Тяговые системы электромобилей (начало)

Для электромобилей длительное время применялся почти исключительно тяговый электропривод с двигателем постоянного тока последовательного возбуждения (ДПВ). Причинами этого послужили некоторые важные достоинства данного типа электродвигателя, а именно:

– по естественным регулировочным характеристикам ДПВ в (наибольшей мере соответствует требованиям транспортных средств, обеспечивая, в частности, при разгоне максимальный момент при ограниченном токе;

– конструктивно ДПВ имеет меньшие, чем другие типы машин постоянного тока, массу и габаритные размеры, так как обмотка возбуждения с малым числом витков провода большого сечения обеспечивает высокое использование объёма – коэффициент использования объёма по меди достигает значения около 0,8;

– ДВП обладает сравнительно высокой коммутационной устойчивостью, так как магнитодвижущая сила обмотки возбуждения изменяется практически одновременно с изменением магнитодвижущей силы реакции якоря, что в правильно спроектированном двигателе заметно компенсирует реактивную ЭДС, стабилизируя искрение на коллекторе; следствием этого является повышенная перегрузочная способность двигателя;

– изменение потока возбуждения двигателя при изменении тока якоря принципиально способствует повышению КПД ДПВ при работе на естественной характеристике и малых нагрузках;

– надёжность ДПВ выше, чем других типов двигателей постоянного тока; кроме того, проще защита от аварийных режимов из-за меньшей значимости отказов типа обрыва цепи возбуждения;

– для параллельно работающих ДПВ распределение нагрузок оказывается достаточно равномерным без принятия каких-либо специальных мер, вызванных нежёсткостью естественных механических характеристик.

Дальнейшее изучение методов снижения потерь энергии в двигателе и тяговой системе в целом показало, что более выгодным является применение электродвигателя постоянного тока с независимым регулируемым возбуждением. Наряду с совершенствованием полупроводниковых регуляторов тока, предназначенных для питания независимых обмоток возбуждения, это привело к замене ДПВ электродвигателями со смешанным, а затем и с независимым возбуждением. Кроме снижения потерь энергии при этом достигается ряд функциональных преимуществ: улучшается управляемость электромобиля (особенно в режимах электрического торможения), расширяются пределы регулирования скорости, повышается естественная стабильность установленной скорости, достигается лучшая разгонная динамика. Ряд ведущих электротехнических и автомобильных фирм изготовляет в настоящее время тяговые двигатели с независимым возбуждением. К их числу относятся: серия А136 фирмы «Бош» (Bosch) с регуляторами А4р мощностью от 11 до 30 кВт; двигатель 1тВ фирмы «Сименс» мощностью 16 кВт и др. Двигатели с независимым возбуждением устанавливались на электромобили XI/23 и XI/26 фирмы «Фиат», GE/EPDA и «Дельта» фирмы «Дженерал электрик», «Форд Мустанг II» (Ford Mustang II) и «Комута» (Comouta) фирмы «Форд» (Ford), EV2 фирмы «Тойота» (Toyota) и ряде других.

Для управления двигателем независимого возбуждения по цепи якоря были разработаны импульсные силовые преобразователи постоянного напряжения, в которых использовались в качестве ключевых элементов тиристоры. Такой силовой преобразователь позволяет обеспечить высококачественное управление тяговым двигателем при небольших потерях энергии в преобразователе и достаточно малой его массе. Подобные преобразователи использовались на электромобилях фирм: «Форд», «Дженерал электрик», «Дженерал моторс» и ряда японских фирм.

Дальнейшее существенное снижение потерь энергии в тяговой системе достигается сочетанием импульсного регулятора напряжения питания якоря и регулятора тока возбуждения. При этом в значительной части диапазона изменения скорости (примерно до 2/3 от всего диапазона) последняя регулируется изменением тока возбуждения: напряжение на якоре максимально, т. е. преобразователь напряжения насыщен и КПД его достигает 0,95-0,97. Этот вариант, называемый иногда квазисериесным управлением, получает в настоящее время всё более широкое применение в электромобилях ведущих фирм.

