В рамках конкурса УМНИК «Проектная команда» научные сотрудники ЮУрГУ адаптировали программу Ansys для определения эксплуатационных возможностей силовых электронных компонентов при разных условиях. Силовые электронные компоненты входят в состав конструкции как обычных стиральных машин, так и зарядных станций для электромобилей. Разработка позволит прогнозировать качество работы силовых электронных компонентов.
Научные сотрудники ЮУрГУ предложили адаптировать программу Ansys (пакет Work Bench) для тестирования работы силовых электронных компонентов. Модернизированная версия программы объединила такие параметры исследования силовых компонентов, как электромагнитную совместимость, электромеханические, механические и тепловые расчеты. Это позволит анализировать режимы работы силовых электронных компонентов в разных условиях.
«Электронные компоненты делятся на два вида: силовые и радиоэлектронные. Их названия (транзисторы, тиристоры, диоды) и принцип работы одинаковы, но имеется и ряд различий. Во-первых, это назначение: радиоэлектронные компоненты применяются в радиоэлектронике, силовые компоненты используются в электроприводах. Во-вторых, различия в режимах работы: радиоэлектронные компоненты работают с малыми по величине токами и напряжением, силовые – с более высокими и крайне высокими. В-третьих, и это больше следствие, разная конструкция и проектирование», – рассказывает руководитель проекта, старший преподаватель кафедры «Электропривод, мехатроника и электромеханика» Никита Савостеенко.
Для испытания работы силовых электронных компонентов используются программы математического моделирования, наиболее популярная из которых – программа Matlab. Однако Matlab не позволяет задать все внешние факторы окружающей среды, в которой используется силовой электронный компонент. Если на силовой компонент произойдет какое-то физическое воздействие, например, при перевозке, моделирование в Matlab не позволит воссоздать эту ситуацию и предсказать характер изменения работы силового электронного компонента.
В рамках конкурса были разработаны 3D-модели силовых электронных компонентов методом конечных элементов. Помещая силовые электронные компоненты в рабочую и нерабочую среду (в среду номинальных и неноминальных режимов работы), специалисты определили максимальное время работы и динамику основных рабочих параметров объекта исследования в зависимости от условий эксплуатации. Таким образом, ученые определили, как изменение какого-либо фактора внешней среды влияет на работу электронного компонента.
Группа компаний «Приводная техника» заинтересована в разработке среды для тестирования силовых электронных компонентов для зарядных станций электромобилей.
«Особенность работы зарядных станций в том, что они работают в тяжелых режимах работы: высокие токовые нагрузки для быстрой зарядки автомобилей, месторасположение под открытым небом, в связи с чем температурный диапазон работы зарядных станций крайне широк», – говорит аспирант Игорь Головань.
Сотрудники ЮУрГУ воспроизвели моделирование всей зарядной станции в различных режимах работы: при высоких и низких температурах, при механических повреждениях и электромагнитных воздействиях. Так ученые выяснили, какой внешний фактор оказывает наибольшее влияние на рабочие параметры зарядной станции.
В дальнейшем планируется апробация разработанных методов испытаний силовых электронных компонентов при разработке многоуровневых преобразователей частоты. Также планируется публикация статьи в высокорейтинговом журнале. Грантовую поддержку конкурсу оказывает Фонд содействия инновациям.
Южно-Уральский государственный университет – это университет трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В 2021 году ЮУрГУ победил в конкурсе по программе «Приоритет 2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ), который призван решить задачи национального проекта «Наука и университеты».
Читайте нас: