Энергоэффективность асинхронного двигателя в качестве тягового электропривода для электротранспорта

Введение. Использование асинхронного двигателя в качестве исполнительного устройства тягового электропривода транспортного средства, учитывая ограниченность запаса энергии на борту, актуализирует вопрос повышения энергоэффективности двигателя. В этой связи выбор способа управления должен проводиться не только исходя из обеспечения требуемых динамических характеристик, но и с учётом необходимости минимизации затрат энергии. В работе проведён сравнительный анализ энергоэффективности асинхронного двигателя при использовании двух способов управления: с поддержанием постоянства потокосцепления ротора и с постоянством абсолютного скольжения.

Цель исследования – оценка энергоэффективности работы асинхронного двигателя в качестве исполнительного элемента тягового электропривода транспортного средства.

Методология и методы. Расчёты выполняются на основе уравнений асинхронного двигателя, описывающих установившиеся электромагнитные процессы в нём. Сравнение энергоэффективности проводится путём расчёта отношения коэффициентов полезного действия двигателя, полученных при использовании двух сравниваемых способов управления при различных значениях электромагнитного момента и частоты вращения ротора.

Результаты и научная новизна. Разработана методика анализа энергоэффективности асинхронного двигателя с помощью соотношений его КПД при способах управления с постоянством потокосцепления ротора и с постоянством абсолютного скольжения. Представлены результаты сравнения КПД при рассматриваемых способах регулирования. Показано влияние механизма формирования электромагнитного момента в функции тока статора на потери мощности в двигателе. Обоснован выбор способа управления и конструктивных особенностей для асинхронного тягового электродвигателя транспортного средства.

Практическую значимость представляют рекомендации по выбору способа управления асинхронным тяговым электродвигателем и его конструктивных параметров, влияющих на энергоэффективность.

1. Hirosawa S. Permanent Magnets Beyond Nd-DyFe-B // Journal of the Minerals, Metals & Materials Society. – 2015. – Vol. 67, No. 6. – P. 1304–1305.

2. Aston A. China’s Rare-Earth Monopoly // MIT Technology Review. – Oct, 2015.

3. Bansal R. Rare No More? // IEEE Microwave Magazine. – March/April, 2013. – P. 18–20.

4. Substitution of critical raw materials in low-carbon technologies: lighting, wind turbines and electric vehicles: научно-технический отчет EUR 28152 EN. – Publications Office of the European Union, 2016. – P. 58–67.

5. Chau K.T. Electric Vehicle Machines and Drives. Design, Analysis and Application. – John Wiley & Sons Singapore Pte. Ltd., 2015. – P. 53–57.

6. Гуляев И.В., Тутаев Г.М. Системы векторного управления электроприводом на основе асинхронизированного вентильного двигателя. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2010. – 200 с.

7. Поляков В.Н., Шрейнер Р.Т. Энергоэффективные режимы двигателей переменного тока в системах частотного управления: Учебное пособие. – Екатеринбург: Изд-во УрФУ, 2017. – 254 с.

8. Усольцев А.А. Частотное управление асинхронными двигателями. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. С. 50–65.

9. Соколов М.М., Петров Л.П., Масандилов Л.Б., Ладензон В.А. Электромагнитные переходные процессы в асинхронном электроприводе. – М.: Энергия, 1967. – С. 20–31.

10. Булгаков А.А. Частотное управление асинхронными двигателями. – М.: Энергоиздат, 1982. – С. 51–78.

11. Ключев В.И. Теория электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 1998. – С. 102–130.