшипника 32 мм, то радиус ступицы: .

Определим радиус колеса электромобиля исходя из типоразмера 185/70R13:

(4.1)

Находим силу давления при движении электромобиля на горизонтальном участке маршрута:

(4.2)

Сила давления для наклонного участка :

(4.3)

Сила давления для наклонного участка :

(4.4)

Сила трения качения на горизонтальном участке составит:

(4.5)

Аналогично для наклонных участков маршрута:

(4.7)

(4.8)

Определяем силу трения скольжения на горизонтальном участке:

(4.10)

Аналогично для наклонных участков:

(4.11)

(4.12)

Для наклонных участков находим величину скатывающей силы. Для участка подъема с коэффициентом уклона получаем:

(4.13)

Для участка подъема с коэффициентом уклона получаем:

(4.14)

Определяем результирующие суммарные силы, действующие на перемещающуюся конструкцию на различных участках маршрута. Для горизонтального участка имеем:

(4.17)

Результирующая сила при спуске на наклонном участке :

(4.18)

Результирующая сила при спуске на наклонном участке :

(4.19)

Результирующая сила при подъёме на наклонном участке :

(4.20)

Определим времена разгона и торможения. Весь маршрут передвижения электромобиля разделен на четыре участка. В конце каждого участка электромобиль совершает остановку на две минуты, после чего продолжает движение по заданному маршруту. Условно принимаем длины каждого из участков передвижения до остановки равными. Длина первого участка составит .

Задаемся предварительно средним значением ускорения разгона и торможения: . Значение номинальной скорости: . Следовательно, время разгона электромобиля до номинальной скорости при заданной величине ускорения составит:

(4.21)

Путь, пройденный электромобилем за это время составит:

(4.22)

Перед началом торможения электромобиль проходит определенное расстояние на свободном выбеге, которое рассчитаем, принимая, что скорости за время выбега падает примерно на 20% от номинала. Определим ускорение замедления электромобиля на выбеге, которое будет обусловлено наличием сил трения и скатывающей силой.

(4.23)

Время выбега находим по формуле:

(4.24)

Путь, пройденный электромобилем на выбеге:

(4.25)

После выбега, автомобиль тормозит с постоянным ускорением . Оценим время торможения:

(4.26)

Тормозной путь составит:

 (4.27)

Зная пути проходимые автомобилем за время разгона, торможения и выбега и общую длину пути на первом участке движения, находим путь, который автомобиль проходит, двигаясь с номинальной скоростью:

(4.28)

Время движения на номинальной скорости:

(4.29)

На первом участке электромобиль движется определенное время на номинальной скорости по горизонтали и после продолжает движение на номинальной скорости под горку Момент двигателя для этих интервалов времени движения на номинальной скорости будет различным, поэтому для расчета эквивалентного момента находим данные интервалы времени. Время движения автомобиля в гору на номинальной скорости определяем следующим образом: учитывая, что .

Время движения на номинальной скорости по уклону :

Время движения на номинальной скорости по горизонтали:

Суммарное время прохождения первого участка маршрута :

(4.30)

Для второго участка время разгона и путь принимаем равными соответствующим величинам, рассчитанным для первого участка маршрута, так как величина ускорения была принята постоянной для всех участков движения.

Ускорение замедления на выбеге для второго участка:

(4.30)

Время выбега находим по формуле:

(4.24)

Путь, пройденный электромобилем на выбеге:

(4.25)

Путь, который автомобиль проходит, двигаясь с номинальной скоростью:

Время движения на номинальной скорости:

На втором участке электромобиль движется определенное время на номинальной скорости по горизонтали и после продолжает движение на номинальной скорости с горки Момент двигателя для этих интервалов времени движения на номинальной скорости будет различным, поэтому для расчета эквивалентного момента находим данные интервалы времени. Время движения автомобиля в гору на номинальной скорости определяем следующим образом: учитывая, что .

