Двухисточниковый преобразователь для вентильно-реактивного двигателя
Для электроприводов электротранспорта, промышленной автоматики и аэрокосмической техники важны не только мощность и скорость, но и способность системы сохранять эффективность, точность и устойчивость при изменении нагрузки и режима работы. Вентильно-реактивные двигатели (SRM) остаются одним из перспективных решений благодаря простой конструкции, невысокой стоимости и высокой отказоустойчивости. При этом у них есть известный недостаток — значительная пульсация момента. Традиционные силовые преобразователи не всегда обеспечивают необходимое сочетание эффективности, быстрого намагничивания и размагничивания обмоток, особенно на высоких скоростях.
Международная группа ученых, в которую вошли специалисты Высшей школы высоковольтной энергетики СПбПУ Николай Коровкин, Людмила Сахно,Станислав Попов и Евгений Бодренков, предложила новый силовой преобразователь с двухисточниковым питанием и многорежимной системой управления. Исследование выполнено совместно с коллегами из Китая, Великобритании и России. В основе решения — использование источников низкого и высокого напряжения, которые могут подключаться к обмоткам двигателя в зависимости от текущей скорости и нагрузки.
Предложенная топология формирует пять уровней напряжения: высокое и низкое напряжение для возбуждения, нулевой уровень, а также два уровня для размагничивания. Преобразователь поддерживает четыре режима работы: привод от источника низкого напряжения, привод от источника высокого напряжения, размагничивание от высоковольтного источника при питании от низковольтного и гибридный режим. Такая конфигурация ускоряет размагничивание на высоких скоростях, повышает качество формирования момента, создает условия для возврата энергии размагничивания и обеспечивает возможность переключения на резервный источник при отказе одного из них.
Авторы разработали алгоритм управления, основанный на распределении момента между фазами и оптимизации сразу по двум критериям — минимизации пульсаций момента и повышению КПД. Динамические весовые коэффициенты позволяют системе в реальном времени менять приоритет: например, выбирать режим с наименьшими пульсациями для точного управления или режим с повышенной энергоэффективностью для длительной работы. Переключение выполняется в замкнутом контуре по данным о скорости, положении ротора и моменте.
Работоспособность решения проверили на экспериментальной установке с трехфазным вентильно-реактивным двигателем 12/8, двухисточниковым преобразователем и аппаратным контроллером реального времени. Испытания провели при скоростях от 500 до 1600 об/мин и различных нагрузках. Авторы продемонстрировали, что в наиболее эффективном многорежимном варианте пульсации момента удалось снизить максимум на 89,48% по сравнению с традиционным асимметричным полумостовым преобразователем. Результаты показали также возможность повышения КПД системы до 10% в широком диапазоне скоростей.
В работе сделан вывод о том, что сочетание двухисточникового питания, многоуровневого формирования напряжения и адаптивного управления позволяет одновременно улучшить динамические характеристики, энергоэффективность и отказоустойчивость вентильно-реактивного электропривода. При этом разработанная схема сохраняет возможность независимого управления фазами и не требует существенного усложнения силовой части. Полученные результаты могут быть востребованы при создании приводов для электротранспорта, промышленного оборудования и других систем, где важны устойчивость к отказам, точность регулирования и эффективное использование энергии.
.jpg)
