Швидка навiгацiя
I. Вступ
Якщо розповісти коротко, то ми повинні дослідити систему векторного керування в електроприводом змінного струму, потім прив'язати цей привід до електромобіля. Після чого слід вивчити інтенсивність сонячного випромінювання (радіації, енергії) для певного регіону. З точки зору цих спостережень оцінити і зробити висновки в яких випадках наш віртуально створений електромобіль перетвориться в сонцемобіль, і буде працювати на сонячних батареях, і лише від споживаної сонячної енергії. А також, в яких випадках він буде просто електромобілем, підживлюваним від мережі змінного струму.
a. Актуальність роботи:
В першу чергу, сонцемобіль - це цікавий, новий науковий напрям. Адже серійне виробництво таких стартує лише в 2019 році. Автомобіль, який володіє сонячними панелями, називається Sion. Створенням такого займається мюнхенська компанія Sono Motors [1].
Також, цей транспортний засіб повністю незалежний від вуглеводневого палива, і працює тільки за рахунок отриманої електричної і сонячної енергії. У плані боротьби за екологію даний пункт є досить вагомим. Сонцемобілі- це автомобілі майбутнього, і на дослідження і створення таких буде виділятися все більше і більше коштів, а талановиті інженери все більше і більше будуть вносити якісь нововведення в розробку.
b. Цілі і завдання дослідження:
- Дослідити інтенсивність сонячної радіації в обраному нами регіоні
- Вивчення перетворення сонячної енергії в енергію механічну.
- Прив'язка і дослідження системи векторного керування на базі АТ з КЗ ротором.
- Моделювання режимів роботи сонцемобіля, аналіз результатів.
II. Дослідження інтенсивності сонячної радіації на прикладі Росії
Кількість, що надходить до земної поверхні, прямої сонячної радіації (S) в умовах безхмарного неба залежить від висоти сонця і прозорості атмосфери. Підвищений прихід прямої радіації в Азіатську частину обумовлений більш високою прозорістю атмосфери в цьому регіоні. Високі значення прямої радіації влітку в північних районах Росії пояснюються поєднанням високої прозорості атмосфери і великою тривалістю дня.
Хмарність знижує прихід прямий радіації і може істотно змінити її добовий і річний хід. Однак при середніх умовах хмарності астрономічний фактор є переважаючим і, отже, максимум прямої радіації спостерігається при найбільшій висоті сонця.
У більшій частині континентальних районів Росії в весняно-літні місяці пряма радіація в полудневі години більше, ніж в післяполудневі. Це пов'язано з розвитком конвективної хмарності в полудневі години і зі зменшенням прозорості атмосфери в цей час доби в порівнянні з ранковими годинами. Взимку співвідношення до- і післяполудневих значень радіації зворотнє - полудневі значення прямої радіації менше в зв'язку з ранковим максимумом хмарності і зменшенням її в другій половині дня. Різниця між до- і післяполудневої прямої радіації може досягати 25-35% [2].
a. Вибір сонячних панелей
Сонячні батареї, створені з використанням арсеніду галію (з'єднання галію і миш'яку) є найоптимальнішим варіантом для сонцемобіля, навіть незважаючи на свою дорожнечу, так як нас цікавить, в першу чергу, високий ККД установки. Арсенід галію - це напівпровідник, що володіє такими ж геліоенергетичними властивостями, як і кремній, але більш ефективний з точки зору продуктивності. Саме тому сонячні елементи на його основі відрізняються набагато більшим ККД (до 44%) [3].
III. Перетворення сонячної енергії в енергію механічну (на прикладі сонцемобіля) [4]
Рисунок 3.1 – Структура сонцемобіля
Всякий сонцемобіль - це пристрій, який перетворює сонячну енергію в механічну (енергію руху ведучих коліс).
Він зазвичай включає в себе:
- Сонячні панелі, які, в свою чергу, безпосередньо перетворюють сонячну енергію в електричну, завдяки фотоелектричному ефекту.
- Контролер сонячної батареї, що забезпечує нормування вихідної напруги батареї, зарядку акумуляторів і подачу низьковольтного постійного струму в навантаження.
- Електрохімічні акумулятори, що запасають енергію в період її надлишку і подають її в систему в період браку при недостатньому освітленні фотоелементів або при тимчасовому зростанні живлення. Також накопичений запас енергії дозволяє переміщатися вночі або в умовах сильної хмарності.
- Інвертор, що забезпечує перетворення постійного струму від акумуляторів і фотоелементів в змінний.
- Електродвигун, який встановлюється частіше безпосередньо на провідні колеса, щоб не було втрати потужності керуючого блоку, який займається розподілом отриманої енергії (надлишок накопичується в акумуляторі) і регулюванням параметрів роботи сонячної батареї (охолодження, орієнтування на сонці).
IV. Прив'язка і дослідження системи векторного керування на базі АД з КЗ ротором. Вибір електродвигуна
Векторне управління - метод управління електродвигунами змінного струму, який дозволяє незалежно і практично безінерційно регулювати швидкість обертання і момент на валу електродвигуна.
У перших електроприводах з векторним керуванням використовувалися двигуни, в яких були вбудовані датчики потоку, що значно обмежувало область застосування подібних приводів. Система управління сучасних електроприводів містить в собі математичну модель двигуна, що дозволяє розрахувати швидкість обертання і момент на валу. Причому в якості необхідних датчиків встановлюються тільки датчики струму фаз статора двигуна. Спеціально розроблена структура системи управління забезпечує незалежність і практично безінерційність регулювання основних параметрів – момент на валу і швидкість обертання валу [5].
Переваги векторного керування:
- висока точність регулювання швидкості;
- плавний старт двигуна у всьому діапазоні частот;
- швидка реакція на зміну навантаження;
- збільшений діапазон управління і точність регулювання;
- знижуються втрати на нагрів і намагнічування, підвищується ККД електродвигуна.
До недоліків векторного керування можна віднести:
- необхідність завдання параметрів електродвигуна;
- обчислювальна складність.
a. Результати дослідження роботи
Рисунок 4.1 – Система ВР у "Матлабі"
В даній роботі ми створили і дослідили систему ВР і отримали такі результати:
Рисунок 4.5 – Осцилограми wm, isq, isd
Осцилограми, де швидкість (wm) моментоутворювальна (isq) і потокоутворювальна (isq) компоненти зрівнялися з розрахунковими. Тим самим ми перевірили і довели актуальність системи векторного регулювання
V. Висновки
В результаті науково-дослідної роботи були зібрані і вивчені матеріали з питань, пов'язаних з темою магістерської роботи. Була досліджена інтенсивність сонячного випромінювання на прикладі Російської Федерації, внаслідок даних результатів дослідження були обрані арсенід-галієві сонячні батареї, так як вони володіють найбільшим ККД - 44%. Повністю була вивчена система перетворення сонячної енергії в механічну. А також було проведено дослідження системи ВР, на прикладі асинхронного електродвигуна.