Разработка схемы электропитания электроприводов в условиях низких температур

Содержание

Введение
1⠄Глава: Теоретические основы функционирования электрооборудования и электроприводов при низких температурах
1⠄1⠄Физико-химические процессы, протекающие в элементах электропривода и источниках питания при отрицательных температурах
1⠄2⠄Влияние низких температур на характеристики аккумуляторных батарей, конденсаторов и преобразователей напряжения
1⠄3⠄Обзор нормативных требований и стандартов к эксплуатации электрооборудования в условиях холодного климата
2⠄Глава: Анализ существующих решений и методов обеспечения работоспособности электроприводов в условиях низких температур
2⠄1⠄Обзор и сравнительный анализ типовых схем электропитания для низкотемпературных применений (в т.ч. с подогревом и термостабилизацией)
2⠄2⠄Анализ проблемных ситуаций и неисправностей, возникающих при $$$$$ и $$$$$$ электроприводов на $$$$$$
2⠄3⠄$$$$$$$$ $$$$$$ и $$$$$$$$$$$ требований к $$$$$$$$$$$ $$$$$ электропитания ($$$$$$$$$, $$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$$) для $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$
3⠄Глава: $$$$$$$$$$ и $$$$$$$$$$$ $$$$$ электропитания электропривода для эксплуатации при $$$$$$$$$$$$ низких температурах
3⠄1⠄$$$$$$$$$$$ $$$$$$ и $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ электропитания с $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ и $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$
3⠄2⠄$$$$$$ и $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$ ($$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$/$$-$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$)
3⠄3⠄$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ в $$$$$ ($$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$, $$$$$$/$$$$$$$$) при $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ и $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$
$$$$$$$$$$
$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$

Введение

Современное развитие промышленности, освоение арктических регионов и эксплуатация техники в климатических зонах с экстремально низкими температурами предъявляют повышенные требования к надежности и эффективности систем электропитания электроприводов, являющихся ключевыми исполнительными элементами большинства технологических процессов. Обеспечение стабильной работы электродвигателей и силовой электроники в условиях сурового холода, где температура окружающей среды может опускаться ниже -50°C, представляет собой сложную инженерную задачу, решение которой напрямую влияет на производительность, безопасность и срок службы оборудования.

Актуальность темы исследования обусловлена возрастающей потребностью в создании автономных и энергоэффективных систем, способных гарантировать запуск и длительную безаварийную работу электроприводов без существенных потерь мощности и преждевременного выхода из строя компонентов. В условиях глобального энергоперехода и интенсификации хозяйственной деятельности на Севере, проблема стабильного электропитания становится критически важной как для стационарных установок, так и для мобильной техники.

Проблематика работы заключается в комплексном негативном воздействии низких температур на все элементы цепи электропитания: от химических источников тока, чья емкость и отдача резко падают, до изоляции проводов, полупроводниковых ключей и подшипниковых узлов. Существующие типовые схемы часто не адаптированы к таким условиям, что приводит к отказам систем управления, затрудненному пуску и снижению КПД. Отсутствие универсальных, экономически оправданных инженерных решений, сочетающих термостабилизацию, адаптивное управление и резервирование, определяет научную и практическую значимость данной разработки.

Объектом исследования является система электропитания электроприводов, эксплуатируемых $ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$ исследования $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$.

$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$.

$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$:
$. $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$-$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$.
$. $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$.
$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$.
$. $$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$.
$. $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$/$$$$$$$$.

$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$.

Физико-химические процессы, протекающие в элементах электропривода и источниках питания при отрицательных температурах

Эксплуатация электроприводов в условиях низких температур сопряжена с комплексом негативных физико-химических явлений, которые существенно изменяют характеристики как силовых полупроводниковых компонентов, так и химических источников тока. Понимание природы этих процессов является фундаментальной основой для разработки надежных схем электропитания, способных обеспечить работоспособность оборудования в арктических и субарктических регионах.

Наиболее критичным элементом системы электропитания, подверженным воздействию холода, является аккумуляторная батарея. При понижении температуры окружающей среды скорость электрохимических реакций в электролите замедляется в соответствии с уравнением Аррениуса. Это приводит к резкому увеличению внутреннего сопротивления источника тока. Как отмечается в современной литературе, при снижении температуры с +25°C до -30°C емкость свинцово-кислотных аккумуляторов может уменьшиться на 60-70%, а литий-ионных батарей — на 40-50% [12]. Данное явление обусловлено возрастанием вязкости электролита, что затрудняет диффузию ионов к электродам. Кроме того, при температурах ниже -20°C в литий-ионных аккумуляторах происходит замедление процесса интеркаляции лития в структуру анода, что может привести к локальному перенапряжению и выделению металлического лития в виде дендритов, способных вызвать короткое замыкание.

Параллельно с падением емкости наблюдается снижение разрядного напряжения под нагрузкой. Это связано с тем, что поляризационные потери в электродах и электролите возрастают экспоненциально. В результате, даже при номинально заряженной батарее, напряжение на ее клеммах в момент пуска электродвигателя может упасть ниже порога срабатывания защитной аппаратуры или минимально допустимого напряжения питания преобразователя частоты. Особенно остро эта проблема проявляется при использовании электроприводов постоянного тока, где пусковые токи могут в 5-7 раз превышать номинальные.

Не менее значительные изменения претерпевают свойства полупроводниковых приборов, входящих в состав преобразователей частоты и систем управления. В силовых транзисторах IGBT и MOSFET при низких температурах наблюдается увеличение порогового напряжения открытия. Это связано с изменением ширины запрещенной зоны полупроводникового материала и уменьшением подвижности носителей заряда. Согласно исследованиям, проведенным в МЭИ, при понижении температуры от +25°C до -40°C сопротивление открытого канала MOSFET может увеличиться на 15-25%, что ведет $ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ и $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ [$$]. $$$$$$$$$$$$$, $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ при $$$$$$$$$$$$ в $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$-$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ носителей, $$$$$$ $$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$.

$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$-$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$. $ $$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$ -$$°$, $$$ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$-$$ $$$ $$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ +$$°$ [$$]. $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$-$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$. $$$$$ $$$$, $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$.

$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$, $$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$ $$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$-$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$. $$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$.

$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$: $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$.

Продолжая анализ физико-химических процессов, протекающих в элементах электропривода при отрицательных температурах, необходимо детально рассмотреть явления, происходящие в магнитных материалах и проводниках, а также в системах управления и коммутации.

Сердечники электрических машин и дросселей, выполненные из электротехнической стали, при низких температурах демонстрируют изменение магнитных свойств. В частности, наблюдается увеличение коэрцитивной силы и, как следствие, рост потерь на гистерезис. Это связано с тем, что при охлаждении снижается тепловая энергия, способствующая перемагничиванию доменов, что делает процесс намагничивания более энергозатратным. Одновременно с этим, удельное электрическое сопротивление стали незначительно уменьшается, что приводит к некоторому росту вихревых токов. Однако суммарный эффект от этих изменений обычно не превышает 5-10% от номинальных потерь в магнитопроводе, что делает его менее критичным по сравнению с процессами в полупроводниках и электролитах.

Значительно более существенные изменения происходят в проводниковых материалах. Сопротивление медных и алюминиевых обмоток при понижении температуры уменьшается в соответствии с температурным коэффициентом сопротивления. При снижении температуры с +20°C до -40°C сопротивление медного проводника падает примерно на 20-25%. Это явление имеет двоякий характер: с одной стороны, снижение омических потерь в обмотках статора и ротора является положительным фактором, повышающим КПД электрической машины; с другой стороны, уменьшение активного сопротивления обмоток приводит к возрастанию пусковых токов, что создает дополнительную нагрузку на систему электропитания и может вызвать ложные срабатывания защитной аппаратуры.

В системах управления и коммутации, построенных на микроконтроллерах и логических микросхемах, низкие температуры вызывают изменение пороговых уровней логических сигналов. Скорость распространения сигналов по печатным проводникам увеличивается, однако время задержки переключения логических элементов может как уменьшаться, так и увеличиваться в зависимости от технологии изготовления микросхем. Наиболее критичным является эффект "защелкивания" (latch-up) в КМОП-структурах, который может возникать при низких температурах из-за изменения коэффициентов усиления паразитных биполярных транзисторов. Это требует применения специализированных микросхем с расширенным температурным диапазоном или введения дополнительных схем термостабилизации.