Время движения на номинальной скорости с горки с уклоном :

Время движения на номинальной скорости по горизонтали:

(4.32)

Суммарное время прохождения второго участка маршрута :

Для третьего участка движения аналогично принимаем прежнее время разгона и торможения.

Ускорение на выбеге изменится, так как выбег осуществляется на горизонтальном участке и составит:

 (4.33)

Время выбега:

(4.34)

(4.35)

Время движения на номинальной скорости на третьем участке:

Время движения на номинальной скорости:

(4.38)

Аналогично (4.31) находим время движения на номинальной скорости при движении с горки и на горизонтальном участке:

(4.39)

(4.40)

Суммарное время, затраченное на прохождение третьего участка составит:

 (4.41)

Оставшийся путь составляет длину четвёртого участка:

На четвертом участке время выбега соответствует времени выбега на третье участке, а торможения, разгона и пути, проходимые электромобилем соответствуют величинам, рассчитанным для первого участка. Определим путь и время движения автомобиля на номинальной скорости на последнем участке:

Время движения на номинальной скорости:

Время движения на постоянной скорости под горку :

(4.42)

Время движения на постоянной скорости по горизонтали:

(4.42)

Суммарное время, затраченное на прохождение четвёртого участка составит:

(4.41)

Определим суммарное время работы на четырех участках маршрута за вычетом времени выбега:

Далее выполним расчет статических моментов, для чего определимся с передаточным числом коробки передач - , передаточным числом главной передачи - и возможным номиналом скорости двигателя постоянного тока. Для согласования номинального режима работы двигателя с номинальной скоростью движения электромобиля по заданному маршруту.

Суммарное передаточное число кинематической схемы электромобиля будет представляться произведением передаточного числа коробки передач и главного передаточного числа :

(4.44)

Согласно оговоренным условиям выбор двигателя производим с учетом того, что электромобиль будет двигаться на V передаче КП. С учетом этих условий и данных таблицы 2.2 получаем:

(4.45)

Зная суммарное передаточное число, находим радиус приведения:

 (4.46)

С другой стороны радиус приведения можно выразить следующим образом:

(4.47)

Откуда выразим номинальную скорость двигателя в об/мин:

(4.48)

При выборе двигателя накладывается дополнительное условие: необходимо использовать двигатель постоянного тока последовательного возбуждения с номинальной скоростью вращения либо ближайших значений частот вращения ЭД.

Уточнив суммарное передаточное число, переходим к расчету статических моментов.

Статический момент при движении на горизонтальном участке маршрута:

(4.49)

Аналогично находим статические моменты при движении на наклонных участках маршрута:

 (4.52)

(4.50)

(4.51)

Расчет динамических моментов.

Масса колеса (включая покрышку и диск) для рассматриваемого типоразмера колес 185/70R13 равна: . Находим момент инерции движущейся части электромобиля (без учета момента инерции узлов расположенных со стороны быстроходного вала редуктора):

, (4.53)

, (4.54)

где - момент инерции одного колеса.

Момент инерции со стороны быстроходного вала предварительно оценим как 5% от момента инерции :

(4.55)

Находим угловое ускорение:

(4.56)

Находим динамический момент движущейся конструкции электромобиля - и динамический момент со стороны быстроходного вала - .

(4.57)

(4.58)

Находим суммарные моменты без учета КПД.

Для первого участка получаем следующие значения.

При разгоне до номинальной скорости на горизонтальном отрезке:

(4.59)

Движение с постоянной скоростью на горизонтальном отрезке:

(4.60)

Движение под уклон 8% на номинальной скорости:

(4.60)

При торможении на наклонном участке 8% :

(4.61)

Аналогично для второго участка получаем.

При разгоне до номинальной скорости на горизонтальном отрезке:

 (4.62)

Движение с постоянной скоростью на горизонтальном отрезке:

(4.63)

Движение с уклона 1% на номинальной скорости:

(4.64)

При торможении на наклонном участке 1%:

(4.65)

Для третьего участка получаем следующие значения.

