Автомобілі з гібридною трансміссією і комбінованою енергетичною установкою

Рисунок 3.14 - Ділянка їздового циклу, обрана, щоб ілюструвати високий рівень зміни кожного параметра

Рисунок 3.15 - Ділянка їздового циклу, що ілюструє рух із постійною швидкістю 70 миль/год

Рисунок 3.15 був відібраний для сталих умов із високою швидкістю. В основному, тільки положення педалі керування подачею палива й струм змінюються. Позитивний струм складається з маленьких стрибків, коли педаль керування подачею палива відпущена. Відсутність тривалого позитивного струму збуджує дію транспортного засобу від ДВЗ, а не від електродвигуна. Численні, короткі хвилі зарядки акумуляторної батареї спостерігаються протягом відпускання педалі подачі палива.

3.2 Робочі характеристики підсистем і дослідження їх ефективності

Гібридна система електроприводу Пріус випробовувалась при різноманітних режимах, що характеризують її електричні і механічні характеристики. Метою програми дослідження є вимірювання зворотної ЕРС електродвигуна і генератора, оцінити пускові властивості крутного моменту електродвигуна, і визначити зв'язані з коробкою передач втрати потужності при вказаній межі швидкостей вала і температури мастильних матеріалів. Для того, щоб уникнути впливу тертя на результати, ДВЗ був від'єднаний від системи під час досліджень. Для виконання мети програми дослідження гібридна система електроприводу з'єднувалась з динамометром, що володів потужністю, необхідною для забезпечення певних меж кутової швидкості. Для того щоб обидві осі коліс оберталися з рівною швидкістю, диференціал був змінений так, щоб шестерні внутрішнього зачеплення диференціала не могли обертатися. Блокуючи обертання цих шестерень стало можливим виміряти крутний момент на одній із двох осей привідного колеса. При таких змінах зменшилося передатне відношення частоти обертів електродвигуна до частоти обертів колеса, яке являється функцією числа зубів шестерень, і стало рівним 4,113. Щоб зрозуміти вплив температури оливи на втрати потужності, лабораторна установка нагрівала мастильні матеріали коробки передач до вказаної номінальної температури, яка використовувалась впродовж досліджень. При такій конфігурації були проведені наступні вимірювання:

- виміряне, вирахуване і зареєстроване передатне відношення від вала електродвигуна до динамометра;

- виміряні втрати потужність від тертя в зачепленнях шестерень, опору оливи і інші втрати, без збудження генератора чи електродвигуна.

Вимірювання були проведені з ротором, який вільно обертався і блокованим. Для початкового випробування, ротор електродвигуна був з'єднаний з двигуном або з динамометром, який імітує тягову силу. На протязі випробувань генератора, ротор з'єднаний з сонячною шестернею планетарної передачі. При такому випробуванні крутний момент через шестерні планетарного механізму передавався на ротор генератора. Деталі механізму розподілу потужності і блок шестерень, який з'єднує двигун і колеса показані на рисунках 2.4 і 2.5.

Забезпечити краще розуміння теплової системи керування допоможуть дані зміни зусилля мастильних матеріалів в коробці передач в залежності від температури і потоку рідини в гібридній системи охолодження двигуна, зібрані при частковому випробуванні. Схема, що показує мастильну і охолоджувальну рідини в трьох відділеннях гібридної системи представлена на рисунку 2.3. Цей рисунок також показує потік охолоджувальної рідини в гібридній системі приводу і тиск, які були присутніми під час вимірювань зусиль. Крім цього при мащенні підшипників і шестерень, олива також відбирає надлишкову температуру із передач, двигуна і генератора.

3.2.1 Дослідження електродвигуна, при блокуванні ротора

Серія досліджень електродвигуна, при блокуванні ротора виконана з метою визначити загальну тягову властивість електродвигуна. Тепер при дослідженні використано новий механізм механічної передачі, що здатний точно захоплювати ротор, принцип дії якого оснований на роботі давача положення ротора.

Рисунок 3.16 показує залежність крутного моменту електродвигуна від механічного кута повороту ротора при струмі 75, 150, 200 і 250 A, відповідно. При струмі 250 A крутний момент зростає до 400 Н•м.

Рисунок 3.16 - Залежність крутного моменту електродвигуна від кута положення ротора при різному струмовому навантаженні

Керуючий механізм передачі використовувався, щоб захватити вал електродвигуна і обертати його з приростом в сегментах. Значення крутного моменту отримані при поставлянні синусоїдального струму в різні точки вала. Отримані дані використовувались для побудови графіка зображеного на рисунку 3.17. Струм і відповідні йому значення крутного моменту приведені в таблиці 3.2. Після випробування було підтверджено відсутність розмагнічування при нагріванні статора.

Сім значень максимального крутного моменту для різних поточних кутів показані на рисунку 3.18. Ця серія випробувань показує ефективність пускової тягової характеристики електродвигуна Пріус.

Рисунок 3.17 - Залежність крутного моменту від кута повороту вала електродвигуна (при блокуванні ротора)

Таблиця 3.2 - Залежність крутного моменту від кута повороту вала електродвигуна

Кут повороту ротора, град.	Крутний момент ротора електродвигуна
	50А	75А	100А	125А	150А	200	250А
90	-1,9	-0,6	3,5	5,3	3,6	6,0	10,0
92	0,7	2,4	0,7	0,0	-7,6	-9,6	-10,1
94	1,01	-2,8	-8,1	-15,0	-25,7	-37,6	-43,3
96	0,2	-3,0	-9,0	-17,0	-24,7	-35,4	-46,2
98	1,9	-2,3	-5,8	-12,0	-17,3	-26,7	-33,8
100	7,3	6,1	6,1	2,0	-3,5	-11,7	-16,4
102	14,5	11,8	10,4	9,0	7,4	0,0	-1,9
104	19,6	20,8	22,0	24,0	25,8	27,0	31,7
106	25,8	34,0	41,0	53,0	54,8	62,0	78,1
108	34,1	48,3	61,0	72,0	83,6	99,2	114,2
110	45,5	64,0	82,0	96,0	109,9	132,0	158,5
112	48,2	72,4	95,0	116,0	127,8	157,0	181,6
114	55,8	81,9	109,0	135,0	151,0	189,2	222,0
116	63,9	92,6	125,0	151,0	177,4	214,3	255,0
118	73,1	112,5	149,0	182,0	208,1	258,6	302,0
120	74,0	117,7	157,0	193,0	223,0	277,0	324,0
122	70,9	114,1	158,0	199,0	229,0	286,1	337,0
124	59,1	102,1	149,0	191,0	223,0	280,4	332,0
126	50,2	89,0	136,0	192,0	221,0	286,6	339,0
128	47,3	79,0	120,0	162,0	198,2	271,2	331,0
130	38,8	63,5	98,0	133,0	159,6	228,2	287,0
132	19,0	33,0	59,0	82,0	99,7	134,2	175,0
134	3,4	7,1	20,4	30,0	25,3	58,3	87,0

Рисунок 3.18 - Залежність максимального крутного моменту від струму при блокованому роторі

3.2.2 Вимірювання зворотної ЕРС

Напруга зворотної ЕРС, вироблена електродвигуном і генератором виміряна при використанні трохи іншої конфігурації гібридної системи електроприводу. Випробувальні умови і розташування підсистеми для випробування електродвигуна і генератора наведені в таблиці 3.3. На протязі випробувань, осцилограф використовувався, щоб виміряти як середньоквадратичні(V_СЕР) так і максимальні(V_МАКС) значення напруги зворотної ЕРС.

Таблиця 3.3 - Випробувальні умови для вимірювання зворотної ЕРС

Випробувальний елемент	Випробування двигуна	Випробування генератора
Границі швидкостей вала, об/хв.	5000-6000	1000-6500
Границі зміни температури оливи, 0С	25-80	28-80
Ротор двигуна	Встановлений	Встановлений
Масляний насос	Встановлений	Встановлений
Сонячна шестерня	Встановлений	Встановлений
Планетарна передача	Встановлений	Встановлений
Обертання підодиниць -двигун -генератор - планетарна передача	Функціонує Марний хід Марний хід	Функціонує Функціонує Функціонує

3.2.2.1 Випробування електодвигуна

Виміряні значення ЕРС від електродвигуна показано в таблиці 3.4 і на рисунку 3.11. Температура мастильних матеріалів в процесі випробування двигуна була рівна 25⁰С. Необхідно відмітити, що V_МАКС по відношенню до V_СЕР було більшим ніж корінь квадратний з 2 із за вмісту гармоніки в зворотній ЕРС.

