книги / Преобразование и стабилизация параметров электроэнергии
..pdf
шествующих потребителей постоянного тока и свидетельствуют о пер
спективности П такого класса, которые обеспечивают улучшенную ЭРЛС
как с сетью, так и с нагрузкой*
1 . |
Москаленко Г Д . , |
Комаров И .С ., Козлов А .В ., Бойко П .С. Принци |
|||
|
пы построения источников вторичного электропитания с улучшен |
||||
|
ной электромагнитной совместимостью // Проблемы электромагнит |
||||
|
ной совместимости силовых полупроводниковых преобразователей.- |
||||
2 . |
Таллинн, 1986. |
- |
С* 6 2 -6 3 . |
|
|
1П1ЩЛОВСШ1Й Л .К ., |
Драбович Ю.И., Комаров Н .С ., Москаленко Г Д ., |
||||
|
Козлов А .В; Анализ гармонического состава потребляемого тока |
||||
|
преобразователя переменного напряжения в постоянное с улучшен |
||||
|
ной электромагнитной совместимостью // Техн. электродинамика. - |
||||
3 . |
1 9 8 7 . |
- 1Ь 3 . - |
С. |
32-40.Q |
Н 01 В 17/ 26. Преобразователь пере |
А .с. |
1279031 |
СССР, ! № |
|||
|
менного напряжения в постоянное / А.К.Шццловский, Ю.И.Драбович, |
||||
|
H.С.Комаров л |
др, |
- Опубл. |
1 5 .0 6 .8 6 . Бгол. JÊ 4 7 . |
|
УДК 621.382
В.Б.П авлов, В.М.Сквданов
ЭКЕРГЕТИЧЕС1ШИ АСПЕКТ СЕ1ЩИ0ПИР0ВАНИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ
В СИСТЕМЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
С Ш11УЛБСНШ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ
Рассмотрены тяговый (разрядный) и рекуперативный (зарядный) режи мы работы секционированной аккумуляторной батареи в системе тяго вого привода с импульсным преобразователем. Получены аналитиче ские выражения для 1ОД батареи в обоих оежимах для импульсного н постоянного токов источника. Приведены результаты численного ана лиза, симулированы выводы о наиболее целесообразном числе сек ций батареи в различных режимах.
Аккумуляторная батарея (ЛБ) как автономный источник электропита
ния является одним из важнейших элементов бортовых систем, а ее
энергетические характеристики оказывают существенное влияние на
общий КПД данных систем. С этой точки зрения рациональная органи
зация режимов разряда *и заряда (рекуперации) АБ с целью обеспече
ния высоких значений КПД батареи является актуальной задачей и-
требует всестороннего рассмотрения. В настоящее время проведены
исследования КЦЦ от частоты и скважности импульсов разрядного и
зарядного токов ЛБ, работающей в тяговых приводах с импульсными
полупроводниковыми преобразователями / 1, 2/ . Регулирование напря
жения и частоты вращения двигателя осуществляётся изменением дли
тельности и периодичности импульсов напряжения, прикладываемых к
нему (амплитуда этих импульсов соответствует полному напряжению
АБ), что 'обеспечивает изменение среднего значения напряжения на нагрузке.
/S S # 5-I2-O DIO IO -5. Лреобпаз. и стабилизация параметров электроэнергии. - Киев, 1990.
где f = ta !T - скважность импульсов напряжения на преобразователе (выход контура f^ C )\ Pc s fi$ $ /rt; * *ss ~ эквивалентное сопротивле ние конденсатора в последовательной схеме замещения.
Секционирование батареи целесообразно рассматривать с учетом
неизменного количества ее элементов т . Во избежание возникнове
ния уравнительных токов в секционированной АБ в кавдой из |
I сек |
|
ций должно быть одинаковое число элементов t . |
|
|
При этом |
|
|
|
* - * • / |
(7) |
а ЭДС |
и внутреннее сопротивление г'и секционированной |
АБ опре |
делятся |
зависимостями |
|
|
, |
(8 |
|
r û = i r 0/ t |
(9 |
Допуская линейную аппроксимацию токов АБ (рис. I ) , что доста точно корректно для малых индуктивностей цепей и высоких частот коммутации, разред АБ можно описать системой
/ . * / - âi/г t i i t f t a , |
о * |
; |
i = 0 ,
интегрируя которую в пределах от 0 до Т, получим выражения для среднего и действующего значений тока за период коммутации
II
£-
КЦЦ источника определяется по формуле
(« :
(« !