При разгоне на наклонном участке 1%:

(4.66)

Движение с уклона 1% на номинальной скорости:

(4.64)

Движение на номинальной скорости на горизонтальном отрезке:

(4.68)

При торможении на горизонтальном отрезке:

(4.69)

Для четвертого участка получаем следующие значения.

При разгоне до номинальной скорости на горизонтальном отрезке:

(4.62)

Движение с постоянной скоростью на горизонтальном отрезке:

(4.63)

Движение под уклон 1% на номинальной скорости:

(4.60)

Движение с постоянной скоростью на горизонтальном отрезке:

(4.63)

Торможение на горизонтальном участке:

(4.73)

Определение коэффициентов загрузки и КПД функции К_з.

Определим значения коэффициентов постоянных и переменных потерь, исходя из условий .

 (4.74)

(4.75)

(4.76)

Максимальный момент получаем при разгоне на горизонтальном отрезке.

Выполним расчет моментов с учетом для всех участков маршрута.

ПЕРВЫЙ УЧАСТОК

1. Разгон на горизонтальном отрезке:

(4.77)

(4.78)

(4.79)

2. Движение с номинальной скоростью на горизонтальном отрезке:

(4.80)

(4.81)

(4.82)

3. Движение под уклон 8% на номинальной скорости:

(4.80)

(4.81)

(4.82)

4. Торможение на наклонном отрезке 8%:

(4.83)

(4.84)

ВТОРОЙ УЧАСТОК

1. Разгон на горизонтальном отрезке:

(4.85)

(4.86)

(4.87)

2. Движение с номинальной скоростью на горизонтальном отрезке:

(4.88)

(4.89)

(4.90)

3. Движение с уклона 1% на номинальной скорости:

(4.88)

(4.89)

(4.90)

4. Торможение на отрезке уклона 1%:

(4.94)

(4.95)

ТРЕТИЙ УЧАСТОК

1. Разгон на отрезке уклона 1%:

(4.96)

(4.97)

(4.98)

2. Движение с уклона 1% на номинальной скорости:

(4.88)

(4.89)

(4.90)

2. Движение с номинальной скоростью на горизонтальном отрезке:

 (4.88)

(4.89)

(4.90)

4. Торможение на горизонтальном отрезке:

(4.102)

(4.103)

ЧЕТВЕРТЫЙ УЧАСТОК

1. Разгон на горизонтальном отрезке:

(4.85)

(4.86)

(4.87)

2. Движение с постоянной скоростью на горизонтальном отрезке:

(4.80)

(4.81)

(4.82)

3. Движение под уклон 1% на номинальной скорости:

(4.88)

(4.89)

(4.90)

4. Торможение на горизонтальном отрезке (вычислялось выше):

Для удобства представим рассчитанные моменты в таблице 4.1

Таблица 4.1 - Суммарные моменты с учетом КПД для всего маршрута.

№ участка	Характер движения	Профиль маршрута	Суммарный момент, Нм	Время действия, с
1	разгон	горизонталь
		горизонталь
	торможение
2	разгон	горизонталь
		горизонталь
	торможение
3	разгон
	торможение	горизонталь
4	разгон	горизонталь
		горизонталь
	торможение	горизонталь

Расчет эквивалентного момента

По данным таблицы 4.1 выполняем расчет эквивалентного момента:

, (4.110)

где - число рабочих участков в цикле

Коэффициент охлаждения самовентилируемого двигателя на i-м участке находим по формуле:

, (4.111)

где - коэффициент ухудшения охлаждения при неподвижном роторе двигателя (для двигателей с естественным охлаждением ),

- средняя скорость на i-м участке

Найдем значения средней скорости для участков разгона и торможения:

(4.112)

(4.113)

Для участков движения на номинальной скорости . Для участков разгона и торможения получаем следующие значения коэффициентов охлаждения:

Ввиду того, что и очень близки к единице, а суммарное время разгонов и торможений невелико, учетом данного обстоятельства можно и пренебречь.

