Система управлениясиловой установкой гибридного автомобиля
1.Загрязнениеокружающей среды. Проблема и ее решение
1.1 Актуальностьпроблемы загрязнения
Люди всегда загрязнялиокружающую среду. Но до последнего времени загрязнение не было такой серьезнойпроблемой. В прошлом большинство людей проживали в малонаселенных сельскихрайонах, и у них не было загрязняющих природу машин. Но с развитиемперенаселенных индустриальных городов проблема загрязнения стала намногосерьезнее. Использование автомобилей и других машин и механизмов привело ктому, что окружающая среда стала постоянно и интенсивно загрязняться. С 50-хгодов прошлого столетия люди стали ощущать тревогу в связи с опасностьюзагрязнения окружающей среды.
Воздух, вода и почванеобходимы для существования всех живых существ. Но загрязненный воздух можетстать причиной болезни и даже смерти. Загрязненная вода приводит к гибели рыб идругих существ, обитающих в море. На загрязненной почве нельзя выращиватьпищевые продукты. Кроме того, загрязнение окружающей среды портит естественнуюкрасоту нашей планеты.
Загрязнение — это оченьсложная и серьезная проблема. Автомобили загрязняют воздух, но они служат длябыстрого перемещения людей (Рис.1). Заводы и фабрики загрязняют воздух и воду,но они обеспечивают рабочие места для людей и позволяют производить необходимыетовары. Удобрения и пестициды необходимы для выращивания сельскохозяйственныхкультур, но они загрязняют почву.
Поэтому людям пришлось быперестать использовать многие полезные вещи, если бы они захотели немедленнопрекратить загрязнение окружающей среды. Однако большинство людей не согласятсяна это. Но загрязнение можно уменьшить постепенно. Ученые и инженеры могутнайти способы уменьшить загрязнение от автомобилей, заводов и фабрик.Правительство может издать законы, которые бы заставили предприятия принятьмеры по уменьшению загрязнения. Отдельные люди и группы людей могутсотрудничать в деле охраны окружающей среды.
/>
Рис. 1 – загрязнениевыхлопными газами
Основными источниками загрязненияатмосферы являются транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания(ДВС).
При сгорании топлива вДВС обильно выделяются тяжёлые металлы и токсичные примеси, чрезвычайно вредныесвинцовые соединения, вызывающие тяжелейшие заболевания.
Ежегодно от заболеваний,связанных с выхлопными газами автомобилей, в Европе умирают 225000 человек. ВШвейцарии трое из десяти тысяч умирают в результате вредного воздействия наокружающую среду в том числе и автомобильного транспорта. В Украине умирают отвыхлопных газов как минимум в два раза больше… В условиях современного городатакие болезни как атеросклероз, различные нарушения сердечно-сосудистойсистемы, рак лёгких можно заработать просто вдыхая воздух на улице. Похоже мымедленно, но верно вымираем.
По данным МинздраваУкраины ежегодный ущерб от негативного воздействия автомобильных выхлопов наокружающую среду в результате эксплуатации автотранспорта составляет 3 млрд.долларов.
Современный европейскийили японский автомобиль на порядок чище, чем автомобиль выпуска конца 70-хгодов., благодаря переоборудованию автомобилей на газ и установкекаталитических нейтрализаторов выхлопных газов.
В ближайшие 5 лет в Украинене реально ожидать ни массового переоборудования автомобилей на газ, ниустановки нейтрализаторов на все авто. Поэтому в Украине имеет смысл поработатьнад более дешёвыми инструментами, повышающими экологичность отечественных ДВСпутём внедрения инновационных технологий.
Истинную опастность того,чем мы дышим «благодаря» автомобилям, врачи и экологи уже донесли спомощью средств массовой информации.
Сегодня радетели за народв борьбе с ужасающими последствиями автомобилизации вешают нам «лапшу»про то, что надо заставить действовать «отвечающих за экологию» черезобщесвенное давление, больше спрашивать с депутатов и т. д. Сегодня этодостаточно подлый способ уйти от решения вопиющей экологической проблемы.
1.2 Способы решенияпроблемы загрязнения окружающей среды автомобилями
Снижение экологическойопастности от выбросов громадного числа автотранспортных средств приобрело внаше время общебиологическое значение.