|
2 f |
^зфги / |
^е/>Ра |
• |
|
(Й |
Подставляя в (12) выражения (1 0 ), (И ) |
с учетом формул |
(4 ), |
||||
(5 ) , ( 8 ) , |
( 9 ) . получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(131 |
При работе АБ с фильтром, |
т .е . |
при разряде квазипоотоянным |
||||
током баланс мощностей соответствует управнению |
|
|
||||
|
I га * % * ÂPÇ ~ Ец I ~ Q > |
|
|
|||
где Р0 |
Ir a ) ~ внутренняя мощность АБ; àPc ^ |
I 2f(}-^ )X s } |
||||
потери в |
конденсаторе фильтра |
. |
|
|
|
|
Выражение для тока АБ из |
этого |
уравнения получим |
в виде |
|
||
Т в |
41г /* ' |
|
|
|
|
(14! |
|
|
|
|
|
||
|
С учетом того, что для разрода квазипостояшшм |
током формула |
|||
Щ |
АБ записывается как |
ÿ£ . C =• Ï |
- 1 гг ! =1 -^ р*- , а |
такие с учетом |
|
формул ( 5 ) , ( 8 ) , ( 9 ) , ( 1 4 ) , |
получим |
“ * £“ |
и |
|
|
|
l t - c = 0,5 + 0 ,5 |
|
|
A |
(15) |
где' |
i e = * s i b u |
|
|
|
|
|
Рассмотрим работу секционированного |
источника в режиме реку |
|||
перативного торможения привода. В этом случае преобразователь за корачивает на время ta тяговый двигатель, который работает в ре
жиме генератора. При размыкании |
полупроводникового ключа накоп |
|||
ленная в |
шщуктивиости якорной цепи энергия в течеш ь |
времени T-tu |
||
(см. рис. |
1 ) поступает в |
батарею. Та1шм образом, АБ в |
этом режиме |
|
работает |
как элемент нагрузки, что позволяет для К1Щ |
записать сле |
||
дующую формулу: |
|
|
|
|
|
г £ |
- 7 - |
^ри / р и |
« в ) |
Линейно аппроксимированные зарядные импульсы (см . рис. i ) |
||||
описываются системой уравнений |
|
|
||
|
/ = / * J T / 2 |
- J l t / ( r - t a ) , |
|
|
|
= в , |
|
|
|
Интегрируя эту систему, для среднего и действующего значений тока получим
T -tu |
|
|
1ср = 1 \ ш |
• ! ( / 7 ) , |
(17) |
|
|
|
|
|
|
|
(1£" |
Мощность потерь |
*Ри |
и |
потребления |
Ри определяются по фор |
|||
мулам |
|
|
|
|
|
|
|
" |
*ЭфГ1<( |
“ |
~ Г ) ^ Г0 S'* * |
|
|
||
Рц - |
|
Üср |
~ |
~ / ) ( |
~ ^ гя |
) , |
(20) |
где Гд~ сопротивление якорной цепи двигателя; |
£т -ЭДС двигателя. |
||||||
Перейдем к относительным единицам, приняв в качестве базовой |
|||||||
мощность короткого |
замыкания двигателя Рк |
. При этом |
|
||||
|
|
4 |
|
|
|
(3 D |
|
где Ip - Üm / г я ( I t |
- |
ток |
короткого замыкания двигателя, |
Um - на- |
|||
.пряжение на як ор е). |
|
|
|
|
|
|
|
Кроме того, при анализе |
работы АБ в рекуперативном |
режиме [2 .J |
|||||
использовались коэффициенты |
|
|
|
|
|||
*х |
= ТЧ |
/ ! * |
> |
|
* ГЖ / O f |
|
|
С учетом |
формул ( 2 ) ,( 5 ) и |
||
(7 ) получим |
|
|
|
* г ' |
*0 ! г о Т* ’ |
(22) |
|
1„ =*” Гв)г я - |
*ггв / г я . (23) |
||
Рассмотрим мощность потерь н
потребления АБ в относитбльних единицах:
х *и кд( т -г)/1 г |
, |
(24): |
4-'- 4/4' * * ( * - г ) * |
|
|
' f a t * /?* - П |
( t - r ) f |
(25); |
Выразим отношение 4тг/4гчеРез резльно определяемые единицы, ис
пользуя выражение для среднего тока в цепи АБ /2/, |
и с учетом ш- |
||||||||||
раметров секционированной батареи ( 8 ) , |
(9 ) |
получим |
|
||||||||
/ ' - i ep |
/ 1 Ч |
|
- / > |
; ( ' г |
) / г я |
- £ „ / г я ] |
/ т,.} |
- |
|
||
= l £ 0 ( T |
Гд! гц £ в |
~ |
/ |
rg ^ it= |
|
|
|
|
* |
||
Отсщда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ь |
ъ / ь - ь е - г |
) / * |
- |
1 * |
|
|
(26) |
||
Подставляя (2 6 ) |
в |
(2 5 ) |
и далее в |
(1 6 ) |
с |
учетом |
(2 4 ) |
получил форму |
|||
лу для кгтп секционированной АБ в |
режиме импульсной рекуперации |
||||||||||
? / = Г - 1%*4 / - Н 1 |
- r ) [ t « U - r ) |
- |
£1*1 ] |
(27Î |
|||||||
Далее переходим к определению КГЩ АБ при рекуперации с посто'! янным током батареи,, т . е . при работе АБ с емкостным фильтром. По-' тори в фильтре в относительных единицах определяются по формуле
|
*/>/ - 1гГ (т -г)* »1 Н г* ш(***г )*/(’ ~Ж л |
<28! |
|
где |
^ |
• |
|
|
Потери в АБ в |
относительных единицах |
|
s t f *T 2 r J / r * r , = (T*kT ) * t u / г г |
<29f |
Мощность, потребляемая контуром Еи - С , определим по формуле
Р£~С |
= РСр % * |
1 ~ f |
) ( ~ РГЯ ) ' |
|
а в относительных единицах с |
учетом |
(26) получим |
|
|
рАе = ре - с ! р* |
т !**1 (*- Г ) fad -г)/* - и *1 |
(30) |
||
Тогда КВД секционированной батареи при зареде кваэипостоянным то ком определится по формуле
ft - c т г - г % + * ‘г О - / ) Ъ ] / и ’ т ) [* * 1 * - г ) - * * * ' ] • |
(31) |
Отметим, что полученные для КГЩ секционированной батареи формулы (1 3 ), (1 5 ), (2 7 ) и (3 1 ) при / - I тоадествениы формулам соответ ствующих режимов для последовательно соединенных элементов АБ
f l . V .
