Вимірювання крутного моменту для дослідження енергетичних характеристик приводів електромобілей
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2021-4-4Ключові слова:
електропривод, вимірювання моменту, електромобіль, енергетична характеристика, лабораторний стендАнотація
Мета роботи. Розробка вузла вимірювання крутного моменту, у складі лабораторного комплексу для дослідження енергетичних характеристик електроприводів з метою математичного моделювання динамічних режимів роботи приводу електричного транспортного засобу.
Методи дослідження . Фізичний експеримент, регресійний аналіз, інтерполяція.
Отримані результати. Розроблено вузол вимірювання крутного моменту у складі лабораторного комплексу дослідження енергетичних характеристик приводів електричних транспортних засобів, конструкція якого дозволяє створювати крутний момент на валу досліджуваного двигуна за допомогою навантажувального і вимірювати його тензометричним датчиком сили. Лабораторний стенд разом із розробленим вузлом вимірювання моменту відповідає необхідному діапазону та точності вимірювань. Отримані на стенді експериментальні дані дозволяють визначити залежність споживаної електроприводом енергії від механічної потужності на валу досліджуваного двигуна, що дає можливість аналітично описати досліджуваний привод і провести математичне моделювання в контексті дослідження впливу механічних параметрів на спожиту енергію в динамічних режимах роботи.
Наукова новизна. Розроблено спосіб вимірювання крутного моменту на валу двигуна для дослідження енергетичних характеристик приводів електричних транспортних засобів. Вказаний спосіб базується на контактному методі вимірювання, який використовує 2 двигуна (навантажувальний і досліджувальний) та тензометриичний датчик сили, відрізняється від інших конструкцією, що створює момент на валу досліджувального двигуна. Результатом обробки експериментальних даних, отриманих даним способом, є аналітична залежність споживаної приводом енергії від значення механічної потужності на валу, параметрами якої є кутова швидкість і крутний момент двигуна. Зазначена енергетична характеристика приводу дозволяє шляхом математичного моделювання визначити електромеханічні параметри приводу, що мінімізують його енергоспоживання у динамічних режимах роботи.
Практична цінність. Запропоновано спосіб вимірювання моменту на валу двигуна, за допомогою якого визначена в аналітичному вигляді залежність енергії, що споживається приводом, від механічної потужності на валу двигуна. Це дозволяє шляхом математичного моделювання знайти електромеханічні параметри системи, що підвищують енергоефективність приводу електричного транспортного засобу.
Посилання
Osadchyy, V.V., Nazarova, O.S., Brylystyi, V.V. (2021). Laboratory Stand for Research of Energy Characteristics of Electric Vehicle Drives. 2021 IEEE International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES), 2021, pp. 1-4. doi: 10.1109 / MEES52427.2021.9598661
Nazarova, O.S., Osadchyy, V.V., Brylystyi, V.V. (2020). Computer simulation of electric vehicle acceleration processes with different positions of the mass center. Applied Aspects of Information Technology, 2020, Vol.3., No.3, pp. 154–164. DOI: 10.15276/aait.01.2020.4
Osadchyy, V.V., Nazarova, O.S., Brylystyi, V.V. (2019). Struktura sistemy upravleniya 4-kh privodnoy silovoy ustanovki dlya elektricheskikh transportnykh sredstv [The structure of the control system of a 4-drive power plant for electric vehicles]. Problemele Energeticii Regionale, vol. 1-2 (41), pp. 65-73. DOI: 10.5281/zenodo.3239150 (in Russian)
Suh, J., Lee, J., Lee, D.-E. (2020). Development and Application of Motor-Equipped Reaction Torque Sensor with Adjustable Measurement Range and Sensitivity. Appl. Sci. 2020, 10, 8770. DOI: 10.3390/app10248770
Joubair, A., Zhao, L.F., Bigras, P., Bonev, I.A. (2016) Use of a Force-Torque Sensor for Self-Calibration of a 6-DOF Medical Robot. Sensors 2016, 16, 798. DOI: 10.3390/s16060798.
