小型电动拖拉机开关磁阻及多电机驱动与供电系统研究

发布时间：2020-07-30 05:57

【摘要】：现今我国各行业发展正面临着能源短缺与环境污染的严重制约,燃油拖拉机特别是柴油拖拉机作为农业发展主要动力源,其保有量稳步增长的同时所带来的高污染、高能耗问题也日趋突出,小型轮式拖拉机因其较大中型拖拉机效率低、且使用率高已成为农村主要污染源;而电能作为高效、便捷的二次能源能将水、风、光能等低密度新能源积累利用,并正以直流蓄电池形式在城市代步、工业物流、和工程施工等领域进行电能替代,这对小型轮式电动拖拉机驱动系统的设计研究酝酿了有利氛围和现实需求。本文在对小型拖拉机作业条件、应具备性能与功能详细考察的基础上,结合在牵引领域近年来从新获得重视的开关磁阻电机系统大启动转矩、高运行效率的优点,设计了取消机械变速箱的驱动系统新方案,借助拖拉机驱动系统评价指标与现有电池技术条件对所设计驱动系统主要部件进行了参数匹配与选型,同时完成了对电机驱动系统与控制方式的设计,并借助电机生产厂商所提供数据对整车牵引性能进行了推算。在较新版本MATLAB的使用环境下对所使用电机与蓄电池组进行了重新建模与测定,并在ADVISOR整车仿真软件中进行了验证。结果表明:在以三相12/8极10kW开关磁阻电机驱动系统替代传统10马力拖拉机“发动机-离合-变速箱”机械驱动系统后可以实现电动拖拉机在农田作业环境下的直接启动并能在重载工作条件下提供最大超过30kN的牵引力与6km/h以内的调速能力,一次充电作业时间达到了 6小时,符合预期设计目标。随后,在主牵引方案框架下对电动拖拉机PTO及其他附带功能进行了完善,通过新增一台提升电机与后桥驱动花键轴的方式对传统拖拉机发动机至PTO之间的液压系统进行了电能替代;通过解决新增提升电机电压级不同于动力电池组的引入问题提出了电动车辆直流供电系统中变压问题,并以Cuk斩波电路为例对调压过程时变电气量进行了详细分析与推导,结合仿真分析表明:在电动车辆中使用斩波调压不但电气可控,在效率、最大参数限制等方面均优于直交直与PWM调压。推导结果可为电动车辆电气控制的可微分编程于分析预测提供大数据基础。最后,在保证所设计牵引与动力输出参数不变的条件下对纯电动拖拉机进行了增程式加装与电池管理分析,在选定增程器的同时介绍了控制策略问题,在电池管理要求下设计了继电保护采样环节与弱电供电环节。对比分析表明:加装3kW常用增程器后在重载作业与中、高速运输工况下采用最优控制策略与12L自带汽油能使车辆续航能力提升一倍以上;加装24V普通蓄电池作为控制用专用蓄电池与斩波充电技术,可在不影响动力电池组电池一致性的情况下解决车辆所有电气附件与有源电子器件的供电问题。
【学位授予单位】：山西农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S219.4
【图文】：

２．２．１驱动系统方案分析逡逑参考电动汽车的６种驱动系统结构获得纯电动拖拉机驱动系统的６种可能的逡逑结构形式，如图２－１所示［３１］。逡逑图２－１邋（ａ）仅在传统拖拉机基础上由电动机系统替换内燃机系统，传动装置未逡逑做大的改动，实现了由内燃机拖拉机向电动拖拉机的转变。适合电动拖拉机初步逡逑研宄与试验［３１］，但未能发挥出电动机较内燃机启动转矩大、调速范围宽的优点，逡逑又因工作时变速箱换挡操作而使电动机长期保持额定高负荷状态，不利于电机散逡逑热。逡逑因采用变速箱而造成的损耗有：逡逑１）换挡踩离合时的损耗——离合解耦时的能量损耗、精细操作时半离合造逡逑９逡逑．邋－邋＊邋＿邋■逡逑

逡逑理想驱动特性场如图２－２所示：逡逑玲：引Ａ？ｚ邋“逡逑附ｆｆｍ限逡逑＼＾［彳动功４－逡逑Ｎ．逦朵

本文编号：2775131