 |
Устройство конденсаторов ё-Мобилей
|
|
|
|
Суперконденсатор – нечто среднее между конденсатором и аккумулятором. Небольшой и легкий элемент питания, размеры которого сопоставимы с размерами батареек типа AA (или даже AAA), способен очень быстро заряжаться и достаточно быстро отдавать запасенную электроэнергию. При этом суперконденсатор обладает намного большей удельной энергоемкостью (от нескольких фарад до нескольких тысяч фарад), чем обычные конденсаторы и, в отличие от все тех же конденсаторов, способен достаточно продолжительное время питать различную электронику. При этом из плюсов суперконденсаторов можно отметить низкий вес, большую эффективность (более 95%), неполярность, низкая токсичность материалов, высокая надежность и долгий срок службы (несколько сотен тысяч циклов, до 10 лет работы).
Основные отличительные особенности суперконденсаторов:
· способность заряжаться и разряжаться неограниченное количество раз
· могут разряжаться за время от нескольких миллисекунд до нескольких минут
· высокая плотность запасаемой энергии
· отсутствие нагрева в процессе цикла заряда-разряда
· отсутствие опасности перегрева, полностью заряженный ионистор просто перестает принимать заряд
· не подвержен влиянию эффекта «глубокого разряда», характерном для химических батарей
· длительный срок службы
· рабочая температура от -50С до +85С
· не содержат каких-либо материалов, которые при разрушении корпуса могли бы причинить вред окружающей среде
· кпд 97-98%
Применение суперконденсаторов ё-Мобилей
Масштабы применения ионисторов безграничны. В радио и микроэлектронике они применяются как кратковременные и комбинированные источники тока: в
вычислительной, звуковой и видеотехнике,в аппаратуре проводной связи, в медицинских и бытовых электроприборах, в часах, электронных играх, фотоаппаратах. Широкое распостранение они получили в компьютерах, где используются,как источники питания для элементов памяти. Характеристики ионисторов делают их полезными устройствами в качестве накопителей энергии, например, в качестве источников бесперебойного питания, компонентов силовых импульсных устройств и в других приборах, где существует необходимость быстродействующего источника энергии.
|
|
|
Ионисторы широко применяются для замены батарей в многочисленных областях. Миниатюрные модели устанавливаются в мобильные телефоны, мощные суперконденсаторы используются в автомобилях.
Суперконденсторы уже заменили или заменят в ближайшее время аккумуляторы в системах запуска больших дизель-генераторов, танковых двигателей, двигателей подводных лодок и локомотивов.
Гибридная силовая установка.
Гибридная силовая установка (на примере автомобиля Lexus RХ400h) сочетает в себе современный двигатель внутреннего сгорания, технологически совмещенный с электромоторами. Весь комплекс управляется электронной системой. Гибридная силовая установка управляет расходом энергии в зависимости от условий движения автомобиля.
Бензиновый двигатель. 2. Гибридная трансмиссия. 3. Генератор. 4. Электрический двигатель задних колес. 5. Блок управления силовой системой. 6. Электрических двигатель передних колес. 7. Батарея высокого напряжения.
1(а)Начало движения
Для начала движения и при движении на малых скоростях используется только электромотор.
- При наборе скорости батарея направляет свою энергию на блок управления электропитанием.
- Блок управления направляет энергию на электромоторы, расположенные в передней и задней частях автомобиля.
- Передний и задний электромоторы позволяют автомобилю плавно трогаться с места.
|
|
|
1(б) Движение.
При движении автомобиля в нормальном режиме привод колес осуществляется за счет бензинового двигателя и электромоторов; энергия двигателя распределяется между колесами и электрическим генератором, который в свою очередь приводит в движение электромоторы.
Распределение энергии находится под контролем в целях обеспечения максимальной эффективности. При необходимости генератор также осуществляет зарядку батареи, отдавая ему излишки энергии.
1(в)Разгон.
1. Бензиновый двигатель разгоняет автомобиль, работая в нормальном режиме.
2. Для улучшения динамики дополнительная энергия поступает от электромотора.
3. При работе в нормальном режиме бензиновый двигатель также снабжает энергией генератор.
4. Генератор может направлять излишки энергии на блок управления электропитанием.
1(г)Торможение.
1. При торможении кинетическая энергия преобразуется в электричество.
2. Электромоторы направляют его на блок управления электропитанием.
3. Блок управления электропитанием возвращает энергию на высоковольтную батарею. Бензиновый двигатель автомобиля работает в обычном режиме.
Вентильный двигатель(ВД)
Наиболее часто в гибридных автомобилях в качестве тягового
электропривода используется вентильный двигатель.
Вентильный электродвигатель — это синхронный двигатель,
основанный на принципе частотного регулирования с самосинхронизацией, суть которого заключается в управлении вектором магнитного поля статора в зависимости от положения ротора. Вентильные двигатели (в англоязычной литературе BLDC или PMSM) ещё называют бесколлекторными двигателями постоянного тока, потому что контроллер такого двигателя обычно питается от постоянного напряжения.'
Описание ВД
Этот тип двигателя создан с целью улучшения свойств
электродвигателей постоянного тока.