Hashimdeen, S.H., Miodownik M., Edirisinghe M.J. (2014). The Design and Construction of an Electrohydrodynamic Cartesian Robot for the Preparation of Tissue Engineering Constructs. PLoS ONE, vol. 9(11), e112166. DOI: 10.1371/journal.pone.0112166
Schwalb, W., Shirinzadeh, B., Smith, J. (2017). A force-sensing surgical tool with a proximally located force/torque sensor. Int. J. Med Robot. Comput. Assist. Surg. 2017, 13, e1737. DOI: 10.1002/rcs.1737.
Horeman, T., Meijer, E.J., Harlaar, J.J., Lange, J.F. van den Dobbelsteen, J.J., Dankelman, J. (2013). Force sensing in surgical sutures. PLoS ONE 2013, 8, e84466.
Estevez, P., Bank, J.M., Porta, M., Wei, J., Sarro, P.M. Tichem M., Staufer U. (2012). 6 DOF сили і torque sensor для micro-manipulation applications. Sens. Actuators A Phys. 2012, 186, 86-93. DOI: 10.1016/j.sna.2012.02.037
Zappalá, D., Bezziccheri, M., Crabtree, C. J., Paone, N. (2018). Non-intrusive torque measurement for rotating shafts using optical sensing of zebra-tapes. Measurement Science and Technology, Vol. 29, Number 6. Sci. Technol. 29 065207. DOI: 10.1088/1361-6501/aab74a
Kerr, D.R. (1989). Analysis, properties, and design of a Stewart-platform transducer. ASME J. Mech. Transm. Autom. Des. 1989, 111, 25–28.
Dwarakanath, T.A., Dasgupta, B., Mruthyunjaya, T.S. (2001). Design and development of a Stewart platform based force–torque sensor. Mechatronics 2001, 11, 793–809.
Khan, H., Cannella, F., Caldwell, D.G., Semini, C. (2015). An innovative torque sensor design for the lightest hydraulic quadruped robot. In Assistive Robotics: Proceedings of the 18th International Conference on CLAWAR; World Scientific: Singapore, 2015
Khan, H., D’Imperio, M., Cannella, F., Caldwell, D.G., Cuschieri, A., Semini, C. Towards Scalable Strain Gauge-Based Joint Torque Sensors. Sensors 2017, 17, 1905. DOI: 10.3390/s17081905
Ubeda, R.P., Gutieмrrez Rubert, S.C., Zotovic Stanisic, R., Perles Ivars, Aм. (2018). Design and manufacturing of an ultra-low-cost custom torque sensor for robotics. Sensors 2018, 18, 1786.
Ul Islam, M. N., Cheng P., Oelmann B. (2016). Method of torque measurement based on volumetric strain. 55th Annual Conference of the Society of Instrument and Control Engineers of Japan (SICE), 2016, pp. 116-123, DOI: 10.1109/SICE.2016.7749205.
Tolmachov, S.T. Burchak, І.М. (2017). Systema bezkontaktnogo vymiru momentu na valu elektrodviguniv v umovah ekspluatacii [Сontactless moment measurement system on the shaft of electric motors in operating conditions]. Visnyk Kryvoriz'kogo nacional'nogo universytetu, vyp. 44, 2017.
Nazarova, E. S., Osadchyy, V.V., Brylystyi, V.V. (2021). Issledovaniye energeticheskikh kharakteristik elektroprivodov elektricheskikh transportnykh sredstv [Research of energy characteristics of electric drives of electric vehicles]. Energy - Tbilisi, 2021, 2 (98), pp. 19-23. (in Russian)
DSTU IEC 60034-2-1:2019. Mashyny elektrychni obertovi. Chastyna 2-1. Standartni metody vyznachennja vtrat ta koeficijenta korysnoi' dii' pid chas vyprobuvan' (za vynjatkom mashyn dlja tjagovyh transportnyh zasobiv). [Standard methods for determining losses and efficiency during tests (excluding traction vehicles)]. Chynnyj z 2019-08-01. – IEC 60034-2-1:2014, IDT
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Viktor Brylystyi, Olena S Nazarova, Volodymyr Osadchyy
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
