В третьей главе представлена математическая модель КЭУ, разработано программное обеспечение и алгоритм математического моделирования. Произведен расчет параметров комбинированной энергетической установки транспортного средства.

Исходными данными для расчета КЭУ являются:

- параметры аккумулирующих систем, накопителей энергии (НЭ) (напряжение, емкость, внутреннее сопротивление, масса элемента и всего блока, количество элементов);

- параметры генератора (Г) и электродвигателя (ЭД) (тип возбуждения, сопротивление якорной цепи и обмотки возбуждения, номинальный ток и напряжение, конструктивные данные);

- параметры ДВС (характеристики удельного расхода топлива и др.);

- параметры базового автомобиля (полная масса, передаточные числа коробки передач и главной передачи, КПД трансмиссии, момент инерции, радиус качения колес);

- параметры испытательного цикла.

Конечной целью расчета являлось получение следующих результатов:

- расход топлива и количество вредных выбросов;

- пробег транспортного средства;

- расход энергии аккумулирующих устройств за цикл;

- восстановление энергии аккумулирующих устройств за цикл.

Выбор параметров генератора заключается в том, чтобы подобрать его такой мощности, которая покрывала бы энергию, затрачиваемую при движении за цикл. Верхний предел напряжения НЭ принят UВ =130 В.

Энергия аккумулирующих устройств составит:

где WЦ - энергия цикла, WГ - энергия генератора за время разгона.

где РГ - мощность генератора, t - время разгона.

Требуемая емкость от накопителя энергии (НЭ), во время движения в цикле, определяется из формулы:

– соответственно начальное и конечное напряжение НЭ.

Накопитель энергии, установленный на борту изучаемого транспортного средства, собран из 100 последовательно соединенных элементов типа ЭК 401, изготовленных фирмой ЗАО «ЭСМА».

При разработке такие задачи, как снижение токсичности и расхода топлива являются приоритетными. Поэтому выбор ДВС является одним из важнейших этапов в проектировании комбинированных энергетических установок.

Исходя из того, что испытательный цикл состоит из отдельных этапов, расчет построен из блоков, соответствующих каждому этапу. В состав комбинированной энергетической установки входит двигатель постоянного тока, генератор, система управления и др.

Генератор, электродвигатель и накопитель энергии включены в электрическую схему, представленную на рис. 6.

Рис. 6. Электрическая схема КЭУ.

Из рис. 6 видно, что ток двигателя до преобразователя, который в расчетах обозначен как Iз, зависит от суммы токов Г и НЭ. На участке разгона регулирование начинается с нарастания напряжения на выводах двигателя до тех пор, пока это напряжение не сравняется с напряжением в точках АВ, то есть пока скважность импульсов не достигнет трех. На этом промежутке также в первую секунду времени осуществляется заряд НЭ, так как тяговый двигатель потребляет мощность меньшую, чем отдает генератор.

. Это объясняется тем, что при больших токах вращающий момент ЭД может вызвать повреждения механических узлов (например, трансмиссии).

меньше единицы ток вычисляется по формуле:

ЭДС двигателя рассчитывается по формуле:

где Се - конструктивная постоянная;

Ф - магнитный поток, Вб;

n - частота вращения, мин-1.

С ростом частоты вращения двигателя ЭДС увеличивается, что приводит к росту напряжения на выводах ЭД, которое определяется по формуле:

где RД - сопротивление обмотки якоря, добавочных полюсов и стабилизирующей обмотки, Ом;

- падение напряжения в щеточно-коллекторном узле, принимается равным 2 В.

На основании вышеизложенного можно составить алгоритм расчета комбинированной энергетической установки в составе транспортного средства:

- задаемся условием, что НЭ в начале цикла полностью заряжен;

- рассчитываем предварительные значения токов, напряжений на генераторе, накопителе энергии и в точках АВ (см. рис.6);

- корректируются полученные значения токов и напряжений для ? <1;

- находится величина изменения частоты вращения вала двигателя и скорости автомобиля с КЭУ;

- определяется новое значение ЭДС двигателя и новое значение ?;

- далее определяется, как должен уменьшиться магнитный поток, чтобы сохранить равенство UД =UАВ при увеличении частоты вращения двигателя, когда скважность становится равной единице, напряжение UД приравнивается к напряжению в точках АВ;