Аннотация
В статье рассматриваются вопросы создания системы заряда-разряда бортовых накопителей электроэнергии транспортных средств. Поскольку необходимо обеспечить гальваническое разделение цепей, в этом случае целесообразно использовать систему с двойным преобразованием электроэнергии и разделительными трансформаторами. Преобразователи в рассматриваемой системе выполняются на основе IGBT-модулей с частотой переключения до нескольких килогерц. В этом случае целесообразно применять разделительные трансформаторы тороидальной конструкции. Рассмотрен вопрос определения оптимальных параметров трансформатора. При расчете минимизируются массогабаритные показатели трансформатора, потери в стали и обмотках, а также перегрев трансформатора. Напряжение на выходе преобразователей системы заряда имеет прямоугольную форму, что приводит к несинусоидальному изменению магнитной индукции в магнитопроводах разделительных трансформаторов. В этом случае для уточненного учета магнитных потерь используется обобщенная формула Штейнметца. В статье приведено описание методики определения геометрических соотношений и массы тороидальных трансформаторов, потерь в обмотках и магнитной системе, оценки температуры перегрева поверхности. Выполнен анализ влияния частоты преобразования и геометрических размеров трансформатора на величину потерь и его нагрев. Установлено, что при увеличении магнитного потока в сердечнике число витков обмоток и электрические потери снижаются, но увеличивается индукция и магнитные потери в сердечнике. По мере увеличения частоты преобразования минимум потерь в трансформаторе становится более выраженным, так как с ростом частоты возрастает влияние магнитных потерь. Увеличение частоты преобразования позволяет уменьшить массу трансформатора за счет снижения числа витков в обмотках. Этот эффект хорошо проявляется в области малых значений магнитного потока сердечника, так как в этом случае масса трансформатора в основном определяется массой обмоток. Показано, что для трансформатора мощностью 60 кВт рациональным является использование электротехнической стали с толщиной листа 0,18 мм и частотой преобразования 2000 Гц, обеспечивающих наилучшие массогабаритные показатели.
Ключевые слова
система заряда-разряда бортовых накопителей, тороидальный трансформатор, расчет магнитных потерь, оптимизация геометрических соотношений тороидального трансформатора
1. Логинова Е.Ю., Кузнецов Г.Ю. Повышение тяговых характеристик тепловоза с гибридной энергетической установкой // Мир транспорта. 2022. № 20(3). С. 21-29. doi: 10.30932/1992-3252-2022-20-3-3
2. Чикиркин О.В. ЭМКА2 - инновационный гибридный электровоз // Локомотив. 2023. № 11(803). С. 30-31.
3. Анализ вариантов тяговой системы маневрового контактно-аккумуляторного электровоза / А.А. Андрющенко, А.А. Зарифьян (мл.), Н.В. Романченко, Талахадзе Т.З., Талахадзе С.М. // Транспорт: наука, образование, производство: сб. науч. тр., Ростов-на-Дону, 20-22 апреля 2020 года. Т. 2. Ростов-на-Дону: Ростовский государственный университет путей сообщения, 2020. С. 57-60.
4. Рыжова Е.Л. Применение аккумуляторных батарей на тяговом подвижном составе // Электроника и электрооборудование транспорта. 2023. № 4-6. С. 27-30.
5. Пат. № 2840305 Российская Федерация, МПК B60L 50/13, H02M 5/44. Многоканальный преобразователь транспортного средства / Александров А.В., Бурдасов А.Б., Вертегел Д.А., Гультяев А.С., Локтионов К.Г., Селезнев Л.Э., Талья И.И.; заявитель АО «Управляющая компания "Брянский машиностроительный завод"»; № 2024135349, заявл. 25.11.2024, опубл. 21.05.2025.