Работы по повышению функциональных и энергетических характеристик тяговых электроприводов постоянного тока рядом фирм ведутся в направлении замены тиристорных силовых преобразователей транзисторными. Такого рода преобразователи применялись на опытных образцах электромобилей фирм: «Фиат», «Рагоно» (Ragono), «Дженерал электрик—Крайслер»; КПД таких преобразователей может достигать значения 0,92 и выше во всех используемых режимах работы. Однако высокая стоимость силовых транзисторов на большие токи и надостаточная отработка процессов надёжного их использования ограничивают применение транзисторных силовых преобразователей в настоящее время.

Основными недостатками двигателей постоянного тока считаются:

– наличие коллекторно-щёточного узла, увеличивающего начальную стоимость двигателя, а также эксплуатационные расходы из-за необходимости его регулярного обслуживания;

– более низкие по сравнению с машинами переменного тока показатели объёмного и весового использования, обусловленные применением коллекторно-щёточного узла или действием косвенно связанных с коллектором факторов, к которым относятся ограниченность полюсного деления, необходимость добавочных полюсов или других конструктивных мер по улучшению коммутации на коллекторе;

– ограниченность перегрузочной способности.

Количественная оценка этих отрицательных факторов и сопоставление их с недостатками электроприводов переменного тока достаточно затруднительны, так как для конкретного функционально-стоимостного анализа обычно не хватает данных. В связи с этим чаще всего сравнение ограничивается общими соображениями. Между тем для оценки эксплуатационных характеристик коллекторно-щёточного узла имеются результаты многочисленных и серьёзных испытаний разработчиков и изготовителей электрощёточных изделий, причём современные типы этих изделий обладают весьма высокими эксплуатационными характеристиками. Примером могут служить показатели двух типов отечественных и одного типа зарубежных электрощёток, приведённые в табл. 8.1.

Таблица 8.1. Основные показатели некоторых типов отечественных и зарубежных щёток для электродвигателей

Показатель

Тип электрощётки

ЭГ-38

ЭГ-61

ЕС 7099

Удельное сопротивление 10-6 Ом

42-47

24-40

8-14

Переходное сопротивление, В

2,0-2,4

2,2-2,4

1,8-2,1

Коэффициент трения

0,11

0,10

0,10

Износ на стенде, мм/10 тыс. км

0,50

0,70

0,70

Износ на двигателе, мм/10 тыс. км

0,65

0,71

0,74

Эксплуатационный износ, мм/10 тыс. км

1,2

1,0-1,4

---

Износ за 20 ч., мм

0,12

0,09

---

Износ коллектора, мм/10 тыс. км

0,020

0,028

---

Примечание: износ на стенде получен при плотности тока 8,3 А/см2 и частоте вращения 1000 мин-1

 

Если учесть, что проточка коллектора обычно производится при износе 0,2-0,4 мм, то ресурс до проточки по данным табл. 3.1 оказывается равным 60-100 тыс. км. Даже с учётом ряда неблагоприятных факторов эксплуатации эту операцию можно отнести к этапам среднего ремонта двигателей. Учитывая сравнительную простоту операций проточки коллектора, т. е. невысокую стоимость такого ремонта (несмотря на необходимость частичной разборки двигателя), можно считать, что априорные оценки экономических показателей эксплуатации коллекторно-щёточного узла как недопустимо высокие являются в известной мере тенденциозными.

 

 

 

Проверено корректором: 
yes

Комментарии

Отправить комментарий

Содержание этого поля является приватным и не предназначено к показу.
  • Адреса страниц и электронной почты автоматически преобразуются в ссылки.
  • Доступны HTML теги: <a> <em> <strong> <cite> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd>
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.

Подробнее о форматировании

CAPTCHA
This question is for testing whether you are a human visitor and to prevent automated spam submissions.
Image CAPTCHA
Enter the characters shown in the image.