CC BY
93
УДК 629.341 DOI: 10.30977/АТ.2219-8342.2018.43.0.36
РОЗРАХУНОК ОСНОВНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЯГОВОГО АСИНХРОННОГО ДВИГУНА ДЛЯ ЕЛЕКТРИЧНО1 ТРАНСМ1СП М1СЬКОГО ЕЛЕКТРОБУСА
Аргун Щ. В.1,
1Харк1вський нацюнальний автомоб1льно-дорожн1й ун1верситет
Анотаця. Проведено анал1з електродвигумв з позицИ гх застосування в тяговому електропри-водг автотранспортних засоб1в з визначенням найбыьш перспективного для виробництва еле-ктричног трансм^сИ в Украгм. Проведено комплексну експертну оценку тягових електродвигу-мв для електричног трансм^сИ. Виконано розрахунок основних характеристик тягового асинхронного двигуна для електроприводу електробуса м1ського призначення. Ключов1 слова: електрична трансм^ая, електродвигун, тяговий електропривод, асинхронний двигун, електробус, електромобыь, автотранспортм засоби.
Вступ
Останшм часом все бшьше набирають популярносп автотранспортш засоби, що побудоваш на основi електрично! трансмюи. Найвагомшими тут е еколопчний та еконо-мiчний чинники. Для великих мiст щ два чинники виступають у тюному поеднаннi й формують вимоги для сучасного автотранспорту [1].
Ще одним чинником е енергетична ефек-тивнiсть. Тобто як ефективно автотранспорт-ний засiб використовуе наявнi енергоресур-си. Сучаснi двигуни внутрiшнього згоряння (ДВЗ) не забезпечують високо! енергетично! ефективностi. Це особливо помiтно в мюьких умовах експлуатаци, що накладають обме-ження на швидкiсний режим i вимагають частого чергування фаз розгону i гальмування. К^м того, пiд час зупинок ДВЗ не вимика-ються (якщо вщсутня система «Старт-стоп»), що призводить втрати енерги [2, 3]. Водно-час тд час руху з крейсерською швидкiстю автомобiль чи мiський автобус використовуе лише 25 % потужносп ДВЗ [4]. Отже наявна проблема неефективного використання двигуна.
Анал1з публжацш
Ключовим елементом електрично! трансмюи е електричний двигун. Його вибiр - це важливий крок при проектуванш електрич-ного автотранспортного засобу. До тягового електродвигуна висуваеться багато вимог. Основними з них е: високий ККД в широкому дiапазонi регулювання швидкосп та в широкому дiапазонi змши навантаження; легкiсть i плавнiсть регулювання швидкосп й моменту; високi масогабаритш показники; можливiсть роботи в режимi рекуперативно-
го гальмування; висока перевантажувальна здатнiсть; високий момент у всьому дiапазонi частот обертання; надшнють; простота; зру-чнiсть обслуговування i низька вартiсть [5].
В сучасному тяговому приводi в рiзних галузях застосовуються колекторнi двигуни постiйного струму, асинхронш двигуни (АД), синхроннi двигуни (СД), вентильш двигуни (ВД) з постшними магнiтами, реактивно-вентильнi електродвигуни iз самозбуджен-ням i з незалежним збудженням [6].
Далi буде розглянуто переваги та недоль ки зазначених електродвигушв як основних складових електрично! трансмюи автотранспортних засобiв. Але слщ зазначити, що у багатьох роботах в якосп тягового електрод-вигуна рекомендуеться саме АД [4, 7-11]. За наявносп сучасно! системи управлiння АД не поступаються за регулюючими властивос-тями двигунам постшного струму i деяким шшим типам електродвигунiв. Однак вони мають гiршi масогабаритнi показники, шж СД з постiйними магнiтами, реактивш ВД.
Мета 1 постановка завдання
Метою роботи е проведення анатзу електродвигушв у розрiзi !х застосування в тяговому електроприводi автотранспортних засо-бiв з визначенням найбшьш перспективного для використання в якосп електрично! тран-смiсi! в Укра!ш; розрахунок основних характеристик тягового асинхронного двигуна для електрично! трансмiсi! електробуса мiського призначення.
Вiдповiдно до поставлено! мети слщ провести вибiр та розрахунок електродвигуна для електрично! трансмюи мюького електробуса, рис. 1. Основш техшчш та енергетичш параметри даного електробуса були розрахо-
ваш в авторських публшащях [12-15]. Це електробус мюького призначення, клас мют-кост - малий (16 - 25 мют для сидшня).
Рис. 1. Конструкщя електробуса мюького призначення: 1 - пантограф для тд'ед-нання до тролейбусно! контактно! мережц 2 - зарядний блок вщ потужних зарядних пристро!в; 3 - струмопроводи; 4 - блок управлшня; 5 - блок ультраконденсаторiв; 6 - швертор; 7 - тяговий електричний двигун; 8 - блок акумуляторних батарей; 9 - корпус автобуса
Перед тим, як провести вибiр та розраху-нок основних техшчних параметрiв тягового електродвигуна для електрично! трансмюп електробуса мюького призначення, слщ за-значити основш критери даного вибору [16]:
- вид електричного струму, що живить обладнання;
- потужнють електродвигуна;
- режим роботи;
- ктматичш умови й iншi зовнiшнi чинни-
ки.
