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混合动力汽车驱动系统主要元件的设计

摘要

本文涉及用于混合动力电动汽车的电驱动系统的设计。 该驱动系统由感应电动机和电压源逆变器实现。 具体地，该应用是用于由太阳能电池充电的蓄电池供电的串联混合动力车辆。 在论文的第一部分，介绍了蓄电池和光电系统的设计。 在论文的第二部分，介绍了感应电动机设计的一些方面。 然后公开了有关电压源逆变器设计的一些方面。

关键词

混合动力汽车; 驱动系统;设计; 蓄电池; 光电系统; 感应电动机; 电压源逆变器

简介

目前，人类面临的主要问题是工业活动所产生的污染，以及由机动车辆产生的污染，为全人类提供食物，以及寻找新的能源生产解决方案，因为传统来源（不可再生）和原油价格低迷。

根据[1-3]，石油是一种有限的能源，目前全球石油资源的开采利用率预计仍将使用这一资源约46年[4-5]。减少油耗的可能解决方案可能是使用替代驱动系统作为使用电动蓄电池的混合动力电动车[6-7]。

不断增加的交通量使传统的汽油和柴油燃料汽车产生高水平的二氧化碳排放，这将导致全世界主要城市的污染大量增加，从而对其造成严重后果。社区[8-11]。

人们已经认识到，混合动力电动汽车是减少空气污染的唯一可行解决方案，特别是在大城市地区。在混合动力电动车辆中，电力推进系统旨在提供优于配备内燃机的传统车辆的优点。借助电动驱动装置，可以优化内燃机的使用寿命，这通常意味着低燃料消耗和低排放。

在这种情况下，感应电动机除了具有坚固性，低成本和完善的制造技术的传统优点之外，还提供了比更传统的DC电动机更重量和效率的优点。这些电机具有相当的扭矩和效率，以及坚固耐用的设计。它们在电机开启时没有拖曳损失，并且在高速或低扭矩条件下它们不会失去效率。这使它们非常适合混合动力电动汽车。

这项工作介绍了由感应电机驱动的串联混合动力电动汽车的推进系统的设计。对于混合动力电动车辆的操作，使用由太阳能电池充电的蓄电池。

所使用的混合动力汽车的框图如图1所示[12]。所选混合动力汽车的参数为：

额定功率：Pn = 60 kW;

范围：L = 75公里;

感应电动机极对：p1 = 1;

车速：v = 75 km / h。

电存储电池的尺寸

对于混合动力电动汽车的运行，使用的是由太阳能电池充电的蓄电池[13]。

混合动力电动汽车的运行时间为50 km / h，距离为160 km：

t L 1 h v

(1)

运行混合动力电动汽车所需的能量为8千瓦，运行时间为1小时是：

En P t 216 MJ

(2)

为了获得这种能量，它可以用作蓄电池。 为此，我们选择容量C为150 Ah的累加器：

C 150 Ah 150 1 150 3600 54 104 As

存储在累加器中的能量是：

(3)

蓄电池的数量是：

ENAE

U I t 648 104 J

(4)

NAE

En ENAE

30

(5)

Figure 1. Structure and power flow diagram for a series hybrid electric vehicle.

电池的能量是：

EAE

En NAE

7.2 MJ . (6)

蓄电池处理如图2所示[14]。.

光电系统尺寸

蓄电池的充电由太阳能电池系统制成。 这些电池全天都不会提供相同的能量[15]。 用于对蓄电池充电的太阳能电池的表面为S = 20m 2。 对于固定和移动太阳能电池板系统，功率可以计算如下：

P U I no.hours 

对于固定系统，效率eta;= 0.4，移动系统eta;= 1。

(7)

根据电池的工作特性（图3）的操作点坐标计算如下：

P 20 1103 0.4 8000 W

1

P  100 V



1 U1

I1 P1 / U1 80 A

P1 (100, 80)

(8)

Figure 2. Electric storage batteries disposal.

Figure 3. The operation characteristic of the batteries.

P2

20 0.8 103 0.4 6400 W

P  90 V



2 U2

I2 P2 / U2 71.11 A

P 20 0.7 103 0.4 5600 W

3

P2 (90, 71.11)

(9)

P  80 V



3 U3

I3 P3 / U3 70 A

移动系统给出的能量是：

P2 (80, 70)

(10)

E E1 E2 E3 80 100 6 3600 71.1190 2 3600 70 80 13600 239 MJ

固定系统的能量是：

(11)

E 239 0.45 107.55 MJ (12)

根据这些计算，观察到移动系统提供更多能量，因为该系统跟随太阳并在给定小时范围内提供最大能量。

关于感应电动机设计的方面

感应电动机的设计考虑了以下额定数据：

额定功率：Pn = 60 kW;

额定电压Un=230/400V;

速度：nN = 2985 romin;

极对数：p1 = 1。

此外，本文还介绍了感应电动机设计算法产生的最具代表性的参数和结果。

额定电流由下式给出：3UN IN cosPN

其中cosphi;= 0.85且eta;= 0.91。 在这种情况IN=112A.(13)

接下来，确定感应电动机参数。 它们是：电阻R1和R2，电感L1

和L2，耦合电感M和空载电流I0 [16]。

考虑到功率损耗，计算电动机内阻的确定如下：

结果是：R1 = R2 =0.08Omega;。 空闲电流由下式给出：

电感确定为：

0.1PN 3(R1 R2 ) IN

I0 0.3IN 33.6 A

(14)

(15)

其中omega;1= 314 rad / s。 在这种情况下，L = 0.021H。耦合

L  UN

I0 1

(16)

在例子中 M = 0.0189 H.

M 0.9 L

(17)

感应电动机的稳态方程是：

U1 R Id 1 (L Iq M Iqr )

U2 R Iq 1 (L Id M Idr )

0 R Idr (1 ) (L Iqr M Iq )

(18)

(19)

(20)

0 R Iqr (1 ) (L Idr M Id )

该算法的控制考虑了以下形式的电磁转矩函数：

Melmg p1 M (Idr Iq Id Iqr )

(21)

(22)

通过考虑拉格朗日乘数的方法来分析函数的最大值。 一个施加最大定子电流：

I 2 I 2 I 2 16, 307.2 A2

d q N

对于定子磁通Psi;s，给出一个最接近磁饱和的值（Psi;s= 1.3 Wb）[17]：

(23)

2 (L I

• M I

)2 (L I

M I )2

(24)

s d dr q qr

对于感应电动机起动，电压Ud和Uq写为：

Ud R1 Id 1 (L Iq M Iqr )

Uq R1 Iq 

资料编号：[4397]