Тяговый электропривод в транспортных средствах
Тяговый электропривод в транспортных средствах
Использование тягового электрического привода в транспортных средствах дает ряд очевидных преимуществ – экономия топлива и снижение вредных выбросов. Кроме того электропривод способен обеспечить качественное улучшение эксплуатационных характеристик: повышение надежности и ремонтопригодности, облегчение управления за счет исключения коробки передач, повышение точностных и динамических характеристик, реализация новых режимов (рекуперация энергии торможения, движение при выключенном ДВС, удержание и плавный старт на уклоне), меньшая зависимость от факторов окружающей среды.
Наиболее актуальным является использование электропривода в так называемых гибридных транспортных средствах или ТС с комбинированной энергоустановкой. Комбинированная энергоустановка может состоять из двух и более источников энергии (двигатель внутреннего сгорания (ДВС), генератор, аккумулятор, буферный конденсаторный накопитель, батарея топливных элементов, и т.д.). Анализ показал, что существенную экономию топлива может дать использование комбинированной энергоустановки и современного электропривода. Комбинированные энергоустановки с ДВС являются наиболее реальным путем достижения высоких показателей транспортных средств в самом ближайшем будущем, при этом удается обеспечить большую дальность пробега и сохранить существующую инфраструктуру заправки.
Наиболее полно эти преимущества раскрываются в общественном и коммерческом (грузовом, промышленном, сельскохозяйственном) транспорте. Наш научно-технический центр совместно с концерном РУСЭЛПРОМ ведет разработку комплектов тягового электрооборудования (КТЭО) для городского автобуса и тракторов на колесном и гусеничном ходу. В данных проектах реализована последовательная кинематическая схема силовой установки, когда ДВС не имеет механической связи с колесами и обеспечивает только вращение асинхронного мотор-генератора (МГ), регулирующего напряжение в звене постоянного тока (ЗПТ). Вращение осей колес обеспечивает привод (приводы в случае нескольких осей или двух бортов) тягового асинхронного двигателя (ТАД), инвертор которого питается от ЗПТ МГ.
Исключение коробки передач, сцепления, карданного вала позволяет, как правило, существенно снизить общую массу силового оборудования. Немаловажным обстоятельством является снижение инерционности вращающихся масс; отметим, что для ряда транспортных средств, особенно тихоходных, из-за больших значений коэффициентов редукции приведенная инерционность вращающихся масс сопоставима, или даже намного превышает инерционность самого транспортного средства. Привлекательной возможностью является более свободная компоновка: не связанные с колесами ДВС и мотор-генератор могут размещаться в произвольных местах на борту транспортного средства, там, где это наиболее удобно.
Комплект тягового электрооборудования городского автобуса "Гибрид-12"
Разработан универсальный комплект тягового электрооборудования для использования в средних городских автобусах. В состав комплекта входит асинхронный мотор-генератор (сопряженный с ДВС), тяговый асинхронный двигатель, буферный накопитель энергии, выполненный на основе суперконденсаторов фирмы Maxwell, блок силовой электроники, контроллеры управления приводами, вспомогательные систем питания и охлаждения. При разработке тягового электропривода были пройдены этапы математического моделирования как отдельных приводов, так и КТЭО в целом, разработка конкретных схемотехнических и конструкторских решений компонентов КТЭО и вспомогательных систем, синтез алгоритмов управления для реализации оптимальных режимов движения, работы ДВС в режиме максимальной топливной эффективности. Были проведены автономные и комплексные испытания всех узлов КТЭО на стенде. Опытный образец был смонтирован на автобус ЛиАЗ-5292ХХ (Ликинский автобусный завод), в составе которого проводились заводские и полигонные испытания. Экспериментальный образец такого автобуса, демонстрировавшийся на международном автомобильном форуме в Москве 9-12 сентября 2008 г. занял первое место и получил звание «Лучший автобус России 2008 года». Преимущества маршрутного городского автобуса с гибридной энергоустановкой:
Основные характеристики силового оборудования:
