Registration Number
0826U001100, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
09-06-2026
popup.evolution
.
Title
Modular Configuration of Energy-Traction Systems for Electric Vehicles Based on Permanent Magnet Brushless DC Motors
Author
Valentyn P. Turkovskyi,
popup.head Ihor Z. Shchur
popup.opponent Oleksii P. Chornyi
popup.opponent Oleksandr O. Beshta
popup.review Mykola B. Semeniuk
popup.review Yurii O. Biletskyi
popup.rada
Lviv Polytechnic National University
Description
Дисертація присвячена вирішенню науково-технічного завдання розроблення конфігурацій енергетично-тягових систем (ЕТС) з різними варіантами модульності бортових систем електричного живлення на базі модулів акумуляторних батарей та суперконденсаторів, безщіткових двигунів постійного струму (БДПС) з постійними магнітами (ПМ) та силових напівпровідникових перетворювачів різних топологій, які виконують функції керування тяговим електроприводом та енергетичного менеджменту модулів електричного живлення. Усі ЕТС досліджувалися шляхом комп’ютерного симулювання, а також експериментально на створених макетних взірцях.
Розділ 1 «Аналіз відомих рішень щодо модульного конфігурування енергетично-тягових систем електричних транспортних засобів» присвячений аналізу сучасного стану та тенденцій розвитку систем електропривода та бортового живлення електричних автономних транспортних засобів (ЕАТЗ). У цьому розділі обґрунтовано доцільність застосування модульного підходу для побудови енергетично-тягових систем (ЕТС) та проведено аналіз підходів до побудови системи енергетичного менеджменту (СЕМ) модульних та гібридних ЕТС ЕАТЗ.
Розділ 2 «Розроблення модульних систем електричного живлення на основі акумуляторних батарей і суперконденсаторів для ЕАТЗ з БДПС» було присвячено модульності бортових джерел живлення, а також електронним системам для силового інтерфейсу модулів живлення. Запропоновано та досліджено шляхом імітаційного комп’ютерного симулювання низку конфігурацій модульних каскадних та інших енергетичних систем, складених з акумуляторних батарей (АБ) чи гібридних систем накопичення енергії (ГСНЕ), які містять АБ та суперконденсаторні (СК) модулі. Проведено дослідження шляхом комп’ютерного імітаційного моделювання першого типу інтегрованої енергетично-тягової системи ЕАТЗ, у якій каскадний DC-DC перетворювач об’єднує енергетичні модулі АБ чи гібридні АБ-СК модулі живлення та одночасно формує кількарівнево регульовану бортову DC-мережу, від якої живиться силовий транзисторний інвертор напруги БДПС. Розроблено алгоритми та програми для багатофункційного автоматичного керування каскадним DC-DC перетворювачем, які здійснюють ефективне керування моментом та швидкістю БДПС, а також забезпечують вирівнювання зарядів АБ-модулів.
Розділ 3 «Розроблення та дослідження нової конфігурації гібридної АБ-СК системи електричного живлення ЕАТЗ з перемиканням структури» присвячено створенню та аналізу напівактивної структури ГСНЕ зі структурою з перемиканням АБ та СК-блока. Теоретично обґрунтовано, що така конфігурація дає змогу зменшити встановлену ємність СК-блока на 54,7% при збереженні того самого рівня доступної енергії порівняно з відомими аналогами. Синтезовано алгоритм роботи системи енергетичного менеджменту (СЕМ), який охоплює вісім режимів роботи (5 тягових та 3 гальмівні), забезпечуючи ощадну експлуатацію АБ та підтримання оптимального рівня заряду СК.
Розділ 4 «Інтегрування модульних систем електричного живлення та двомодульного БДПС з трифазними обмотками якоря» фокусується на дослідженні систем на базі модульних БДПС із двома наборами трифазних обмоток якоря (2×3 БДПС) асиметричної конфігурації. Обґрунтовано використання дробових концентричних обмоток для мінімізації взаємоіндуктивного зв’язку між модулями обмотки якоря та пульсацій моменту. Розроблено вдосконалену математичну модель машини, яка базується на результатах моделювання магнітного поля методом скінченних елементів (FEM - англ. Finite Element Method). Проведено оцінку пульсацій електромагнітного моменту за умов незбалансованого навантаження модулів, де доведено, що наявність магнітного зв’язку в асиметричних машинах сприяє взаємній компенсації пульсацій.
Розділ 5 «Інтегрування модульних систем електричного живлення та БДПС з розімкненими кінцями обмотки якоря» досліджує поєднання модульних систем акумуляторного живлення з приводами БДПС, що мають розімкнені кінці обмоток якоря (OEW - англ. Open End Winding). У розділі проаналізовано просторовий розподіл векторів напруги для 120-градусного та 180-градусного законів комутації, що дало змогу реалізувати, відповідно, чотири- та трирівневе керування напругою якоря двигуна за допомогою двох мостових транзисторних інверторів напруги. Розроблено енергоефективну стратегію керування, де в режимі тяги ШІМ-регулювання застосовується лише до одного з інверторів, а для балансування енергії між двома незалежними акумуляторними модулями застосовано двопозиційне перемикання з гістерезисом.
У процесі виконання дисертаційних досліджень за обраною темою було обрано відомі та запропоновано власні перспективні конфігурації ЕТС для ЕАТЗ та розроблено алгоритми керування ними. У результаті комп’ютерного моделювання було показано роботоздатність досліджуваних ЕТС із розробленими системами керування тяговим електроприводом та СЕМ модулями енергетичного живлення, що було також підтверджено експериментальними дослідженнями.
Registration Date
2026-04-20
popup.nrat_date
2026-04-20 / 2026-07-02