Подставляя значения из таблицы 4.1 в формулу (4.110) с учетом коэффициентов находим эквивалентный момент для включенного (рабочего) состояния двигателя:



Определяем ПВ, что продолжительность паузы после каждого участка движения составляет примерно: .

Произведем пересчет полученного эквивалентного момента на двигатель с ПВ=60, после на ПВ=40:

(4.114)

(4.114)

Выше было оговорено дополнительное условие выбора двигателя на частоту , учитывая данное обстоятельство, находим мощность двигателя:

(4.115)

(4.116)

Исходя из условий: и из справочника [2] предварительно выбираем двигатель: 3ДТ - 84. Параметры двигателя

Таблица 4.2 - Параметры двигателя 2ПН180МУХЛ4.

21	110	83	3600	5500	125

Сопротивление якорной цепи найдём по формуле:

Находим номинальный момент двигателя:

(4.117)

Следовательно, предварительно выбранный двигатель проходит по эквивалентному моменту, так как:

(4.118)

Электродвигатель будет удовлетворять условиям перегрузки, если максимальный момент нагрузочной диаграммы электропривода не превышает максимально допустимого момента для данного двигателя. Максимальный допустимый момент () для ДПТ принимаем равным:

(4.119)

Максимальный же момент на нагрузочной диаграмме электропривода равен: (таблица 4.1)

Наиболее сложным отрезком маршрута является разгон на горизонтальном отрезке маршрута. Для этого отрезка покажем, как будет изменяться максимальный приведенный к валу двигателя момент при переходе с III-ой на пониженные передачи КП.

Таблица 4.3 - Передаточные числа коробки передач

Число ступеней коробки передач	5
Передаточные числа КП:
I	3,636
II	1,95
III	1,357
IV	0,941
V	0,784
Задний ход	3,53
Главной передачи	4,5

Так для первой передачи получаем:

Аналогично пересчитываем момент на самом сложном участке маршрута для оставшихся ступеней коробки передач. Результаты приведем в таблице 4.3

Таблица 4.4 - Моменты электропривода для разных ступеней КП на наиболее сложном участке маршрута.

Номер передачи
I	16,362	5,4	18,07	29,1	0,27	0,79	43
II	8,775	10	9,7	54,4	0,49	0,85	75
III	6,1	14,5	6,7	78,1	0,71	0,88	135
IV	4,23	20,9	4,7	112,6	1,03	0,9	148
V	3,58	25	3,9	135	1,23	0,9	176
ЗХ	15,885	5,6	17,5	30	0,27	0,79	45
Максимальный допустимый момент двигателя

На основании таблицы 4.3 можно сделать вывод, что выбранный двигатель проходит по максимальному допустимому моменту при условии использования коробки передач.

ЗАЕЗД НА БОРДЮР

Проверим привод по пусковым свойствам, обеспечивающим заезд электромобиля на бордюр. Высота бордюра

Рисунок 4.2 - Схема заезда колеса на бордюр

Вращающий момент, создаваемый приводом и передаваемый на колеса при заезде на бордюр, будет компенсироваться моментом силы тяжести , где - часть массы электромобиля приходящейся на одну ось. Условно принимаем, что нагрузка на оси электромобиля распределяется в равных долях, тогда .

Вращающий момент можно представить в виде:

(4.120)

Момент условной силы вращения относительно точки О будет равен:

(4.121)

Запишем уравнение равенства моментов относительно точки О:

,

где - плечо силы тяжести, которое находим как катет прямоугольного треугольника ДАОВ:

(4.122)

(4.123)

(4.124)

Приведем данный вращающий момент к валу двигателя для первой передаче КП:

 (4.125)

Получаем, что для заезда на бордюр 14 см на первой передаче двигатель должен развить момент , что больше номинального момента двигателя, поэтому заезд на такой бордюр не возможен:

МАКСИМАЛЬНЫЙ УГОЛ ПОДЪЕМА

Приближенно оценим максимальный угол наклона маршрута, который может преодолеть электромобиль на первой передаче из условия:

где , , уже были вычислены ранее для первой передачи

принимаем допущение, что .