Перелiченi критери вимагають привести загальну класифшащю електродвигунiв iз зазначенням !х основних переваг та недоль кiв.
Класифжащя електродвигунiв
Електричний двигун - це електрична машина, за допомогою яко! електрична енергiя перетворюеться в мехашчну, для приведення в рух рiзних механiзмiв. Електродвигун е ос-новним елементом електроприводу [17].
У деяких режимах роботи електропривода електродвигун здшснюе зворотне перетво-рення енерги, тобто працюе в режимi елект-ричного генератора.
За видом мехашчного руху електродвигу-ни бувають обертовi, лiнiйнi та шшь Пiд електродвигуном найчастiше маеться на ува-зi електрична машина, що створюе оберталь-ний рух.
Залежно вщ використовуваного електричного струму двигуни подшяться на двi групи:
- постшного струму;
- змiнного струму.
Електродвигуни постшного струму на цей час застосовуються не так масово, як, напри-клад, у XX столггп. 1х практично витюнили двигуни змiнного струму.
Головний недолш електродвигунiв постшного струму - можливiсть експлуатацп виключно за наявностi джерела постiйного струму або перетворювача змшно! напруги в постшний струм. У сучасному промисловому виробнищи забезпечення ще! умови вимагае додаткових фшансових витрат. Проте при ютотних недолiках цей тип двигушв вiдрiз-няеться високим пусковим моментом i стабi-льною роботою в умовах великих переван-тажень. Приводи вказаного типу найчастше застосовуються в металургп i верстатобуду-ваннi, встановлюються на електротранспорт (особливо на першому етат електромобiле-будування [18, 19]).
Електродвигуни змiнного струму подшя-ються на синхроннi й асинхронш. У кожно! пiдгрупи е сво! конструктивнi та експлуата-цiйнi особливосп.
Синхроннi двигуни (СД) - це оптимальне ршення для обладнання з постшною швид-кiстю роботи: генераторiв постiйного струму, компресорiв, насосiв тощо.
Технiчнi характеристики СД рiзних моделей в^^зняються. Швидкiсть обертання ко-ливаеться в дiапазонi вiд 125 до 1000 об/хв, потужнють може досягати 10 тис. кВт.
У конструкци приводiв передбачена коро-ткозамкнена обмотка на ротора I! наявнють дозволяе здiйснювати асинхронний пуск двигуна. До переваг обладнання даного типу вщносяться високий ККД i невеликi габари-ти. Експлуатацiя СД дозволяе скоротити втрати електрики в мережi до мтмуму.
Також до СД можна вщнести кроковi двигуни. Кроковий двигун не е окремим класом двигуна. За своею конструкщею вш е СД iз постiйними магштами (СДПМ) або синхрон-ним реактивним двигуном (СРД) чи пбрид-ним СРД (СРД-ПМ).
Асинхронш електродвигуни (АД) змшно-го струму набули найбшьшого поширення у промисловому виробництвi. Особливютю даних приводiв е бiльш висока частота обертання магштного поля в порiвняннi зi швид-кютю обертання ротора.
У сучасних двигунах для виготовлення ротора використовуеться алюмшш Легка
3
8
7
9
вага цього матерiалу дозволяе зменшити ма-су електродвигуна, скоротити собiвартiсть його виробництва. ККД асинхронного дви-гуна падае майже удвiчi при експлуатацп в режимi низьких навантажень (до 30-50 % вщ номшального показника). Ще один недолiк таких електроприводiв полягае в тому, що параметри пускового струму майже утричi перевищують робочi показники. Для змен-шення пускового струму АД використову-ються частотш перетворювачi або пристро! плавного пуску.
Отже до переваг АД змшного струму мо-жна вiднести:
- масо-габаритш показники;
- низьку вартють виробництва;
- надiйну i практичну конструкщю;
- непримхливий в експлуатацп;
- просту схему управлшня;
- високий ККД;
- високий коефщент потужносп.
Недолiки АД змiнного струму:
- неможливий контроль швидкосп без втрат потужносп;
- якщо збшьшуеться навантаження -зменшуеться момент;
- вiдносно невеликий пусковий момент;
- великий пусковий струм.
Окремо вщ приведено! класифшацп слщ зазначити вентильнi електродвигуни. Група вентильних електродвигушв включае в себе приводи, в яких регулювання режиму екс-плуатацп здiйснюеться за допомогою вентильних перетворювачiв. Вентильний двигун може бути визначений як електричний дви-гун, який мае датчик положення ротора, що керуе нашвпровщниковим перетворювачем.
Вентильний електродвигун постшного струму - це електродвигун постшного струму, в якому вентильним комутуючим при-строем е швертор. Останнш керуеться або за положенням ротора, або за фазою напруги на
обмотцi якоря, або за положенням магштно-го поля [20].