Таблиця 3.4 - Результати вимірювання зворотної ЕРС електродвигуна Пріус

Частота обертання осі, об/хв.	Частота обертання ротора двигуна, об/хв.	Крутний момент на осі, Н·м	Електрична частота, Гц	Виміряна зворотня ЕРС (VСЕР), В	Виміряна зворотня ЕРС (VМАКС), В
122	502	8,0	33,8	42,0	75
243	1000	8,4	66,5	85,7	150
365	1502	9,3	99,8	132,3	225
486	1999	10,2	134,4	181,6	300
608	2501	10,8	168,1	221,8	350
729	2999	11,3	200,2	269,3	425
851	3501	12,0	233,9	315,7	500
972	3999	12,6	265,4	354,6	575
1094	4501	13,1	295,7	405,5	625
1215	4999	13,6	333,0	440,4	700
1337	5500	14,6	366,3	503,4	775
1458	5998	15,6	401,3	539,8	850

Відмітимо, що випробування проводились з блокованими диференціалами при температурі оливи, рівній кімнатній.

Рисунок 3.19 - Залежність зворотної ЕРС електродвигуна від частоти обертання ротора

При 3600об/хв. зворотна ЕРС досягає 500В. Постійна напруга в Пріус може бути підвищена лише до 500 В, а не до 850 В, як це показано при 6000 об/хв. Ці величини показують, що необхідно зробити слабшою обмотку збудження або струмовий кут для досягнення високих швидкостей.

Через високі значення зворотної ЕРС виникає потреба в високоефективній ізоляції. В електродвигуні використовується пряме масляне охолодження для його провітрювання і тому олива допомагає збільшувати силу ізоляції.

На рисунку 14 зображено, як змінюється частота і амплітуда зворотної ЕРС електродвигуна від частоти обертання його ротора.

Рисунок 3.20 - Зміна частоти ЕРС електродвигуна Пріус.

3.2.2.2 Випробування генератора

Виміряні значення зворотної ЕРС генератора наведені в таблиці 3.5 і зображені на рисунку 3.12. Температура оливи на протязі цього випробування була рівною 80 ⁰С.

Таблиця 3.5 - Результати вимірювання зворотної ЕРС генератора Прус

Частота обертання осі, об/хв.	Частота обертання ротора генератора, об/хв.	Крутний момент на осі, Н·м	Електрична частота, Гц	Виміряна зворотня ЕРС (VСЕР), В	Виміряна зворотня ЕРС (VМАКС), В
100	1070	8,2	70,0	31,6	52,5
150	1605	9,4	109,4	49,4	80,0
200	2140	9,6	141,3	67,0	110,0
250	2675	9,0	180,6	83,5	135,0
300	3210	9,1	213,3	96,5	160,0
350	3745	9,5	247,9	113,5	190,0
400	4280	10,2	287,0	134,5	210,0
450	4815	10,8	320,6	144,5	240,0
500	5350	11,3	357,9	167,0	260,0
550	5885	11,6	292,2	182,0	290,0
600	6420	12,2	230,5	195,0	320,0

Рисунок 3.21 - Залежність зворотної ЕРС генератора від частоти обертання його ротора

Для того, щоб генератор був зв'язаний з системою механічно - вал електродвигуна був заблокований.

3.2.3 Вимірювання втрат потужності в гібридній системі приводу

Вивчено три типи втрат потужності, які впливають на повну ефективність гібридної системи електроприводу. Ці втрати вимірювались в ватах (Вт) і включають: 1) втрати на тертя в зачепленнях шестерень; 2) втрати в роторі електродвигуна; 3) втрати в планетарній передачі і роторі генератора. Визначення значень цих втрат досягається при окремому випробуванні трьох різних конфігурацій системи гібридного приводу при різних частотах обертання вала електродвигуна і температурах мастильних матеріалів. Встановлені елементи при випробуванні кожної з конфігурацій приведені в таблиці 3.6

Таблиця 3.6 - Конфігурації системи гібридного приводу при вимірюванні втрат потужності

Конфігурація	Конфігурація А	Конфігурація Б	Конфігурація В
ДВЗ	Не встановлено	Не встановлено	Не встановлено
Ротор електродвигуна	Встановлено	Видалено*	Видалено
Ротор генератора	Встановлено	Встановлено	Видалено
Сонячна шестерня	Встановлено	Встановлено	Видалено
Планетарна передача	Встановлено	Встановлено	Видалено
Головна передача, диференціал, ланцюгова передача	Встановлено	Встановлено	Встановлено

* ротор електродвигуна заміняють ротором, який не дає навантаження, а лише забезпечує механічний зв'язок коробки передач і планетарної передачі.

Таблиця 3.7 - Сумарні втрати в системі гібридного приводу Пріус*

Частота обертання осі, об/хв.	Частота обертання валу електро-двигуна, об/хв.	Втрати в передачі, Вт	Втрати в роторі електро-двигуна, Вт	Втрати в планетарній передачі, роторі генератора і сонячній шестерні, Вт	Сумарні втрати в системі гібридного приводу, Вт
120	494	74,9	19,8	7,1	102
243	1000	158,5	31,6	23,7	214
366	1506	261,8	60,2	33,2	355
484	1991	369,8	109,0	40,5	519
608	2501	487,9	135,9	63,6	687
731	3007	617,2	161,7	84,2	863
851	3501	745,2	205,3	118,8	1069
972	3999	915,6	242,1	125,5	1283
1095	4505	1058,2	297,4	145,2	1501
1215	4999	1220,8	323,9	186,5	1731
1335	5492	1425,2	404,9	214,3	2044
1460	6006	1645,3	472,8	264,9	2383

* Випробування проводились при блокованому диференціалі і кімнатній температурі оливи

Повні втрати потужності для всієї гібридної системи приводу виміряні при випробуваннях елементів, що входять в конфігурацію А. Втрати, пов'язані з ротором електродвигуна виміряні при випробуваннях елементів, що входять в конфігурацію В. Це випробування проводилось при видаленні ротора електродвигуна і використанні його моделі(модель ротора складалася із фіктивного вала і підшипників, які використовувались, щоб утримувати в нормальному положенні інші елементи).

Для конфігурації С видалені додаткові елементи, включаючи ротор електродвигуна і генератора, сонячну шестерню і планетарну передачу, залишались лише головна передача, диференціал і ланцюгова передача.

При цьому випробуванні стало можливим визначити втрати в передачі. Це випробування, при виключенні втрат в роторі електродвигуна і шестернях з всієї системи гібридного приводу, дало можливість також визначити втрати пов'язані з планетарною передачею, ротором генератора і сонячною шестернею. Значення втрат потужності наведені в таблиці 3.7 і зображені на рисунку 3.13. Ці дані були зібрані на основі випробувань трьох конфігурацій.



Рисунок 3.22 - Втрати в гібридні системі приводу і її компонентах при температурі оливи 25 ⁰С.

Втрати, які визначені при дослідженнях конфігурації В при різних температурах оливи приведені в таблицях 3.8-3.13 і зображено на рисунку 3.23. Як видно з рисунку 3.23 значення втрат зменшуються при підвищенні температури оливи. Це можна пояснити зміною в'язкості оливи.