Выполнено проектирование комплектов тягового электрооборудования (КТЭО) для городских 9, 12, 15 и 18 м автобусов. Созданный комплект уже адаптирован под применение в автобусах «Волжанин» (модель Ситиритм-12), Белкоммунмаш (Витовт-42003А), "Богдан-А-70522", а также может легко адаптироваться под применение и в других современных и перспективных автобусах различных производителей, различных модификаций (например, НефАЗ-5299, ПАЗ-3237, МАЗ-103, МАЗ-203). |
|
Тяговый электропривод колесного пропашного трактора БЕЛАРУС ЭТ-300
|
Совместно с производственным объединением «Минский тракторный завод», являющимся одним из крупнейших предприятий в мире по выпуску колесных тракторов, концерн «РУСЭЛПРОМ» и НТЦЭ "Вектор" создали трактор с электромеханической трансмиссией (ЭМТ) переменно-переменного тока "БЕЛАРУС 3023" (проект "ЭТ-300"). В тракторе применяется последовательная схема с центральным приводом. Для функционирования системы привода необходимо использование качественной векторной системы управления. Такая система должна обеспечивать оптимальный по потерям режим работы двигателей во всех диапазонах частот вращения, электромагнитных моментов, скольжений, индукций и т.п. Для тяговых приводов необходимо также учитывать критерий максимального использования имеющихся ресурсов, прежде всего напряжения питания и тока, которые ограничиваются установленной мощностью силового преобразователя. При работе в составе транспортного средства параметры тяговых асинхронных двигателей сильно зависят от режимов его работы. В связи с этим была проделана значительная научно-исследовательская работа и разработана методика экспериментального определения параметров асинхронных двигателей, методика согласования параметров электрических машин и силового преобразователя, позволяющая минимизировать установленную мощность преобразователя. Разработаны структура и методика синтеза оптимальной по потерям векторной системы управления тяговым асинхронным электроприводом. Получены уравнения для векторного управления и идентификации параметров, учитывающие потери в стали, что позволяет создавать электромеханические трансмиссии транспортных средств с высокими энергетическими, массо-габаритными, регулировочными характеристиками, показателями надежности и топливной эффективности. Применение электромеханической трансмиссии позволяет:
Дополнительно трактор «БЕЛАРУС – 3023» с ЭМТ получил такие преимущества, как:
Дополнительные опции:
Преимущества с точки зрения комфорта и удобства управления движением:
Опытная партия тракторов МТЗ 3023 (5 шт.) прошла испытания на машино - испытательных станциях в России, Белоруссии и Украине. Широкому потребителю трактор «БЕЛАРУС – 3023» был представлен на крупнейшей сельскохозяйственной выставке AGRITECHNICA-2009, Ганновере, 8 – 14 ноября 2009 г. Трактор удостоен серебряной медали организатора – немецкого сельскохозяйственного общества DLG. В настоящее время ведется разработка колесных тракторов 150 и 450 л.с. |
Тяговый электропривод гусеничного промышленного трактора БЕЛАРУС ЭТ-160Г
В тракторе реализована последовательная кинематическая схема силовой установки, когда ДВС не имеет механической связи с колесами и обеспечивает только вращение асинхронного мотор-генератора (МГ), регулирующего напряжение в звене постоянного тока (ЗПТ). Вращение приводных шестерен гусениц левого и правого борта обеспечивают приводы соответственно левого и правого тяговых асинхронных двигателей (ТАД), инверторы которых питаются от ЗПТ. В качестве базовой для реализации была выбрана оптимальная по потерям векторная система управления тяговым электроприводом с идентификатором параметров. Особенностями данной системы является оценка в реальном времени всех параметров двигателя и коэффициентов алгоритма управления, претерпевающих существенные изменения в связи с изменениями внешних условий и режимов работы привода. Для настройки идентификатора параметров и определения оптимального по потерям алгоритма управления разработана методика стендовой настройки электропривода. При разработке и отладке оборудования был решен целый ряд проблем научного и технического характера:
Ходовые испытания трактора БЕЛАРУС 1502Э подтвердили работоспособность и показатели комплекта тягового электрооборудования, полученные на стенде. |
![]() |