Новий інвертор з 21 рівнем забезпечить значне покращення показників електричних автомобілів.

Міжнародна група вчених розробила інноваційний 21-рівневий асиметричний інвертор для електромобілів, що значно підвищує ефективність та знижує вартість силової електроніки

Науковці з алжирських університетів представили новаторське рішення, яке має на меті підвищити ефективність електромобілів — 21-рівневий асиметричний інвертор з оптимізованою кількістю перемикань. Дослідження здійснено командою під керівництвом професора Р. Талеба в лабораторії електротехніки та відновлювальної енергетики університету Хассіба Бенбуалі.

Створений апарат застосовує технологію широтно-імпульсної модуляції для забезпечення електроживлення рухових систем електричних автомобілів. Запропонована архітектура демонструє значне підвищення як у продуктивності, так і в економічності в порівнянні з класичними асиметричними варіантами.

Головною метою цього дослідження стало вдосконалення властивостей електромобілів шляхом впровадження методу управління ковзним режимом для синхронного двигуна з постійними магнітами, який функціонує на основі 21-рівневої інверторної топології з оптимізованим перемиканням.

Інвертор застосовує варіації вхідної напруги для окремих компонентів і модулів, що дає змогу комбінувати та віднімати ці значення для отримання різних рівнів напруги. Ця система розроблена для використання в електромобільних тягових системах, забезпечуючи живлення синхронного двигуна з постійними магнітами потужністю приблизно 50 кВт і максимальним крутним моментом 255 Нм.

Функціонування двигуна регулюється шляхом використання методу управління ковзанням, що включає три різні поверхні, з урахуванням динамічних характеристик транспортного засобу. Цей підхід гарантує стабільність системи в умовах зовнішніх впливів і варіацій 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.

Дослідження довели, що впровадження 21-асиметричного багаторівневого інвертора сприяє підвищенню якості вихідної напруги та ефективності електромобіля. При цьому коефіцієнт гармонічних спотворень (THD) дорівнює лише 6,19%, що є значним покращенням у порівнянні з 73,39% для звичного 2-рівневого інвертора.

Пропонована архітектура представляє собою вигідну та зручну в експлуатації систему, яка легко піддається обслуговуванню. Вона забезпечує оперативне реагування на задану швидкість обертання двигуна та має гарну динаміку управління. Крім того, система показує високі результати при змінах навантаження та в різних експлуатаційних умовах.

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.

Система управління, що була створена, гарантує стабільну функціональність навіть при змінах бажаного виходу через коливання навантаження в приводній системі. Застосування асиметричного багаторівневого інвертора здатне знизити рівень гармонік, що, у свою чергу, покращує якість вихідної напруги та підвищує ефективність електромобіля.

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