The modeling method of steady state processes based on energy is applied for analysis and optimization of frequency controlled induction electric drive. This made it possible to easily determine the conjunction degree between input and output of electromagnetic part of induction motor, take into account losses in steel and copper at different frequency and voltage and simply define the optimal from energy point of view motor slip on the criterion of maximum thermodynamic efficiency.

Примененен метод моделирования установившихся процессов на энергетической основе для анализа и оптимизации частотно регулируемого асинхронного электропривода. Это позволило легко определять степень сопряженности между входом и выходом электромагнитной части асинхронного двигателя, учесть потери в стали и меди при разных значениях частоты и напряжения питания и просто определять по критерию максимальной термодинамической эффективности оптимальное с энергетической точки зрения скольжение.

Застосовано метод моделювання усталених процесів на енергетичній основі для аналізу та оптимізації частотно регульованого асинхронного електропривода. Це дало змогу легко визначати ступінь спряженості між входом та виходом електромагнітної частини асинхронного двигуна, врахувати втрати в сталі та міді за різних значень частоти та напруги живлення та просто визначати за критерієм максимальної термодинамічної ефективності оптимальне з енергетичної точки зору ковзання.

Надано методику розрахунку параметрів батареї суперконденсаторів як джерела потужності та електрохімічної акумуляторної батареї, енергії для побудови гібридної бортової системи живлення електромобіля. Проаналізовано структури побудови такої системи, запропоновано варіант системи автоматичного керування та досліджено її роботу на комп'ютерній моделі.

Досліджено роботу малопотужної автономної контрроторної вітроелектроустановки (ВЕУ) з вертикальною віссю обертання, у якій застосовується спеціальний пристрій - трансформатор із обертовою половиною. Останній виконує дві функції: безконтактну передачу згенерованої електричної енергії від рухомого якоря синхронного генератора з постійними магнітами та автоматичне регулювання електричного навантаження ВЕУ. Для побудови системи квазіоптимального керування розроблено естиматор середньої швидкості вітру, який охоплює два вітроротори. Імітаційне моделювання проведено на тестовому профілі вітру з урахуванням розбіжності параметрів та умов роботи вітророторів. Результати показали задовільну ефективність роботи ВЕУ за таких умов.

Індекс рубрикатора НБУВ: З291-05

Рубрики:

Електричний привід

Шифр НБУВ: Ж43601 Пошук видання у каталогах НБУВ 

На відміну від автомобіля, сучасний електромобіль (ЕМ) може мати різні конфігурації підсистеми електричної тяги з застосуванням одного, двох чи чотирьох привідних електричних двигунів коліс. Досліджено передньопривідну дводвигунну конфігурацію з незалежним приводом коліс, в якій регулюванням електромагнітних моментів двигунів забезпечується виконання двох функцій: електричної тяги та керування напрямком руху. Остання функція виконується електронним диференціалом, який застосовується замість традиційної механічної диференціальної передачі та механічної системи рульового керування. Виконання вказаних функцій покладено на розроблену на основі геометрії Ackermann-Jeantaud систему керування привідними двигунами. Для дослідження роботи дослідного ЕМ застосовано новий підхід до побудови математичних моделей складних систем на енергетичній основі - макроенергетичне представлення (EMR). За інверсним принципом, передбаченим EMR, розроблено систему керування рухом ЕМ. Проведені симуляційні дослідження в середовищі MatLab/Simulink показали працезданість розробленої системи керування та високу точність підтримання заданих швидкості та напрямку руху як в усталених, так і в перехідних режимах роботи ЕМ.