Людям пришлось быперестать использовать многие полезные вещи, если бы они захотели немедленнопрекратить загрязнение окружающей среды. Однако большинство людей не согласятсяна это.
Раньше проблемы созданияэкологически чистого автомобиля с нулевыми выбросами (ZEV — Zero EmissionVehicle) обывателя не сильно волновали. Это были проблемы правительства,ученых, политиков и активистов «зеленых» организаций. Но непрерывный рост ценна бензин стимулирует массовый интерес к экологически чистым автомобилям иперспективным типам топлива и двигателей.
В Киеве отныне каждыйтретий горожанин — владелец собственной машины. Впрочем, ежедневно на дорогистолицы выезжают 1,5 миллиона авто, учитывая, приезжие и транзитные. Кстати,аналитики расчитали, что к концу 2009 года — началу 2010 года в Киеве будет уже2 миллионов машин.
Двигатели внутреннегосгорания ежедневно оказывают отрицательное влияние на здоровье миллионовукраинцев. Люди страдают от участившихся случаев кашля, приступов астмы, острыхи хронических бронхитов, а также от заболеваний сердца и системыкровообращения. Химический состав выхлопных газов настолько опасен, что наноситвред не только здоровью человека, животных, но и разрушает деревья и даже дома.Люди, долгое время подверженные влиянию вредных веществ в воздухе их городов,гораздо чаще умирают от инфарктов. Эта связь была особенно ярко выражена вместах с большой транспортной загруженностью.
Сегодня первостепенноезначение для уменьшения загрязнения атмосферы выбросами автомобилей имеет техническоесостояние автомобильного парка и поддержание его в технически исправномсостоянии, удовлетворяющим экологическим требованиям. А автомоьильный парк вУкраине изношен на 60-70%.
Но загрязнение можноуменьшить постепенно.
Правительство можетиздать законы, которые бы заставили предприятия принять меры по уменьшениюзагрязнения.
Отдельные люди и группылюдей могут сотрудничать в деле охраны окружающей среды.
Ученые и инженеры могутнайти способы уменьшить загрязнение от автомобилей, заводов и фабрик.
Одним из направленийрешения экологической проблемы есть разработки технологических новинок,позволяющие усовершенствовать двигатели любой существующей конструкции.Создание более экономичных и экологически безвредных автомобилей.
1.3 Экологическичистый автомобиль
В Америке большинствопокупателей «экологически чистых» машин менее всего волнуют вопросы загрязненияокружающей среды. Американцев интересует экономия средств — проехать большееколичество километров, потратив меньшее количество топлива.
А в Германии вводитсяновое положение, при котором в случае покупки автомобиля владелец может узнатьне только его технические характеристики, но и степень экологичности. Темвременем Европейская комиссия планирует ужесточить экологические нормы кавтотранспорту. Так, начиная с 2012 года все новые автомобили должнывыбрасывать в среднем не более 130 граммов углекислого газа на один километр пути.
В Польше же был проведенВсемирный День Carfree (Свободы от автомобилей), который проводится в Польше вчетвертый раз и десятый раз в Европе. Проведение этого дня было начато поинициативе французских экологов. Они хотели убедить людей во всем мире внегативных побочных эффектах от использования автомобилей.
В Украине тоже существуютразработки для улучшения экологичности автомобилей. Разработка компании Falconпредлагает электронике прибор — усилитель процесса горения двигателейвнутреннего сгорания УПГ — 2. Усилитель УПГ- 2 применяется дляусовершенствования процессов горения топливо воздушной смеси в двигателях,работающих на любой марке бензина, дизтопливе или газе, что позволяет уменьшитьколичество выхлопных газов и в целом помогает экологической обстановке. Крометого, электронный блок УПГ-2 позволяет увеличить мощность двигателей; экономитьтопливо до 20%; уменьшить содержание СО в 50 раз; переходить на бензин с болеенизким октановым числом; сократить период задержки самовоспламенения топлива вдизельных двигателях и значительно уменьшить количество углеродистых отложенийна электродах свечей зажигания и клапанах.
Количество выхлопныхгазов автомобилей в основном определяется массовым расходом топливаавтомобилями. Расход по расстоянию нормируется и обычно указывается производителем(одна из потребительских характеристик).