Отдельного рассмотрения заслуживают процессы в контактных соединениях. При низких температурах происходит сжатие материалов, что приводит к ослаблению контактного давления в разъемных соединениях. Кроме того, на поверхностях контактов может конденсироваться влага, которая при замерзании образует тонкую ледяную пленку, обладающую высоким электрическим сопротивлением. В условиях повышенной вибрации, характерной для мобильных электроприводов, этот эффект усугубляется, приводя к микроразрывам цепи и искрению. Особенно остро эта проблема проявляется в силовых разъемах аккумуляторных батарей и контакторах, где протекают большие токи [27].

При длительном воздействии низких температур на неработающее оборудование возникает эффект "теплового $$$$$" $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$ -$$°$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $ $$$$$$$$-$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$. $ $$$$$-$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$ -$$°$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$, $$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ ($$$-$$$$), $$$ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

$$ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $-$$% $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$°$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ [$].

$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$.

Влияние низких температур на характеристики аккумуляторных батарей, конденсаторов и преобразователей напряжения

Рассмотрение влияния низких температур на ключевые компоненты системы электропитания электроприводов требует детального анализа каждого элемента в отдельности, поскольку характер и степень деградации их характеристик существенно различаются. Аккумуляторные батареи, являющиеся основным источником энергии в автономных системах, наиболее уязвимы к холодовому воздействию, что подтверждается многочисленными экспериментальными исследованиями последних лет.

В работе коллектива авторов из Южно-Уральского государственного университета было экспериментально установлено, что при снижении температуры электролита свинцово-кислотной аккумуляторной батареи с +25°C до -30°C ее разрядная емкость при токе 0,1С падает на 65-70%, а при токе 1С — на 80-85% [6]. Столь существенное снижение обусловлено не только ростом вязкости электролита, но и изменением структуры активной массы положительных и отрицательных электродов. При низких температурах сульфат свинца, образующийся в процессе разряда, имеет более мелкодисперсную структуру, что затрудняет его последующее восстановление при заряде и способствует необратимой сульфатации пластин.

Литий-ионные аккумуляторы, получившие широкое распространение в современных электроприводах благодаря высокой удельной энергии, также демонстрируют существенное ухудшение характеристик при низких температурах. Исследования, проведенные в Московском энергетическом институте, показали, что при температуре -20°C емкость литий-железо-фосфатных аккумуляторов снижается на 40-50%, а напряжение разряда падает на 0,3-0,5 В относительно номинального значения. При этом наиболее критичным является не столько падение емкости, сколько невозможность быстрого заряда при низких температурах. Попытка заряда литий-ионного аккумулятора при температуре ниже 0°C током более 0,1С приводит к необратимому повреждению анода вследствие выделения металлического лития.

Особого внимания заслуживает явление "холодного пуска" аккумуляторной батареи, когда при низкой температуре необходимо обеспечить кратковременный ток большой величины для запуска электродвигателя. В этом режиме внутреннее сопротивление батареи, возросшее в 3-5 раз по сравнению с номинальным, приводит к значительному падению напряжения на клеммах. Как показывают расчеты, для обеспечения надежного пуска электропривода мощностью 5 кВт при температуре -40°C требуется аккумуляторная батарея с номинальной емкостью в 2-3 раза превышающей расчетную для нормальных условий.

Конденсаторы, используемые в качестве фильтрующих и накопительных элементов в преобразователях напряжения, также подвержены существенному влиянию низких температур. Электролитические конденсаторы с жидким электролитом наиболее чувствительны к холоду. При понижении температуры до -25°C их эквивалентное последовательное сопротивление может возрасти на порядок, что делает их практически непригодными для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. $ $$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ в $$$$$$$ "$$$$$$$$$$$$$$", $$$$$$$$$$, что $$$ $$$$$$$$$$$ -$$°C $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ может $$$$$$$$$ на $$-$$% $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ [$$]. $$$ $$$$$$$$ к $$$$$$$$$$ пульсаций напряжения на $$-$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, что $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ на $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ и может $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$.

$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ -$$°$, $$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$, $ $$$$$$$$$ $$$$. $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$ $$$$$$, $$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$ $ $$-$$ $$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$. $ $$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$-$$ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$ $$$ $ $$$$$ $$$$$$$$ $ $,$ $ $$$ +$$°$ $$ $,$ $ $$$ -$$°$, $$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$-$$%. $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$ $ $ $$$$$$$ $$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $ $$$$-$$$$$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$ $ $ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$ $$ "$$$$$ $$$$$$" $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$ $ $$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$.

Продолжая анализ влияния низких температур на компоненты системы электропитания, необходимо детально рассмотреть особенности работы DC-DC преобразователей и инверторов напряжения, а также вопросы температурной стабильности пассивных компонентов.

DC-DC преобразователи, используемые для согласования уровней напряжения аккумуляторной батареи и промежуточной шины электропривода, содержат силовые ключи, трансформаторы и выходные выпрямители. При низких температурах наиболее критичным элементом таких преобразователей являются импульсные трансформаторы, выполненные на ферритовых сердечниках. Исследования, проведенные в Томском политехническом университете, показали, что при понижении температуры с +25°C до -40°C индукция насыщения ферритовых сердечников марки N87 увеличивается на 15-20%, что теоретически позволяет передавать большую мощность. Однако одновременно с этим возрастают потери на перемагничивание из-за увеличения коэрцитивной силы материала [14]. Кроме того, при низких температурах изменяются диэлектрические свойства изоляционных материалов обмоток, что может привести к увеличению межвитковой емкости и, как следствие, к росту динамических потерь в силовых ключах.

Выходные выпрямители DC-DC преобразователей, выполненные на диодах Шоттки, также демонстрируют изменение характеристик при низких температурах. Падение напряжения на диоде Шоттки при прямом смещении уменьшается с понижением температуры, что является положительным фактором, снижающим потери проводимости. Однако обратный ток утечки также уменьшается, что улучшает выпрямительные свойства диода. Таким образом, диоды Шоттки являются одними из немногих полупроводниковых приборов, чьи характеристики улучшаются при низких температурах, что делает их предпочтительными для использования в низкотемпературных преобразователях.

Инверторы напряжения, преобразующие постоянное напряжение DC-шины в переменное напряжение для питания электродвигателя, содержат силовые ключи IGBT или MOSFET, а также драйверы управления. При низких температурах время включения и выключения IGBT транзисторов может изменяться. Время включения обычно уменьшается из-за увеличения подвижности носителей заряда в канале, а время выключения может увеличиваться из-за замедления процесса рекомбинации неосновных носителей в базе. Это приводит к изменению динамических потерь и может вызвать сквозные токи в стойках инвертора, если не скорректировать время "мертвой зоны" в алгоритме управления [30].

Особого внимания заслуживают драйверы управления силовыми ключами, которые должны обеспечивать достаточный ток затвора для быстрого переключения транзисторов. При низких температурах пороговое напряжение открытия MOSFET увеличивается, что требует более высокого напряжения на затворе. Одновременно с этим емкость затвор-исток может изменяться, что влияет на скорость перезаряда емкости и, соответственно, на $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$ напряжение управления может $$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$, что $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ и $$$$$ $$ $$$$$.

$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$, $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$-$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$, $$$ $$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ [$].

$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$ $$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$, $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$ -$$°$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$.

Обзор нормативных требований и стандартов эксплуатации электрооборудования в условиях холодного климата

Разработка схемы электропитания электроприводов для низкотемпературных применений невозможна без детального изучения нормативной базы, регламентирующей требования к оборудованию, эксплуатируемому в условиях холодного климата. Российская система стандартизации в данной области включает комплекс государственных и отраслевых нормативных документов, устанавливающих классификацию климатических исполнений, методы испытаний и критерии работоспособности электротехнических изделий.

Основополагающим документом в данной области является ГОСТ 15150-69 "Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды". Данный стандарт устанавливает категории климатических исполнений, среди которых для низкотемпературных применений наиболее актуальными являются исполнения "ХЛ" (холодный климат) и "УХЛ" (умеренно-холодный климат). Для исполнения "ХЛ" стандартом устанавливается диапазон рабочих температур от -60°C до +40°C, что предъявляет жесткие требования к материалам и компонентам системы электропитания [5].

В развитие ГОСТ 15150-69 был принят ГОСТ Р 52931-2008 "Приборы контроля и регулирования технологических процессов. Общие технические условия", который конкретизирует требования к электронным устройствам, входящим в состав систем управления электроприводами. Данный стандарт устанавливает дополнительные требования к вибропрочности, влагостойкости и устойчивости к воздействию соляного тумана, что особенно актуально для оборудования, эксплуатируемого в прибрежных арктических зонах.

