Новий 21-рівневий інвертор покращить характеристики електромобілів

Вчені з університетів Алжиру представили інноваційну розробку для покращення характеристик електромобілів — 21-рівневий асиметричний інвертор зі зменшеною кількістю перемикань. Дослідження було проведено групою науковців під керівництвом професора Р. Талеба в лабораторії електротехніки та відновлюваної енергетики університету Хассіба Бенбуалі.

Розроблений пристрій використовує метод широтно-імпульсної модуляції для живлення електричної рухової системи електромобілів. Запропонована топологія забезпечує помітне покращення як продуктивності, так і економічної ефективності порівняно з традиційними асиметричними конструкціями.

Основною метою дослідження було поліпшення характеристик електромобілів за рахунок використання методу керування ковзним режимом для керування синхронним двигуном з постійними магнітами, що працює від топології 21-рівневого інвертора зі зменшеним перемиканням.

Інвертор використовує різні рівні вхідної напруги для різних компонентів та модулів, що дозволяє комбінувати та віднімати цю напругу для створення кількох рівнів напруги. Система призначена для використання в тяговій системі електромобілів для живлення синхронного двигуна з постійними магнітами потужністю близько 50 кВт і максимальним крутним моментом 255 Нм.

Робота двигуна контролюється за допомогою техніки керування ковзним режимом із трьома різними поверхнями з урахуванням динамічної поведінки автомобіля. Це забезпечує стійкість системи до зовнішніх збурень та змін параметрів.

Для оцінки ефективності та надійності запропонованої системи керування було проведено моделювання з використанням програмного забезпечення MATLAB/Simulink. Цільова швидкість відповідала міському графіку водіння в Європі, зокрема циклу ECE-15.

Результати досліджень показали, що використання 21-асиметричного багаторівневого інвертора дозволяє оптимізувати якість вихідної напруги та покращити продуктивність електромобіля. При цьому коефіцієнт гармонічних спотворень (THD) склав лише 6,19%, що значно краще порівняно з 73,39% для традиційного 2-рівневого інвертора.

Запропонована топологія пропонує економічну та просту систему, яку легко обслуговувати. Вона забезпечує швидке відстеження заданої швидкості обертання двигуна та хорошу динаміку керування. Система також демонструє відмінні характеристики при зміні навантаження та інших робочих умов.

Дослідники відзначають, що електромобілі привертають все більшу увагу як можливе рішення енергетичної кризи та екологічних проблем. Сучасні електромобілі можуть працювати з широким спектром силової електроніки для вироблення енергії, необхідної для двигуна, і ефективно функціонувати при високих рівнях напруги.

Розроблена система керування забезпечує надійну роботу в умовах варіацій бажаного виходу через коливання навантаження в системі приводу. Використання асиметричного багаторівневого інвертора допомагає зменшити гармоніки, сприяючи оптимізації якості вихідної напруги для покращення характеристик електромобіля.

Автори дослідження планують у майбутньому запропонувати новий метод керування, який зменшить ефект тремтіння методу керування ковзним режимом для подальшого покращення продуктивності системи керування.