Таблиця 3.8 - Втрати потужності при випробуваннях конфігурації В і температурі оливи 28 ⁰С

Частота обертання осі, об/хв.	Частота обертання валу електродвигуна, об/хв.	Крутний момент на осі, Н·м	Втрати, Вт	Температура оливи, 0С
122	502	5,8	72,8	27,0
Частота обертання осі, об/хв.	Частота обертання валу електродвигуна, об/хв.	Крутний момент на осі, Н·м	Втрати, Вт	Температура оливи, 0С
243	1000	6,7	170,4	27,0
365	1502	7,6	291,1	27,0
486	1999	7,9	400,2	28,0
608	2501	8,4	534,6	28,5
729	2999	8,9	681,0	29,0
851	3501	9,4	837,3	29,0
972	3999	9,8	997,0	29,5
1094	4501	10,3	1180,5	30,0
1215	4999	10,7	1360,7	30,5
1337	5500	11,2	1565,0	31,5
1458	6006	12,1	1849,0	32,0

Таблиця 3.9 - Втрати потужності при випробуваннях конфігурації В і температурі оливи 40 ⁰С

Частота обертання осі, об/хв.	Частота обертання валу електродвигуна, об/хв.	Крутний момент на осі, Н·м	Втрати, Вт	Температура оливи, 0С
122	502	5,3	66,6	40,5
243	1000	6,0	152,6	40,5
365	1502	6,7	256,7	40,5
486	1999	7,2	364,7	41,0
608	2501	7,7	490,0	41,0
729	2999	8,2	627,4	41,5
851	3501	8,5	757,1	42,0
972	3999	9,1	925,8	42,5
1094	4501	9,5	1088,8	43,0
1215	4999	10,2	1287,1	44,0
1337	5500	10,6	1481,1	44,5
1458	6006	11,3	1726,8	45,0

Таблиця 3.10 - Втрати потужності при випробуваннях конфігурації В і температурі оливи 50 ⁰С

Частота обертання осі, об/хв.	Частота обертання валу електродвигуна, об/хв.	Крутний момент на осі, Н·м	Втрати, Вт	Температура оливи, 0С
122	502	5,2	65,3	50,0
Частота обертання осі, об/хв.	Частота обертання валу електродвигуна, об/хв.	Крутний момент на осі, Н·м	Втрати, Вт	Температура оливи, 0С
243	1000	6,0	152,6	50,5
365	1502	6,5	249,0	51,0
486	1999	7,0	354,6	51,5
608	2501	7,4	470,9	51,0
729	2999	7,9	604,4	51,5
851	3501	8,3	739,3	52,0
972	3999	8,6	874,9	52,0
1094	4501	9,1	1043,0	52,5
1215	4999	9,7	1233,5	53,0
1337	5500	10,2	1425,2	53,5
1458	6006	10,7	1635,1	54,5

Таблиця 3.11 - Втрати потужності при випробуваннях конфігурації В і температурі оливи 60 ⁰С

Частота обертання осі, об/хв.	Частота обертання валу електродвигуна, об/хв.	Крутний момент на осі, Н·м	Втрати, Вт	Температура оливи, 0С
122	502	5,0	62,8	59,5
243	1000	5,5	139,9	59,5
365	1502	6,2	237,5	60,0
486	1999	6,8	344,5	60,0
608	2501	7,2	458,2	60,0
729	2999	7,9	604,4	60,0
851	3501	8,3	739,3	60,0
972	3999	8,6	874,9	60,0
1094	4501	8,9	1020,0	60,5
1215	4999	9,4	1195,4	61,0
1337	5500	10,0	1397,3	61,5
1458	6006	10,6	1619,8	62,0

Таблиця 3.12 - Втрати потужності при випробуваннях конфігурації В і температурі оливи 70 ⁰С

Частота обертання осі, об/хв.	Частота обертання валу електродвигуна, об/хв.	Крутний момент на осі, Н·м	Втрати, Вт	Температура оливи, 0С
122	502	4,7	59,0	70,0
Частота обертання осі, об/хв.	Частота обертання валу електродвигуна, об/хв.	Крутний момент на осі, Н·м	Втрати, Вт	Температура оливи, 0С
243	1000	5,5	139,5	70,0
365	1502	6,2	237,5	70,0
486	1999	6,8	344,5	70,0
608	2501	7,1	451,8	70,0
729	2999	7,7	589,1	69,5
851	3501	8,2	730,4	69,5
972	3999	8,3	844,4	69,5
1094	4501	8,8	1008,6	70,0
1215	4999	9,1	1157,2	70,5
1337	5500	9,6	1341,4	71,0
1458	6006	10,1	1543,4	71,5

Таблиця 3.13 - Втрати потужності при випробуваннях конфігурації В і температурі оливи 80 ⁰С

Частота обертання осі, об/хв.	Частота обертання валу електродвигуна, об/хв.	Крутний момент на осі, Н·м	Втрати, Вт	Температура оливи, 0С
122	502	4,0	50,2	82,5
243	1000	4,4	111,9	82,0
365	1502	5,5	210,7	80,5
486	1999	6,1	309,0	80,5
608	2501	6,6	420,0	80,5
729	2999	7,2	550,9	81,0
851	3501	7,8	694,8	81,0
972	3999	8,2	834,2	81,0
1094	4501	8,5	974,2	81,0
1215	4999	8,8	1119,1	81,5
1337	5500	9,2	1285,5	82,0
1458	6006	9,7	1482,3	82,0

Рисунок 3.23 - Залежність втрат потужності від температури оливи при випробуваннях конфігурації В

3.3 Випробування системи гібридного приводу за ефективністю основних елементів

Випробування системи гібридного приводу вимагає вирішення деяких питань:

- визначення обладнання для дослідження інвертора і електродвигуна;

- планування і підготовка алгоритму регулятора, щоб максимізувати крутний момент і забезпечувати його зміну;

- вирішення проблеми зворотного зв'язку для управління електродвигуном;

- обладнання дає при дослідженнях результат з частковою похибкою;

- використання моделі електродвигуна для випробування/підтвердження алгоритму регулятора;

- підготовка системи збору даних;

- калібрування всього обладнання і перевірка всіх давачів.

Метою повного дослідження автомобіля з гібридною системою приводу є опис робочих характеристик електродвигуна, інвертора, підвищувального конвертера. Це не обов'язково відобразить принцип дії цих елементів в транспортному засобі з гібридною системою приводу, оскільки їх режим роботи задаються електронним контрольним приладом, а скоріше дасть поняття про властивості такого автомобіля по максимізації крутного моменту чи ефективності при повному діапазоні швидкостей. Таким чином, ці дослідження дають «закриту» інформацію про автомобіль з гібридним приводом, і дані, які повністю визначають потенціал робочих характеристик, без опису процесу їх керування.

3.3.1 Опис лабораторного обладнання

Схема лабораторного обладнання для дослідження робочих характеристик Пріус зображена на рисунку 3.25. На рисунку зображено комп'ютерні системи для керування системою КЕУ, для вимірювання теплових і електричних параметрів в реальному часі, для отримання і зберігання даних. З рисунку видно, що система автоматичних аналізаторів Yokogawa PZ 4000 і збору даних Keithley 2700 збирають всі електричні, теплові і механічні параметри. Система охолодження із зворотнім зв'язком використовується, щоб регулювати температуру і розхід охолоджуючої рідини, яка відправляється інвертору і постійному магніту синхронного двигуна.

Електродвигун для цих випробувань був змінений так, щоб ротор безпосередньо з'єднувався з валом динамометра, що дозволило валу динамометра обертатися разом із ротором електродвигуна. Це виключає проблеми, пов'язані з втратами потужності в зачепленнях шестерень. На рисунку 3.24 показано фотографію лабораторної установки і елементів, які тестуються на кінцевому етапі випробувань. В кінці випробувань двигун Solectria замінили синхронним двигуном фірми UQM, щоб забезпечити додаткове навантаження на великих швидкостях.

Рисунок 3.24 - Фотографія лабораторної установки для дослідження робочих характеристик

Рисунок 3.25 - Схема лабораторної установки для дослідження робочих характеристик автомобіля з гібридною системою приводу

3.3.2 Загальний план випробувань і перевірки результатів

Цей розділ визначає: обладнання для дослідження робочих характеристик електродвигуна і інвертора; дані для вибору обладнання; дослідження даних ефективності інвертора.

