Топология тягового электропривода с входным трансформатором и активным выпрямителем напряжения на основе многофазного вентильно-индукторного двигателя

Введение. В последние десятилетия после изобретения биполярного транзистора с изолированным затвором в научных исследованиях стали популярны вентильно-индукторные двигатели. Однако недостатки вентильно-индукторных двигателей, такие как значительные пульсации момента и высокая стоимость силового электрического преобразователя, ограничивают их применение в промышленности и пропульсивных приводах. Для устранения существующих недостатков предлагается топология пропульсивного привода с входным многообмоточным трансформатором и активными выпрямителями, питающими многофазный вентильноиндукторный двигатель. 
Метод. Топология с использованием многофазного двигателя с числом фаз, кратным четырем, обеспечивает меньшие пульсации момента, чем традиционные топологии с числом фаз, кратным трем. Использование многофазной конфигурации позволяет повысить отказоустойчивость, а в случае неисправности в одном из элементов электропривода (преобразователе или обмотке) — продолжать работу с пониженной нагрузкой. Предложен профиль индуктивности и поверхность намагничивания предлагаемого двигателя с точки зрения создания постоянного суммарного момента в разомкнутой системе управления. Представлена система векторного управления активными выпрямителями с предуправлением. 
Основные результаты. Получены значения токов, и момента двигателя в двигательном и тормозном режимах, определена относительная пульсация момента. Рассмотрены режимы работы активного выпрямителя. Реализована модель пуска с гребным винтом. 
Обсуждение. Результаты моделирования разработанной системы подтверждают реализуемость и преимущества предлагаемой конфигурации для ее использования в пропульсивном приводе судов.

1. Krishnan R. Switched Reluctance Motor Drives: Modeling, Simulation, Analysis, Design, and Applications. CRC Press, 2001, 440 p.

2. Bostanci E., Moallem M., Parsapour A., Fahimi B. Opportunities and challenges of switched reluctance motor drives for electric propulsion: a comparative study. IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2017, vol. 3, no. 1, pp. 58–75. https://doi.org/10.1109/tte.2017.2649883

3. Inderka R.B., Menne M., De Doncker R.W. Control of switched reluctance drives for electric vehicle applications. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2002, vol. 49, no. 1, pp. 48–53. https://doi.org/10.1109/41.982247

4. Rezig A., Boudendouna W., Djerdir A., N’Diaye A. Investigation of optimal control for vibration and noise reduction in-wheel switched reluctance motor used in electric vehicle. Mathematics and Computers in Simulation, 2020, vol. 167, pp. 267–280. https://doi.org/10.1016/j.matcom.2019.05.016

5. Sarlioglu B., Morris C.T. More electric aircraft: review, challenges, and opportunities for commercial transport aircraft. IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2015, vol. 1, no. 1, pp. 54–64. https://doi.org/10.1109/tte.2015.2426499

6. Bartolo J.B., Degano M., Espina J., Gerada C. Design and initial testing of a high-speed 45-kW switched reluctance drive for aerospace application. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2017, vol. 64, no. 1, pp. 988–997. https://doi.org/10.1109/tie.2016.2618342

7. Castano S.M., Yang R., Mak C., Bilgin B., Emadi A. External-rotor switched reluctance motor for direct-drive home appliances. Proc. of the IECON 2018 — 44th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2018, pp. 514–521. https://doi.org/10.1109/iecon.2018.8591727

8. Seon H.G., Han M.S., Ahn H.J., Kim J., Lim Y.C. Efficiency enhancement of a low-voltage automotive vacuum cleaner using a switched reluctance motor. Energies, 2016, vol. 9, no. 9, pp. 692. https://doi.org/10.3390/en9090692

9. Jeong K., Lee D., Ahn J. Characteristic analysis of a novel singlephase hybrid SRM for blender application. Proc. of the 2018 IEEE Transportation Electrification Conference and Expo, Asia-Pacific (ITEC Asia-Pacific), 2018, pp. 1–5. https://doi.org/10.1109/itecap.2018.8433296

10. Gaafar M.A., Abdelmaksoud A., Orabi M., Chen H., Dardeer M. Switched reluctance motor converters for electric vehicles applications: comparative review. IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2023, vol. 9, no. 3, pp. 3526–3544. https://doi.org/10.1109/tte.2022.3192429

11. Peyrl H., Papafotiou G., Morari M. Model predictive torque control of a Switched Reluctance Motor. Proc. of the IEEE International Conference on Industrial Technology, 2009, pp. 1–6. https://doi.org/10.1109/icit.2009.4939734

12. Anuchin A., Demidova G.L., Hao C., Zharkov A., Bogdanov A., Šmídl V. Continuous control set model predictive control of a switch reluctance drive using lookup tables. Energies, 2020, vol. 13, no. 13, pp. 3317. https://doi.org/10.3390/en13133317

13. Pham L., Kazemirova Y., Yuan X., Kulik E., Demidova G., Anuchin A. Medium voltage transformerless topology of propulsion drive based on a Multiphase Switched Reluctance Motor. Proc. of the Energy Conversion Congress & Expo Europe (ECCE Europe), 2025, pp. 1–6. https://doi.org/10.1109/ecce-europe62795.2025.11238561

14. Upamanyu K., Ameta C., Gopalaratnam N. Simplified input voltage sensorless vector control for PWM rectifiers. IEEE Transactions on Industry Applications, 2020, vol. 56, no. 4, pp. 4051–4060. https://doi.org/10.1109/tia.2020.2992955

15. Kazemirova Y., Chepiga A., Anuchin A., Lashkevich M., Kovyazin A., Kulik E. Feedforward control of an active front end in cascaded medium voltage frequency converter. Proc. of the 28th International Workshop on Electric Drives: Improving Reliability of Electric Drives (IWED), 2021, pp. 1–5. https://doi.org/10.1109/iwed52055.2021.9376397

16. Li D., Notohara Y., Ando T. Sensorless control for a three-phase PWM rectifier-inverter system with single-chip micro-controller. Proc. of the International Conference on Electrical Machines and Systems, 2009, pp. 1–6. https://doi.org/10.1109/icems.2009.5382852

17. Prashanth M., Raveendhra D., Giridhar A., Raju B.N. DC-link current ripple reduction in switched reluctance machine drives. Proc. of the IEEE 2nd International Conference on Sustainable Energy and Future Electric Transportation (SeFeT), 2022, pp. 1–6. https://doi.org/10.1109/sefet55524.2022.9909285

18. Zare F., Davari P., Blaabjerg F. A modular active front-end rectifier with electronic phase shifting for harmonic mitigation in motor drive applications. IEEE Transactions on Industry Applications, 2017, vol. 53, no. 6, pp. 5440–5450. https://doi.org/10.1109/tia.2017.2726506

19. Zhang C., Ma Y., Thies F., Ringsberg J.W., Xing Y. Towards autonomous inland shipping: a manoeuvring model in confined waterways. Ships and Offshore Structures, 2024, vol. 20, no. 6, pp. 767–779. https://doi.org/10.1080/17445302.2024.2358284