До переваг цього обладнання вщносяться:
- високий експлуатацшний ресурс;
- простота обслуговування за рахунок безконтактного управлшня;
- висока перевантажувальна здатнють (у п'ять разiв перевищуе пусковий момент);
- широкий дiапазон регулювання часто-ти обертання, який майже удвiчi вище дiапа-зону АД;
- високий ККД за будь-якого навантаження (бшьше 90 %);
- невелик габарити.
Приведену класифшащю електродвигунiв можна звести до табл. 1, де наочно вщобра-жено !х основнi особливостi [20].
В табл. 1 наведено таю скорочення:
КДПТ - колекторний двигун постiйного струму; БДПС - безколекторний двигун постшного струму; ВРД - вентильний реактив-ний двигун; АДКР - асинхронний двигун iз короткозамкненим ротором; АДФР - асинхронний двигун з фазним ротором; СДОЗ -синхронний двигун з обмоткою збудження; СДПМ - синхронний двигун з постшними магштами; СДПМП - синхронний двигун с поверхневою установкою постшних магнiтiв; СДВПМ - синхронний двигун iз вбудовани-ми постiйними магнiтами; СРД - синхронний реактивний двигун; ПМ - постшш магшти.
Проведемо порiвняння характеристик зо-внi комутованих електричних двигушв при !х застосуваннi як тягових електродвигушв в електричних трансмюях автотранспортних засобiв.
Аналiзуючи характеристики, рис. 2 та на-ведену класифiкацiю електродвигушв (табл. 1), можна провести експертну ощнку тягових електродвигушв для електрично! трансмюп автотранспортних засобiв (табл. 2).
Внутршня комутац1я Зовн1шня комутац1я
з механ1чною комутащею (колекторний) з електронною комутац1-ею (вентильний ) АД СД
зм1нного струму пост1йного струму змшного струму постшного струму
Ун1версальний; Репульсивний КДПТ 1з р1зними обмотками збу-дження; КДПТз ПМ БДПС; ВРД; СРД 1з ротором з явними полюсами ДКР; ДФР СДОЗ; СДПМ; СДВПМ; СДПМП; Пбридний СРД; СРД-ПМ; СРД-ПМ реактивно- пстерезисний; Кроковий
Проста електрон1ка Випрямляч1 Бшьш складна електрошка Складна електрон1ка
Таблиця 1 - Класиф1кац1я електродвигушв
а б
Рис. 2. Характеристики зовш комутованих електродвигушв: а - порiвняння мехашчних характеристик електродвигушв рiзних типiв за обмеженого струму статора; б - залежнють потуж-ностi вiд швидкостi обертання вала для двигушв рiзних типiв за обмеженого струму статора
Таблиця 2 - Сукупшсть експертних оцшок
Параметр АДКР СДПМП СДВПМ СРД-ПМ (пбридний) СДОЗ
Постшшсть потужност1 у 2 3 2 1 1
всьому д1апазон1 швидкостей
Момент до струму статора 2 1 1 1 1
Ефектившсть (ККД) в усьому робочому д1апазош 2 2 2 1 1
Питома потужшсть, кВт/год 3 2 1 2 2
Над1йн1сть 1 2 3 3 2
Виробництво 1 3 3 3 3
Ц1на 1 3 3 3 2
Разом 12 16 15 14 12
При проведенш експертно! оцiнки вважа-сться: 1 - найкращiй показник, 3 - найпрший показник.
Згiдно з вище наведеними показниками, якщо враховувати тшьки електромеханiчнi властивостi двигунiв, пбридний СД, а саме синхронний реактивний електродвигун iз вбудованими постiйними магштами е най-бiльш придатним для застосування в якост тягового електродвигуна в автомобшебуду-ваннi (вибiр проводився для концепту авто-мобiлiв BMW i3 & BMW i8). Використання реактивного моменту забезпечуе високу по-тужнiсть у верхньому дiапазонi швидкостей. Бiльше того, такий двигун забезпечуе дуже високу ефективнють (ККД) в широкому ро-бочому дiапазонi [21].
При проведенш комплексно! ощнки з урахуванням не тiльки електромеханiчних показниюв, а й економiчних, найбiльш при-вабливим е АД з короткозамкненим ротором. В першу чергу та найбшьш вагомими показниками тут е надшнють та мюцеве виробни-
цтво. Отже, маемо надiйний силовий агрегат, який вже сершно виробляеться на територп Укра!ни, мае найменшу цiну (в декiлька разiв у порiвняннi iз закордонними аналогами [22, 23]) i може бути використаний як тяговий електродвигун для електрично! трансмюп електробуса.
Далi проведемо розрахунок основних характеристик тягового АД для електрично! трансмюи мiського електробуса.
Розрахунок основних характеристик тягового асинхронного двигуна
Розрахунок основних характеристик тягового АД для електрично! трансмюи мюького електробуса складаеться з побудови його природно! механiчно! характеристики в ре-жимi двигуна i генераторних режимах робо-ти. Отже вибираемо АД типу: АИР 225М2 (1М 1081) 55 кВт, 3000 об/хв. Для обраного за класом та призначенням автобуса (клас -малий; призначення - мюький) вщповщно до досвщу побудови вже юнуючих конструкцiй
електробушв, достатньо застосувати два виб-раних електродвигуни (по одному на кожну колюну вюь) [24]. Техтчт характеристики даного двигуна приведет у табл. 3. Крiм то-
го, використовуються таю заводсью розра-хунковi дат двигуна: Rl = 0,0549 Ом; R2 = 0,0332 Ом; Х = 0,16 Ом; Х2 = 0,0704 Ом.