Загальний план випробувань

Вимірювальні дані були отримані від великої кількості давачів і автоматичного аналізатора. Вловлювач крутного моменту фірми Himmelstein встановлений між електродвигуном і динамометром. Він забезпечує навантаження вала електродвигуна. Також встановлено зовнішнє обладнання для вимірювання і регулювання температури охолоджуючої рідини. Результати досліджень електродвигуна отримані, використовуючи систему автоматичних аналізаторів Yokogawa PZ 4000. Давачі, розташовані в інверторі, магнітному статорі синхронного електродвигуна(МССД) , кріпленнях динамометра, забезпечують отримання електричних і теплових величин. При зборі експериментальних даних накладалися певні обмеження, пов'язані з діапазоном зміни швидкості обертання ротора електродвигуна і максимальним навантаженням на нього. Ці обмеження зображені на рисунку 3.17. Випробування обмежувалися максимальною частотою електродвигуна (6000 об/хв.), і, з даних виробника, - довготривалою потужністю (30 кВт) і максимальною потужністю(50 кВт) при 1200-5000 об/хв. для часу 20с. Експериментальні дані не обов'язково можуть співпадати з наведеними. Максимальний крутний момент становить 400 Н·м при 1-1200 об/хв., причому це значення обмежується часом.



Рисунок 3.26 - Залежність максимального значення крутного моменту від частоти обертів електродвигуна

Інші важливі дані приведені в таблиці 3.14.

Таблиця 3.14 - Значення температур елементів системи

Параметр	Значення	Обгрунтування
Максимальна температура охолоджуючої оливи, 0С	?160-170	Для підтримання ефективного охолодження
Максимальна температура обмотки статора, 0С	200	Підняття границь - див. нижче
Нормальна температура в системі охолодження, 0С	65	Згідно [13]
Типова температура в системі охолодження, 0С	55	Згідно експериментів*
Мінімальна витрата охолоджуючої рідини згідно виробника, л/хв.	10	Згідно [13]
Фактична витрата охолоджуючої рідини , л/хв.	10,6	Використовується перевірений насос

* Як показують дані випробувань, при помірному міському їздовому циклі температура в системі охолодження не перевищувала 50 ⁰С і 60 ⁰С в більшості необхідних їздових циклів. Тому прийнята температура 55 ⁰С.

В транспортному засобі Пріус встановлений тепловий захист статора при температурі 174 ⁰С, що показує клас Н захисту охолодження електродвигуна. Клас Н дозволяє нагрівання до 180 ⁰С при середньому часі роботи електродвигуна 20000 год. Дані показують, що при нагріванні електродвигуна до температури 200 ⁰С його час роботи скорочується до 5000 год.

В системі гібридного приводу використовуються двигуни не стабільні в роботі. Електродвигун Пріус повинен розвивати крутні моменти в границях 300-400 Н·м тільки на кілька секунд в процесі високого пришвидшення. Тому двигун не призначений ні для чого більше. Проте для дослідження і побудови карт робочих характеристик необхідно працювати в високому діапазоні крутного моменту при тривалому часі. Тому, при випробуваннях, для захисту статора від перегріву, встановлюється швидша циркуляція охолоджуючої рідини, а в деяких випадках і дуже висока. При випробуванні робочих характеристик інвертора і електродвигуна температура рідини становила 55 ⁰С при витраті 7 л/хв. При випробуваннях високого крутного моменту температура рідини знижувалась, а її витрата зростала до 10 л/хв. Вентилятор направлений на кожух електродвигуна для реальної імітації руху транспортного засобу Керування струмом інвертора проводилось на основі алгоритмів регулятора. Випробування проводилось при змінах швидкості і навантаження електродвигуна в кілька етапів. При малих швидкостях обертання ротора, вимірювання проводили через кожні 100-200 об/хв., при високих швидкостях, коли ефективність змінюється більш поступово, вимірювання проводили що 400-500 об/хв. При кожній швидкості крутний момент збільшували в декілька етапів. Дані реєструвалися кожні 10 Н·м для навантаження аж до 120%, причому температурні границі не порушувались. В кожній точці швидкості і крутного моменту вимірювався постійний струм для того щоб знайти мінімальний необхідний рівень, якому відповідає найвища ефективність електродвигуна. Кожна точка вимірювання не утримувалась довше 30 с, якщо температурні границі могли бути порушені. При вимірюванні 10 чи більше точок, використовувались середні значення для виключення ефекту розсіювання. Струм інвертора і форми хвилі напруги були зареєстровані при роботі електродвигуна на частотах 1200 і 2500 об/хв. з максимальним номінальним крутним навантаженням.

Здійснення вибірки результатів

Незалежно від швидкості і електричної частоти, використовувався діапазон, що містить щонайменше п'ять фундаментальних циклів для кожної випробувальної швидкості. Це забезпечує те, що інформація не пропущена і потужність виміряна послідовно. Щоб забезпечити додаткову послідовність, автоматичний аналізатор під'єднувався до однієї із фаз змінного струму. Так як частота замірів змінюється з тривалістю вимірювань і швидкістю випробувань, то визначена тривалість вимірювань не використовувалася в процесі всіх випробувань, але може бути приближена для отримання вимірювань з частотою 2,5 зразка за секунду. Програма отримання і накопичення даних записувала дані із множини давачів кожні 4-5 с. Для кожної швидкості і крутного моменту було отримано щонайменше 5 результатів, кожен з яких записувався в рядки великоформатної таблиці. Тому, після проведення експерименту отримані дані співставлялися і перевірялися; результати, що відповідали вірним, зареєстровувалися. Крім цього, дані для кожної операції були усереднені і карта ефективності, зображена нижче, побудована використовуючи середні значення.

Дослідження високої ефективності інвертора

На протязі випробувань інвертора, при визначених швидкостях і навантаженнях, отримані дані, що засвідчують високу ефективність інвертора в межах 99%, що виявилось неочікуваним. Оскільки використовувались тільки відрегульовані інструменти і давачі, то похибка (якщо така існує) могла бути викликана тільки шумами електромагнітних хвиль, що спостерігаються в сигналах вихідного струму інвертора. Визначено декілька рішень і спеціальних випробувань для перевірки результатів.

Для підвищення ефективності досліджень визначено зробити наступні зміни:

- отримати додаткові результати, використовуючи шунтування внутрішнього струму, щоб порівняти їх з даними результатами;

- розташувати автоматичний аналізатор і трансформатор ближче до електродвигуна і інвертора, використовуючи коротші провідники;

- використовувати трансформатор, влаштований в інвертор;

- шукати причину появи високого магнітного поля;

- дослідити той факт, що при видаленні сигналу напруги 500В, що йде на один із входів аналізатора потужності Yokogawa, шум електромагнітного поля знижується.

Найкращий результат вищевказаного дослідження було отримано при проведені випробувань для перевірки раніше отриманих результатів.

Спеціальні випробування включали наступне:

- використовувалося шунтування - випробування проводилися при низькому струмі і використовуючи внутрішнє шунтування приладу Yokogawa, що є, напевне, найточнішим налаштуванням для вимірювань. Три фази інвертора-двигуна були розділені через автоматичний аналізатор для випробування. Результати відповідали більш раннім випробуванням при використанні трансформатора струму на трьохфазних лініях;

- використання фільтрування - дані отримані з і без використання фільтрів не мали істотних розбіжностей при вимірюванні потужності і ефективності;

- використання псевдо нейтралі - отримані дані, при використанні зовнішньої псевдо нейтралі на трифазній лінії, істотно не відрізнялися від даних, отриманих раніше при вимірюванні потужності і ефективності;

- ізоляція лінії - вхід/вихід інвертора було ввімкнено/розімкнено з аналізатором у всіх комбінаціях, щоб перевірити ізоляцію ліній. Таким чином, електричні дані подавались з входу/виходу інвертора прямо на аналізатор. І знову ніяких суттєвих розбіжностей в результатах вимірювання потужності і ефективності не спостерігалося.

Вищевказані випробування підвищили рівень оцінки і показали, що дійсно при різних навантаженнях інвертор показав високу ефективність роботи. Корисна дія інвертора, як очікується, буде високою і в експлуатаційних режимах, починаючи із вибору ширини імпульсу сигналу керування і до створення максимальної напруги, що подається на електродвигун.