В вентильном двигателе (ВД) индуктор находится на роторе (в виде постоянных магнитов), якорная обмотка находится на статоре (синхронный двигатель). Напряжение питания обмоток двигателя формируется в зависимости от положения ротора. Если в двигателях постоянного тока для этой цели использовался коллектор, то в вентильном двигателе его функцию выполняет полупроводниковый коммутатор (датчик положения ротора (ДПР) с инвертором).
|
|
|
Основным отличием ВД от синхронного двигателя является его
самосинхронизация с помощью ДПР, в результате чего у ВД, частота
вращения поля пропорциональна частоте вращения ротора.
Статор
Статор[Рис. 4] имеет традиционную. конструкцию и похож на статор асинхронной машины. Он состоит из корпуса, сердечника из
электротехнический стали и медной обмотки, уложенной в пазы по
периметру сердечника Количество обмоток определяет количество фаз
двигателя. Для самозапуска и вращения достаточно двух фаз — синусной и косинусной. Обычно ВД трехфазные, реже- четырёхфазные.
По способу укладки витков в обмотки статора различают двигатели имеющие обратную электродвижущую силу трапецеидальной (BLDC) и синусоидальной {PMSM) формы. Поспособу питания фазный электрический ток в соответствующих типах двигателя также изменяется трапецеидально или синусоидально.
Рис. 4 Статор бесколлекторного электродвигателя
Ротор
Ротор изготавливается с использованием постоянных магнитов и имеет обычно от двух до восьми пар полюсов с чередованием северного и южного полюсов.
Вначале для изготовления ротора использовались ферритовые магниты. Они распространены и дёшевы, но им присущ недостаток в виде низкого уровня магнитной индукции. Сейчас получают популярность магниты из редкоземельных сплавов, так как они позволяют получить высокий уровень магнитной индукции и уменьшить размер ротора.
Датчик положения ротора
Датчик положения ротора (ДПР) реализует обратную связь по
положению ротора. Его работа может быть основана на разных принципах-фотоэлектрический, индуктивный, на эффекте Холла, и т. д. Наибольшую популярность приобрели датчики Холла и фотоэлектрические, так как они практически безинерционны и позволяют избавиться от запаздывания в канале обратной связи по положению ротора.
Фотоэлектрический датчик, в классическом виде, содержит три
неподвижных фотоприёмника, которые поочерёдно закрываются шторкой вращающейся синхронно с котором. Это показано на рисунке. Двоичный код, получаемый с ДПР, фиксирует шесть различных положений ротора. Сигналы датчиков преобразуются управляющим устройством в комбинацию управляющих напряжений, которые управляют силовыми ключами, так, что в каждый такт (фазу) работы двигателя включены два ключа и к сети подключены последовательно две из трёх обмоток якоря. Обмотки якоря U, V, W расположены на статоре со сдвигом на 120° и их начала и концы соединены так, что при переключении ключей создаётся вращающееся магнитное поле.
|
|
|
Система управления ВД
Система управления содержит силовые ключи, часто тиристоры или силовые транзисторы с изолированным затвором. Из них собирается инвертор напряжения или инвертор тока. Система управления ключами обычно реализуется на основе использования микроконтроллера. Наличия микропроцессора требует большое количество вычислительных операций по управлению двигателем.
Принцип работы ВД
Принцип работы ВД, основан на том, что контроллер ВД коммутирует обмотки статора так, чтобы вектор магнитного поля статора всегда был ортогонален вектору магнитного поля ротора. С помощью ШИМ контроллер управляет током, протекающим через обмотки ВЛ, т.е. вектором магнитного поля статора, и таким образом регулируется момент, действующий на ротор ВД. Знак у угла между векторами определяет направление момента действующего на ротор.
Коммутация производится так, что поток возбуждения ротора — Ф0 поддерживается постоянным относительно потока якоря. В результате взаимодействия потока якоря и возбуждения создаётся вращающий момент М, который стремится развернуть ротор так, чтобы потоки якоря и возбуждения совпали, но при повороте ротора под действием ДПР происходит переключение обмоток и поток якоря поворачивается на следующий шаг.
В этом случае и результирующий вектор тока будет сдвинут и неподвижен относительно потока ротора, что и создаёт момент на валу двигателя.
В двигательном режиме работы МДС статора опережает МДС ротора на угол 90°, который поддерживается с помощью ДПР. В тормозном режиме МДС статора отстаёт от МДС ротора, угол 90° так же поддерживается с помощью ДПР.
Управление двигателем
Контроллер ВД регулирует момент, действующий на ротор, меняя величину ШИМ.
В отличие от щеточного электродвигателя постоянного тока,
коммутация в ВД осуществляется и контролируется с помощью электроники.
Распространены системы управления, реализующие алгоритмы
широтно-импульсного регулирования и широтно-импульсной модуляции при управлении ВД.
|
|
|
Система, обеспечивающая самый широкий диапазон регулирования скорости — у двигателей с векторным управлением. С помощью преобразователя частоты осуществляется регулирование скорости двигателя и поддержание потокосцепления в машине на заданном уровне.
Особенность регулирования электропривода с векторным управлением — контролируемые координаты, измеренные в неподвижной системе координат преобразуются к вращающейся системе, из них выделяется постоянное значение, пропорциональное составляющим векторов контролируемых параметров, по которым осуществляется формирование управляющих воздействий, далее обратный переход.
Недостатком этих систем является сложность управляющих и
функциональных устройств для широкого диапазона регулирования
скорости.
|
|
|