На відміну від автомобіля, сучасний електромобіль (ЕМ) може мати різні конфігурації підсистеми електричної тяги з застосуванням одного, двох чи чотирьох привідних електричних двигунів коліс. Досліджено передньопривідну дводвигунну конфігурацію з незалежним приводом коліс, в якій регулюванням електромагнітних моментів двигунів забезпечується виконання двох функцій: електричної тяги та керування напрямком руху. Остання функція виконується електронним диференціалом, який застосовується замість традиційної механічної диференціальної передачі та механічної системи рульового керування. Виконання вказаних функцій покладено на розроблену на основі геометрії Ackermann-Jeantaud систему керування привідними двигунами. Для дослідження роботи дослідного ЕМ застосовано новий підхід до побудови математичних моделей складних систем на енергетичній основі - макроенергетичне представлення (EMR). За інверсним принципом, передбаченим EMR, розроблено систему керування рухом ЕМ. Проведені симуляційні дослідження в середовищі MatLab/Simulink показали працезданість розробленої системи керування та високу точність підтримання заданих швидкості та напрямку руху як в усталених, так і в перехідних режимах роботи ЕМ.

Purpose. Development of a multi-purpose control algorithm for a cascaded semiconductor inverter to provide a six-step switching of phase voltages of a brushless DC (BLDC) motor, multilevel regulation of voltages magnitude, charge equalization of battery modules in the modes of traction and regenerative braking of electric vehicles (EV), as well as checking the operability of the developed algorithms by computer simulation. Methodology. To solve these problems, the methods of automatic control theory, elements of the discrete mathematics, and the theory of algorithms are used. The mathematical model of the studied system was implemented by means of the Simulink application, as well as programming in the MATLAB software. Findings. Algorithms for coordinated control of the six-step switching of the BLDC motor armature winding, multi-level control of the motor voltages with pulse-width modulation at only one level, and energy management in the form of equalization of the battery modules charges have been developed. A computer mathematical model of the proposed EV electric drive system has been created. Performed simulations confirmed the effectiveness of the developed multi-purpose control algorithm. Originality. Substantiation and solution of the problem of complex increase of energetic and design indicators, as well as reliability of EV power-traction system due to application of an integrated configuration of the modular electric power supply system and multilevel control of the BLDC motor by means of joint multilevel cascade inverter. Practical value. The use of the developed solutions will increase the service life of electric motor, the reliability of the whole power-traction system, improve their maintainability, expand the layout and loading of the EV chassis, ensure its fire and electrical safety.

Системи зберігання електричної енергії є актуальним сучасним напрямком досліджень, зумовленим стрімким розвитком відновлюваної енергетики та електромобілебудування. Через відсутність на даний час джерела чи нагромаджувача електроенергії з високими питомими показниками енергії та потужності, його замінюють гібридними системами зберігання електричної енергії, які складаються з окремих джерел, що доповнюють одне одного. Серед них комбінація електрохімічна акумуляторна батарея - суперконденсаторний блок є найбільш поширеною. Розглянуто її активну конфігурацію, у якій обидва джерела підключені до вихідної мережі через двонапрямлені імпульсні перетворювачі постійної напруги. Досліджувана гібридна акумуляторно-суперконденсаторна система є нелінійною динамічною системою з багатьма входамитаі багатьма виходами та двома каналами керування, роботу якої описано п'ятьма диференціальними рівняннями. Для вирішення задачі синтезу стабільної та ефективної системи керування для такого об'єкта застосовано енергетичний підхід, а саме енергоформуюче керування. Для цього досліджувану систему математично описано як гамільтонову систему з керованими портами, причому порівняно 2 описи з різними варіантами вибору базового вектора стану системи. Структурний синтез системи пасивного керування проведено за методом формування взаємозв'язків і введення демпфувань. На основі сформованої для досліджуваної системи стратегії енергетичного менеджменту за допомогою розробленої в середовищі MathCad комп'ютерної програми досліджено всі можливі варіанти введення енергетичних взаємозв'язків і демпфувань у систему пасивного керування. Дієвість отриманих структур формувачів керуючих впливів на досліджувану динамічну систему вивчено шляхом комп'ютерного симулювання в середовищі Matlab/Simulink. За результатами дослідження сформовано за принципом суперпозиції варіант формувачів керуючих впливів із найкращою комбінацією введених взаємозв'язків і демпфувань. Для стабілізації заданих стратегією керування значень напруг вихідної мережі та суперконденсаторного блока додатково застосовано пропорційно-інтегральний регулятор напруги, а для обмеження допустимого струму акумуляторної батареї - ковзний регулятор між двома структурами пасивного керування. Результати комп'ютерного симулювання показали повне виконання завдань стратегії енергетичного менеджменту, зокрема плавне наростання та обмеження струму акумуляторної батареї.

Електричні машини, побудовані за модульним принципом - з кількома трифазними обмотками на статорі, є новим напрямком сучасної електромеханіки, оскільки мають низку переваг у порівнянні з традиційними однообмотковими машинами. Серед цих переваг найважливішими є підвищення енергетичної ефективності та стійкості до відмов, що є особливо важливим для електричних транспортних засобів з автономним живленням. Проте наявність взаємоіндуктивного зв'язку між модулями, а також їхнє неоднакове електричне навантаження підсилюють пульсації електромагнітного моменту, притаманні тій чи іншій системі електропривода. Досліджено пульсації електромагнітного моменту в двомодульному безщітковому двигуні постійного струму (БДПС) за різних навантажень його модулів у випадках відсутності та наявності взаємного магнітного зв'язку між комплектами обмотки якоря, а також у випадках роботи привода у розімкненій та замкненій системах керування. Дослідження проводили шляхом моделювання в середовищі Matlab/Simulink на коловій моделі реального макетного зразку двомодульної машини з постійними магнітами, розробленій за результатами моделювання її магнітного поля методом скінченних елементів. Адекватність результатів моделювання підтверджено експериментальним дослідженням. Результати досліджень шляхом моделювання двомодульного БДПС показали збільшення відносних пульсацій електромагнітних моментів, створюваних окремими модулями як через наявність магнітного зв'язку між комплектами обмотки якоря, так і через відхилення від рівномірного навантаження модулів. Однак на рівні всього двомодульного БДПС показана значна взаємна компенсація пульсацій електромагнітних моментів модулів, особливо якщо вони магнітно зв'язані. Наявність замкнутих систем керування окремими модулями значно зменшує пульсації сумарного електромагнітного моменту, спричинені різним навантаженням модулів, особливо у випадку магнітно незв'язаних модулів.

Прагнення енергетичної незалежності зумовлює використання різного типу елементів генерування енергії з відновлюваних джерел, для роботи яких в автономному режимі необхідні пристрої накопичення енергії. Створений таким чином електрогенеруючий комплекс повинен виконувати низку завдань, які формуються системою енергетичного менеджменту. Виконання цих завдань і забезпечення належних статичних і динамічних характеристик роботи цього комплексу з багатьма входами та виходами здійснює система керування. Як показують результати останніх досліджень у світі, а також досвід авторів цієї роботи, для побудови подібних систем керування доцільно застосувати пасивне керування), представивши об'єкт керування як гамільтонову систему з керованими портами. Завдяки розробленому методу введення додаткових взаємозв'язків і демпфування пасивне керування надає широкі можливості для налаштувань керуючих впливів, забезпечуючи при цьому асимптотичну стійкість системи в цілому. Це особливо корисно у складній системі, що розглядається та включає в себе як гібридну енергоустановку генерування електроенергії від сонця та вітру, так і гібридну установку накопичення енергії в акумуляторній батареї та суперконденсаторному модулі. Показано процедуру синтезу системи пасивного керування, за якою сформовано та досліджено 3 структури формувачів керуючих впливів (ФКВ) із різними комбінаціями додатково введених взаємозв'язків і демпфувань, що надає можливість сформувати бажані перетікання енергії в середині замкненої системи, а отже і забезпечити бажані результати керування. Серед них, зокрема, є завдання підтримання напруг на шині мережі постійного струму та суперконденсаторному модулі на заданих рівнях, плавність перехідних процесів струму в акумуляторній батареї. Проведено порівняльні симуляційні дослідження на створеній у середовищі Matlab/Simulink комп'ютерній моделі електрогенеруючого комплексу з використанням синтезованих систем керування, які показали ефективність їх роботи та переваги різних структур ФКВ.

Високі питомі показники потужності та моменту сучасних електродвигунів, а також відносна простота реалізації системи електроприводу зумовлюють доцільність застосування в електромобілі (ЕМ) окремих приводів двох і більше коліс. Конфігурація повного ЕМ з двома ведучими передніми колесами, є ще малопоширеною, проте їй властива перевага щодо кардинального спрощення трансмісії та кермового механізму. Особливістю цієї конфігурації є можливість виконання системами приводів передніх коліс, крім основної функції забезпечення тяги та гальмування на нижньому рівні керування, ще цілої низки додаткових функцій вищого рівня. У доповнення до вже раніше розроблених функцій електронного диференціала, електричного підсилення керма та демпфування пружних коливань кермового механізму, додається також функція курсової стабілізації руху в поворотах електромобіля. Розглянуто математичну модель з сімома ступенями вільності, що описує динаміку руху чотириколісного транспортного засобу, та показано, як ця модель може бути спрощена до двоступеневої моделі, що описує динаміку руху двоколісного транспортного засобу. Цієї моделі достатньо для оцінки стійкості руху електромобілів в поворотах і формування завдання на додатковий момент, який би регулював кутову швидкість нишпорення кузова для запобігання заносу електромобілів у поворотах. На цій основі розроблено структуру системи курсової стабілізації руху, яка корегує електромагнітні моменти привідних двигунів передніх коліс для формування потрібного моменту нишпорення. Для дослідного ЕМ із заданими параметрами розраховано залежності допустимої кутової швидкості нишпорення за заданих водієм швидкості руху та кута повороту коліс електромобілів у різних умовах зчеплення коліс із дорожнім полотном. Розроблено загальну функціональну модель передньопривідного дводвигунного електромобілів із дворівневою системою керування, яка виконує всі вищесказані функції. У середовищі Matlab/Simulink побудовано комп'ютерну математичну модель цього електромобіля та проведено симуляційні дослідження, які демонструють роботу системи курсової стабілізації руху електромобілів на поворотах.

Загрозлива екологічна ситуація в сучасних перевантажених транспортом містах зумовлюють доцільність заміни в транспортних перевезеннях автобусів із дизельними двигунами електроавтобусами. З метою підвищення енергетичної ефективності роботи привода електроавтобуса та розширення завдяки цьому його запасу ходу, досліджено доцільність застосування багатоступінчастої автоматичної трансмісії. Для досліджень взято електроавтобус "Електрон Е19101" та розглянуто 2 його варіанти: дослідний із шестиступінчастою автоматичною коробкою перемикання передач (АКПП) і базовий з одноступінчастою трансмісією. Для кожного з варіантів сформовано тягові характеристики електропривода для різних положень педалі акселератора. Порівняльні дослідження роботи обох варіантів електроавтобуса проведено шляхом комп'ютерного моделювання. Для цього за методом Energetic Macroscopic Representation в середовищі Matlab/Simulink побудовано комп'ютерні моделі усіх підсистем електроавтобусів, а також зовнішніх впливів, що чинять опір рухові та визначають навантаження на систему електропривода. Застосування вказаного методу надає змогу провести симулювання руху двох варіантів електроавтобуса за час тривалого адаптованого до його руху стандартного міського транспортного циклу FTP-75. Для дослідного варіанта розроблено систему керування АКПП із метою поточного вибору оптимального значення передавального числа коробки передач, за якого отримується максимальне значення ккд системи електропривода в конкретних умовах руху. Результати досліджень показали перевагу на 3,35 % в енергетичних затратах на рух у застосованому транспортному циклі багатоступінчастої трансмісії над одноступінчастою. Проте, як показано окремим дослідженням, ця перевага зростає до 5,3 % за частих рушань і тривалого руху електроавтобуса на низьких швидкостях, що має місце в сучасних перевантажених транспортом містах. Крім того, застосування АКПП надає змогу знизити номінальну потужність двигуна електроавтобуса, збільшити його максимальне тягове зусилля, що забезпечить можливість рушання за повного завантаження під великий ухил, а також значно збільшити максимальну швидкість руху, що є важливим для заміських перевезень.