Получаем тригонометрическое уравнение, решив которое найдем придельный угол наклона . Перепишем уравнение в численном виде:

Перемножив, получаем:



Так как косинус малого угла близок к единице, кроме того, коэффициент 112,8 при косинусе много меньше коэффициента 15680 при синусе, можно записать:

РАСЧЕТ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ

Энергию, потребляемую электродвигателем от аккумуляторов за время прохождения маршрута, находим по нагрузочной диаграмме, учитывая, что номинальная скорость двигателя: .

Средняя скорость двигателя при разгоне:

Средняя скорость двигателя при торможении:

Потребляемую энергию за время цикла находим по формуле:

 (4.126)

Воспользовавшись данными таблицы 4.1 по формуле (4.126) находим суммарные затраты энергии. Результаты расчета приведем в таблице 4.5

Таблица 4.5 - Расчет потребляемой энергии за цикл

№	Характер движения	Средняя скорость, рад/с	Суммарный момент, Нм	Время действия, с	Потребляемая энергия, кДж
1	разгон	188,4			530,4
		376,8			455,1
		376,8			1120
	торм	150,72			(-64,8)
2	разгон	188,4			530,4
		376,8			455,1
	торможение	150,72			(-230,5)
3	разгон	188,4			530,4
		376,8			390,3
	торможение	150,72			(-212)
4	разгон	188,4			530,4
		376,8			354,2
		376,8			780,4
	торможение	150,72			(-212)
Энергия, потребляемая за цикл:	4957,4 (5 МДж)
При этом даже при 100% коэффициенте рекуперации, величина рекуперируемой энергии при торможении составит: Ар=64,8+230,5+212•2=719,3 кДж	(0,719 МДж)

При напряжении аккумуляторной батареи в 110В, получим необходимую емкость аккумуляторной батареи:

Аккумуляторную батарею планируем собрать из 10 батарей, напряжением 12 В включенных параллельно.

ПОСТОРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ

Расчёт скоростных характеристик будем производить для разных значений тока возбуждения

где I_я - ток якоря двигателя.

Угловая скорость рассчитывается по следующей формуле:

(3.8.1)

где U_я - напряжение на якоре двигателя;

I_я - ток якоря двигателя;

R_яц - сопротивление якорной цепи двигателя;

С•Ф_В(i_В) - произведение конструктивной постоянной двигателя на магнитный поток, находимый из магнитной характеристики двигателя в зависимости от тока возбуждения.



Рис. 4.8.1. Магнитная характеристика двигателя 3ДТ-84.

Номинальная угловая скорость двигателя:

(3.8.2)

Номинальное значение С•Ф_вн:

(3.8.3)

где - сопротивление якорной цепи.

Расчёт электромагнитного момента производится по следующей формуле:

(3.8.5)

Необходимо найти максимальный ток двигателя. В результате проверок двигателя по моменту мы получили, что максимальный момент М_max=139,25•м. Тогда, учитывая намагничивание, максимальный ток находится по следующему выражению:

(3.8.6)

Таким образом, номинальный ток якоря изменяется от I_min=46 А до I_max=437 А.

Результаты расчёта электромеханических характеристик при полном потоке (б=1) сведены в таблице 3.8.1.

Табл. 4.8.1. Расчёт электромеханической характеристики при б=1.