Таблиця 3 - Основш техшчш характеристики АИР 225М2 (1М 1081)
Параметр Показник
Потужшсть, Р 55 кВт
Частота обертання ротора, п 3000 об/хв
Напруга мереж1, и 380В
Номшальний струм, I 103 А
Частота мереж1, / 50 Гц
Число полюав, р 2
Стутнь захисту 1Р55
1золяц1я класу нагр1востшкосп F(1550C)
Кл1матичне виконання У2
Режим роботи S1 (тривалий)
Споаб монтажу 1М 1081(лапа)
Вага 325 кг
Для проведення розрахунюв використаемо П-подiбну схему замiщення АД рис. 3 [17].
Рис. 3. Схема замщення АД
Вщповщно до приведено! схеми замщен-ня можна отримати вираз для вторинного струму
12 =■
и,
ф
к +
(1)
+(X + X 2)2
Момент асинхронного двигуна може бути визначений з рiвняння втрат, звщки
М =
3(12)2R2
(В05
(2)
На рис. 3 прийнят такi позначення. иь иф - дiючi значення лшшно! й фазно! напруги мережi; 1Ь 1ц, 1'2 - фазнi струми статора, намагнiчування i приведений струм ротора; Хь Х'2 - iндуктивнi опори вiд потокiв розсiювання фази обмотки статора i приведено! фази ротора; Хц - iндуктивний опiр контуру намагшчування; Rц - активний отр контуру намагнiчування; Rс, Rlд, Rl= Rc+Rlд -активнi фазнi опори обмотки статора, додат-кового резистора i сумарний опiр статора; R'р, R'2д, R'2=R'р+R'2Д - активнi приведет до обмотки статора фазш опори обмотки ротора, додаткового резистора i сумарний отр ротора; 5 = (о>0 - со) / о>0 - ковзання АД; сс>0 = 2яf / р - кутова швидюсть магнiтного поля АД (швидюсть iдеального холостого ходу); /1 - частота живильно! напруги; р -число пар полюав АД.
Щдставляючи значення струму 12 в (2)
М = -
3и2 К
ф 2
сог
я +
к
+(X, + X 2 )2
. (3)
Крива моменту М = / (5) мае два макси-муми: один - в генераторному режиму ш-ший - в режимi двигуна.
Прирiвнюючи, визначаемо значення критичного ковзання 5кр, за якого двигун розви-вае максимальний (критичний) момент
5кр =±
к2
+(X! + х 2 )2
(4)
2
5
2
5
5
Щцставляючи значення •кр в (3), знаходи-мо вираз для максимального моменту
М кр =■
3и Ф
2С0,,
Я +л/Я2 + (Х, + х 2)2
. (5)
Знак «+» в рiвняннях (4) i (5) вiдноситься до режиму двигуна (або гальмування проти-вмикання), знак «-» - до генераторного режиму роботи паралельно з мережею (при СО > со0).
Якщо рiвняння (3) роздiлити на (5) i провести вiдповiднi перетворення, то можна отримати наступне рiвняння:
М =
2МКр (1 + asKр )
(6)
+ 2as
кр
де Мкр - максимальний момент двигуна; sкр -критичне ковзання, вщповщне максимальному моменту; а = Я, / Я2 .
Отже, коефiцiент трансформацп вiд статора до ротора визначаеться [17]
Кутова швидюсть визначаеться, рад/с 2лп 2л/,
со = -
60 р
2т 2 -л- 3000
(9)
со = -
60
60
= 314.
Максимальний момент у режимi двигуна визначаемо за виразом (5), кНм
Мкр =■
3и Ф
2С0Г
Я
1 я,2 + (Х1 + X 2)2
3 -2202
2 - 314
0,0549 + ^0,05492 +(0,704 + 0,1433)2 = 3,1833.
Максимальний момент у генераторному режимi визначаемо, кНм
М,
кр(Г)
я + Л я,2 + х2
= Мкр 1 -^, (10)
кр
Я1 -"\/ Я12 + ХК
k =
£х _0,95 -и
£
2к
£
(7)
2к
k =
0,95-и 0,95 - 380
£2
253
= 1,427.
Приведет опори визначаються
Я2 = Я2 -к2; Х2 = Х2 - к2; X = х + X2,
(8)
Я2 = Я2 - к2 = 0,0332 -1,4272 = 0,0676 Ом; Х2 = X2 - к2 = 0,0704 -1,4272 = 0,1433 Ом; X = X, + Х2 = 0,704 + 0,1433 = 0,3033 Ом.
Значення критичного ковзання за формулою (4)
•кр =±
Я2
= +
+ (Х, + Х 2)2 0,676
^0,05492 +(0,704 + 0,1433)2
= +0,2193.