Особое значение для проектирования систем электропитания имеет ГОСТ Р 51330.0-99 (МЭК 60079-0-98) "Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 0. Общие требования", поскольку многие объекты в холодных регионах относятся к взрывопожароопасным производствам. Данный стандарт устанавливает требования к уровню взрывозащиты, которые необходимо учитывать при выборе компонентов схемы электропитания, особенно при использовании аккумуляторных батарей и преобразователей напряжения в потенциально опасных зонах [19].

В области аккумуляторных батарей действует ГОСТ Р МЭК 62660-1-2014 "Электрические дорожные транспортные средства. Литий-ионные аккумуляторные батареи для силовых установок. Часть 1. Требования к характеристикам", который устанавливает методики испытаний при низких температурах. Согласно данному стандарту, аккумуляторная батарея должна сохранять не менее 70% номинальной емкости при температуре -20°C и обеспечивать возможность заряда при температурах не $$$$ $°C, $$$$ $$$$ не $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$.

$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$-$$$$ "$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$", $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$.$$.$$$-$$ "$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$", $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ [$$].

$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$-$$$$ "$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$", $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$ $$$$$.$.$-$$ "$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$" $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$, $ $$$$$$$$$ $ $$$ $$$$$ "$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$" $ $$$ $$$$$ "$$$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$". $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$-$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$.

Продолжая анализ нормативной базы, необходимо детально рассмотреть требования к конкретным элементам системы электропитания, а также особенности сертификации оборудования для эксплуатации в холодном климате. Важно отметить, что нормативные документы не только устанавливают граничные условия эксплуатации, но и определяют методики проверки соответствия этим условиям, что имеет прямое значение для этапа испытаний разрабатываемой схемы.

В области кабельной продукции для низкотемпературных применений действует ГОСТ Р 55025-2012 "Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ. Общие технические условия". Данный стандарт устанавливает требования к морозостойкости изоляции и оболочки кабелей, включая испытания на изгиб при низких температурах и стойкость к растрескиванию. Для климатического исполнения "ХЛ" кабели должны сохранять работоспособность при температурах до -60°C, что требует применения специальных марок полиэтилена и поливинилхлоридного пластиката с повышенной морозостойкостью [1].

Отдельного рассмотрения заслуживают требования к коммутационной аппаратуре, входящей в состав схемы электропитания. ГОСТ Р 50030.1-2007 "Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 1. Общие требования" устанавливает, что для климатического исполнения "ХЛ" контакторы, пускатели и автоматические выключатели должны обеспечивать номинальные режимы работы при температурах до -60°C. При этом особые требования предъявляются к материалам контактных групп, которые не должны подвергаться хрупкому разрушению при низких температурах, а также к смазочным материалам механических узлов, которые должны сохранять свои свойства во всем диапазоне рабочих температур.

В области силовой электроники важным документом является ГОСТ Р 57412-2017 "Преобразователи электроэнергии полупроводниковые. Общие технические условия", который устанавливает требования к эффективности, коэффициенту мощности и электромагнитной совместимости. Для низкотемпературных применений данный стандарт предписывает проведение испытаний при температурах -40°C и -60°C в зависимости от климатического исполнения. Особое внимание уделяется проверке пусковых режимов при низких температурах, когда пусковые токи могут значительно превышать номинальные значения [24].

Сертификация оборудования для холодного климата требует проведения комплекса испытаний в аккредитованных лабораториях. Основные виды испытаний включают: испытания на холодоустойчивость с выдержкой при заданной температуре в течение 2-4 часов; испытания на термоциклирование с многократным чередованием низких и высоких температур; испытания на морозостойкость после выдержки в воде; испытания на стойкость к обледенению и ветровой нагрузке. Результаты испытаний оформляются протоколами, на основании которых выдается сертификат соответствия.

Важным аспектом нормативной базы являются требования к маркировке и документации оборудования, предназначенного для эксплуатации в холодном климате. Согласно ГОСТ 2.601-2013 "Единая система $$$$$$$$$$$$$$$ документации. $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$", в $$$$$$$$ и $$$$$$$$$$$ $$ эксплуатации $$$$$$ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$, требования к $$$$$$$$ и $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ к $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$. $$$$ $ $$$ $$$$$-$-$$$$ "$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$ $. $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$" $$$$$$$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ "$$" $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$ -$$°$, $ $$$ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$.

$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$, $$$ "$$$$$$$" $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$-$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$ -$$°$.

$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $ $$$$ $$$$ $$$ $$$$$$ $$$$ $ $$$$$-$$$$ "$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$", $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $$$$$-$$, $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$, $$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $ $$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$.

Обзор и сравнительный анализ типовых схем электропитания для низкотемпературных применений

Анализ существующих схемотехнических решений для электропитания электроприводов в условиях низких температур является необходимым этапом разработки, позволяющим выявить достоинства и недостатки известных подходов и обосновать выбор оптимальной архитектуры для проектируемой системы. В современной практике применяется несколько принципиально различных схемных решений, каждое из которых имеет свою область эффективного применения.

Наиболее распространенным подходом является использование схемы с прямым питанием электропривода от аккумуляторной батареи через защитную коммутационную аппаратуру. Данная схема отличается простотой и минимальным количеством промежуточных преобразовательных элементов, что повышает ее надежность. Однако, как показано в исследовании, проведенном в Санкт-Петербургском политехническом университете, при температурах ниже -30°C такая схема становится неработоспособной из-за резкого падения напряжения на клеммах аккумулятора под нагрузкой [16]. Пусковой ток электродвигателя, превышающий номинальный в 5-7 раз, вызывает просадку напряжения ниже порога срабатывания контакторов и контроллеров, что приводит к сбоям в работе системы управления.

Альтернативным решением является применение схемы с DC-DC преобразователем, повышающим напряжение аккумуляторной батареи до стабильного уровня. В работе коллектива авторов из Новосибирского государственного технического университета было показано, что использование повышающего преобразователя позволяет компенсировать падение напряжения аккумулятора при низких температурах и обеспечить стабильное питание инвертора электропривода [2]. Однако данное решение имеет существенный недостаток: КПД преобразователя при низких температурах снижается из-за увеличения потерь в силовых ключах и магнитных элементах, что приводит к дополнительному расходу энергии аккумулятора.

Более сложным, но и более эффективным решением является применение схемы с промежуточным накопителем энергии на суперконденсаторах. Суперконденсаторы, обладающие высокой удельной мощностью и способные работать при температурах до -40°C без существенного ухудшения характеристик, используются для обеспечения пиковых нагрузок при пуске электродвигателя. В исследовании, опубликованном в журнале "Электротехника", было экспериментально подтверждено, что комбинированная система "аккумулятор-суперконденсатор" позволяет снизить пиковую нагрузку на аккумулятор в 3-4 раза и обеспечить надежный пуск электропривода при температурах до -40°C [10].

Сравнительный анализ перечисленных схемных решений по критериям надежности, энергоэффективности и стоимости представлен в таблице 1. Анализ показывает, что схема $ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ и $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$ $ $$-$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$ $$ $$$$ $$$$$$$$ $$$ и $$$$$$$$$$ стоимости. $$$$$$$$$$$$$$$ схема $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ надежности и энергоэффективности, $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ и $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$ $$$$$ $$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $ $$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$ $$$$$-$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $°$ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$% $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ [$$]. $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$-$$% $$ $$$$$$$ $$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$, $$ $ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$, $$ $ $$$$$$$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$, $$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ "$$$$$$$$$$$-$$$$$$$$$$$$$$$$" $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$-$$ $$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$.

Продолжая сравнительный анализ типовых схем электропитания, необходимо детально рассмотреть особенности реализации систем с термостабилизацией аккумуляторных батарей, а также проанализировать современные подходы к построению гибридных накопителей энергии, сочетающих различные типы химических источников тока.

Системы с термостабилизацией аккумуляторных батарей могут быть реализованы с использованием различных типов нагревательных элементов. Наиболее распространенным решением является применение пленочных нагревателей, размещаемых на поверхности аккумуляторных модулей. В исследовании, проведенном в Казанском государственном энергетическом университете, было показано, что использование силиконовых пленочных нагревателей мощностью 50-100 Вт на модуль позволяет поддерживать температуру литий-ионной батареи в диапазоне от -5°C до +5°C при температуре окружающей среды до -40°C [22]. Однако равномерность прогрева батареи при таком подходе составляет не более 70-80%, что может приводить к локальному перегреву отдельных ячеек и ускоренному старению.

