Высокоточный анализ мощности от Yokogawa помогает команде Solar Team Twente вывести свой автомобиль на первое место в Марокко

Yokogawa Test&Measurement объявляет о том, что высокоточный измеритель мощности WT5000 был использован командой Solar Team Twente для победы в первой в истории гонке Solar Challenge Morocco. WT5000 помог команде Solar Team Twente выжать каждый ватт из солнечной энергосистемы их автомобиля, благодаря чему он пересёк финишную черту первым на дистанции в 2 500 км.

В состав команды Solar Team Twente входят инженеры по аэродинамике, электрике, механике и инженеры-конструкторы из Университета Твенте и Университета прикладных наук Саксион в Нидерландах.

Их старания по повышению энергоэффективности автомобиля привели к триумфу в гонке, во время которой участники соревновались друг с другом, а также с суровым пустынным и горным ландшафтом североафриканской страны.

Основная конструкция всех участвующих в гонке автомобилей схожа: аэродинамическая форма крыла, покрытая массивами солнечных панелей для преобразования солнечного света в электрическую энергию, которая подаётся непосредственно на двигатель, приводящий в движение колеса.

Чтобы победить в такой гонке, как Solar Challenge Morocco, гоночному автомобилю необходимо генерировать как можно больше солнечной энергии и как можно эффективнее преобразовывать вырабатываемое электричество в механическую энергию, передаваемую на колёса. В то же время, важно сводить потери энергии к минимуму: гоночные команды уделяют огромное внимание аэродинамическому дизайну, чтобы свести сопротивление ветра к минимуму.

В случае RED E – так называется гоночный автомобиль команды Solar Team Twente – общее сопротивление ветру эквивалентно зеркалу крыла обычного автомобиля. Водителю необходимо мчаться как можно быстрее - но не слишком быстро, так как аккумулятор автомобиля может разрядиться, когда он не находится под ярким солнечным светом.

В гоночном автомобиле на солнечных батареях есть четыре важные электросистемы: массив солнечных панелей; аккумулятор и система управления им; инвертор (привод двигателя), который преобразует постоянный ток солнечных панелей в трёхфазный переменный ток, подаваемый на двигатель; а также сам двигатель. Команда стремилась достичь энергоэффективности более 99% для цепей преобразования электроэнергии.

Готовясь к гонке, инженеры команды должны были усовершенствовать двигатель, аккумулятор и систему выработки энергии, чтобы опередить своих соперников на сложной африканской трассе. Даже небольшие усовершенствования могут существенно изменить ситуацию. «Если все компоненты всего на 0,01% лучше, чем у конкурентов, то у вас уже есть преимущество ещё до того, как вы выйдете на стартовую линию в гонке», - говорит Камиэль Лемменс из команды. «Поэтому точность измерений – это важнейший элемент нашего успеха».

Поэтому инженеры-электрики команды постоянно работают над тем, чтобы добиться как можно более высокой производительности электрических систем автомобиля. Достижения включают в себя увеличение количества энергии, вырабатываемой фотоэлементами, и количества энергии, которую может хранить аккумулятор. Команда даже создала более надёжный и эффективный инвертор собственной разработки, заменив им стандартные коммерческие инверторы, используемые конкурирующими командами.

Команда уже имела опыт использования высокоточного измерителя мощности WT5000 компании Yokogawa. На этот раз им нужно было выполнить четыре важнейшие задачи.

Во-первых, проанализировать эффективность солнечных фотоэлементов, чтобы команда могла выбрать элементы с наилучшим выходным напряжением и током для известного фотонного входа.

Во-вторых, измерить энергоёмкость аккумуляторных элементов и выбрать те, которые сохраняют наибольшее количество электрической энергии.

В-третьих, необходимо было проверить точность «топливомера» – бортового датчика автомобиля, измеряющего состояние заряда батареи. Эта система измеряет ток, поступающий в аккумулятор (от солнечных батарей) и вытекающий из него (к двигателю). Вычитая выходной ток из входного, она может рассчитать остаточный заряд в батарее. Это потребовало чрезвычайно точного непрерывного измерения протекающего тока.

В-четвертых, требовалось измерить выходную мощность системы двигателя, включая инвертор и сам двигатель, при различных значениях входной мощности, чтобы команда могла доработать конструкцию и постепенно повысить её эффективность. Для этого потребовался чрезвычайно точный анализ мощности при высокой частоте дискретизации.

Роб Кравинкель из команды говорит: «С помощью WT5000 мы также обнаружили, что датчики тока в цепи топливного расходомера имеют смещение, что делало измерения состояния заряда аккумулятора автомобиля изначально неточными. Компенсировав смещение, мы смогли уверенно обеспечить водителю жизненно важный дополнительный запас хода на 1-2 км от батареи при заданной скорости».

Модульный и расширяемый WT5000 является самым точным измерителем мощности компании Yokogawa с заявленной точностью измерений ±0,03%. Полоса измерения составляет 10 МГц для напряжения и 5 МГц для тока, а максимальная частота дискретизации в 10 Мвыборок/с превышает частоту обновления данных, необходимую для проверки системы топливного расходомера RED E. Благодаря превосходной изоляции, помехоустойчивости и расширенным возможностям фильтрации пользователи WT5000 могут одновременно выполнять измерения на семи входах и просматривать их на 10,1-дюймовом сенсорном экране высокого разрешения.

«WT5000 – очень приятный в использовании прибор, он интуитивно понятен, а в его элементах управления легко сориентироваться», - утверждает Роб. «Также легко настроить дисплей так, чтобы он показывал именно те результаты измерений, которые вас интересуют, например, он наглядно продемонстрировал, что наша новая конструкция инвертора превосходит эквивалентную стандартную модель на значительную величину».

Разработка командой собственной кастомизированной трансмиссии и компонентов, которые в значительной степени зависят от точности и достоверности WT5000, оказалась ключом к победе, и команда надеется на дальнейший успех в предстоящих соревнованиях World Solar Challenge в 2023 году.

Нажмите здесь, чтобы скачать более подробную информацию.