Вестник МГТУ, 2023, Т. 26, № 4.

Иванов М. Д. и др. DC/DC-преобразователь в тяговой системе электромобиля Введение Преобразователи постоянного напряжения в постоянное напряжение (DC/DC-преобразователи) используются в электронных приборах, устройствах телекоммуникации, автоматизированных системах управления (АСУ), транспортных системах. DC/DC-преобразователи классифицируются по назначению (понижающие, повышающие, инвертирующие), наличию гальванической развязки (изолированные, неизолированные), направлению потока мощности (однонаправленные, двунаправленные), источнику питания (питаемые от источника тока, питаемые от источника напряжения), типу переключений (на жестких или мягких переключениях) (Forouzesh et al., 2017; Вершинин и др., 2022). Общая черта всех DC/DC- преобразователей - наличие в их схеме LC-фильтра - узла, предназначенного для сглаживания пиков токов, напряжений и корректной работы нагрузки (Sattarov et al, 2023). В качестве LC-фильтра применяются гибридные электромагнитные элементы. Основным преимуществом гибридных электромагнитных элементов являются их улучшенные массогабаритные показатели (Конесев, 1992; Конесев и др., 2005). В области микроэлектроники современные технологии позволяют создавать дискретные электромагнитные элементы (катушки индуктивности и конденсаторы), площадь которых не превышает нескольких десятков квадратных миллиметров ( Тюменцев и др., 2011). Конструкция многофункционального интегрированного электромагнитного компонента (МИЭК) не позволяет конкурировать с дискретными катушками индуктивности и конденсаторами в слаботочных системах по массогабаритным показателям. Поэтому целесообразно использовать МИЭК в электротехнических системах и устройствах, мощность которых измеряется десятками и сотнями киловатт. На данный момент достаточно актуальной сферой использования преобразователей постоянного напряжения являются тяговые системы электрических транспортных средств (ЭТС) (Нго и др., 2017). В качестве двигателя в ЭТС наиболее часто применяют синхронные двигатели с постоянными магнитами. Например, в современных моделях электромобилей компании Tesla (США) устанавливаются именно такие электродвигатели (Sieklucki, 2018). Отличительная особенность указанных двигателей - нелинейная зависимость электромагнитного момента двигателя от входного постоянного напряжения Ud (Евстратов, 2016). На рис. 1 в качестве примера приведена такая зависимость для синхронного двигателя с постоянными магнитами HVH250-115S. О 2000 400С 6000 8000 10000 Частота вращения, мин -1 Рис. 1. Механические характеристики двигателя HVH250-115S в зависимости от входного напряжения (Источник: https://www.cascadiamotion.com/images/catalog/remy-pds—hvh250-115-sheet-euro-pr-3-16.pdf) Fig. 1. HVH250-115S motor mechanical characteristics depending on the input voltage. Source: https://www.cascadiamotion.com/images/catalog/remy-pds—hvh250-115-sheet-euro-pr-3-16.pdf Рассмотрим эффект от увеличения входного напряжения на частоте вращения двигателя 8 000 мин-1. Максимальный электромагнитный момент при входном напряжении Ud = 200 В составляет 60 Н-м, а при напряжении Ud = 400 В момент равен 180 Н-м. Таким образом, увеличение входного напряжения в два раза позволяет увеличить максимальный электромагнитный момент в три раза. Повысить рабочее напряжение двигателя можно двумя основными способами: 1 ) увеличение количества последовательно включенных аккумуляторов в батарее; 2) установка DC/DC-преобразователя в состав тяговой системы ЭТС. Увеличение количества аккумуляторов в батарее является не самым лучшим решением с точки зрения массогабаритных показателей. Например, аккумуляторная батарея автомобиля Tesla Model S имеет массу, превышающую 500 кг (Thomas et al., 2020). В данной статье рассматривается улучшение 362