Более эффективным решением является применение жидкостных систем термостабилизации, где теплоноситель циркулирует через каналы, расположенные между аккумуляторными ячейками. Такие системы обеспечивают равномерность прогрева до 95-98%, но требуют наличия насоса, расширительного бачка и системы управления, что усложняет конструкцию и снижает надежность. В работе ученых из Томского политехнического университета было показано, что использование жидкостной системы термостабилизации на основе этиленгликолевого теплоносителя позволяет поддерживать температуру аккумуляторной батареи в диапазоне +10°C ± 2°C при температуре окружающей среды -50°C [11]. При этом энергозатраты на подогрев составляют 8-12% от емкости батареи в час, что приемлемо для систем с длительными периодами простоя.

Особого внимания заслуживают схемы с использованием фазопереходных материалов для пассивной термостабилизации аккумуляторных батарей. В таких системах аккумуляторные ячейки помещаются в матрицу из материала с высокой теплотой плавления, например, парафина или гидратов солей. При работе батареи выделяющееся тепло расплавляет материал, который при остывании кристаллизуется, отдавая тепло обратно. Исследования показывают, что использование фазопереходных материалов позволяет сгладить температурные колебания в диапазоне ±3°C при циклических нагрузках, однако их теплоаккумулирующая способность ограничена, и при длительном воздействии низких температур они полностью остывают.

Гибридные накопители энергии, сочетающие аккумуляторные батареи различных типов, представляют собой перспективное направление развития систем электропитания для низкотемпературных применений. Например, комбинация литий-титанатных аккумуляторов, способных работать при температурах до -40°C, с литий-железо-фосфатными аккумуляторами, обладающими высокой удельной $$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$, $$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$. $ $$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ "$$$$$$$$$$$$$", $$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$ при $$$$$$$$$$$ -$$°C при $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$% $$$$$$, $$$ при $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ литий-титанатных аккумуляторов.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ "$$$$$$$$$$$-$$$$$$$$$$$$$$$$" $ $-$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$ $ $-$ $$$ $$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$ $ $$$$$$$$$, $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $ $$$, $$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$, $$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$.

Анализ проблемных ситуаций и неисправностей, возникающих при пуске и работе электроприводов на холоде

Эксплуатация электроприводов в условиях низких температур сопровождается возникновением специфических неисправностей и аварийных ситуаций, анализ которых необходим для обоснования требований к разрабатываемой схеме электропитания. Систематизация и классификация типовых отказов позволяют выявить наиболее уязвимые элементы системы и разработать эффективные меры защиты.

Наиболее распространенной проблемой при пуске электропривода в условиях низких температур является невозможность запуска двигателя из-за недостаточного напряжения на клеммах аккумуляторной батареи. Как показано в исследовании, проведенном в Омском государственном техническом университете, при температуре -30°C напряжение на клеммах свинцово-кислотной аккумуляторной батареи под нагрузкой пускового тока может снижаться до 6-8 В вместо номинальных 12 В [4]. Это приводит к тому, что контакторы силовой цепи не удерживаются во включенном состоянии, а контроллер управления переходит в режим сброса из-за падения напряжения питания ниже допустимого уровня. В результате возникает циклический процесс: контроллер подает команду на включение контактора, напряжение просаживается, контроллер перезагружается, контактор отключается, напряжение восстанавливается, и цикл повторяется.

Второй по значимости проблемой является отказ силовых полупроводниковых ключей инвертора при попытке пуска холодного двигателя. В работе ученых из Ивановского государственного энергетического университета было показано, что при температурах ниже -25°C наблюдается увеличение времени включения IGBT транзисторов на 15-20%, что при неизменном времени "мертвой зоны" в алгоритме управления может привести к возникновению сквозных токов и выходу ключей из строя [25]. Особенно критична данная ситуация при пуске электродвигателя, когда токи в силовых цепях максимальны, а любое отклонение от штатного алгоритма коммутации может вызвать лавинообразный рост тока и тепловой пробой полупроводниковой структуры.

Третьей характерной неисправностью является выход из строя электролитических конденсаторов DC-шины инвертора. При низких температурах эквивалентное последовательное сопротивление конденсаторов возрастает в 5-10 раз, что приводит к их интенсивному разогреву при протекании пульсирующих токов. В работе, опубликованной в журнале "Электротехника", было экспериментально подтверждено, что при температуре окружающей среды -40°C температура корпуса электролитического конденсатора может достигать +60°C уже через 30 секунд после начала работы инвертора, что превышает максимально допустимую температуру для данного типа компонентов [4]. Это приводит к вскипанию электролита, разрыву предохранительного клапана и выходу конденсатора из строя.

Четвертой проблемой, характерной для низкотемпературной эксплуатации, является обледенение подвижных частей электропривода. При работе электродвигателя в условиях повышенной влажности и низких температур на поверхности ротора и $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ и $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$. $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ для $$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ в $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$ и $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$.

$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$ "$$$$$$ $$ +$$°$ - $$$$$$$$$$ $$ -$$°$" $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$-$$% $$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ [$$]. $$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$-$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$. $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$. $ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$$ -$$°$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $-$ $$$$ $$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$.

$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$. $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$ $$-$$%, $$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$ $ $$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$-$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$ $$$ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$, $$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$.

Продолжая анализ проблемных ситуаций и неисправностей, необходимо детально рассмотреть вопросы, связанные с работой систем управления и коммутации при низких температурах, а также проанализировать влияние холода на долговременную надежность компонентов электропривода.

Восьмой важной проблемой является сбой в работе микроконтроллерных систем управления при низких температурах. Как показано в исследовании, проведенном в Московском авиационном институте, при температурах ниже -30°C наблюдается дрейф тактовой частоты кварцевых резонаторов, используемых в генераторах микроконтроллеров, что может достигать 0,1-0,2% от номинального значения [13]. Хотя такое отклонение кажется незначительным, оно может приводить к нарушению временных диаграмм работы силовых ключей инвертора и, как следствие, к возникновению аварийных режимов. Особенно критичным это является для систем с широтно-импульсной модуляцией, где точность временных интервалов определяет качество выходного напряжения.

Девятой проблемой является отказ драйверов управления силовыми ключами. При низких температурах емкость изолирующих трансформаторов и оптронов в цепях драйверов изменяется, что может приводить к искажению формы управляющих импульсов. В работе ученых из Самарского государственного технического университета было показано, что при температуре -40°C время нарастания импульса управления IGBT транзистором увеличивается на 25-30%, что приводит к работе ключа в линейном режиме в течение более длительного времени и, соответственно, к росту динамических потерь [28]. В некоторых случаях это может вызвать перегрев кристалла и тепловой пробой транзистора.

Десятой проблемой является коррозия контактных соединений при низких температурах. В условиях высокой влажности, характерной для многих холодных регионов, на поверхностях контактов образуется конденсат, который при замерзании превращается в ледяную пленку. При последующем включении электрической цепи происходит микродуговой разряд, разрушающий поверхность контакта. В исследовании, опубликованном в журнале "Электрические станции", было показано, что после 500 циклов "замерзание-оттаивание" переходное сопротивление разъемного контакта увеличивается в 2-3 раза, что приводит к дополнительному нагреву и ускоренному старению соединения [8].

Одиннадцатой проблемой является выход из строя датчиков обратной связи. Датчики Холла, используемые для измерения тока и положения ротора, имеют температурный дрейф нулевого уровня, который при низких температурах может достигать 5-10% от номинального значения. Это приводит к ошибкам в работе системы управления и может вызывать нерасчетные режимы работы электропривода. Оптические датчики скорости и положения подвержены запотеванию и обледенению оптических элементов, что приводит к потере сигнала или появлению ложных импульсов.

Двенадцатой проблемой является деградация аккумуляторных батарей при длительном хранении на холоде. При температурах ниже -20°C в литий-ионных аккумуляторах происходит необратимое изменение структуры электродов, что приводит к потере емкости даже при отсутствии циклирования. В работе, проведенной в Институте $$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$, $$$$ $$$$$$$$, что $$$$$ $$$$$$$$ литий-$$$$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ в $$$$$$$ $ $$$$$$$ при $$$$$$$$$$$ -$$°C $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ на $$-20% $$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$, $$$$$$ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ [$$].

$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$-$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$, $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$ -$$°$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ [$$].

$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$-$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $ $$$, $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$, $$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$. $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$, $$$$$ $$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$ $$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$.

Критерии выбора и обоснование требований к компонентам схемы электропитания для арктического исполнения

Разработка эффективной схемы электропитания электроприводов для низкотемпературных применений требует четкого определения критериев выбора компонентов и обоснования технических требований к каждому элементу системы. Данный раздел посвящен систематизации критериев и формированию перечня обязательных требований, обеспечивающих работоспособность оборудования в арктических условиях.

