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一種電—氣串聯(lián)混合動力客車動力系統(tǒng)的方案設計

作者: 時間:2011-07-04 來源:網(wǎng)絡 收藏

式中,Tm為電動機轉矩,N·m;nm為電動機轉速,r/min;Fi、Fw、Fj分別為整車的坡度阻力、空氣阻力、滾動阻力和加速阻力,N;Rr為車輪滾動半徑,m;ig、io分別為變速器和主減速器的速比;ηT為傳動效率。

選擇電動機轉速在2000r/min以下,720 N·m恒轉矩及電動機轉速在2 000 r/min以上,150 kW恒功率線包絡圖3中的工況點,可以據(jù)此選取電動機的外特性參數(shù)。

通過計算電動機工作工況點,還可以得到電動機驅動轉矩及功率響應速度。城市公交循環(huán)要求:電動機的轉矩上升速度不低于566N·m/s,下降速度不低于588N·m/s;電動機上升速度不低于104kW/s,下降速度不低于128kW/s,,

對于電動機工作高效區(qū)的選擇,引人平均驅動能量的概念,即單位里程內(nèi)電動機在一定工作區(qū)域內(nèi)的驅動能量:

式中,Ev為平均驅動能量kJ/km ;Pmotor,k為電動機在各區(qū)域內(nèi)驅動能量,kJ;S為電動機在各區(qū)域內(nèi)的行駛路程,km。

經(jīng)計算,電動機在各工作區(qū)域內(nèi)的平均驅動能量如圖4所示。

根據(jù)計算得到的電動機在各工作區(qū)域的平均驅動能量,選擇在平均驅動能量高區(qū)域內(nèi)具有較高驅動效率的電動機,由此提高整個循環(huán)內(nèi)的電動機驅動效率和整車經(jīng)濟性。

同理,可以根據(jù)城市公交駕駛循環(huán)和制動能量回饋的需要,選擇電動機制動狀態(tài)的相應參數(shù)。經(jīng)過計算,選擇了株洲所的JD14X2交流異步電動機,其額定功率為100kW,峰值功率為150kW,轉速在1000 r/min以下時轉矩達1000 N·m,為提高整車爬坡性能和加速性能留有裕量。

4.2 參數(shù)選擇

的經(jīng)濟性和排放性直接決定了整車的經(jīng)濟性和排放性。由于與傳動系統(tǒng)沒有直接機械連接,因此APU的工作轉速可以自由選取,只需選擇APU的發(fā)電功率即可。假設電動機需要的電能全部由APU提供,則計算得到的APU不同發(fā)電功率段發(fā)電能量的分布如圖5所示,APU的平均發(fā)電功率(循環(huán)總發(fā)電功率除以循環(huán)驅動過程總時間)為38.9 kW。

從圖5可看出,APU的發(fā)電能量大部分分布在2070 kW功率范圍內(nèi)。由于APU發(fā)出的電能經(jīng)蓄電池儲存再輸出是一個低效的過程,因此應盡量使APU發(fā)出的電能直接供給電動機驅動,這就要求APU在圖5中能量分布較高的區(qū)間(20~70kW)里的發(fā)電效率盡可能高且排放性良好。

本文選擇的是4CT180 CNC發(fā)動機,配備UC224G三相交流同步發(fā)電機。發(fā)電機轉速在1500r/min時的額定功率為68kW;轉速在1800r/min時的額定功率為78kW。采用三相全波不可控整流器,功率范圍為10~120kW。



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