Исследование характеристик электромобиля на лабораторном стенде

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование характеристик электромобиля на лабораторном стенде

Пузаков А.В.

Основной причиной начала производства электромобилей стал рыночный спрос на подобные автомобили, вызванный высокими ценами на нефть и постоянным ужесточением требований к экологичности автомобилей.

В ряде стран владельцам электромобилей предоставляются льготы -- в частности, освобождение от уплаты дорожного налога, право пользования выделенной полосой на шоссе и бесплатными автостоянками.

Гибридные автомобили стали компромиссным решением таких недостатков электромобилей, как значительная масса аккумуляторов и необходимость их длительной зарядки, недостаточно развитая инфраструктура зарядных станций и недостаточная дальность пробега.

Электромобили обладают следующими преимуществами:

1. Электрический привод (электродвигатель-генератор) работает гораздо тише ДВС. При высокой скорости у таких автомобилей преобладающим является шум от качения шин.

2. При движении электромобиль не выбрасывает в атмосферу никаких вредных веществ или газов. Если высоковольтная батарея перезаряжается от восстанавливаемых источников энергии, то электромобиль может эксплуатироваться без выбросов CO₂.

3. Электродвигатель-генератор очень надёжен и не требует затратного обслуживания. Он подвержен только незначительному механическому износу.

4. Электродвигатель-генератор имеет высокий, до 96%, КПД по сравнению с ДВС, КПД которого составляет 35-40%.

5. У электродвигатель-генератора более оптимальные характеристики крутящего момента и мощности. Уже с момента запуска он развивает максимальный крутящий момент. Благодаря этому электромобиль по сравнению с автомобилем с ДВС при одинаковой мощности может разгоняться значительно быстрее.

6. Устройство трансмиссии проще, потому такие узлы и детали автомобиля, как коробка передач, сцепление, глушитель, сажевый фильтр, топливный бак, стартер, генератор, свечи зажигания, отсутствуют.

7. При торможении электродвигатель может выполнять функции генератора, генерировать электроэнергию и заряжать АКБ (рекуперация энергии).

8. Высоковольтную батарею можно с удобством заряжать непосредственно дома, на остановке во время поездки и от всех находящихся в пределах доступности розеток.

9. Энергия подаётся только тогда, когда она требуется потребителю. В отличие от обычных автомобилей электродвигатель-генератор никогда не работает при остановке перед светофором. Особенно эффективен электродвигатель-генератор при движении в плотном транспортном потоке, а также при движении с частыми остановками.

10. За исключением редуктора на электродвигатель-генераторе электромобиль не требует масла для смазки.

Недостатки электромобилей хорошо известны:

1. У электромобилей ограниченный запас хода. Электрическая энергия должна быть накоплена современной высоковольтной автомобильной батареей в достаточной степени. Это количество накопленной энергии является решающим фактором для запаса хода электромобиля.

2. Если высоковольтную батарею требуется зарядить из полностью разряженного состояния до полностью заряженного состояния, а в наличии имеются только минимальные зарядные возможности, то продолжительность процесса зарядки может достигать 7,5 часа.

3. Возможности зарядки электромобилей в процессе поездки пока находятся в стадии развития. Сеть зарядных станций развита слабо.

4. Если цель поездки находится за пределами максимального запаса хода электромобиля, водитель должен планировать маршрут поездки с учётом наличия зарядных станций.

Классификация электромобилей приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Классификация электромобилей

В случае полноприводного автомобиля возможно движение как от одного электродвигателя (как правило передней оси), так и совместная работа электродвигателей передней и задней оси. Благодаря сложению моментов двух двигателей автомобиль обретает высокие динамические качества.

В настоящее время отсутствуют лабораторные стенды, позволяющие изучать режимы работы и характеристики электромобилей, несмотря на то что они приобретают все большую популярность.

Таким образом, на кафедре ТЭРА Оренбургского государственного университета было принято решение спроектировать стенд [1, 2, 3], который будет являться физической моделью полноприводного электромобиля.

Основой конструкции стенда являются машинный и зарядный агрегаты, смонтированные на раме (см. рисунок 2). Поскольку стенд является моделью полноприводного электромобиля, то машинный агрегат содержит два электродвигателя, жёстко связанных между собой с помощью муфты. Электродвигатели имитируют привод передней и задней оси, а нагрузочный двигатель, связанный с ними посредством ремённой передачи, осуществляет нагрузку этих двигателей.

Достоинство данной схемы в том, что при подключении второй оси суммарные обороты не увеличиваются, увеличиваются мощность и крутящий момент, обеспечивая полноценную имитацию условий движения.

Помимо электродвигателей, на столешнице смонтирован привод тахогенератора, приводимого во вращение от шкива одного из электродвигателей посредством ременной передачи. Лабораторный автотрансформатор осуществляет изменение частоты вращения нагрузочного асинхронного электродвигателя.

Два электромагнитных пускателя служат для реверсирования нагрузочного электродвигателя.

Панель управления представляет собой шкаф, смонтированный на учебной парте перед силовыми агрегатами. В левой части размещены вольтметр и амперметр, фиксирующий силу тока и напряжения нагрузочного электродвигателя. Непосредственно под ними размещены кнопки: стоп, вперед и назад, при помощи которых осуществляется управление нагрузочным электродвигателем.

В этом же блоке расположены три светодиода: синий - загорающий при подаче напряжения 220В, красный - который горит при неподвижном роторе нагрузочного электродвигателя и зеленый - который горит при работе нагрузочного электродвигателя.

В центральной части размещен приборы, осуществляющие измерение частоты вращения приводных электродвигателей, напряжение АКБ и амперметр, показывающий силу тока генератора, заряжающего АКБ. При работе генератора загорается зеленый светодиод, а при останове - красный светодиод.

На панели управления закреплены амперметры, фиксирующие ток приводных электродвигателей, кнопки «пуск» «стоп» первого электродвигателя, переключатель режимов работы второго электродвигателя и реостат, регулирующий его ток нагрузки.

Тут же размещены тумблеры, отвечающие за рекуперацию первого и второго приводных электродвигателей, и светодиоды, индицирующие их работу.

Рисунок 2 - Общий вид стенда для изучения режимов работы гибридных силовых установок

На рисунке 2 цифрами обозначены: 1 - учебная парта; 2 - привод тахогенератора; 3 - панель управления; 4 - нагрузочный реостат; 5 - демпферы; 6 - кронштейн; 7 - столешница; 8 - шкив первый; 9 - шкив второй; 10 - шкив третий; 11 - шкив четвертый; 12 - амперметр асинхронного электродвигателя; 13 - амперметры двигателей постоянного тока; 14 - амперметр зарядного генератора; 15 - вольтметр асинхронного электродвигателя; 16 - вольтметр зарядного генератора; 17 - зарядный генератор; 18 - клеммная колодка; 19 - кнопки (Пуск, Стоп, Вперед, Назад); 20 - лабораторный автотрансформатор; 21 - привод зарядного генератора (асинхронный электродвигатель); 22 - сблокированные магнитные пускатели; 23 - регулятор напряжения зарядного генератора; 24 - ремень силового агрегата; 25 - ремень зарядного агрегата; 26 - светодиоды; 27 - тахометр; 28 - двухпозиционный переключатель; 29 - трехпозиционный переключатель; 30 - асинхронный электродвигатель; 31 - двигатели постоянного тока.

Рассмотрим порядок проведения испытаний полноприводного электромобиля.

1.Подключаем штепсельную вилку к бытовой сети напряжением 220 В и 50 Гц, при этом на панели управлении загорается синий светодиод, сигнализирующий о подаче напряжения.

2. К выводным клеммам подключаем две аккумуляторной батареи напряжением 12 В, соблюдая полярность. При этом на панели управлении загораются красные светодиоды, сигнализирующие о подключении аккумуляторной батареей. Вольтметр в центре панели управлении показывает напряжение аккумуляторных батарей.

3. С помощью кнопки пуск первого приводного электродвигателя подают питание на мотор, который начинается вращаться. При этом гаснет красный светодиод и загорается зеленый. Параметры электродвигателя контролируются по амперметру и тахометру, закрепленным на панели управления. электромобиль гибридный полноприводный стенд

4. Для увеличения нагрузки на приводной электродвигатель подключают асинхронный электродвигатель с помощью кнопки, находящей на панели управления. При этом гаснет красный и загорается зеленый светодиод. Параметры нагружаемого электродвигателя констатируются по амперметру и вольтметру в левой части панели управления.

5. По мере увеличения нагрузки на первый приводной электродвигатель подключается второй приводной электродвигатель, приводя электромобиль в режим полного привода. Изменение характеристик электродвигателя при работе фиксируется приборами и записывается в таблицу по форме в таблицы 1.

Таблица 1 - Измеренные параметры электродвигателей

6. По результатам таблицы 1 производится вычисление полезной мощности и крутящего момента электродвигателей. Результаты заносятся в таблицу по форме таблицы 2.

Таблица 2 - Вычисляемые параметры электродвигателей

7. По данным таблиц 1и 2 строятся характеристики электродвигателей в моно- и полноприводном режиме работы (см. рисунок 3).

Рисунок 3 - Характеристики электродвигателей при работе в моно- и полноприводном режиме

8. Для отключения стенда нажимают кнопку «Стоп» приводного электродвигателя. При этом гаснет зеленый светодиод и загорается красный светодиод. Затем выключают штепсельную вилку и снимают выводные клеммы с аккумуляторных батарей, обесточивая стенд.

Анализируя вид характеристик, приведенных на рисунке 3, можно сделать вывод о том, что совместная работа электродвигателей приводит к увеличению частоты вращения электромобиля и способствует росту крутящего момента (линии n_У и М_У на рисунке 3).

Список литературы

1. Осаулко, Я.Ю. Разработка стенда для изучения режимов работы гибридных силовых установок / Я.Ю. Осаулко, А.В. Пузаков // Проблемы функционирования систем транспорта: материалы Междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, 14-15 дек. 2015 г., Тюмень. - Тюмень: ТюмГНГУ. - 2015. - В 2-х томах. Т. 2. - С. 91-94.

2. Плахотя, Д.С. Разработка стенда для изучения режимов работы гибридных силовых установок / Д.С. Плахотя, Д.А. Рыбчук, А.А. Мотовилов // Управление качеством в транспортной и социальной сферах: сборник научных трудов студентов: под. ред. В.И. Рассохи. - Оренбург: ОГУ, 2017. - С. 23-26.

3. Пузаков, А.В. Совершенствование лабораторной базы при изучении электрического и электронного оборудования автомобилей / А.В. Пузаков, А.М. Федотов // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: материалы Всероссийской научно- методической конференции. - Оренбург: ОГУ, 2016. - С. 443-446.

4. Пузаков, А.В. Исследование рекуперации электрической энергии на лабораторном стенде / А.В. Пузаков, Д.С. Плахотя // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: материалы Всероссийской научно-методической конференции. - Оренбург: ОГУ, 2018. - С. 1482-1486

Размещено на Allbest.ru