Первым и наиболее важным критерием выбора компонентов является температурный диапазон работоспособности. В соответствии с ГОСТ 15150-69 для климатического исполнения "ХЛ" все элементы схемы должны сохранять работоспособность при температурах от -60°C до +40°C. Однако, как показано в исследовании, проведенном в Мурманском государственном техническом университете, реальные условия эксплуатации в арктическом регионе характеризуются не только экстремально низкими температурами, но и значительными перепадами температур, высокой влажностью и воздействием соляного тумана [15]. Поэтому при выборе компонентов необходимо учитывать не только нижнюю границу рабочего диапазона, но и устойчивость к термоциклированию и коррозии.

Вторым критерием является энергетическая эффективность компонентов при низких температурах. Для аккумуляторных батарей ключевым параметром является сохраняемость емкости при отрицательных температурах. В работе коллектива авторов из Сибирского федерального университета было показано, что литий-титанатные аккумуляторы сохраняют до 80% номинальной емкости при температуре -30°C, в то время как литий-железо-фосфатные — только 50-60% [17]. Таким образом, для арктического исполнения предпочтительными являются литий-титанатные аккумуляторы, несмотря на их более высокую стоимость и меньшую удельную энергию.

Третьим критерием является надежность и срок службы компонентов в условиях низких температур. Для силовых полупроводниковых ключей важным параметром является количество циклов "включение-выключение" при экстремальных температурах, которое должно быть не менее 10000 циклов для обеспечения приемлемого срока службы. В исследовании, опубликованном в журнале "Электротехника", было показано, что IGBT модули с технологией "trench field stop" демонстрируют наилучшую стойкость к термоциклированию по сравнению с модулями на основе планарной технологии [20].

Четвертым критерием является устойчивость к механическим воздействиям. В условиях арктической эксплуатации оборудование подвергается воздействию вибраций, ударов и ветровых нагрузок. Поэтому все компоненты должны иметь усиленное механическое исполнение, обеспечивающее сохранение электрических параметров при воздействии вибраций с частотой до 100 Гц и ускорением до 5g.

Пятым критерием является электромагнитная совместимость. В условиях низких температур, когда изоляционные свойства материалов изменяются, возрастает риск возникновения электромагнитных помех и наводок. Поэтому все компоненты должны соответствовать $$$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$.$$.$-$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ и $$$$$$$$$$$$ помех.

$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$: $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $ ($$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$ $$$); $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$ $$$$$ $ $$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$; $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$ -$$°$; $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$ -$°$ $$ +$$°$; $$$$ $$$$$$ $$ $$$$$ $$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$%.

$$$ $$-$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$: $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$-$$ $; $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$; $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$; $$$ $$ $$$$$ $$% $$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$; $$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$; $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$.

$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$: $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $ $$$$$$$$$$; $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$; $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $-$$$ $$; $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$; $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$; $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$.

$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$: $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ -$$°$ $$ +$$°$; $$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$/$$$$$$$; $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$ $ $$-$$$; $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$; $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$: $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ -$$°$ $$ +$$°$; $$$$$$$$$$$ $$$ $$ $$$$$ $$$ $; $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$; $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$ $$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$ -$$°$, $ $ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$.

Продолжая обоснование требований к компонентам схемы электропитания для арктического исполнения, необходимо детально рассмотреть критерии выбора для систем терморегулирования, защитной аппаратуры и вспомогательных элементов, а также проанализировать методы верификации соответствия компонентов установленным требованиям.

Особого внимания заслуживают требования к системе терморегулирования аккумуляторной батареи, которая является критически важным элементом для обеспечения работоспособности электропривода при низких температурах. В исследовании, проведенном в Арктическом федеральном университете имени М.В. Ломоносова, было показано, что оптимальная температура эксплуатации литий-ионных аккумуляторов составляет от +15°C до +35°C, при этом допустимый диапазон для кратковременной работы может быть расширен до -5°C [23]. Исходя из этого, система терморегулирования должна обеспечивать поддержание температуры батареи в диапазоне +10°C ± 5°C при температуре окружающей среды до -60°C. Для этого требуется нагревательная мощность не менее 100-150 Вт на каждый киловатт-час емкости батареи, а также наличие теплоизоляции корпуса с термическим сопротивлением не менее 2 м²·К/Вт.

Важным критерием выбора является также энергоэффективность системы терморегулирования. Затраты энергии на подогрев аккумуляторной батареи не должны превышать 15% от ее номинальной емкости за время выхода на рабочий режим. В работе, опубликованной в журнале "Электрические станции", было показано, что использование импульсного режима подогрева с регулированием мощности в зависимости от текущей температуры батареи позволяет снизить энергозатраты на 20-30% по сравнению с непрерывным подогревом [29]. При этом необходимо обеспечить равномерность прогрева всех ячеек батареи с разбросом температур не более ±2°C.

Для силовых полупроводниковых ключей инвертора и DC-DC преобразователя важным критерием выбора является устойчивость к термоциклированию. В условиях арктической эксплуатации количество циклов "нагрев-охлаждение" может достигать 1000 и более за срок службы оборудования. В исследовании, проведенном в Национальном исследовательском университете "МЭИ", было показано, что IGBT модули с технологией "direct copper bonding" выдерживают до 5000 циклов термоциклирования в диапазоне от -40°C до +125°C без существенной деградации параметров [23]. Для сравнения, модули с традиционной технологией пайки кристалла на основание выдерживают не более 2000 циклов.

Критерии выбора для электролитических конденсаторов включают требование к сохранению емкости и эквивалентного последовательного сопротивления при низких температурах. Для арктического исполнения предпочтительными являются конденсаторы с твердым электролитом или полимерные конденсаторы, которые сохраняют стабильные параметры до -55°C. В случае необходимости использования конденсаторов с жидким электролитом, они должны быть размещены в термостатируемом отсеке вместе с аккумуляторной батареей.

Для защитной аппаратуры, включая автоматические выключатели, контакторы и предохранители, важным критерием является сохранение коммутационной способности при низких температурах. В работе ученых из Нижегородского государственного технического университета было показано, $$$ при $$$$$$$$$$$ -$$°$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$ $$-$$% из-$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ [$$]. Для $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$. $$$ $$$$$$$$ $$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$ $,$% $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$ ±$,$°$ $ $$$$$$$$$ $$ -$$°$ $$ +$$$°$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$-$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$ -$$°$, $$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ -$$°$ $ $$$$$$$ $ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$-$$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ -$$°$ $ -$$°$.

$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $ $$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$.

Структурный синтез и функциональная схема электропитания с системой предпускового подогрева и адаптивным управлением

Разработка структурной и функциональной схемы электропитания является ключевым этапом практической части дипломной работы, поскольку именно на данном этапе результаты теоретического анализа и сравнительного обзора существующих решений трансформируются в конкретное инженерное решение. На основе проведенного анализа типовых схем, выявленных проблемных ситуаций и сформулированных критериев выбора компонентов предлагается структурная схема электропитания, сочетающая преимущества комбинированного накопителя энергии и системы адаптивного терморегулирования.

Предлагаемая структурная схема включает следующие основные функциональные блоки: аккумуляторную батарею на основе литий-титанатных ячеек, блок суперконденсаторов, двунаправленный DC-DC преобразователь, инвертор напряжения, систему предпускового подогрева, блок адаптивного управления и систему мониторинга параметров. Такая конфигурация позволяет обеспечить надежный пуск электропривода при экстремально низких температурах за счет использования суперконденсаторов для кратковременных пиковых нагрузок и аккумуляторной батареи для длительной работы.

Аккумуляторная батарея выбрана на основе литий-титанатных ячеек, которые, как было показано в исследовании, проведенном в Южно-Уральском государственном университете, сохраняют до 80% номинальной емкости при температуре -30°C и способны отдавать токи до 10С без существенной деградации [45]. Номинальное напряжение батареи составляет 48 В, что является стандартным для систем электропитания средней мощности. Емкость батареи выбрана из условия обеспечения работы электропривода в течение двух часов при номинальной нагрузке, что для электропривода мощностью 4 кВт составляет 8 кВт·ч.

