Структура и алгоритмы энергоэффективного управления электротехническим комплексом транспортного средства с использованием мотор-колес с синхронными двигателями

Разработана топология системы электропривода для мотор-колес с использованием синхронного двигателя с постоянными магнитами, позволяющая расширить диапазон рабочих скоростей транспортного средства. Предложен способ формирования управляющих токов для системы электропривода с использованием синхронного двигателя с постоянными магнитами, двух преобразователей частоты, аккумуляторной батареи и буферного конденсатора на основании заданных и текущих параметров скорости, момента на валу ротора, а также уровней напряжения каждого из источников энергии. Доказана возможность расширения скоростного диапазона синхронного двигателя с постоянными магнитами в составе разработанной системы электропривода. Получено уравнение для определения минимальной ёмкости конденсаторной батареи в составе разработанной топологии системы электропривода. Изучено современное состояние алгоритмов управления электротехническими комплексами и способы обеспечения высокого уровня энергетической эффективности систем. Доказано положение о том, что обеспечение расширения механической характеристики синхронного двигателя с постоянными магнитами, входящего в состав электротехнического комплекса транспортного средства с использованием мотор-колёс достигается за счёт использования разработанного алгоритма управления для двух преобразователей частоты, подключаемых к началу и концу обмотки статора, который позволяет использовать буферный конденсатор, входящий в состав предложенной топологии системы электропривода, в качестве источника реактивной мощности. Использован, применительно к проблематике диссертации с получением обладающих новиной результатов, комплекс существующих методов математического и имитационного моделирования. Изложена идея расширения диапазона рабочих скоростей транспортного средства с использованием мотор-колес за счет применения разработанной системы электропривода. Раскрыты закономерности протекания динамических процессов предложенной системы электропривода при изменении ёмкости буферного конденсатора. Проведен сравнительный анализ предложенной топологии электропривода с топологией с одним преобразователем частоты и подключением конца обмоток статора по схеме «звезда», что позволяет оценить энергетическую эффективность предложенного технического решения. Разработан алгоритм управления для системы электропривода электротехнического комплекса в составе двух преобразователей частоты, аккумуляторной батареи и буферного конденсатора для работы в широком диапазоне скоростей с возможностью контроля уровня напряжения звена постоянного тока вспомогательного преобразователя частоты. Разработан алгоритм определения необходимой мощности синхронного двигателя с постоянными магнитами в составе мотор-колес транспортного средства, позволяющий достичь заданных динамических характеристик. Определен выбор оптимального типа буферного конденсатора по критериям устойчивости к механическим воздействиям, стоимости, для системы электропривода с использованием двух преобразователей частоты. Представлены рекомендации к использованию полученных теоретических и экспериментальных данных в учебных дисциплинах при подготовке студентов по направлению 13.03.02 – «Электроэнергетика и электротехника». Результаты экспериментальных исследований получены с использованием апробированных методов математического и имитационного моделирования в программном пакете MATLAB/Simulink для моделирования работы разработанной топологии электропривода в составе электротехнического комплекса транспортного средства. Теория построена на известных закономерностях и проверяемых данных и фактах и согласуется с опубликованными ранее теоретическими и экспериментальными данными других исследователей по теме диссертации. Идея базируется на результатах анализа и обобщения зарубежного и отечественного опыта по разработке и применению алгоритмов управления электромеханическими комплексами и способе обеспечения требуемого уровня энергетической эффективности. Установлена сходимость результатов имитационного моделирования работы разработанной топологии системы электропривода с результатами математического моделирования.