М Кр(г) = 3,1833
0,0549 + у10,05492 + 0,30332
0,0549 -у)0,05492 + 0,30332 = -4,5628.
За виразом (6) розраховуемо мехашчну характеристику АД (залежнiсть моменту вщ ковзання).
Результати розрахункiв зведеш в табл. 4.
За даними табл. 4 побудовано природну характеристику АД (рис. 4).
Залежнють моменту навантаження для електрично! трансмiсi! мюького електробуса е досить складною та залежить вщ багатьох чинникiв, основш з яких описанi в [25]. Зага-льний характер тако! залежносп пiд час руху електробуса на його крейсерськш швидкостi визначае сила опору повпря.
Отже, для приблизного визначення характеру механiчно! характеристики електрично! трансмюи задаемося залежнiстю для моменту навантаження, як для механiзмiв, що пра-цюють з вентиляторним навантаженням
М = М 0 + ДМ ,
(11)
к
де М0 - момент холостого ходу; ДМ = сю2 -момент, який створюе робочий орган мехаш-зму при виконанш корисно! роботи (с - пос-тшний коефщент, ю - кутова швидкiсть вала мехашзму).
Метою дiйсних розрахункiв е визначення характеру мехашчно! характеристики АД у складi електрично! трансмюн електробуса. Отже, приймемо постшний коефiцiент с = = 0,02. Моменту холостого ходу вщповщае розрахована природна мехашчна характеристика АД (рис. 4).
Рис. 4. Природна мехашчна характеристика АД, АИР 225М2 Таблиця 4 - Результати розрахуншв мехашчно!' характеристики АД
1 -1,1 1 б'О- -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,32 -0,25 -0,21 -0,18 -0,13 -0,1 -0,075 -0,052 -0,032 -0,015 О
§ м и £ -1,41549329 -1,54348824 -1,69565731 -1,87902401 -2,10325831 -2,38166296 -2,73196 -3,1748 -3,72017 -4,1939 -4,5154 -4,557392 -4,4565 -3,8991 -3,2711 -2,5775 -1,8301 -1,129 -0,5233 О
0,015 0,032 0,052 0,075 ® 0,13 0,18 0,21 0,25 0,32 ® "1 ® чо ® ® 00 ® г* ® 'Ч л ^
м и ич 00 9 00 ю О 5 о 9 ич 5, 7 5 0 0, 8 6 5 4, 3 5 8, 6 5 0 00 4 0 0 ю 6 91 9, 3 8 8 ^ 7, 2 9 СП 9 0 9 ю 7 2 2 9, 3 0 3 ич 7, 4 4 4 5, 3 4 0 ю 4, 3 61 ^ 3, 3 7 7 ^ 2, 8 2 2
£ 4, <о 1 1 2, 2, 2, 3 3, 3, 2, 2, 2 2, 1 1 1 1 1 1 1
Таблиця 5 - Залежшсть кутово!' швидкосп АД в1д ковзання
2, 1, - -1,1 1 б'о- -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,32 -0,25 -0,21 -0,18 -0,13 -0,1 -0,075 -0,052 -0,032 -0,015 о
ю, рад/с -62,8 -31,4 о 31,4 62,8 94,2 125,6 7 ич 188,4 213,52 235,5 248,06 257,48 273,18 282,6 290,45 7 ю 9 <м 303,952 309,29 СП
0,015 0,032 0,052 0,075 ® 0,13 0,18 0,21 0,25 0,32 ® "1 ® чо ® ® 00 ® г* ® 'Ч л
ю, рад/с 309,29 303,952 2 7 9 2 290,45 282,6 273,18 257,48 248,06 235,5 213,52 188,4 7 ич 125,6 94,2 62,8 31,4 о -31,4 -62,8 -94,2
Визначаемо кутову швидкють АД за-лежно вiд ковзання s
со = со 0 (1 - 5 ) . (12)
Розрахунок кутово! швидкосп АД за ви-разом (12) наведено у табл. 5.
За отриманими даними (табл. 4, табл. 5 i рис. 4) проведемо побудову мехашчно! характеристики для електрично! трансмюн' мюь-кого електробуса в режимi двигуна i в генераторному режимi (рис. 5).
Рис. 5. Мехашчна характеристика АД, АИР 225М2 при po6oTÍ в електричнш трансмюи мюького електробуса: а - в режимi двигуна; б - в генераторному режимi
Висновки
Проведено аналiз електродвигунiв з пози-цi! !х застосування в тяговому електроприво-дi автотранспортних засобiв з визначенням найбшьш перспективного для виробництва електрично! трансмiсi! в Укра!нi.
Подано класифшащю електродвигунiв з визначенням !х основних переваг та недоль юв при використаннi в електричнiй трансмь сi! автотранспортних засобiв. Проведено комплексну експертну оцшку тягових елект-родвигушв для електрично! трансмiсi!. В ходi тако! оцiнки враховувалися не тшьки елект-ромеханiчнi показники електродвигунiв, а ще й економiчнi фактори. Найбшьш привабли-вим для зазначених цшей е АД з короткозам-кненим ротором. Найбшьш вагомими показ-никами тут е надшнють та мюцеве виробництво.