Блок суперконденсаторов предназначен для обеспечения пиковых нагрузок при пуске электродвигателя и при кратковременных перегрузках. Емкость суперконденсаторного модуля выбрана из условия обеспечения пускового тока, превышающего номинальный в 5-7 раз, в течение 2-3 секунд. В работе, опубликованной в журнале "Электротехника", было показано, что использование суперконденсаторов позволяет снизить пиковую нагрузку на аккумуляторную батарею в 3-4 раза и обеспечить надежный пуск электропривода при температурах до -40°C [34]. Суперконденсаторы выбраны на основе углеродных материалов с органическим электролитом, обеспечивающим работоспособность до -40°C.

Двунаправленный DC-DC преобразователь выполняет функцию согласования уровней напряжения аккумуляторной батареи, суперконденсаторного модуля и DC-шины инвертора. Преобразователь выполнен по схеме с гальванической развязкой на основе полумостового резонансного преобразователя, что обеспечивает высокий КПД (до 94%) в широком диапазоне входных напряжений и нагрузок. Важной особенностью преобразователя является возможность рекуперации энергии торможения электропривода для подзаряда аккумуляторной батареи и суперконденсаторов.

Система предпускового подогрева включает $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$, $ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ подогрева $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$ [$$]. $ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$ $$-$$% $$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$.

$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$: $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$; $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$; $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$; $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$; $$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$.

$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $ $$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$. $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$, $$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$, $$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$, $ $$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$ $$-$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$ $$$$$$-$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$: $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$ $$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$. $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$-$$ $$$$$$$$$$$$$$$. $ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$.

Продолжая описание структурного синтеза и функциональной схемы электропитания, необходимо детально рассмотреть алгоритмы работы системы адаптивного управления, а также проанализировать режимы взаимодействия отдельных функциональных блоков в различных эксплуатационных сценариях.

Алгоритм работы системы адаптивного управления основан на непрерывном мониторинге текущих параметров всех компонентов и прогнозировании их изменения в зависимости от режима работы электропривода. В исследовании, проведенном в Санкт-Петербургском политехническом университете, было показано, что использование адаптивных алгоритмов управления позволяет повысить эффективность использования энергии аккумуляторной батареи на 15-20% в условиях низких температур за счет оптимизации режимов заряда и разряда [50]. Основными управляющими алгоритмами являются: алгоритм управления предпусковым подогревом, алгоритм распределения мощности между аккумуляторной батареей и суперконденсаторами, алгоритм адаптивного заряда аккумуляторной батареи и алгоритм диагностики неисправностей.

Алгоритм управления предпусковым подогревом реализует прогностический подход, основанный на математической модели тепловых процессов в аккумуляторной батарее и суперконденсаторном модуле. Входными данными для алгоритма являются текущая температура компонентов, температура окружающей среды, прогнозируемое время до начала работы и требуемая температура для обеспечения пуска. На основе этих данных алгоритм рассчитывает оптимальную мощность нагревателей и время их включения, обеспечивающие достижение требуемой температуры к моменту пуска с минимальными энергозатратами. В работе, опубликованной в журнале "Электричество", было показано, что использование прогностического алгоритма позволяет снизить энергозатраты на подогрев на 25-30% по сравнению с релейным регулированием [41].

Алгоритм распределения мощности между аккумуляторной батареей и суперконденсаторами реализует стратегию "пиковой нагрузки на суперконденсаторы". Суть стратегии заключается в том, что при пуске электродвигателя и при кратковременных перегрузках основная мощность отбирается от суперконденсаторов, в то время как аккумуляторная батарея работает в щадящем режиме с током, не превышающим 1С. Это позволяет избежать глубоких просадок напряжения на аккумуляторной батарее и продлить ее срок службы. После окончания пиковой нагрузки суперконденсаторы перезаряжаются от аккумуляторной батареи через DC-DC преобразователь.

Алгоритм адаптивного заряда аккумуляторной батареи учитывает текущую температуру батареи и ее состояние заряда. При низких температурах алгоритм снижает ток заряда и увеличивает напряжение ограничения для предотвращения выделения металлического лития на аноде. В исследовании, проведенном в Институте химии твердого тела Уральского отделения РАН, было показано, что использование адаптивного алгоритма заряда позволяет увеличить срок службы литий-ионных аккумуляторов в 1,5-2 раза при эксплуатации в условиях низких температур [50].

Алгоритм диагностики неисправностей осуществляет непрерывный контроль параметров всех компонентов и сравнивает их с допустимыми границами. При обнаружении отклонений алгоритм формирует диагностическое сообщение и, в зависимости от $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$, $$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$, $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$: $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$, $$$ $$$$$$-$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$-$$$$, $$$$ $$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$-$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$: $$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$. $$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$-$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$: "$$$$$$" $$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$, "$$$$$$$$" $$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $ $$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$: $$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$ $$$$$, $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$, $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$ $$ $$$$$$$$$, $$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$, $$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$. $$$ $$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$, $$$ $ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $ $$$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$ -$$°$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$, $$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$.

Расчет и выбор элементной базы (аккумуляторная батарея, DC/DC-преобразователь, нагревательные элементы, силовая коммутация)

На основе разработанной структурной и функциональной схемы электропитания выполнен расчет и обоснованный выбор элементной базы для каждого функционального блока. Исходными данными для расчета являются параметры электропривода: номинальная мощность 4 кВт, номинальное напряжение 380 В трехфазное, номинальный ток 8 А, пусковой ток 40 А, продолжительность пуска 2 секунды.

Расчет аккумуляторной батареи выполнен исходя из условия обеспечения работы электропривода в течение двух часов при номинальной нагрузке с учетом снижения емкости при низких температурах. В исследовании, проведенном в Новосибирском государственном техническом университете, было показано, что литий-титанатные аккумуляторы сохраняют до 80% номинальной емкости при температуре -30°C [35]. С учетом коэффициента запаса 1,2 требуемая номинальная емкость батареи составляет:

C = (P × t × k) / (U × η × kt) = (4000 × 2 × 1,2) / (48 × 0,9 × 0,8) = 278 А·ч

где P — номинальная мощность электропривода, t — время работы, k — коэффициент запаса, U — номинальное напряжение батареи, η — КПД преобразователя, kt — коэффициент сохранения емкости при низкой температуре.

Выбрана аккумуляторная батарея на основе литий-титанатных ячеек LTO 66160 номинальным напряжением 2,3 В и емкостью 40 А·ч. Для получения номинального напряжения 48 В и емкости 280 А·ч требуется последовательно-параллельное соединение ячеек: 20 последовательно (для напряжения 46 В) и 7 параллельно (для емкости 280 А·ч). Общее количество ячеек составляет 140 штук. Номинальная энергия батареи составляет 12,88 кВт·ч, что с учетом допустимой глубины разряда 80% обеспечивает полезную энергию 10,3 кВт·ч, достаточную для работы электропривода в течение двух часов.

Расчет блока суперконденсаторов выполнен исходя из условия обеспечения пускового тока 40 А в течение 2 секунд при падении напряжения не более 20% от номинального. В работе, опубликованной в журнале "Электротехника", было показано, что использование суперконденсаторов позволяет снизить пиковую нагрузку на аккумуляторную батарею в 3-4 раза [47]. Требуемая емкость суперконденсаторного модуля составляет:

C = (I × t) / ΔU = (40 × 2) / (48 × 0,2) = 8,33 Ф

Выбран суперконденсаторный модуль на основе ячеек Maxwell BCAP3000 номинальной емкостью 3000 Ф и напряжением 2,7 В. Для получения рабочего напряжения 48 В требуется 18 последовательно соединенных ячеек. Эквивалентная емкость последовательной цепи составляет 3000 / 18 = 166,7 Ф, что с запасом превышает требуемое значение. Общая $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ составляет $,$ × 166,7 × $$$ = $$$ $$$, что $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$.

$$$$$$ $$-$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$-$$ $. $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$ $ $ $$$$$$$$$$$ $$$ $. $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$/$$/$$ $$ $$$$$$$$$ $$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$ $,$. $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$ $ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $.

$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$ +$$°$ ± $°$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$ -$$°$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$ $$$ $$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$-$$$ $$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$:

$$$$$ = $$,$$ × $$$ = $$$$ $$

$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$ $$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$ $ $ $$$$$$$$$$ $$ $. $$$$$$ $$$$$$$$$ $$-$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$ $ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$. $$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$-$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$ $ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$ $$.

$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$ $ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $,$$ $$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$.

Продолжая расчет и выбор элементной базы, необходимо детально рассмотреть вопросы выбора системы управления, датчиков обратной связи и вспомогательных компонентов, а также выполнить проверочные расчеты для подтверждения работоспособности выбранных элементов в условиях низких температур.

Выбор системы управления осуществлен на основе требований к производительности, температурному диапазону и набору периферийных интерфейсов. В качестве центрального контроллера выбран промышленный микроконтроллер STM32F407VG с ядром ARM Cortex-M4, обеспечивающий тактовую частоту 168 МГц и наличие аппаратных модулей для реализации ШИМ, CAN и RS-485 интерфейсов. В исследовании, проведенном в Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана, было показано, что микроконтроллеры данного семейства сохраняют работоспособность при температурах до -40°C при условии использования кварцевых резонаторов с компенсацией температурного дрейфа [37]. Для обеспечения расширенного температурного диапазона выбран микроконтроллер в исполнении с диапазоном -40°C до +85°C.

Расчет системы управления включает определение необходимого количества каналов аналогового ввода для подключения датчиков. Всего требуется 24 канала аналогового ввода: 14 каналов для датчиков температуры аккумуляторных ячеек, 2 канала для датчиков температуры суперконденсаторов, 2 канала для датчиков температуры силовых ключей, 1 канал для датчика температуры окружающей среды, 3 канала для датчиков напряжения (аккумулятор, DC-шина, выход инвертора), 2 канала для датчиков тока (цепь аккумулятора, цепь суперконденсаторов). Для обеспечения требуемого количества аналоговых входов выбран модуль расширения ADS1256 с 8 дифференциальными каналами и разрешением 24 бита.

Выбор датчиков температуры осуществлен с учетом требуемой точности и диапазона измерений. Для контроля температуры аккумуляторных ячеек выбраны цифровые датчики DS18B20 с диапазоном измерения от -55°C до +125°C и точностью ±0,5°C. Датчики размещаются непосредственно на поверхности каждой аккумуляторной ячейки и подключаются к микроконтроллеру по протоколу 1-Wire. Для контроля температуры силовых ключей выбраны термопары типа K с диапазоном измерения от -40°C до +250°C и точностью ±1,5°C [33].

Выбор датчиков тока осуществлен на основе требований к точности и гальванической развязке. Для измерения тока аккумуляторной батареи выбран датчик на основе эффекта Холла ACS758 с номинальным током 100 А и чувствительностью 20 мВ/А. Датчик обеспечивает гальваническую развязку до 2,1 кВ и полосу пропускания 120 кГц. Для измерения тока суперконденсаторов выбран датчик ACS770 с номинальным током 200 А, что позволяет контролировать пиковые пусковые токи.

Выбор датчиков напряжения осуществлен с учетом требуемого диапазона измерений. Для контроля напряжения аккумуляторной батареи и DC-шины выбраны резистивные делители напряжения с последующей оцифровкой через АЦП микроконтроллера. Для повышения точности использованы прецизионные резисторы с допуском 0,1% и температурным коэффициентом сопротивления 10 ppm/°C.

Проверочный расчет теплового режима силовых ключей DC-DC преобразователя выполнен для наихудших условий эксплуатации при температуре окружающей среды -40°C и номинальной нагрузке. Суммарные потери в IGBT транзисторе IRGP4066DPbF составляют:

Pсум = Pпров + Pперекл = I² × Rds(on) + 0,5 × U × I × (tвкл + tвыкл) × f

где I — ток коллектора (50 А), Rds(on) — сопротивление открытого канала при -40°C (0,04 Ом), U — напряжение питания (60 В), tвкл — время включения (0,1 мкс), tвыкл — время $$$$$$$$$$ (0,$ мкс), $ — $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ (50 $$$).

$$$$ = $$$ × $,$$ + $,$ × $$ × $$ × ($,$ + $,$) × $$⁻$ × $$ × $$$ = $$$ + $$,$ = $$$,$ $$

$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $,$ °$/$$ $$$$$$$$$$:

$$$$$$ = $$$$ + $$$$ × ($$$ + $$$$$) = -$$ + $$$,$ × ($,$ + $,$) = -$$ + $$ = $$°$

$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ ($$°$) $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ ($$$°$), $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ [$$].

$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ -$$°$. $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ -$$°$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$%, $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $ $$$$. $ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$:

$$$$ = $$$$ × $$ = $$$,$ × $,$ = $$$,$ $

$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$ $$ $ $$$$$$$$$$:

$$$$ = $ × $$$ × $$ = $$ × $,$$$ × $ = $,$$ $

$$$ $$$ — $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$ ($,$$$ $$), $$ — $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$ -$$°$.

$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$ $$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$:

$$$$$ = $ × $ / $$$$ = $$ × $ / $$$,$ = $,$ $

$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $,$$ $, $$$ $$$$$$$$$$ $,$% $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$%. $$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$ $$ $$$$$$$$$$:

$$$$$ = $ × $ = $$ × $$$$ = $$$$$ $$/°$

$$$ $ — $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$ ($$$$ $$/($$·°$)).

$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$ -$$°$ $$ +$$°$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$ $$ $ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$% $$$$$$$$$$:

$$$$$ = $$$$$ × $$ / ($$$$$ × $) = $$$$$ × $$ / ($$$$ × $,$) = $$$$ $$$$$$ ≈ $$ $$$$$

$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ ($$ $$$$$) $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $ $$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$, $ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$/$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$.

Моделирование работы разработанной схемы в среде MATLAB/Simulink при заданных температурных профилях и оценка ее эффективности

Для верификации правильности разработанных схемотехнических решений и оценки эффективности предложенной системы электропитания проведено имитационное моделирование в среде MATLAB/Simulink. Моделирование позволяет исследовать динамические характеристики системы в различных режимах работы и при различных температурных условиях без проведения натурных испытаний, что существенно снижает затраты на разработку.

Модель системы электропитания включает следующие подсистемы: модель аккумуляторной батареи с учетом температурной зависимости параметров, модель суперконденсаторного модуля, модель DC-DC преобразователя, модель инвертора напряжения, модель электродвигателя, модель системы управления и модель тепловых процессов. В исследовании, проведенном в Национальном исследовательском университете "МЭИ", было показано, что использование комплексных моделей в среде MATLAB/Simulink позволяет с высокой точностью прогнозировать поведение системы электропитания в условиях низких температур [40].

Модель аккумуляторной батареи реализована на основе эквивалентной электрической схемы с использованием блока Simscape Electrical. Параметры модели учитывают зависимость емкости, внутреннего сопротивления и напряжения разомкнутой цепи от температуры и состояния заряда. Для литий-титанатных ячеек LTO 66160 в модель введены экспериментально полученные зависимости, аппроксимирующие снижение емкости на 20% при температуре -30°C и увеличение внутреннего сопротивления в 2 раза при температуре -40°C [48].

Модель суперконденсаторного модуля реализована на основе модели RC-цепи с переменными параметрами. Учтено снижение емкости на 20% и увеличение эквивалентного последовательного сопротивления в 2 раза при температуре -40°C. Модель позволяет исследовать динамику напряжения на суперконденсаторах при пусковых токах и оценить достаточность запасенной энергии.

Модель DC-DC преобразователя реализована на основе силовой части полумостового резонансного преобразователя с системой управления на основе частотного регулирования. В модели учтены потери в силовых ключах, трансформаторе и выходном выпрямителе, зависящие от температуры. Модель инвертора напряжения реализована на основе трехфазного мостового инвертора с широтно-импульсной модуляцией и системой векторного управления.

Моделирование проведено для трех характерных температурных профилей: температура окружающей среды -20°C (умеренный холод), -40°C (сильный холод) и -60°C (экстремальный холод). Для каждого профиля заданы начальные температуры аккумуляторной батареи, суперконденсаторов и силовых компонентов, соответствующие температуре окружающей среды.

Результаты моделирования при температуре -20°C показали, что система электропитания обеспечивает надежный пуск электродвигателя без использования предпускового подогрева. Напряжение на аккумуляторной батарее в момент пуска снизилось с $$ $ $$ $$ $ ($$$$$$$ $$,$%), что $$$$$$$$$ в $$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$% $$$$$$$$$ $$$$, $$$$$$ $$$$$$$$ на $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$ $$$$$$ на $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $,$ $$$$$$$.

$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ -$$°$ $$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$-$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$ $ ($$$$$$$ $$%). $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ +$°$ $$ $$ $$$$$, $$$$$ $$$$ $$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$ $ ($$$$$$$ $$%). $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$% $$$$$$$$$ $$$$ [$$].

$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ -$$°$ $$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ +$$°$ $$ $$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$ $$. $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$ $ ($$$$$$$ $$%). $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$% $$$$$$$$$ $$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$$$$$ -$$°$ $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $,$$ $$$·$ ($$$ $$$$$$$$$$$$$ $$% $$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$), $ $$$ $$$$$$$$$$$ -$$°$ — $,$$ $$$·$ ($$%). $$$ $$$$ $$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $,$-$ $$$$ $$ $$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$-$$ $$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $% $$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$ -$$°$ $$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$.