3.3.3 Випробування системи електродвигун-інвертор і карти їх ефективності

Цей розділ забезпечує даними для побудови карт ефективності робочих характеристик основних складових системи комбінованого приводу, включаючи створення карт ефективності. Найкращі результати були отримані при високих навантаженнях, оскільки були частими високі теплові зміни в статорі. Проблем з перегрівом не було, оскільки в інвертор інтегровано автоматичний електронний модуль. Для повного навантаження при частоті нижче 1300 об/хв. використовувався допоміжний синхронний двигун, що додавав навантаження до динамометра. Контурна карта ефективності використання електродвигуна в межах 300-6000 об/хв. зображена на рисунку 3.27. Як видно з рисунку максимальна ефективність сягає 93-94% при 1750-3000 об/хв. для помірних значень крутного моменту(50-150 Н·м). Найнижчі ККД спостерігаються в кількох областях краю контуру, особливо при малих швидкостях і високих значення крутного моменту. Так як одним із першочергових застосувань електродвигуна було пришвидшувати транспортний засіб, то такий ефект при низьких швидкостях має велике значення.



Рисунок 3.27 - Контурна карта ефективності електродвигуна

Контурна карта ефективності інвертора в межах 300-6000 об/хв показана на рисунку 3.28. З карти видно, що область високих ККД інвертора, близько 98-99 %, лежить вище 1800 об/хв. Хоча межі позначають зміну ККД на 1%, проте ККД, позначені як «99», мали ефективність 99% в 23 точках швидкості/крутного моменту, 99,1% - в 13 положеннях швидкості/крутного моменту, 99,2% - в 6 точках швидкості/крутного моменту, вище 99,2% - лише в одній точці. На більш низьких швидкостях електродвигуна, ККД інвертора поступово опускається до 92% і нижче в невеликих областях карти. Зрозуміло, що рівні крутних моментів електродвигуна в загальному мають невеликий вплив на ефективність інвертора.

Об'єднану контурну карту ефективності системи електродвигун-інвертор в межах 400-6000 об/хв. показано на рисунку 3.29. ККД системи електродвигун-інвертор знаходиться в межах 92-93% при 2200-3000 об/хв. (в залежності від навантаження) і помірних значеннях крутного моменту (60-140 Н·м). Найнижчий ККД спостерігається в областях швидкості нижче 1500 об/хв., особливо при високих навантаженнях.

Підсумковий набір механічних, експлуатаційних, електричних і теплових результатів, отриманих при дослідженні робочих характеристик наводяться в таблицях додатку.



Рисунок 3.28 - Контурна карта ефективності інвертора

Рисунок 3.29 - Об'єднана контурна карта ефективності системи електродвигун-інвертор

3.3.4 Випробування підвищувального конвертера і карти його ефективності

Цей розділ містить інформацію про підвищувальний конвертер, основану на дослідженнях системи конвертера, інвертора, електродвигуна. Випробування підвищувального конвертера було проведене при мінімальному, середньому і максимальному значеннях вихідної напруги. Робочі характеристики конвертера не були опротестовані. Вхідна напруга на підвищувальний конвертер встановлена 233 В на протязі випробувань. Ця напруга обґрунтовувалась результатами випробувань їздового циклу, які показали, що змінна напруга на вході конвертера становила близько 230 В. Напруга батареї становить 201,6 В, очевидно, що генератор відповідальний за підняття напруги в процесі руху транспортного засобу. Напруга на виході конвертера була встановлена рівною 233, 342 і 500 В, що утворює три частини випробувань.

Випробування конвертера виконувались при наступних умовах:

- частота обертання ротора електродвигуна 1500 об/хв.;

- крутний момент на валу електродвигуна 0-130 Н·м з приростом кожні 10 Н·м;

- механічна потужність на валу електродвигуна 0-20,4 кВт;

- температура електродвигуна, конвертера і інвертора зберігалась рівною 55 ⁰С;

- діапазон вихідної потужності підвищувального конвертера 0-25 кВт;

- питома витрата охолоджуючої рідини 7л/хв.

Рисунок 3.30 - Залежність ККД підвищувального конвертера від вихідної потужності

Рисунок 3.30 показує ефективність підвищувального конвертера при різних значеннях вихідної потужності для трьох значень вихідної напруги. Рисунок 3.31 показує ефективність підвищувального конвертера при різних значеннях вихідного струму. В результатах видно коливання кривої, що пояснюється пристосуванням системи. Найочевидніший висновок - ефективність знижується при зростанні вихідної напруги підвищувального конвертера. Додатково, для всіх трьох вихідних напруг ККД конвертера є найнижчим при великій вихідній напрузі.



Рисунок 3.31 - Залежність ККД підвищувального конвертера від вихідного струму

Навантаження електродвигуна, ККД і електричні дані , отримані від випробування конвертера зведені в таблицю 3.15. Дані представлені в трьох розділах, щоб показати результати при використанні трьох різних встановлених вихідних напруг конвертера.

Таблиця 3.15 - Результати випробування підвищувального конвертера, включаючи навантаження електродвигуна, ККД і електричні параметри

Крутний момент, Н·м	ККД, %	Потужність, Вт	Вхідні сер. знач.	Вихідні сер. знач.
	Кон-вертер	Ел. двигун-інвер-тор	Разом	Вхідна	Вихідна	Меха-нічна	Напру-га, В	Струм,А	Напру-га, В	Струм,А
10,00	97,7	85,2	83,2	1888	1844	1571	232	8,6	236	9,3
20,00	98,1	86,8	85,1	3690	3621	3142	232	16,2	235	16,9
30,00	98,4	91,7	90,2	5222	5138	4712	232	22,8	235	23,2
40,00	98,7	91,6	90,4	6951	6860	6283	232	30,2	235	30,2
50,00	98,7	90,3	89,1	8813	8695	7854	232	38,6	234	38,2
60,00	98,6	91,5	90,2	10446	10295	9425	232	45,3	234	46,2
70,00	98,6	92,1	90,8	12104	11934	10996	232	52,5	234	54,5
80,00	98,5	90,8	89,5	14046	13838	12566	232	60,9	233	63,7
90,00	98,2	88,6	87,1	16240	15955	14137	232	70,5	233	74,6
100,00	98,1	86,7	85,0	18470	18118	15708	231	80,4	232	87,2
Крутний момент, Н·м	ККД, %	Потужність, Вт	Вхідні сер. знач.	Вихідні сер. знач.
	Кон-вертер	Ел. двигун-інвер-тор	Разом	Вхідна	Вихідна	Меха-нічна	Напру-га, В	Струм,А	Напру-га, В	Струм,А
110,00	97,7	84,3	82,4	20965	20492	17279	231	91,1	232	98,7
120,00	98,8	81,5	79,7	23650	23119	18850	231	102,6	231	110,9
130,00	97,4	80,2	78,2	26118	25449	20420	231	113,3	231	118,9
10,00	98,1	80,8	79,3	1982	1944	1571	231	8,7	358	7,5
20,00	97,5	88,6	86,4	3636	3544	3142	231	16,4	345	13,9
30,00	98,0	88,7	87,0	5418	5311	4712	231	24,0	345	20,2
40,00	97,9	90,2	88,3	7119	6966	6283	231	31,5	344	25,7
50,00	98,1	91,4	89,7	8753	8589	7854	231	38,6	344	30,2
60,00	98,2	91,8	90,2	10454	10267	9425	231	46,1	343	34,8
70,00	98,0	92,0	90,2	12186	11946	10996	231	53,3	343	39,4
80,00	97,8	92,4	90,4	13903	13602	12566	231	60,8	342	44,1
90,00	97,8	90,2	88,2	16022	15676	14137	231	70,2	341	57,0
100,00	97,8	90,7	88,7	17710	17314	15708	231	77,6	341	60,6
110,00	97,7	91,2	89,0	19407	18956	17279	230	85,2	340	64,2
120,00	97,5	91,6	89,2	21120	20583	18850	230	92,5	339	67,8
130,00	97,3	92,2	89,8	22751	22146	20420	230	99,5	339	71,1
10,00	95,5	82,3	78,5	2000	1910	1571	231	9,6	495	6,3
20,00	97,5	86,6	84,5	3719	3627	3142	231	16,7	468	11,8
30,00	97,4	89,1	86,8	5429	5286	4712	231	24,6	463	16,7
40,00	97,4	89,6	87,3	7199	7012	6283	231	32,5	462	21,4
50,00	97,7	90,4	88,4	8889	8685	7854	231	40,0	461	25,7
60,00	97,5	90,2	87,9	10721	10449	9425	231	48,1	460	30,3
70,00	97,8	90,3	88,4	12440	12172	10996	231	55,4	460	35,0
80,00	97,5	90,0	87,8	14314	13958	12566	230	63,3	458	39,8
90,00	97,6	91,5	89,2	15845	15458	14137	230	69,6	458	44,1
100,00	96,9	91,7	88,9	17670	17129	15708	230	77,6	457	47,6
110,00	96,8	91,6	88,7	19482	18866	17279	230	85,5	456	51,3
120,00	97,0	91,3	88,5	21302	20656	18850	230	93,5	455	56,6
130,00	96,7	91,5	88,5	23083	22322	20420	230	101,3	454	60,2

4. Дослідження теплових характеристик комбінованої енергетичної установки

4.1 Місця розташування термопар

На рисунку 4.1 показано місця розташування термопар для випробування комбінованої енергетичної установки. Термопари в пазах електродвигуна позначені W1, W2, і W3. Зовнішні місця розташування термопари позначені Т1, Т2, Т3, Т6, Т9, Т10, Т11. Числа в позначеннях місця розташування термопар приблизно збігаються із положеннями годин на годиннику, якщо дивитись від кінця електродвигуна. Також встановлені термопари для визначення температури оливи і водно-етиленових гліколей.

Рисунок 4.1 - Місця розташування термопари в електродвигуні

4.2 Опис лабораторної установки

Лабораторна установка розроблена для використання частоти 60 Гц при живленні електродвигуна не використовуючи інвертор. Це дасть гарну синусоїдальну форму хвилі для живлення електродвигуна, не беручи до уваги вплив інвертора при його роботі. Результат перегріву, отриманий від синусоїдальної форми хвилі був би найкращим для дослідження. Оскільки частота джерела живлення рівна 60 Гц, то частота досліджуваного 8-ми полюсного електродвигуна рівна 900 об/хв..

Оцінка електродвигуна Пріус при обертанні його ротора з частотою 1200 об/хв. може бути підрахована при апроксимації результатів отриманих під час дослідження ротора, що обертався з частотою 900 об/хв., що не викличе великої помилки. На рисунку 4.2 зображена схема лабораторної установки. Електродвигун, що досліджується, зображений у вершині схеми. Його вал з'єднаний з динамометром через вказувач крутного моменту. Інший кінець динамометричного вала з'єднаний з ротором двигуна з регульованою частотою обертання, що може утримувати частоту обертання ротора електродвигуна Пріус на позначці 900 об/хв. при частоті джерела живлення 60 Гц.

Рисунок 4.2 - Схема лабораторної установки, для дослідження теплових характеристик КЕУ

Із схеми видно, що струм трифазної мережі проходить через трансформатор, який понижує напругу із 480В до 120В. Трифазний перемикач синхронізації й три лампочки використовуються, щоб під'єднати електродвигун до мережі. Перемикач синхронізації включений, коли всі три лампочки темні. Система охолодження з'єднана з регулятором температури і регулятором швидкості циркуляції водно-етилен гліколевої рідини в системі охолодження.

На рисунку 4.3 показано з'єднання валів у лабораторній установці: електродвигуна, що підтримує необхідну частоту обертів електродвигуна Пріус, динамометра, вимірювача крутного моменту і електродвигуна Пріус.

Рисунок 4.3 - З'єднання валів у лабораторній установці

Вид збоку з'днання валів у лабораторній установці зображено на рис 4.4.

На рисунку 4.5 показано регулювання температури й регулювання витрати водно-етилен гліколевої рідини, що використовується для випробувань підвищення температури. Термопари розміщені на вході і виході рідини теплообмінника, що приєднаний до електродвигуна.



Рисунок 4.4 - Вид збоку з'єднання валів у лабораторній установці

Рисунок 4.5 - Регулювання температури й витрати водно-етиленових гліколей

4.3 Опис джерела для живлення навантажувального електродвигуна

Щоб вивчати перегрів електродвигуна і зв'язані із ним теплові проблеми керування теплом, використовується електроживлення частотою 60 Гц, що забезпечує синусоїдальну форму хвилі, при відокремленні впливу інвертора на електродвигун. На рисунку 4.6 зображено трифазний регульований трансформатор, що перетворює напругу з 480В на 120В, ряд ламп синхронізації, і перемикач синхронізації, що з'єднує електродвигун Пріус з електромережею 60 Гц.

Рисунок 4.6 - Система електроживлення частотою 60 Гц для випробування електродвигуна на перегрівання

Рисунок 4.7 - Облаштування приміщення керування

На рисунку 4.7 показано набір установок в приміщенні керування. Вікно безпеки відокремлює приміщення перевірки й приміщення керування. Контрольно-вимірювальний пристрій даних з'єднаний із пристроєм одержання й нагромадження даних для того, щоб читати струм, напругу, температуру, електрорушійну силу, витрату, крутний момент і час. Ватметр забезпечує вимірювання електричних даних, регулятор крутного моменту встановлює навантаження для підтримання необхідної частоти, контрольно-вимірювальний пристрій навантажувального кута вказує електричний кут між напругою на затискачах і зворотною ЕРС, і регулювання напруги здійснюється трансформатором, що розташований в приміщенні керування.

4.4 Теплові дослідження КЕУ

Механічні втрати при випробуванні

Електродвигун системи гібридного приводу обертав допоміжний двигун з частотою 900 об/хв. в режимі марного ходу. При цьому були визначені механічні втрати при чотирьох температурах охолоджуючої рідини: 35, 50, 75 і 105єC. Таблиця 4.1 підсумовує дані механічних втрат.

Таблиця 4.1 - Результати механічних втрат

Тем-ра охол. рідини на вході	Частота обертання ротора, об/хв.	Частота обертання ротора, рад/с.	Крутний момент, Н•м	Механічні втрати, Вт
35	900	94,25	1,7	160,2
50	900	94,25	1,7	160,2
75	900	94,25	1,7	160,2
105	900	94,25	1,6	150,8

Електродвигун Пріус був перевірений при частоті обертання ротора 900 об/хв., температурі охолоджуючої рідини 35 ⁰С і напрузі на вході від 80 В до 210 В. Дані випробування при марному режимі роботи зведені в таблицю 4.2. Рисунки 4.8 і 4.9 показують залежність струму і потужності, відповідно, від напруги в режимі марного ходу.

Механічні й електричні втрати без використання навантаження використовуються, щоб встановити місця розташування втрат, для кращого аналізу температурних змін.

Перевірки були виконані, щоб визначити оптимальну напругу, яку необхідно підводити при даному крутному моменті до електродвигуна, якого пускають без навантаження. Крутний момент збільшували з кроком 10 Н•м, а напругу - 5 В. Оптимальна напруга була визначена при найвищому ККД.

Випробування було виконано при кожній із чотирьох температур охолоджуючої рідини. Температура обмоток не перевищувала 170єC , а оливи в системі мащення 158єC, протягом випробувань. Таблиці 4.3, 4.4, і 4.5 підсумовують роботу електродвигуна при 35, 50 і 75єC.