На пiдставi проведено! експертно! оцшки вибрано в якостi тягового двигуна - двигун АИР 225М2. Проведено розрахунок основ-них характеристик вибраного АД для електрично! трансмюи електробуса мюького призначення. Визначено його основш елект-ромехашчш показники та побудовано його природну характеристику.
Проведено побудову мехашчно! характеристики при робот в електричнш трансмюи з асинхронним двигуном АИР 225М2 в ре-жимi двигуна i в генераторному режимi з вентиляторним моментом навантаження.
Лггература
1. Гнатов А. В., Аргун Щ. В., Ульянець О. А.
Електромобш - майбутне, яке вже настало.
Автомобиль и электроника. Современные
технологии: электронное научное специали-
зированное издание. Харшв: ХНАДУ. 2017. № 11. С. 24-28. http://www.khadi.kharkov.ua/ fileadmin/P_SIS/AE17_1/1.4.pdf
2. Vehicle Emission Standards. 2016. URL: https://infrastructure.gov.au/vehicles/environment /emission/index.aspx (дата звернення 3.09.2018).
3. Wang G. Advanced vehicles: costs, energy use, and macroeconomic impacts. Journal of Power Sources. 2011. Vol. 196. № 1. С. 530-540.
4. Чернышев А. Д. Сравнительный анализ различных типов электрических двигателей в составе тягового привода электрической трансмиссии. Электротехника: сетевой электронный научный журнал. 2016. Том 3. №3. С. 47-54.
5. Радионов А. А., Чернышев А. Д. Формирование технических требований к автомобильной трансмиссии. Наука и производство Урала. 2015. №11. С. 85-89.
6. Слепцов М. А., Долаберидзе Г. П., Прокопо-вич А. В., Савинова Т. И., Тулупов В. Д. Основы электрического транспорта. Издательский центр «Академия». 2006. 464 с.
7. Dost P., Schael M. Comparison of Control Methods for Asynchronous Motors within Electric Vehicles. Constantinos Sourkounis. IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC). (Portugal 27-30 Oct. 2014). 2014. Р. 1-6.
8. Chuanwei Z., Wang N. Research on asynchronous motor control of electric vehicle. International Conference on Mechanical, System and Control Engineering (ICMSC). (May 2017) 2017. P. 165-169.
9. Lucian-Vasile E., Diana-Ramona S. Electric drive system for speed adjusting of a three-phase asynchronous motor using a PLC for propelling an electric vehicle. 10th International Symposium on Advanced Topics in Electrical Engineering (ATEE). (March 2017). 2017. P. 597-600.
10. Martins R. P. D. F., Sousa D. M., Pires V. F., Roque A. Reducing the power losses of a commercial electric vehicle: Analysis based on an asynchronous motor control. 4th International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives. (May 2013) 2013. P. 12471252.
11. Huang W., Wang G., Yu M. Analysis of the effect of driving motor on electric vehicle dynamic performance. International journal of electric and hybrid vehicles. 2017. № 9 (4). P. 350-360.
12. Hnatov A., Arhun Shch., Ponikarovska S. Energy saving technologies for urban bus transport. International Journal of Automotive and Mechanical Engineering. 2017. №14 (4). P. 4649-4664. Doi: https://doi.org/10.15282/ijame.14.4.2017.5.0366.
13. Гнатов А. В., Аргун Щ. В., Бикова О.В., Пвд-гора О.В. Електробус на суперконденсаторах для мюьких перевезень. BicHUK ХНАДУ. 2016. № 72. С. 29-34.
14. Аргун Щ. В., Гнатов А. В., Ульянец О. А. Еколопчний та енергоефективний автомобь льний транспорт i його шфраструктура. BicHUK Житомирського державного технологiчного утверситету. 2016. № 2 (77). С. 18-27.
15. Hnatov A, Arhun Shch., Ponikarovska S., Ulya-nets O. Ultracapacitors electrobus for urban transport. IEEE 38th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO-2018) (Kyiv 24 -26 April 2018). 2018. p. 539543.
16. Выбор электродвигателя по типу, мощности и другим параметрам. (2003). URL: https ://tehprivod. ru/poleznaya-informatsiya/vybor-elektrodvigatelya/ (дата звернення: 19.08.2018).
17. Осташевський М. О., Юр'ева О. Ю. Електрич-m машини i трансформатори: навч. поабник, ред. В. I. Мших. Харшв: ФОП Панов А.М. 2017. 452 с.
18. Гнатов А. В., Аргун Щ. В. Ретроспектива ос-новних етатв розвитку електромобшв. Час-тина 2. Харшв: BicHUK ХНАДУ. 2017. № 78. С. 116-124.
19. Гнатов, А. В., Аргун Щ. В. Ретроспектива ос-новних етатв розвитку електромобшв. Час-тина 1. Харшв: BicHUK ХНАДУ. 2017. № 77. C. 68-74.
20. Электрический двигатель. 2012. URL: http://engineering-
solutions.ru/motorcontrol/motor (дата звернення: 20.08.2018).
