Структура автопарка России определяет основные проблемы с экологией и безопасностью. Существует два направления по снижению экологической нагрузки на транспорт. Одно из которых – разработка мер по ускоренной замене старых автомобилей на современные с низким уровнем выбросов. Другое направление – развитие транспортных средств с использованием альтернативных источников энергии. К таким транспортным средствам относятся гибридные автобусы и транспортные средства сельскохозяйственного назначения с электромеханической трансмиссией.
При разработке тягового электрооборудования и алгоритмического обеспечения системы управления необходимо использовать физические модели тепловых двигателей, а также имитаторы нагрузки. При испытаниях электромеханические системы представляют собой множество взаимосвязанных между собой объектов. В настоящей статье приводится пример реализации испытательного оборудования на основе которого реализована физическая модель теплового двигателя и имитатор нагрузки [1,2].
На рис. 1 и 2 показаны характеристики дизельного двигателя фирмы Deutsch для трактора с электромеханической трансмиссией.
В табл. 1 приведены результаты обработки экспериментальных данных для дизеля Deutsch – показана зависимость статической ошибки регулирования скорости от момента сопротивления для заданной скорости 1800 мин.-1 Модель теплового двигателя (дизельного или внутреннего сгорания) можно представить в виде апериодического звена первого порядка:

Рис. 1. Временные зависимости скорости и момента дизельного двигателя


Рис. 2. Временные зависимости при набросе нагрузки на дизель

.                                     (1)
В выражении (1) постоянная времени  теплового двигателя зависит от конструктивных особенностей теплового двигателя. Коэффициент  является нелинейной функцией частоты вращения и расхода топлива. При малых отклонениях частоты вращения и расхода топлива коэффициент  можно считать постоянным. В испытательных стендах используют физические модели объектов, для которых разрабатывается электрооборудование[3,4].
Схема стенда, реализующего физическую модель теплового двигателя и имитатор нагрузки, приведена на рис. 5. На рис.3 и 4 представлены результаты физического моделирования с разомкнутой и замкнутой обратной связью по скорости.
В качестве физической модели дизельного двигателя мощностью 300 лс трактора с электромеханической трансмиссией использован электропривод переменного тока. В состав электропривода входят асинхронный двигатель мощностью 200 кВт, преобразователь частоты КЕВ. Управление двигателем – векторное с обратной связью по скорости. На рис. 1. представлена переходная характеристика физической модели дизельного двигателя на частоте вращения 1487 мин-1 и набросе нагрузки 600 Н×м. Пропорциональная составляющая регулятора контура скорости настраивается с учетом статической ошибки согласно табл. 1. Интегральная составляющая отсутствует.

Рис. 3. Переходный процесс мотор-генератора с разомкнутой обратной связью по скорости


Рис. 4. Переходный процесс мотор-генератора с замкнутой обратной связью по скорости


Рис. 5. Схема стенда, реализующего физическую модель теплового двигателя и имитатор нагрузки

Таблица 1. Зависимость статической ошибки от момента сопротивления

С помощью разработанного испытательного стенда можно проводить следующие испытания: определение энергетических показателей, испытания на нагревание, проверка работоспособности на условном расчетном перегоне, работа по тяговой характеристики привода.
Выводы:
1. Разработана физическая модель теплового двигателя, позволяющая средствами автоматизированного электропривода проводить наладку и испытания тягового электрооборудования.
2. Адекватность физической модели проверена экспериментально. Переходные характеристики физической модели совпадают с переходными характеристиками дизеля трактора 300 лс с электромеханической трансмиссией по времени переходного процесса, скорости нарастания вращающего момента, статической ошибке регулирования.

Список литературы

1. Родионов Р.В. Управление энергетическими потоками при испытаниях тяговых электрических машин// Электромеханические и электромагинтные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы: сборник научных трудов IV Международной научно-технической конференции. Екатеринбург: УрФУ, 2011, С. 266–271
2. Виноградов А.Б., Изосимов Д.Б., Флоренцев С.Н., Глебов Н.А. Система оптимально-векторного управления асинхронным электроприводом на основе идентификатора параметров// Известия ТулГУ. Технические науки. Вып.3: Тула. Изд-во ТулГУ, 2010, Ч.1, ISSN2071-6168, с.66-69.
3. Афонин В.И., Родионов Р.В. Разработка физической модели безредукторного электропривода лифта// Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии: сборник трудов Международной научно-технической конференции. Тольятти, 12– 15мая 2009г. В 3-хч. – Тольятти:ТГУ, 2009. – Ч.1. с. 266-270.
4. Родионов Р.В. Исследование тягово-энергетических характеристик приводов городского электрического транспорта// Известия ТулГУ. Технические науки. Вып.3: Тула. Изд-во ТулГУ, 2010, Ч.3, ISSN2071-6168 с. 157–162.