Таблиця 4.2 - Дані, отримані під час випробувань без навантаження

Напруга живлення, В	Крутний момент, Н•м	Частота обертання ротора, об/хв.	Частота обертання ротора, рад/с.	Механічна потужність, Вт	Електрична потужність, Вт	Струм, А	Температура обмотки, 0С	Температура оливи, 0С
80	0	900	94,2	0	210	1,9	33,7	33,1
85	0	900	94,2	0	220	3,8	33,7	33,2
90	0	900	94,2	0	230	7,7	33,7	33,2
95	0	900	94,2	0	240	11	33,8	33,3
100	0	900	94,2	0	270	14,6	34	33,4
105	0	900	94,2	0	280	18,3	34,4	33,5
110	0	900	94,2	0	320	21,7	34,9	33,7
115	0	900	94,2	0	360	24,9	35,4	33,9
120	0	900	94,2	0	400	27,5	36,1	34,1
125	0	900	94,2	0	440	30,1	37	34,5
130	0	900	94,2	0	480	31,4	37,9	34,9
135	0	900	94,2	0	500	34,3	39,1	35,2
140	0	900	94,2	0	530	37	40,5	35,7
145	0	900	94,2	0	580	39	41,7	36,1
150	0	900	94,2	0	640	41,6	43,2	36,7
155	0	900	94,2	0	700	44,8	44,7	37,2
160	0	900	94,2	0	780	48,7	46,3	37,8
165	0	900	94,2	0	870	52,5	48,3	38,5
170	0	900	94,2	0	930	54,5	50,5	39,5
175	0	900	94,2	0	1,170	63,3	54,5	40,7
180	0	900	94,2	0	1,310	67,3	59,1	42,3
185	0	900	94,2	0	1,670	77,5	65,1	44,6
190	0	900	94,2	0	1,900	82,4	79,5	50
195	0	900	94,2	0	2,250	89,8	85,7	53,1
200	0	900	94,2	0	2,960	103,8	100,7	59,4
205	0	900	94,2	0	4,040	119,6	119,5	65,8

Рисунок 4.8 - Залежність струму від напруги при 900 об/хв. в марному режимі

Рисунок 4.9 - Залежність потужності від напруги при 900 об/хв. в марному режимі

Таблиця 4.3 - Залежність крутного моменту від напруги при температурі охолоджувальної рідини 35 ⁰С

Напруга живлен-ня, В	Крутний момент, Н•м	Частота обертан-ня ротора, об/хв.	Частота обертан-ня ротора, рад/с.	Механічна потуж-ність, Вт	Електрик-на потуж-ність, Вт	ККД	Струм, А	Коеф. потуж-ності	Тем-ра обмотки, 0С	Тем-ра оливи, 0С
85	0	900	94,25	0	130		3,5		29,6	27,8
Напруга живлен-ня, В	Крутний момент, Н•м	Частота обертан-ня ротора, об/хв.	Частота обертан-ня ротора, рад/с.	Механічна потуж-ність, Вт	Електрик-на потуж-ність, Вт	ККД	Струм, А	Коеф. потуж-ності	Тем-ра обмотки, 0С	Тем-ра оливи, 0С
85	10	900	94,25	942	1,030	0,92	7,3	0,96	35,3	34,1
90	20	900	94,25	1,885	2,030	0,93	13,3	0,98	37	35,1
100	30	900	94,25	2,827	3,000	0,94	18,8	0,92	39,5	36,9
105	40	900	94,25	3,770	4,020	0,94	23,9	0,93	41,7	38
115	50	900	94,25	4,712	5,030	0,94	28,5	0,89	45,9	41,6
120	60	900	94,25	5,655	6,070	0,93	33	0,89	48,7	43,1
130	70	900	94,25	6,597	7,070	0,93	37,3	0,84	56,2	49,7
130	80	900	94,25	7,540	8,090	0,93	41,6	0,86	61,2	52,5
135	90	900	94,25	8,482	9,130	0,93	45,7	0,86	68,0	58
140	100	900	94,25	9,425	10,190	0,92	50,1	0,84	73,9	60,8
150	110	900	94,25	10,367	11,260	0,92	54,5	0,80	83,2	68,2
150	120	900	94,25	11,310	12,310	0,92	58,7	0,81	92,7	75,1
150	130	900	94,25	12,252	13,440	0,91	63,2	0,82	101,8	80,4
155	140	900	94,25	13,195	14,560	0,91	67,6	0,80	109,7	84,4
160	150	900	94,25	14,137	15,710	0,90	72,3	0,79	120,8	91,2
165	160	900	94,25	15,080	16,910	0,89	77,1	0,77	136,8	101,2
165	170	900	94,25	16,022	18,180	0,88	82,4	0,77	159,2	115,5

Таблиця 4.4 - Залежність крутного моменту від напруги при температурі охолоджувальної рідини 50 ⁰С

Напруга живлення, В	Крутний момент, Н•м	Частота обертання ротора, об/хв.	Частота обертання ротора, рад/с.	Механічна потуж-ність, Вт	Електрик-на потуж-ність, Вт	ККД	Струм, А	Коеф. потуж-ності	Тем-ра обмотки, 0С	Тем-ра оливи, 0С
80	0	900	94,25	0	140		1,5		51	50,5
85	10	900	94,25	942	1,090	0,86	7,8	0,95	51,8	51,2
90	20	900	94,25	1,885	2,060	0,92	13,9	0,95	54,2	53
100	30	900	94,25	2,827	3,070	0,92	19,4	0,91	57,2	55,3
105	40	900	94,25	3,770	4,070	0,93	24,3	0,92	60,7	57,7
115	50	900	94,25	4,712	5,070	0,93	29,0	0,88	64,8	60,3
120	60	900	94,25	5,655	6,090	0,93	33,4	0,88	68,6	62,5
130	70	900	94,25	6,597	7,110	0,93	37,5	0,84	71,1	63
130	80	900	94,25	7,540	8,140	0,93	42,3	0,86	79,4	69,8
135	90	900	94,25	8,482	9,190	0,92	46,4	0,85	85,5	73,7
140	100	900	94,25	9,425	10,220	0,92	50,6	0,83	90,2	75,4
140	100	900	94,25	9,425	10,220	0,92	50,6	0,83	90,2	75,4
150	110	900	94,25	10,367	11,310	0,92	55,1	0,79	104	86,3
150	120	900	94,25	11,310	12,400	0,91	59,3	0,81	111,7	90,4
150	130	900	94,25	12,252	13,500	0,91	63,8	0,82	119,9	94,5
Напруга живлення, В	Крутний момент, Н•м	Частота обертання ротора, об/хв.	Частота обертання ротора, рад/с.	Механічна потуж-ність, Вт	Електрик-на потуж-ність, Вт	ККД	Струм, А	Коеф. потуж-ності	Тем-ра обмотки, 0С	Тем-ра оливи, 0С
155	140	900	94,25	13,195	14,720	0,90	68,1	0,81	135	103,6
160	150	900	94,25	14,137	15,800	0,89	72,9	0,78	144,1	107,7
165	160	900	94,25	15,080	17,040	0,88	78,0	0,77	160,7	120,3

Таблиця 4.5 - Залежність крутного моменту від напруги при температурі охолоджувальної рідини 75 ⁰С

Напруга живлення, В	Крутний момент, Н•м	Частота обертання ротора, об/хв.	Частота обертання ротора, рад/с.	Механічна потуж-ність, Вт	Електрик-на потуж-ність, Вт	ККД	Струм, А	Коеф. потуж-ності	Тем-ра обмотки, 0С	Тем-ра оливи, 0С
85	0	900	94,25	0	130		1,2		59,8	57,3
85	10	900	94,25	942	1,060	0,89	7,9	0,91	66	63,2
90	20	900	94,25	1,885	2,050	0,92	14	0,94	68,5	65,3
100	30	900	94,25	2,827	3,040	0,93	19,4	0,91	71,8	67,7
105	40	900	94,25	3,770	4,040	0,93	24,5	0,91	76	70,8
115	50	900	94,25	4,712	5,050	0,93	29	0,88	79,9	73,3
120	60	900	94,25	5,655	6,060	0,93	33,6	0,87	84,7	76,4
130	70	900	94,25	6,597	7,090	0,93	37,9	0,83	89,6	79,3
130	80	900	94,25	7,540	8,130	0,93	42,5	0,85	96,3	84,1
135	90	900	94,25	8,482	9,180	0,92	46,5	0,85	103,60	89
140	100	900	94,25	9,425	10,230	0,92	50,8	0,83	110,6	93,4
150	110	900	94,25	10,367	11,330	0,92	55,5	0,79	118,8	97,8
150	120	900	94,25	11,310	12,430	0,91	60	0,80	131,9	106,6
150	130	900	94,25	12,252	13,560	0,90	64,5	0,81	140,7	111,6
155	140	900	94,25	13,195	14,770	0,89	69,1	0,80	145,9	114,1

Випробування були виконані, щоб вирішити, що можливість безперервної роботи електродвигуна, при чотирьох температурах охолоджуючої рідини на вході, забезпечується, оскільки теплові параметри машини є нижчі ніж температура обмотки статора і оливи в системі змащення. Таблиці 4.6 і 4.7 підсумовують параметри електродвигуна. Точка входу охолоджуючої рідини розміщена із сторони генератора і точка виходу - із сторони електродвигуна. Із генератора до тягового електродвигуна охолоджуюча рідина протікає через шланги. Результати вимірювань механічних втрат, втрат від опору обмотки і основних втрат для чотирьох температур охолоджуючої рідини зведені в таблиці 4.8.

Таблиця 4.6 - Можливі потужності при 900 об/хв і роботі зі стійкими параметрами

Напруга жив-лення, В	Крут- ний момент, Н•м	Час- тота обертан-ня ротора, об/хв.	Час- тота обертан-ня ротора, рад/с.	Меха- нічна потуж-ність Вт	Ефект-рик-на потуж-ність, Вт	ККД	Струм, А	Коеф. потуж-ності	Тем-ра обмотки, 0С	Тем-ра оливи, 0С	Тем-ра ох. рі-ни, 0С	Тривалість випробування, хв
160	167,3	900	94,2	15,768	17970	0,88	81,6	0,80	166	114,3	34,6	99,1
165	159,6	900	94,2	15,042	17090	0,88	78	0,77	167,2	118,5	49,5	48,2
160	145,7	900	94,2	13,732	15510	0,89	72	0,78	168,5	118,5	73,9	66,8
150	117,8	900	94,2	11,102	12380	0,90	60,5	0,79	166,3	130,3	103,4	80,3

Таблиця 4.7 - Оцінки безперервного потоку потужності

Тем-ра ох. рі-ни, 0С	Крутний момент, Н•м	Значення потужності при 900 об/хв.	Значення потужності при 1200 об/хв.
35	167,3	16	21
50	159,6	15	20
74	145,7	14	18
103	117,8	11	15

Таблиця 4.8 - Можливі потужності при 900 обертах у хвилину, включаючи теплові дані

Тем-ра ох. рі-ни, 0С	Напруга жив- лення, В	Крут- ний момент, ъ Н•м	Тем-ра охол. Рідини на вході, 0С	Тем-ра охол. рідини всередині, 0С	Тем-ра охол. рідини на виході, 0С	Потік, галон/хв.			Тривалість випробування, хв
							Поч., 0С	Кін, 0С	Поч. , 0С	Кін, 0С
35	160	167,3	34,6	36,0	37,6	2,4	90,1	166	67,8	114,3	88,6
50	165	159,6	49,5	50,3	51,8	2,4	163,1	167,2	114,2	118,5	48,2
75	160	145,7	73,9	74,1	75,1	2,4	159,1	168,4	118,3	125,3	66,8
105	150	117,8	103,5	102,6	102,9	2,4	149	166,3	117,3	130,3	80,3

Результати оцінки безперервної роботи електродвигуна при частоті обертання ротора 900 об/хв. і чотирьох різних температурах охолоджувальної рідини можуть бути обчисленні для частоти 1200 об/хв. при використанні даних крутного моменту і швидкості, наведених в таблиці 4.6. Результати розрахунку наведені нижче в таблиці 4.7. Відповідні розрахунки потужності при 1200 об/хв. розроблені при апроксимації даних досліджень 900 об/хв. і використанні множника відношення швидкостей (тобто 1200/900=1,333).

Таблиця 4.9 показує можливі потужності при частоті ротора 900 об/хв., включаючи теплові дані при різних температурах охолоджуючої рідини. Таблиця 4.9 також дає дані втрат потужності при різних температурах охолоджуючої рідини.

Таблиця 4.9 - Результати сумарних втрат

Тем-ра ох. рі-ни, 0С	Напруга жив-лення, В	Крут-ний момент, Н•м	Мех. потуж-ність, Вт	Електр. потуж-ність, Вт	Сумарні втрати, Вт	Мех. втрати, Вт	Втрати в обм. (І2R), Вт	Осн. втрати, Вт	ККД	Струм наван-таження, А	Коеф. Потуж-ності

Подобные документы

• Тяговий розрахунок автомобіля КАМАЗ

  Визначення повної автомобіля, потужності двигуна та побудова його зовнішньої характеристики, передаточних чисел трансмісії автомобіля. Вибір шин. Тяговий та потужнісний баланс. Час та шлях розгону автомобіля, його паливно-економічна характеристика.
  
  курсовая работа [112,7 K], добавлен 16.04.2013
  

• Тяговий розрахунок автомобіля та визначення показників експлуатаційних властивостей

  Визначення основних масових параметрів автомобіля. Схема загального компонування автомобіля КАМАЗ 43255. Визначення потужності, вибір та обґрунтування типу двигуна, побудова швидкісної зовнішньої характеристики. Визначення типу трансмісії автомобіля.
  
  контрольная работа [356,9 K], добавлен 14.01.2011
  

• Перевезення партіонних вантажів

  Вибір ефективних автотранспортних засобів. Технічна характеристика автомобіля ГАЗ-330273–0111. Формування маршрутів перевезень партіонних вантажів. Розрахунок показників роботи автомобілів. Визначення розподілу розмірів об’єднаних партій вантажів.
  
  курсовая работа [141,9 K], добавлен 08.09.2012
  

• Тяговий розрахунок і розрахунок паливно-економічної характеристики автотранспортного засобу

  Проектувальний тяговий розрахунок автомобіля, вибір його прототипу та компоновки. Побудова зовнішньої швидкісної характеристики, графіків силового балансу, динамічної характеристики, прискорень, часу та шляху розгону, паливно-економічної характеристики.
  
  курсовая работа [143,5 K], добавлен 06.03.2010
  

• Зчеплення автомобіля ВАЗ 2104

  Повна технічна характеристика автомобіля ВАЗ 2104. Техніко-економічне обґрунтування, будова та принцип дії зчеплення автомобіля ВАЗ 2104. Технічне обслуговування автомобіля, характеристика основних неполадок та їх ремонт. Вибір технології і матеріалів.
  
  курсовая работа [1,9 M], добавлен 23.04.2011
  

• Проектування дільниці по відновленню кулачків розподільчого валу автомобіля ЗІЛ–130

  Загальна характеристика та значення процесу газообміну робота двигуна внутрішнього згоряння. Опис технології часткового відновлення кулачків розподільного валу автомобіля ЗІЛ-130. Перелік основних вимог нормативно-технічної документації з охорони праці.
  
  курсовая работа [1005,5 K], добавлен 14.12.2010
  

• Проектування енергетичної установки судна

  Поняття енергетичної установки, її розташування на судні. Проектування комплектуючого устаткування: двигуна, передач, муфти, валопроводів, електростанції, котельних та опріснювальних установок. Режими роботи судна і установки; розрахунок потоків енергії.
  
  дипломная работа [109,7 K], добавлен 13.08.2014
  

• Технологія і організація вантажних перевезень фанери з м. Рівне в Італію рухомим складом ТзОВ "Камаз-Транс-Сервіс"

  Організація перевезення вантажу в міжнародному сполученні, розробка схеми маршруту. Техніко-експлуатаційні показники роботи автомобіля. Заходи по економії паливно-мастильних матеріалів, безпеці дорожнього руху, охороні праці і навколишнього середовища.
  
  дипломная работа [2,2 M], добавлен 26.09.2009
  

• Регулювання та технічний огляд приладів електрообладнання на автомобілі ЗАЗ-1102

  Будова та принципи роботи основних електроприладів на автомобілі ЗАЗ-1102: акумуляторна батарея; генератор; стартер; система запалення. Технічне обслуговування основних приладів електрообладнання. Охорона праці при проведенні технічного обслуговування.
  
  курсовая работа [3,6 M], добавлен 12.06.2011
  

• Технічне обслуговування кузова легкового автомобіля ВАЗ-2105

  Загальна характеристика та особливості конструкції кузова автомобіля ВАЗ 2105. Опис можливих несправностей кузова легкового автомобіля, їх причини та методи усунення. Заміна заднього крила, даху та панелі задка. Лакофарбові покриття даного кузова.
  
  реферат [6,9 M], добавлен 13.09.2010
  

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