21. Merwerth J. The hybrid-synchronous machine of the new BMW i3 & i8 challenges with electric traction drives for vehicles. BMW Group. Workshop University Lund: Lund. 2014.
22. Waide P., Conrad U. Brunner Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems. International Energy Agency Working Paper, Energy Efficiency Series. Paris. 2011.
23. ABB Electric Motors. 2018. URL: https://ventilator.ua/en/category/elektrodvigateli-abb/ (дата звернення: 20.08.2018).
24. Lajunen A. Powertrain design alternatives for electric city bus. IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference. (October 2012) P. 11121117. DOI: 10.1109/VPPC.2012.6422622, 2012.
25. Субъективный взгляд на доступный современный электромобиль. 2018. URL: http://dig.by/book/export/html/129 (дата звернення: 20.08.2018).
References
1. Hnatov A. V., Arhun Shch. V., Ulianets O. A. (2017). Elektromobili - maibutnie, yake vzhe nastalo [Electric cars - the future that has already come]. Avtomobyl y эlektronyka. Sovremennbie tekhnolohyy: э1еШгоппое nauchnoe spetsyalyzyrovannoe yzdanye. Kharkiv: KhNADU, 11, 24-28 [in Ukrainian].
2. Vehicle Emission Standards. Retrived from: https://infrastructure.gov.au/vehicles/environment /emission/index.aspx (accessed 03.09.2018).
3. Wang G. (2011). Advanced vehicles: costs, energy use, and macroeconomic impacts. Journal of Power Sources. 196(1), 530-540.
4. Chernyshev A. D. (2016). Sravnitel'nyy analiz razlichnyh tipov elektricheskih dvigateley v sostave tyagovogo privoda elektricheskoy transmissii [Comparative analysis of various types of electric motors in the composition of the traction drive electric transmission]. Elektrotehni-ka: setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal. 3(3), 47-54 [in Russian].
5. Radionov A. A., Chernyshev A. D. (2015). Formirovanie tehnicheskih trebovaniy k avtomobil'noy transmissii [Formation of technical requirements for automotive transmission]. Nauka i proizvodstvo Urala. 11, 85-89 [in Russian].
6. Slepcov M. A., Dolaberidze G. P., Prokopovich A. V., Savinova T. I., Tulupov V. D. (2006). Osnovy elektricheskogo transporta [Basics of electric transport]. Izdatel'skiy centr «Akademiya» [in Russian].
7. Dost P., Schael M. (2014). Comparison of Control Methods for Asynchronous Motors within Electric Vehicles. Constantinos Sourkounis. IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC). (Portugal 27-30 Oct. 2014), 1-6.
8. Chuanwei Z., Wang N. (2017). Research on asynchronous motor control of electric vehicle. International Conference on Mechanical, System and Control Engineering (ICMSC). (May 2017), 165-169.
9. Lucian-Vasile E., Diana-Ramona S. (2017). Electric drive system for speed adjusting of a three-phase asynchronous motor using a PLC for propelling an electric vehicle. 10th International Symposium on Advanced Topics in Electrical Engineering (ATEE). (March 2017), 597-600.
10. Martins R. P. D. F., Sousa D. M., Pires V. F., Roque A. (2013). Reducing the power losses of a commercial electric vehicle: Analysis based on an asynchronous motor control. 4th International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives. (May 2013), 1247-1252.
11. Huang W., Wang G., Yu M. (2017). Analysis of the effect of driving motor on electric vehicle dynamic performance. International journal of electric and hybrid vehicles, 9 (4), 350-360.
12. Hnatov A., Arhun Shch., Ponikarovska S. (2017). Energy saving technologies for urban bus transport. International Journal of Automotive and Mechanical Engineering, 14(4), 4649-4664. Doi:
https://doi.org/10.15282/ijame.14.4.2017.5.0366.
13. Hnatov A. V., Arhun Shch. V., Bykova O.V., Pidhora O.V. (2016). Elektrobus na superkondensatorakh dlia miskykh perevezen. [Electric bus on supercapacitors for city traffic]. VisnykKhNADU, 72, 29-34 [in Ukrainian].
14. Arhun Shch. V., Hnatov A. V., Ulianets O. A. (2016). Ekolohichnyi ta enerhoefektyvnyi avtomobilnyi transporti yoho infrastruktura [An environmentally friendly and energy efficient automobile transport is its infrastructure] Visnyk Zhytomyrskoho derzhavnoho tekhnolohichnoho universytetu, 2 (77), 18-27 [in Ukrainian].
15. Hnatov A, Arhun Shch., Ponikarovska S., Ulyanets O. (2018). Ultracapacitors electrobus for urban transport. IEEE 38th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNAN0-2018) (Kyiv 24 -26 April 2018), 539-543.
16. Vybor elektrodvigatelya po tipu, moschnosti i drugim parametram [Choosing an electric motor by type, power and other parameters]. Retrived from: https://tehprivod. ru/poleznaya-informatsiya/vybor-elektrodvigatelya/ (accessed: 19.08.2018) [in Russian].