Но самым оптимальнымрешением является создание гибридных автомобилей, и их серийный выпуск.
2.Гибридный автомобиль
2.1 Что такоегибридный автомобиль?
Гибри́дныйавтомоби́ль это — высокоэкономичный автомобиль, движимый системой«электродвигатель — двигатель внутреннего сгорания» (далее двигатель), питаемойкак горючим, так и зарядом электрического аккумулятора. Главное преимуществогибридного автомобиля — снижение расхода топлива и вредных выхлопов. Этодостигается полным автоматическим управлением режима работы системы двигателейс помощью бортового компьютера, начиная от своевременного отключения двигателяво время остановки в транспортном потоке, с возможностью продолжения движениябез его запуска, исключительно на энергии аккумуляторной батареи, и заканчиваяболее сложным механизмом рекуперации — использования электродвигателя какгенератора электрического тока для пополнения заряда аккумуляторов.
Вообще, гибрид — этоорганизм, полученный в результате скрещивания генетически различающихсяродительских форм (видов, пород, линий и др.) (от лат. hibrida — помесь).
Генетически различающиесяформы в нашем случае — это двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и электромотор.Причем в современной автоселекции гибридизация — это, похоже, единственновозможный вариант их выживания. С одной стороны, цена на нефть берет все новыевысоты, что неизбежно приближает закат славной истории ДВС (в том женаправлении работают экологические нормативы). С другой — отсутствие способовкомпактно и долго хранить электрическую энергию ставит под большое сомнениебудущее электромобилей в их генетически чистом виде.
2.2 Причины создания иразработки гибрида
Основные причины, стоящиеза разработкой гибридной силовой установки — уменьшение количества вредныхвыбросов в атмосферу, что очень актуально именно для городского транспорта. Этасистема позволяет снизить выброс сажи и углеводородов на 90%, оксидов азота — на 50%. При этом экономия топлива достигает 60% по сравнению с обычнымиавтобусами с дизельными двигателями, а ускорение во время начала движенияувеличилось на 50%. Такая силовая установка может устанавливаться на различныеавтомобили, которые выполняю самые разные задачи. Принцип работы гибриднойсиловой установки заключается в следующем: колеса приводятся в движениеэлектродвигателем, который питается от АКБ, а дизельный двигатель приводит вдействие генератор, питающий аккумулятор. К тому же дизель соединен странсмиссией и часть своей мощности передает на колеса. Благодаря этому вовремя начала движения достигается максимальное ускорение без лишнего шума,затрат топлива и клубов дыма из выхлопной трубы.
2.3 Достоинствагибридного автомобиля
2.3.1 Экономнаяэксплуатация
Экономная эксплуатация — главное преимущество гибридов. Чтобы достичь её, необходимо было искать баланс,то есть уравновесить все технические показатели машины, но при этом сохранитьвсе полезные параметры обычного автомобиля: его мощность, скорость, способностьк быстрому разгону, и множество других, весьма важных характеристик, заложенныхв современных автомобилях. Мало того, способность накапливать энергию, в томчисле и не терять понапрасну кинетическую энергию движения во время торможения,а заряжать аккумуляторные батареи, помимо основных явных преимуществ, привнеслоавтолюбителям некоторые побочные «мелкие радости», например, меньший изностормозных колодок.
Как была достигнутаэкономия:
-снижением объема имощности двигателя;
-работа двигателя воптимальном и равномерном режиме, в гораздо меньшей зависимости от условийезды;
-полная остановка работыдвигателя, когда это необходимо;
-возможность движениятолько на электродвигателях;
-рекуперативноеторможение с зарядкой аккумулятора.
Вся эта система до такойстепени сложна, что стала возможна в полной мере только в современных условиях,с применением достаточно непростых алгоритмов работы бортового компьютера. Дажеправильное и эффективное (с точки зрения безопасности) торможение управляетсябортовым компьютером.
2.3.2 Экологическаячистота
Снижение расходауглеродного топлива, немедленно сказалось на экологической чистоте. Полнаяостановка работы двигателей в местах скопления автомобилей на дорогах городов,и прежде всего в пробках, имеет самую первостепенную роль. Применение жеаккумуляторных батарей, гораздо меньшей емкости, чем в электромобилях, снизилапроблему утилизации использованных аккумуляторов. Развитие гибридной технологиив общественном транспорте, и для грузовых автомобилей, ещё больше улучшитэкологическую обстановку городов.
2.3.3 Хорошие ходовыехарактеристики
Теперь нет необходимостиустанавливать двигатель из расчёта пиковых нагрузок эксплуатации. В момент,когда необходимо резкое усиление тяговой нагрузки, в работу включаютсяодновременно как электро-, так и обычный двигатель (а в некоторых моделях идополнительный электродвигатель). Это позволяет сэкономить на установке менеемощного двигателя внутреннего сгорания, работающего основное время в наиболееблагоприятном для себя режиме. Такое равномерное перераспределение и накоплениемощности, с последующим быстрым использованием, позволяет использоватьгибридные установки в автомобилях спортивного класса и внедорожниках. Несмотряна то, что электродвигатели обладают достаточно сильным крутящим моментом впересчёте на массу и габариты двигателя, по сравнению с другими двигателями,разработчики всё же в ряде моделей устанавливают не слишком мощныеэлектродвигатели, уменьшая их габариты. При этом, в целях суммированиямощностей, применяются комбинированные схемы передачи крутящего момента, спрямой передачей механического крутящего момента, непосредственно от двигателя.Такая схема называется «гибридно-совместный привод».
2.3.4 Увеличениедальности пробега
Время — это самый ценныйресурс для человека. Исключение половины заездов на заправочные станции, и дажебольшего количества таких заездов, при езде по городу, высвобождает уавтовладельца некоторое количество времени для других больших и важных дел.
2.3.5 Сохранение иповторное использование энергии
Устранён главныйнедостаток двигателя на углеродном топливе — невозможность возврата энергииобратно в углеродное топливо. Инженеры по транспорту давно пытались сохранитьэнергию движения при торможении, чтобы её повторно использовать. Например,применялись специальные конструкции с большим маховиком. Но толькоэлектрическую энергию удаётся сохранить с самыми минимальными потерями имаксимально дёшево. В качестве накопителя применяются как аккумуляторы, так испециальные конденсаторы.
2.3.6 Обычная заправкатопливом
У электромобилей покаесть один большой недостаток — необходимость зарядки аккумулятора. Процессдолгий, и требует некоторого специально оборудованного пункта зарядки. Такимобразом он становится непригодным для длительных и дальних поездок. Но ужеразработаны технологии, позволяющие заряжать литий-ионные аккумуляторы сэлектродами из наноматериалов до 80% ёмкости за 5-15 минут.
У гибридного автомобиляэтот недостаток устранён. Заправка осуществляется по привычной схеме, обычнымуглеродным топливом, тогда, когда это необходимо, и дальнейшее движение можнонемедленно продолжить.
В городском циклеэксплуатации гибридный автомобиль 80% времени работает в режиме электромобиля.В феврале 2006 года автолюбители из США смогли взломать электронную системууправления Toyota Prius, и научились принудительно переключать автомобиль врежим электромобиля. Французская компания PSA Peugeot Citroen к 2010 годуначнет серийное производство гибридных версий Peugeot 307 и Citroen C4. Вавтомобилях предусмотрен режим электромобиля на скоростях менее 50 км/ч. Водитель может по желанию включать режим электромобиля.
2.4 Недостаткигибридного автомобиля
2.4.1 Высокаясложность
Гибридные автомобилисложнее и дороже традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания.Аккумуляторные батареи имеют небольшой диапазон рабочих температур, подверженысаморазряду. Кроме того, они дороже в ремонте. Опыт автоиндустрии США говорит отом, что автомеханики берутся за ремонт гибридных автомобилей с большойнеохотой. США пытаются решить проблему дороговизны налоговыми льготами.
Далеко не все крупныеавтопроизводители смогли создать собственную гибридную систему. КомпанияPorsche отказалась от попыток самостоятельного производства гибридногоавтомобиля. Компания Mitsubishi изначально не пыталась создать гибридныйавтомобиль, а сконцентрировала все свои усилия на разработке электромобилей.Наиболее удачная на сегодня серийная разработка — Hybrid Synergy Drive(произносится [ха́йбрид си́неджи драйв]) компанией Toyota.
2.4.2 Утилизацияаккумуляторов
Гибридные автомобили, каки электромобили, хоть и в меньшей степени, подвержены проблеме утилизацииаккумуляторов. Влияние выбрасываемых аккумуляторов на окружающую среду,по-видимому, никто не исследовал. А ведь оно может быть опасным.
2.4.3 Высокаястоимость некоторых моделей.
Естественно сложность и«нетрадиционность» создания некоторых моделей влечет за собойувеличение цены на автомобили.
2.5 Гибриды вгородском транспорте
Наибольшеераспространение гибридные автобусы получили в Северной Америке. General Motorsс 2004 года к июню 2008 года поставил более чем в 30 городов США и Канады 1000гибридных автобусов. Компания Orion Bus Industries к сентябрю 2009 годапроизвела 2200 гибридных автобусов [Рис. 2(б)]. Первые шесть гибридных автобусовв Лондоне начали эксплуатироваться в начале 2006 года First Automotive Worksначала производство гибридных автобусов осенью 2005 года[Рис. 2(а)].
/> />
Рис.2(а) Рис.2(б)
Гибридный автобус фирмы FirstAutomotive Works
2.5.1 Экобус –транспорт будущего
Конструкторское бюроэнгельсского ЗАО «Тролза» при содействии компании БПЦ Энергетические Системыразработало уникальную новинку-ЭКОБУС[Рис. 3, 3.1]. «ЭКОбус» — революционныйтранспорт в основу которого был положен микротурбинный двигатель Capstone. Есливдуматься в корни названия, то сразу становится ясно, что ЭКОбус — этоэкологически чистый автобус. «Экобус» — настоящая находка для современныхгородов. Мобильное, экологичное и экономичное транспортное средство, придя назамену загрязняющим атмосферу дизельным автобусам, позволит кардинальноулучшить состояние окружающей среды. Теплый и уютный салон в сочетании с низкопольнойплатформой и бесшумным ходом сделают этот вид транспорта комфортным дляпассажиров. Гибридный тяговый привод, в основе которого сверхэкологичныймикротурбинный двигатель Capstone, обеспечивает движение по городским маршрутамс минимальными затратами топлива, уровнем шума и выбросами токсичных веществ, апри стоянке на остановках или в пробках вообще сводит их к нулю.
Действующий образецЭКОБУСа был официально представлен заводом-изготовителем в мае 2008 года. Насегодняшний день Экобус уже прошел все необходимые испытания, получилсертификаты качества и готовится к запуску в серийное производство.Планируется, что первые серийные Экобусы были выпущены и началиэксплуатироваться в конце 2009 года.
/> />
(Рис. 3 — ЭКОБУС) (Рис.3.1 – Экобус, вид сзади)
Гибридный тяговыйпривод[Рис. 4] обеспечивает движение большого городского автобуса по маршруту сминимальными затратами топлива, уровнем шума и выбросами токсичных продуктов. Встандартный комплект электропривода входит асинхронный тяговыйэлектродвигатель.
/>
(Рис. 4 — Гибридныйтяговый привод)
3.ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД гибридного автомобиля
3.1 Гибридная силоваяустановка
Гибридная силоваяустановка сочетает в себе современный двигатель внутреннего сгорания,технологически совмещенный с электромоторами. Весь комплекс управляетсяэлектронной системой, и конечно же все компоненты отличаются высочайшимкачеством. Гибридная силовая установка управляет расходом энергии в зависимостиот условий движения автомобиля.
3.1(а)Начало движения
Для начала движения и придвижении на малых скоростях используется только электромотор.
-При наборе скоростибатарея направляет свою энергию на блок управления электропитанием.
-Блок управлениянаправляет энергию на электромоторы, расположенные в передней и задней частяхавтомобиля.
-Передний и заднийэлектромоторы позволяют автомобилю плавно трогаться с места.
3.1.(б)Движение.
При движении автомобиля внормальном режиме привод колес осуществляется за счет бензинового двигателя иэлектромоторов; энергия двигателя распределяется между колесами и электрическимгенератором, который в свою очередь приводит в движение электромоторы.
Распределение энергиинаходится под контролем в целях обеспечения максимальной эффективности. Принеобходимости генератор также осуществляет зарядку батареи, отдавая ему излишкиэнергии.
3.1(в)Разгон.
1.Бензиновый двигательразгоняет автомобиль, работая в нормальном режиме.
2.Для улучшения динамикидополнительная энергия поступает от электромотора.
3.При работе в нормальномрежиме бензиновый двигатель также снабжает энергией генератор.
4.Генератор можетнаправлять излишки энергии на блок управления электропитанием.
3.1.(г)Торможение.
1.При торможениикинетическая энергия преобразуется в электричество.
2.Электромоторынаправляют его на блок управления электропитанием.
3.Блок управленияэлектропитанием возвращает энергию на высоковольтную батарею. Бензиновыйдвигатель автомобиля работает в обычном режиме.
3.2 Вентильныйдвигатель(ВД)
Наиболее често вгибридных автомобилях в качестве тягового электропривода используетсявентильный двигатель.
Вентильный электродвигатель— это синхронный двигатель, основанный на принципе частотного регулирования ссамосинхронизацией, суть которого заключается в управлении вектором магнитногополя статора в зависимости от положения ротора. Вентильные двигатели (ванглоязычной литературе BLDC или PMSM) ещё называют бесколлекторнымидвигателями постоянного тока, потому что контроллер такого двигателя обычнопитается от постоянного напряжения.
3.2.1Описание ВД
Этот тип двигателя созданс целью улучшения свойств электродвигателей постоянного тока.
В вентильном двигателе(ВД) индуктор находится на роторе (в виде постоянных магнитов), якорная обмотканаходится на статоре (синхронный двигатель). Напряжение питания обмотокдвигателя формируется в зависимости от положения ротора. Если в двигателяхпостоянного тока для этой цели использовался коллектор, то в вентильномдвигателе его функцию выполняет полупроводниковый коммутатор (датчик положенияротора (ДПР) с инвертором).
Основным отличием ВД отсинхронного двигателя является его самосинхронизация с помощью ДПР, врезультате чего у ВД, частота вращения поля пропорциональна частоте вращенияротора.
3.2.2 Статор
Статор[Рис. 5] имееттрадиционную конструкцию и похож на статор асинхронной машины. Он состоит изкорпуса, сердечника из электротехнической стали и медной обмотки, уложенной впазы по периметру сердечника. Количество обмоток определяет количество фаздвигателя. Для самозапуска и вращения достаточно двух фаз — синусной икосинусной. Обычно ВД трёхфазные, реже- четырёхфазные.
По способу укладки витковв обмотки статора различают двигатели имеющие обратную электродвижущую силутрапецеидальной (BLDC) и синусоидальной (PMSM) формы. По способу питания фазныйэлектрический ток в соответствующих типах двигателя также изменяетсятрапецеидально или синусоидально.
/>
(Рис. 5 Статорбесколлекторного электродвигателя)
3.2.3Ротор
Ротор изготавливается сиспользованием постоянных магнитов и имеет обычно от двух до восьми пар полюсовс чередованием северного и южного полюсов.
Вначале для изготовленияротора использовались ферритовые магниты. Они распространены и дёшевы, но имприсущ недостаток в виде низкого уровня магнитной индукции. Сейчас получаютпопулярность магниты из редкоземельных сплавов, так как они позволяют получитьвысокий уровень магнитной индукции и уменьшить размер ротора.
3.2.4 Датчик положенияротора
Датчик положения ротора(ДПР) реализует обратную связь по положению ротора. Его работа может бытьоснована на разных принципах — фотоэлектрический, индуктивный, на эффектеХолла, и т. д. Наибольшую популярность приобрели датчики Холла ифотоэлектрические, так как они практически безинерционны и позволяют избавитьсяот запаздывания в канале обратной связи по положению ротора.
Фотоэлектрический датчик,в классическом виде, содержит три неподвижных фотоприёмника, которые поочерёднозакрываются шторкой вращающейся синхронно с ротором. Это показано на рисунке.Двоичный код, получаемый с ДПР, фиксирует шесть различных положений ротора. Сигналыдатчиков преобразуются управляющим устройством в комбинацию управляющихнапряжений, которые управляют силовыми ключами, так, что в каждый такт (фазу)работы двигателя включены два ключа и к сети подключены последовательно две изтрёх обмоток якоря. Обмотки якоря U, V, W расположены на статоре со сдвигом на120° и их начала и концы соединены так, что при переключении ключей создаётсявращающееся магнитное поле.
3.2.5 Системауправления ВД
Система управлениясодержит силовые ключи, часто тиристоры или силовые транзисторы с изолированнымзатвором. Из них собирается инвертор напряжения или инвертор тока. Системауправления ключами обычно реализуется на основе использования микроконтроллера.Наличия микропроцессора требует большое количество вычислительных операций поуправлению двигателем.
3.2.6 Принцип работыВД
Принцип работы ВД,основан на том, что контроллер ВД коммутирует обмотки статора так, чтобы вектормагнитного поля статора всегда был ортогонален вектору магнитного поля ротора.С помощью ШИМ контроллер управляет током, протекающим через обмотки ВД, т.е.вектором магнитного поля статора, и таким образом регулируется момент,действующий на ротор ВД. Знак у угла между векторами определяет направлениемомента действующего на ротор.
Коммутация производитсятак, что поток возбуждения ротора — Ф0 поддерживается постоянным относительнопотока якоря. В результате взаимодействия потока якоря и возбуждения создаётсявращающий момент M, который стремится развернуть ротор так, чтобы потоки якоряи возбуждения совпали, но при повороте ротора под действием ДПР происходитпереключение обмоток и поток якоря поворачивается на следующий шаг.
В этом случае ирезультирующий вектор тока будет сдвинут и неподвижен относительно потокаротора, что и создаёт момент на валу двигателя.
В двигательном режимеработы МДС статора опережает МДС ротора на угол 90°, который поддерживается спомощью ДПР. В тормозном режиме МДС статора отстаёт от МДС ротора, угол 90° также поддерживается с помощью ДПР.[www.autoteh.com.ua]
3.2.6 Управлениедвигателем
Контроллер ВД регулируетмомент, действующий на ротор, меняя величину ШИМ.
В отличие от щёточногоэлектродвигателя постоянного тока, коммутация в ВД осуществляется иконтролируется с помощью электроники.
Распространены системыуправления, реализующие алгоритмы широтно-импульсного регулирования иширотно-импульсной модуляции при управлении ВД.
Система, обеспечивающаясамый широкий диапазон регулирования скорости — у двигателей с векторнымуправлением. С помощью преобразователя частоты осуществляется регулированиескорости двигателя и поддержание потокосцепления в машине на заданном уровне.
Особенность регулированияэлектропривода с векторным управлением — контролируемые координаты, измеренныев неподвижной системе координат преобразуются к вращающейся системе, из нихвыделяется постоянное значение, пропорциональное составляющим векторовконтролируемых параметров, по которым осуществляется формирование управляющихвоздействий, далее обратный переход.
Недостатком этих системявляется сложность управляющих и функциональных устройств для широкогодиапазона регулирования скорости.
3.3 Достоинства инедостатки ВД
3.3.1 Достоинства инедостатки ВД
В последнее время, этоттип двигателей быстро приобретает популярность, проникая во многие отрасли промышленности.Находит применение в различных сферах использования: от бытовых приборов дорельсового транспорта.
ВД с электроннымисистемами управления часто объединяют в себе лучшие качества бесконтактныхдвигателей и двигателей постоянного тока.
3.3.2Достоинства
Высокое быстродействие идинамика, точность позиционирования
Широкий диапазонизменения частоты вращения
Бесконтактность иотсутствие узлов, требующих техобслуживания — бесколлекторная машина
Возможность использованияво взрывоопасной и агрессивной среде
Большая перегрузочнаяспособность по моменту
Высокие энергетическиепоказатели (КПД более 90 % и cosφ более 0,95)
Большой срок службы,высокая надёжность и повышенный ресурс работы за счёт отсутствия скользящихэлектрических контактов
Низкий перегревэлектродвигателя, при работе в режимах с возможными перегрузками
3.3.2 Недостатки
Относительно сложнаясистема управления двигателем
Высокая стоимостьдвигателя, обусловленная использованием дорогостоящих постоянных магнитов вконструкции ротора
Во многих случаяхоказывается более рациональным применение асинхронного двигателя спреобразователем частоты.