Наименование	Расчётные параметры для Iя/Iян
	0,2	0,35	0,5	0,75	1	1,25	1,5	1,75
	46	80,5	115	172,5	230	287,5	345	402,5
	46	80,5	115	172,5	230	287,5	345	402,5
	0,2	0,35	0,5	0,75	1	1,25	1,5	1,75
	0,38	0,52	0,7	0,88	1	1,1	1,15	1,18
	0,096	0,133	0,179	0,224	0,255	0,281	0,293	0,3
	4,46	10, 7	20,5	38,7	58,65	80,6	101,1	121,1
	1106	793	577	444	377	330	304	285
	1	1	1	1	1	1	1	1

Результаты расчёта электромеханических характеристик при б=0,5

Табл. 4.8.2. Расчёт электромеханической характеристики при б=0,5.

Наименование	Расчётные параметры для Iя/Iян
	0,2	0,35	0,5	0,75	1	1,25	1,5	1,75
	46	80,5	115	172,5	230	287,5	345	402,5
	23	40,25	57,5	86,25	110	143,7	172,5	201,3
	0,1	0,18	0,25	0,38	0,5	0,63	0,75	0,88
	0,2	0,3	0,4	0,58	0,7	0,81	0,88	0,94
	0,05	0,08	0,1	0,15	0,18	0,20	0,22	0,24
	2,3	6,04	11,5	25	41	58,2	75,9	94,6
	2145	1402	1031	687	538	458	406	365
	1	1	1	1	1	1	1	1

Результаты расчёта электромеханических характеристик при б=0,33.

Таблица 4.8.3. Расчёт электромеханической характеристики при б=0,33.

Наименование	Расчётные параметры для Iя/Iян
	0,2	0,35	0,5	0,75	1	1,25	1,5	1,75
	46	80,5	115	172,5	230	287,5	345	402,5
	15,2	26,6	38	56,9	75,9	94,9	113,9	132,8
	0,07	0,12	0,17	0,25	0,33	0,41	0,50	0,58
	0,15	0,21	0,27	0,39	0,5	0,6	0,695	0,73
	0,04	0,05	0,07	0,1	0,13	0,15	0,17	0,18
	2,3	6,04	11,5	25	41	58,2	75,9	94,6
	2860	2003	1527	1022	755	618	514	470
	1	1	1	1	1	1	1	1

Рассчитаем электромеханические характеристики для разных значений скважности г.

Минимальная скважность - это скважность г_min, при которой при токе I_min=49 А скорость равна нулю. Найдём г_min.

(4.8.6)

Таким образом, скважность изменяется в пределах от 0,027 до 1.

Возьмём следующие значения скважности: 0,05; 0,1; 0,25; 0,5; 0,75; 1.

Напряжение на якоре двигателя:

(4.8.7)

где U_ян - номинальное напряжение (U_ян =110 В).

Угловая скорость будет рассчитана как и ранее по формуле (4.8.1). Рассчитаем электромеханическую характеристику для г=0,05.

Табл. 4.8.4. Расчёт электромеханической характеристики для г=0,05.

Наименование	Расчётные параметры для Iя/Iян
	0,2	0,35	0,5	0,75	1	1,25	1,5	1,75
	46	80,5	115	172,5	230	287,5	345	402,5
	15,2	26,6	38	56,9	75,9	94,9	113,9	132,8
	0,07	0,12	0,17	0,25	0,33	0,41	0,50	0,58
	0,15	0,21	0,27	0,39	0,5	0,6	0,695	0,73
	0,04	0,05	0,07	0,1	0,13	0,15	0,17	0,18
	2,3	6,04	11,5	25	41	58,2	75,9	94,6
	2860	2003	1527	1022	755	618	514	470
	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05

Рассчитаем электромеханическую характеристику для г=0,1.

Табл. 4.8.5. Расчёт электромеханической характеристики для г=0,1.

Наименование	Расчётные параметры для Iя/Iян
	0,2	0,35	0,5	0,75	1	1,25	1,5	1,75
	46	80,5	115	172,5	230	287,5	345	402,5
	15,2	26,6	38	56,9	75,9	94,9	113,9	132,8
	0,07	0,12	0,17	0,25	0,33	0,41	0,50	0,58
	0,15	0,21	0,27	0,39	0,5	0,6	0,695	0,73
	0,04	0,05	0,07	0,1	0,13	0,15	0,17	0,18
	2,3	6,04	11,5	25	41	58,2	75,9	94,6
	87	47	23	3	-11	-23	-34	-45
	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1

Рассчитаем электромеханическую характеристику для г=0,25.

Табл. 4.8.6. Расчёт электромеханической характеристики для г=0,25.

Наименование	Расчётные параметры для Iя/Iян
	0,2	0,35	0,5	0,75	1	1,25	1,5	1,75
	46	80,5	115	172,5	230	287,5	345	402,5
	15,2	...

Подобные документы

• Понятие электромобиля

  Создание и развитие электромобиля, современные достижения в его разработке, оценка тенденций и дальнейших перспектив. Планы автопроизводителей и правительства в данном направлении, анализ и сравнительная характеристика с двигателем внутреннего сгорания.
  
  реферат [2,2 M], добавлен 08.04.2015
  

• Проектирование автоматизированного электропривода мотор-колеса большегрузного самосвала производства БелАЗ

  Описание устройства и принципа работы карьерного самосвала. Составление кинематической и расчетной схем автоматизированного электропривода. Расчет нагрузок, построение нагрузочной диаграммы механизма, выбор номинальной скорости и типоразмера двигателя.
  
  курсовая работа [700,1 K], добавлен 29.04.2012
  

• Технико-экономическое обоснование внедрения электромобиля

  Устройство электрического автомобиля, современное применение электромобиля. Перспективы развития транспорта с электродвигателем. Отечественный и зарубежный опыт создания и внедрения электромобиля. Основные модели электромобилей и их стоимость.
  
  курсовая работа [775,2 K], добавлен 30.04.2014
  

• Разработка двигателя автомобиля с комбинированной электрической установкой

  Требования к автоматизированному электроприводу и системе автоматизации. Проектирование функциональной схемы электропривода. Выбор номинальной скорости двигателя и типоразмера двигателя. Математическая модель автоматизированного электропривода.
  
  дипломная работа [1,6 M], добавлен 09.04.2012
  

• Конструкция и расчёт механического оборудования подвижного состава

  Решение планировочной задачи для определения весовых показателей электрического подвижного состава. Определение колебательной модели электромобиля. Расчет мостов, пневмошин, упругих элементов и гасителей колебаний. Определение схемы тягового привода.
  
  курсовая работа [1,5 M], добавлен 15.03.2015
  

• Тяговый электропривод городского трамвая типа РВЗ с двигателем постоянного тока независимого возбуждения с транзисторно-импульсной системой управления

  Современный городской электрический транспорт. Разработка требований к приводу. Разработка требований к системе управления тяговым приводом. Проверка двигателя по тягово-тормозной диаграмме. Расчет электромеханических характеристик тягового привода.
  
  курсовая работа [622,0 K], добавлен 10.07.2012
  

• Tesla Motors

  Основная информация о "Tesla Motors" - американской высокотехнологичной компании, производящей спортивные электромобили. Первые спонсоры проекта создания электромобиля - Элон Маск, Сергей Брин и Ларри Пейдж. Технические характеристики Tesla Roadster.
  
  презентация [5,1 M], добавлен 04.05.2015
  

• Расчет электромеханического рулевого привода

  Расчет моментов сопротивления на баллере руля. Построение и расчет нагрузочной характеристики электродвигателя рулевого устройства. Проверка двигателя на допустимое число включений в час. Расчет переходных процессов. Описание работы схемы электропривода.
  
  курсовая работа [488,1 K], добавлен 28.01.2013
  

• Проектирование и расчет электрической передачи троллейбуса с тиристорно-импульсным регулированием

  Определение требуемой мощности тягового электродвигателя троллейбуса и выбор его типа. Расчет и построение электротяговых характеристик передачи. Определение параметров входного фильтра тиристорно-импульсного прерывателя. Описание работы силовой части.
  
