Энергетическая система гибридного автомобиля

 – полный расход  энергии на различных дорогах,  кВт ч на т. Км 

полной массы  автомобиля.

 

 где: - мощность теплового двигателя

- мощность электродвигателя

(Вт)  = 54 (кВт)

(кВт)[16]

6 Расчет тягового двигателя.

Основные геометрические размеры сердечников статора и ротора можно получить из уравнения мощности на валу асинхронного двигателя.

                           ,                                                   (1)

Где -КПД двигателя, -коэффициент, учитывающий отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению,

    - мощность, потребляемая двигателем из сети, где

m- число фаз

E-ЭДС фазы

-ток фазы

ЭДС фазы определяется согласно выражению

,

где - максимальный магнитный поток

 - число последовательно соединенных витков фазы

- коэффициент формы ЭДС

     - частота сети

  - синхронная частота вращения ротора

 

Выражение (1) преобразуется  к виду

,             (2)

где - коэффициент заполнения пакета сталью

Для анализа  уравнения (2) примем все параметры, находящиеся в правой части, постоянными, за исключением геометрических размеров  
   и . Тем самым уравнение (2) примет вид

                      (3)

Уравнение (3) с  учетом уравнений для среднего диаметра и активной длины магнитопровода преобразуется к виду

 

 

Вопрос по определению  оптимального соотношения между  наружным –Dн и внутренним – Dв диаметрами аксиальных машины (АМ) решался в ряде научных работ .   От  правильного выбора  соотношения диаметров зависят технико-экономические показатели  аксиальной машины.

Известно, что  особенностью аксиальной конструкции  ЭМ является неравномерность  распределения  магнитного потока в воздушном зазоре,  линейной нагрузки,  коэффициентов воздушного зазора, перекрытия полюсов и т.д.  Все, вышеприведенные научные работы, по  определению соотношения Dн/Dв, проводились с множеством допущений, позволяющих  сводить  решаемую задачу к  более простой. Отметим, что ни в одной работе посвященной этому вопросу, не учитывалась магнитная нелинейность ферромагнитного материала, из которого выполнен магнитопровод. Такое допущение приводит к значительной ошибке при расчете магнитного поля машины находящейся в зоне магнитного насыщения и может быть применено только для машин с ненасыщенным магнитопроводом. 

Нахождение  оптимального соотношения, на наш взгляд, наиболее рационально производить путем расчета магнитостатического поля АМ, учитывая нелинейность намагничивания материалов. В этом случае токи обмоток аксиальных электромагнитов задаются постоянными, а их значения соответствуют мгновенным значениям трехфазной системы токов для некоторого момента времени. При таком задании токов магнитодвижущие силы не вычитаются, как в реальных машинах, а складываются, создавая необходимую результирующую МДС и  магнитный поток намагничивания. Исключение из модели процесса индуцирования ЭДС и образования, таким образом, токов, позволяет многократно сократить время и количество расчетов. Для примера: расчет 3D модели в магнитостатической постановке для 4 ядерного процессора с оперативной памятью 8 ГБт занимает 15 минут, а расчет подобной модели на переменном напряжении и токе занимает нескольких сотен часов.

При неизменном объеме магнитной части Vмаг для нескольких соотношений Dн/Dв (таблица 1), были определены основные размеры магнитопроводов. Для каждого соотношения производился расчет электромагнитных моментов с последующим нахождением максимальной величины, по которой можно судить об оптимальном варианте соотношения. Для обеспечения условия возникновения момента осуществлялось смещение магнитных полей путем поворота одного из дисков с системой катушек относительно другого на интервале (0-180) градусов с шагом ∆α = 0.1 градусов.

Математическим  описанием непрерывных в пространстве и во времени процессов распределения магнитного поля в неоднородной среде являются уравнения Максвелла:

           (1)

           (2)

            (3)

Граничные  условия:

;  .

Расчет поля выполнялся с помощью векторного потенциала, который определяется как

;  .

В этом случае уравнение (2) удовлетворяется тождественно, а  уравнение  с учетом  (3) имеет вид:

 

Расчет магнитного поля был проведен методом конечных элементов, который реализован программным комплексом Maxwell-3D, относящимся к категории САЕ (Computer Aided Engineering) программного обеспечения, применяемого при проектировании электрических машин и устройств.

Отметим, что  сложность геометрии аксиальной конструкции не позволяет анализировать модель в 2D виде, как это возможно для большинства радиальных  машин. Однако в случае многосекционных АМ, одним из возможных вариантов упрощения модели является выделение из полной конструкции только одной секции, состоящей из одинаковых двух ферромагнитных дисков и системы обмоток. Так как магнитные потоки двухстороннего сердечника симметричны относительно средней плоскости, а нормальная составляющая индукции на ней  Bn = 0, то возможно произвести рассечение сердечника вдоль плоскости с последующим  удалением из общей модели симметричных областей, как это показано на рисунке 1.  Для упрощения построения лобовых частей обмоток и уменьшения влияния потоков рассеяния на результаты расчетов была выбрана обмотка тороидального исполнения [3].

В качестве первоначальной модели был построен магнитопровод с базовыми  размерами (Dн=700мм, Dв=100мм), на основе которой в приведенной последовательности были определены:

• объем магнитопровода - Vмаг;
• величина  МДС обмоток, обеспечивающая соответствующие средние  значения индукции  в воздушном зазоре (Вδcp = 0.8 Тл  и Bδcp=1.5 Тл); Расчет средних значений проводился по всей площади полюса с помощью полевого калькулятора встроенного в Maxwell-3D

где: Bn – нормальная составляющая  индукции по площади интегрирования;

Sδ –площадь воздушного зазора.

 

Используя возможности программы Excel, при заранее определенном объеме стали магнитопровода, были рассчитаны  наружные и внутренние диаметры магнитопроводов для нескольких  соотношений Dн/Dв. Одновременно был произведен расчет средней длины воздушного зазора  (Lδcp), объема ярма (Vя) и площади его сечения (Sя). Произведя параметрический расчет в Maxwell-3D уточнены   МДС обмоток обеспечивающие требуемые Вδcp. Результаты расчетов  основных геометрических размеров и электромагнитных моментов взаимодействия M эм сведены в таблицу 1, и представлены в виде зависимостей на рисунках 2-6.

 

Таблица 1

Параметры магнитопровода	Соотношения
	Dн/Dв = 2	Dн/Dв =2,5	Dн/Dв =3	Dн/Dв =5	Dн/Dв =8	Dн/Dв =10
Dн, мм	687,746	676,15	<span class="dash041e_0431_044b_0447_043d_044b_0439__Char" style=" fo