17. Ostashevskyi M. O., Yurieva O. Yu. (2017). El-ektrychni mashyny i transformatory [Electric machines and transformers]. Navch. posibnyk, red. V. I. Milykh. Kharkiv: FOP Panov A.M. [in Ukrainian].
18. Hnatov A. V., Arhun Shch. V. (2017). Retrospektyva osnovnykh etapiv rozvytku elektromobiliv. Chastyna 2 [Retrospective of the main stages of the development of electric vehicles. Part 2] Kharkiv: Visnyk KhNADU, 78, 116124 [in Ukrainian].
19. Hnatov A. V., Arhun Shch. V. (2017). Retrospektyva osnovnykh etapiv rozvytku elektromobiliv. Chastyna 1 [Retrospective of the main stages of the development of electric vehicles. Part 2] Kharkiv: Visnyk KhNADU, 77, 68-74 [in Ukrainian].
20. Elektricheskiy dvigatel'. [Electrical engine]. Retrived from: http://engineering-solutions.ru/motorcontrol/motor (accessed: 20.08.2018) [in Russian].
21. Merwerth J. (2014). The hybrid-synchronous machine of the new BMW i3 & i8 challenges with electric traction drives for vehicles. BMW Group. Workshop University Lund: Lund.
22. Waide P., Conrad U. (2011). Brunner Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems. International Energy Agency Working Paper, Energy Efficiency Series. Paris.
23. ABB Electric Motors. Retrived from: https://ventilator.ua/en/category/elektrodvigateli-abb/ (accessed: 20.08.2018).
24. Lajunen A. (2012). Powertrain design alternatives for electric city bus. IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference. (October 2012), 1112-1117. DOI: 10.1109/VPPC.2012.6422622, 2012.
25. Sub'ektivnyy vzglyad na dostupnyy sovremennyy elektromobil'. [Subjective view of the affordable modern electric car]. Retrived from: http://dig.by/book/export/html/129 (accessed: 20.08.2018) [in Russian].
Аргун Щасяна Валжовна1, кт.н., доц. кафедри
автомобшьно! електрошки,
тел. +38 099-378-04-51,
e-mail: shasyana@gmail. com.
:Харк1вський нацюнальний автомобшьно-
дорожнш ушверситет, 61002, Украша, м. Харшв,
вул. Ярослава Мудрого, 25.
Calculating the main characteristics of the traction induction motor for electric transmission of urban electric bus
Abstract. Problem. Motor vehicles built on the basis of an electric transmission have been gaining popularity recently. The most important factors here are environmental and economic ones. For large cities these two factors are closely connected and form the requirements for modern vehicles. Goal. The goal is conducting analysis of electric motors in the context of their application in a traction electric drive of vehicles with the determination of the most promising one for manufacturing electric transmissions in Ukraine; calculation of the main characteristics of the traction induction motor for electric transmission of urban electric bus. Methodology. The methods of theoretical foundations of electrical engineering were used in calculating electric circuits of alternating current. Also the classical methods of calculating electric cars and the theory of electric drive were used in calculating the basic parameters of a traction motor for an electric transmission. Results. Based on the expert assessment, the AIR 225M2 traction motor has been selected. The calculation of the main parameters of the selected induction motor for the electric transmission of the urban electric bus has been carried out. Its main electrical and mechanical parameters have been determined and its natural characteristic has been constructed. Mechanical characteristic was built when operating in an electric transmission with an induction motor AIR 225M2 in
the mode of the engine and in the generator mode with the fan load torque. Originality. The complex expert estimation of traction electric motors for electric transmission has been carried out. During this assessment, not only the electromechanical indices of electric motors, but also economic factors were taken into account. Practical value. The results of the conducted studies allow conducting a comprehensive expert evaluation of electric motors for an electric transmission in practice. By setting the load parameters for the traction drive it is possible to determine its mechanical characteristics, both in the motor mode and in the generator mode. Key words: electric transmission, electric motor, traction electric drive, asynchronous motor, electric bus, electric vehicle, motor vehicles.
Shchasiana Arhun1, Ph.D., Assoc. Prof., tel. +38 099-378-04-51, e-mail: shasyana@gmail. com :Kharkov National Automobile and Highway University, 25, Yaroslav Mudry street, Kharkiv, 61002, Ukraine.
Расчет основных характеристик тягового асинхронного двигателя для электрической трансмиссии городского электробуса Аннотация. Проведен анализ электродвигателей с позиции их применения в тяговом электроприводе автотранспортных средств с определением наиболее перспективного для производства электрической трансмиссии в Украине. Проведена комплексная экспертная оценка тяговых электродвигателей для электрической трансмиссии. Выполнен расчет основных характеристик тягового асинхронного двигателя для электропривода электробуса городского назначения. Ключевые слова: электрическая трансмиссия, электродвигатель, тяговый электропривод, асинхронный двигатель, электробус, электромобиль, автотранспортные средства.
Аргун Щасяна Валиковна1, кт.н., доц. каф. автомобильной электроники, тел. +38 099-378-04-51, e-mail: shasyana@gmail. com. 1Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Украина, Харьков, 61002, ул. Ярослава Мудрого, 25.