6. Пат. № 2816383 Российская Федерация, МПК B60L 9/04, B60L 9/22, B60L 50/53. Тяговая электрическая система транспортного средства с накопителем энергии / Александров А.В., Бурдасов А.Б., Вертегел Д.А., Гультяев А.С., Локтионов К.Г., Талья И.И.; заявитель АО «Трансмашхолдинг»; № 2023121429, заявл. 16.08.2023, опубл. 28.03.2024.
7. Котенёв С.В., Евсеев А.Н. Расчёт и оптимизация тороидальных трансформаторов. М.: Изд-во «Горячая линия-Телеком», 2011. 287 с.
8. Котенёв С.В., Евсеев А.Н. Расчет и оптимизация тороидальных трансформаторов и дросселей. М.: Издательство «Горячая линия-Телеком», 2022. 360 с.
9. Бертинов А.И., Кофман Д.Б. Тороидальные трансформаторы статических преобразователей. М.: Энергия, 1970. 96 с.
10. Косенко С. Расчёт импульсного трансформатора двухтактного преобразователя // Радио. 2005. №4. С. 35-38.
11. Non-Oriented Electrical Steel Sheets. Nippon Steel Corporation, 2020. URL: https://www.nipponsteel.com/product/catalog download/ pdf/D005je.pdf (дата обращения 21.11.2025).
12. Krzysztof G., Kalina D. Improved Method for Measuring Power Losses in the Inductor Core // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2020. Vol. 70. 1500710. doi: 10.1109/TIM.2020.3031977
13. Семенов Ю.П. Магнитное поле тороидального магнитопровода и конструкция прецизионного трансформатора отношения напряжений // Научно-техническая конференция Санкт-Петербургского НТО РЭС им. А.С. Попова, посвященная Дню радио. 2024. № 1(79). С. 426-430.
14. Reinert J., Brockmeyer A., De Doncker R.W.A.A. Calculation of losses in ferroand ferrimagnetic materials based on the modified Steinmetz equation // IEEE Transactions on Industry Applications. 2001. July. Vol. 37. No. 4. Pp. 1055-1061. doi: 10.1109/28.936396
15. Li J., Abdallah T., Sullivan C.R. Improved calculation of core loss with nonsinusoidal waveforms // Conference Record of the 2001 IEEE Industry Applications Conference. 36th IAS Annual Meeting. IEEE, 2001. Pp. 2203-2210. doi: 10.1109/IAS.2001.955931
16. Computation of Core Losses in Electrical Machines Using Improved Models for Laminated Steel / D.M. Ionel, M. Popescu, M.I. McGilp, T.J.E. Miller, S. Dellinger, R.J. Heideman // IEEE Transactions on Industry Applications. 2007. Nov. Vol. 43. No. 6. Pp. 1554-1564. doi: 10.1109/IAS.2006.256621
17. Asef P., Bargallo R., Lapthorn A. Iron Loss Prediction Using Modified IEM-Formula during the Field Weakening for Permanent Magnet Synchronous Machines // Machines. 2017. No. 5(4). 30. doi: 10.3390/machines5040030
18. Задачи многопараметрического диагностирования технического состояния силовых трансформаторов в системах on-line мониторинга / А.С. Карандаев, И.М. Ячиков, В.Р. Храмшин, А.А. Николаев // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2016. № 4. С. 65-73. doi: 10.17213/0136-3360-2016-4-65-73
19. Довгяло Д.А., Янушкевич В.Ф., Тихонович В.А. Пусковые токи в тороидальных трансформаторах // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия С. Фундаментальные науки. 2022. №4. С. 62-68. doi: 10.52928/2070-1624-2022-38-4-62-68
Оптимизация конструкции импульсных трансформаторов системы контроля заряда–разряда бортовых накопителей электроэнергии транспортных средств / Т.С. Титова, Евстафьев А.М., Колпахчьян П.Г., Теличенко С.А., Никитин В.В.// Электротехнические системы и комплексы. 2025. № 4(69). С. 15-22. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2025-4(69)-15-22
© Титова Т.С., Евстафьев А.М., Колпахчьян П.Г., Теличенко С.А., Никитин В.В., 2025 Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License