采用储能电容的机车柴油机启动系统仿真研究

论文摘要

铁路内燃机车柴油机的启动、公路车辆发动机的启动都是以蓄电池拖动发动机来实现的。而蓄电池又很容易受到外界因素的影响参数变化,如内阻增大,端电压降低,容量变小。在这种情况下,启动成功率很低,给人们造成诸多不便。为了提高启动的成功率和启动系统的性能以及提高蓄电池的使用寿命,人们一直在寻找各种办法。 随着科技的进步,近年来出现了一种超大容量电容器。这种新型的电子器件有着比蓄电池高10倍以上的功率密度和100倍以上的充放电速率。本文采用了超大容量电容器来提高柴油机启动系统性能。 本文对现有的机车柴油机启动系统应用超大容量电容器前后的性能进行了研究和定量的分析。因为超大容量电容器在放电结束时端电压等于当时的蓄电池端电压,所以还剩余很大一部分能量。为了充分利用这部分能量,我们试图采用DC/DC变换器,将超大容量电容器贮存的能量经过升压变换后向外输出。在此过程中找到了解决同类问题的一个有力的工具:Simulink工具箱里的Simpowersystems模块。 本文以东风4型内燃机车为例,通过研究了机车车辆柴油机的启动原理、过程,超大容量电容器在车辆柴油机启动中的作用和升压型DC/DC变换器的工作原理及其在Matlab里面的仿真模型,得出以下结论: 1) 在现有的内燃机车柴油机启动系统中应用超大容量电容器以后能极大地提高系统的性能:可以提高启动时蓄电池的最低端电压;可以极大地减小启动时蓄电池的最大放电电流。从而可以有效地保护蓄电池,延长蓄电池的使用寿命。 2) 使用超大容量电容后,明显地提高了系统的启动成功率。 3) 在现有的内燃机车启动系统中应用的超大容量电容器的最佳容量值为60F。 4) 使用超大容量电容后,蓄电池的容量与原先容量相比可以降低40%左右。 5) 使用了DC/DC变换器后,超大容量电容器的放电效率由65%提高到94%,我们更大限度地利用了超大容量电容器内贮存的能量。蓄电池

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外对内燃机车柴油机启动问题的研究情况
• 1.2.1 国外的研究情况
• 1.2.2 国内的研究情况
• 1.3 本文研究的主要内容、目标和方法
• 第二章 车辆柴油机启动系统分析
• 2.1 内燃机车柴油机启动原理
• 2.2 铅蓄电池的特性
• 2.2.1 铅蓄电池的电动势
• 2.2.2 铅蓄电池的内电阻
• 2.3 超大容量电容器概述
• 2.3.1 超大容量电容器基本性能参数
• 2.3.2 超大容量电容器与蓄电池的性能对比
• 2.4 启动发电机-柴油机动态分析
• 2.4.1 启动发电机简介
• 2.4.2 直流电动机的励磁方式
• 2.4.3 柴油机与启动有关的主要技术数据
• 2.4.4 启动发电机的参数
• 2.5 DC／DC模块分析
• 2.5.1 DC／DC变换器的分类
• 2.5.2 DC-DC变换器的调制方式
• 2.5.3 升压型DC-DC的工作原理与元件参数的选择
• 2.5.4 DC-DC变换器开关控制的实现
• 2.5.5 PWM环节
• 2.6 电路实施时要注意的问题
• 第三章 系统Simpowersystems模型的建立
• 3.1 蓄电池模型的建立
• 3.2 电容模型的建立
• 3.3 电机模型的建立
• 3.4 DC／DC功能模型的建立
• 3.4.1 PWM模型的建立
• 3.5 未使用DC／DC模块时的系统模型
• 3.6 使用DC／DC模块时的系统模型
• 第四章 仿真结果分析
• 4.1 未使用DC／DC模块时的仿真
• 4.1.1 确定电容的最佳容量
• 4.1.2 当确定电容容量最佳值后蓄电池的最小容量
• 4.2 使用DC／DC模块时电路的仿真
• 4.2.1 DC／DC输出电压比蓄电池端电压高20V的仿真结果
• 4.2.2 DC／DC输出电压比蓄电池端电压高60V的仿真结果
• 4.2.3 DC／DC固定输出110V的仿真结果
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果