  курсовая работа [279,6 K], добавлен 26.08.2013
  

• Автоматизированный электропривод механизма хода ЭКГ - 4,6 Б

  Ознакомление с работой и построением карьерного экскаватора. Определение мощности и выбор двигателя гусеничных ходовых механизмов, расчет тахограммы и нагрузочной диаграммы, проверка на нагрев и перегрузочную способность. Выбор электрооборудования.
  
  курсовая работа [562,7 K], добавлен 17.02.2014
  

• Система управления ДПТ путем регулирования тока возбуждения

  Разработка алгоритма управления электропривода и расчет параметров устройств управления. Разработка принципиальной электрической схемы. Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества. Структурные части электропривода.
  
  курсовая работа [429,9 K], добавлен 24.06.2009
  

• Механическая часть электрического подвижного состава

  Определение ориентировочной длины кузова по заданной вместимости. Эпюра нагрузок ведущего моста. Расчет статических и динамических нагрузок, тормоза с разнесенной платформой. Построение эпюры изгибающих моментов. Установление положения мостов под кузовом.
  
  курсовая работа [60,1 K], добавлен 17.02.2016
  

• Расчет привода и поршневого двигателя автомобиля

  Двигатель внутреннего сгорания. Простейшая принципиальная схема привода автомобиля. Кинематический и динамический анализ кривошипно-шатунного механизма. Силовой расчет трансмиссии автомобиля. Прочностной расчет поршня и поршневого пальца двигателя.
  
  курсовая работа [31,6 K], добавлен 06.06.2010
  

• Проектирование привода с червячным редуктором и ременной передачей

  Кинематический расчет электропривода. Проектирование и расчет червячной передачи. Определение допускаемых контактных напряжений и напряжений изгиба. Расчет плоскоременной передачи, ведущего и ведомого валов. Обоснование выбора подшипников качения, смазки.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 21.11.2012
  

• Привод пластинчастого транспортёра

  Краткая характеристика основных типов редукторов, применяемых в приводах. Выбор электродвигателя и кинематический расчет привода. Схема привода пластинчатого транспортера. Конструктивные размеры червячного и зубчатых колес. Уточненный расчет валов.
  
  курсовая работа [4,0 M], добавлен 24.05.2012
  

• Проектирование одноступенчатого цилиндрического редуктора

  Кинематическая схема и расчет привода. Выбор оптимального типа двигателя. Выбор материалов зубчатых передач и определение допускаемых напряжений. Расчет зубчатой передачи одноступенчатого цилиндрического редуктора. Конструктивная компоновка привода.
  
  курсовая работа [379,5 K], добавлен 04.04.2009
  

• Мостовые электрические краны

  Обзор конструкции мостового крана, описание отдельных элементов. Кинематические схемы механизмов; технология производственного участка. Расчёты статических нагрузок на механизм подъёма крана. Схема работы релейной системы управления электроприводом.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 24.02.2015
  

• Гребная электрическая установка пассажирского теплохода

  Определение буксировочной мощности. Выбор электродвигателя, силового преобразователя, генератора. Разработка схемы главного тока и выбор контрольно-измерительных приборов. Расчет статических и динамических характеристик гребной электрической установки.
  
  курсовая работа [702,4 K], добавлен 06.06.2015
  

• Проектирование системы управления гидравлическими приводами машины

  Разработка блок-схемы гидравлического привода с системой управления и привода рабочего передвижения. Разработка алгоритма комплексной диагностики привода подъемно-рихтовочного устройства с крюковыми захватами и технологической карты диагностирования.
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 29.01.2013
  

• Расчет автомобильного двигателя ЗИЛ-508.10

  Особенности конструкции и рабочий процесс автомобильного двигателя внутреннего сгорания. Тепловой, динамический и кинематический расчет двигателя. Построение индикаторных диаграмм, уравновешивание двигателя. Расчет и проектирование деталей и систем.
  
  курсовая работа [1,0 M], добавлен 08.02.2012
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам