Розрахунок потужності електродвигуна та ємності акумуляторної батареї електроприводу електровелосипеда

Анотація

          Електровелосипед – це практичний, корисний для здоров’я, екологічний та по-особливому зручний двоколісний транспортний засіб. Він представляє собою звичайний велосипед, який удосконалений деякими електротехнічними пристроями. Перевагами такого транспорту серед інших є гібридність, що означає вдале поєднання електродвигуна з людською силою, відсутність шкідливих викидів, а також величезна різниця у вартості енергії, необхідної для руху. Це, та ще кілька факторів призвели до стрімкого розвитку і поширення електровелосипедів у наш час. Так, спільною ініціативою НТУУ «Київський Політехнічний Інститут ім. І. Сікорського» та українською компанією «Delfast», яка займається виготовленням електровелосипедів, було створено R&D центр для розробки високотехнологічного вантажного електровелосипеда. В даній статті описаний метод розрахунку потужності електродвигуна та ємності акумуляторної батареї вантажного електровелосипеда, що розробляється.

          Одним з найголовніших завдань у розробці системи електроприводу вантажного електровелосипеду є забезпечення потрібної дальності поїздки на ньому. Тож, виникло конкретне запитання – як вибрати потрібний двигун та ємність акумуляторної батареї згідно цього завдання?

          Для того, щоб розрахувати необхідну потужність електродвигуна для вантажного електровелосипеду, треба спочатку зрозуміти деякі фізичні процеси. По-перше, треба врахувати, що для руху електровелосипеда використовується людська сила в поєднанні з тягою електродвигуна. По-друге, зрозуміло, що такий транспортний засіб не має якогось конкретного порядку руху. Звідси можна зробити висновок, що для розрахунку потужності електроприводу треба використати деякі фізичні залежності, які дозволять описати рух електровелосипеда з постійною швидкістю на потрібну бажану відстань.

          Для початку, потрібно знайти силу, яка необхідна для подолання сил опору. Вона знаходиться геометричним додаванням векторів сил, що діють на електровелосипед. Далі знаходиться корисна потужність електромеханічної системи перемножуванням знайденої сили на швидкість транспортного засобу. Враховуючи значення ККД, розраховується номінальна потужність потрібного електродвигуна.

          Отримавши значення номінальної потужності, можна порахувати значення ємності акумуляторної батареї, яка необхідна для подолання заданої відстані. Вона дорівнює потужності, використовуваної протягом певного часу.

          Окремо потрібно врахувати фізичні властивості вибраних елементів живлення для того, щоб остаточно вибрати ємність потрібної акумуляторної батареї.

          Для швидкого виконання розрахунків використано програму MATLAB, адже обчислювальні можливості цього середовища досить високі. Окрім цього, в ній можна створити користувацьку функцію, яка буде виконувати всі розрахунки самостійно, достатньо лише змінювати досліджувані параметри. Додатковою перевагою є можливість використання інтерактивного середовища Simulink, в якому за бажанням чи за потребою можна змоделювати та проаналізувати систему досліджуваного електропривода електровелосипеда.

Отже, в даній статті показано розрахунок значення потужності електроприводу та ємності акумуляторної батареї, які необхідні для реалізації такої важливої характеристики створюваного вантажного електровелосипеду як дальність поїздки. Розрахунок здійснюється використанням елементарних законів динаміки руху, знань з теорії електроприводу простої електромеханічної системи та обчислювальних можливостей програми MATLAB. Наступним кроком розробки електроприводу є вибір відповідного електродвигуна та акумуляторної батареї на ринку, а згодом і перевірка їх на відповідність заданим на початку параметрам.