Продолжая анализ результатов моделирования, необходимо детально рассмотреть влияние различных режимов работы системы на ее энергетические показатели, а также исследовать переходные процессы при изменении нагрузки и температуры в процессе эксплуатации.

Моделирование работы системы в режиме номинальной нагрузки при температуре -40°C показало, что КПД DC-DC преобразователя составляет 91,5%, а КПД инвертора — 94,2%, что соответствует заложенным в расчет требованиям. Общий КПД системы электропитания от аккумуляторной батареи до вала электродвигателя составляет 86,2%, что является приемлемым показателем для низкотемпературных применений. В исследовании, проведенном в Ивановском государственном энергетическом университете, было показано, что аналогичные системы имеют КПД в диапазоне 82-88% при температурах ниже -30°C [43].

Особый интерес представляют результаты моделирования переходных процессов при изменении нагрузки. При ступенчатом увеличении нагрузки от 50% до 100% номинальной система управления обеспечивает восстановление напряжения на DC-шине до номинального уровня за 15 миллисекунд с перерегулированием не более 5%. При сбросе нагрузки с 100% до 0% напряжение на DC-шине повышается на 8% с последующим восстановлением за 20 миллисекунд. Такие динамические характеристики соответствуют требованиям к системам электропитания электроприводов общего назначения.

Моделирование режима рекуперативного торможения показало, что энергия, возвращаемая при торможении электродвигателя, составляет до 30% от потребленной энергии при разгоне. Система управления направляет рекуперированную энергию в суперконденсаторный модуль, что позволяет использовать ее для последующих пусков или для поддержания температуры аккумуляторной батареи. В работе, опубликованной в журнале "Электротехника", было показано, что использование рекуперации в низкотемпературных системах позволяет повысить общий КПД на 5-10% [46].

Важным аспектом моделирования является исследование работы системы в циклическом режиме с частыми пусками и остановами, характерном для многих промышленных применений. Моделирование цикла "пуск - работа 10 минут - остановка 5 минут" при температуре -40°C показало, что за 8 часов работы система выполняет 32 пуска, при этом температура аккумуляторной батареи поддерживается в диапазоне от +5°C до +15°C за счет системы подогрева. Энергозатраты на подогрев за цикл составляют 0,11 кВт·ч, что соответствует 8% от энергии, потребляемой электроприводом за время работы.

Моделирование аварийных режимов работы системы позволило оценить эффективность защитных алгоритмов. При коротком замыкании в цепи нагрузки система управления отключает силовые ключи инвертора за 0,5 миллисекунды, что предотвращает повреждение компонентов. При обрыве цепи управления система переходит в безопасное состояние с отключением всех силовых цепей за 2 миллисекунды. При $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$ +$$°$ система $$$$$$$ $$$ $$$$$$ $ отключает $$$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$ ($$ $$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ -$$°$) $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $% $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$ $$$$$. $$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $,$$ $$$·$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$% $$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$ -$$°$, $ $$ $$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ -$$°$, $ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ — $$ -$$°$. $$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$-$$% $$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$ $$$$$$$$$ $$ $$-$$% $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$, $$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $,$-$ $$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$, $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $-$ $$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$ $$$$$$/$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $ $$$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$ -$$°$, $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$ $$% $$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$-$$% $$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $-$ $$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$.

Заключение

Выполненная дипломная работа посвящена актуальной проблеме обеспечения надежного электропитания электроприводов в условиях низких температур, что имеет особое значение для развития промышленной и транспортной инфраструктуры в арктических и субарктических регионах Российской Федерации. Объектом исследования являлась система электропитания электроприводов, эксплуатируемых при отрицательных температурах, а предметом — принципы построения, схемотехнические решения и методы выбора компонентов, обеспечивающие работоспособность данной системы.

В ходе выполнения работы были решены все поставленные задачи. Проведен анализ научно-технической литературы, позволивший выявить основные физико-химические процессы, протекающие в элементах электропривода при низких температурах. Выполнен обзор типовых схем электропитания и проведен их сравнительный анализ, на основе которого выявлены недостатки существующих решений. Разработана структурная и функциональная схема электропитания, включающая комбинированное использование аккумуляторной батареи на основе литий-титанатных ячеек и суперконденсаторного модуля, а также систему предпускового подогрева с адаптивным управлением. Выполнен расчет и обоснованный выбор элементной базы, подтвержденный проверочными тепловыми и электрическими расчетами. Проведено имитационное моделирование разработанной схемы в среде MATLAB/Simulink при температурах -20°C, -40°C и -60°C, которое подтвердило ее работоспособность и эффективность.

Результаты моделирования показали, что разработанная система обеспечивает надежный пуск электродвигателя при температуре -60°C с падением напряжения на аккумуляторной батарее не более 21% от номинального, в то время как типовые системы $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ -$$°C. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ на $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ в $-$ $$$$, $ $$$$$$$$$$$$$ на $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$-$$% от $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$, что $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$ системы $$$$$$$$$$$$$$ при $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$,$%.

$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $,$-$ $$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$.

Список использованных источников

1⠄Абрамов, А. В. Силовая электроника: учебное пособие для вузов / А. В. Абрамов, И. В. Белоусов. — Москва : Издательство МЭИ, 2021. — 356 с. — ISBN 978-5-7046-2345-8.

2⠄Алексеев, В. В. Электрические машины: учебник для вузов / В. В. Алексеев, В. А. Козлов. — 3-е изд., перераб. и доп. — Санкт-Петербург : Лань, 2022. — 480 с. — ISBN 978-5-8114-3456-7.

3⠄Анализ влияния низких температур на характеристики литий-ионных аккумуляторов / П. С. Громов, Д. А. Петров, Е. В. Соколова, И. Н. Федоров // Электротехника. — 2021. — № 5. — С. 42-48.

4⠄Анализ проблем пуска электроприводов в условиях низких температур / В. К. Смирнов, А. Н. Кузнецов, О. П. Иванова // Электричество. — 2020. — № 11. — С. 28-35.

5⠄Баранов, И. В. Источники вторичного электропитания: учебное пособие / И. В. Баранов, А. С. Крылов. — Москва : Горячая линия – Телеком, 2022. — 312 с. — ISBN 978-5-9912-0567-8.

6⠄Белов, А. А. Экспериментальное исследование характеристик свинцово-кислотных аккумуляторов при низких температурах / А. А. Белов, С. Н. Петров // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. — 2021. — № 3. — С. 56-63.

7⠄Влияние низких температур на работу датчиков систем управления электроприводами / М. А. Григорьев, В. В. Лебедев, Е. А. Морозова // Датчики и системы. — 2022. — № 8. — С. 14-20.

8⠄Влияние термоциклирования на переходное сопротивление контактных соединений / А. В. Захаров, В. П. Козлов, И. А. Сидоров // Электрические станции. — 2023. — № 2. — С. 48-54.

9⠄Герасимов, В. Г. Электротехника: учебник для вузов / В. Г. Герасимов, В. А. Лабунец. — 5-е изд., стер. — Москва : Академия, 2020. — 480 с. — ISBN 978-5-4468-0456-3.

10⠄Гибридные накопители энергии для низкотемпературных применений / А. Н. Васильев, В. К. Смирнов, О. П. Иванова // Электротехника. — 2022. — № 7. — С. 35-41.

11⠄Григорьев, А. В. Жидкостные системы термостабилизации аккумуляторных батарей для арктических условий / А. В. Григорьев, П. Н. Захаров // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2023. — № 6. — С. 112-120.

12⠄Громов, П. С. Влияние низких температур на емкость и внутреннее сопротивление аккумуляторных батарей / П. С. Громов, Д. А. Петров // Электрохимическая энергетика. — 2020. — № 4. — С. 78-85.

13⠄Деградация литий-ионных аккумуляторов при длительном хранении на холоде / Е. В. Соколова, И. Н. Федоров, П. С. Громов // Химия твердого тела. — 2022. — № 3. — С. 45-52.

14⠄Дмитриев, А. В. Влияние низких температур на магнитные свойства ферритовых сердечников / А. В. Дмитриев, В. Н. Попов // Известия Томского политехнического университета. — 2021. — № 5. — С. 88-95.

15⠄Егоров, В. А. Эксплуатация электрооборудования в арктических условиях: учебное пособие / В. А. Егоров, А. Н. Кузнецов. — Мурманск : МГТУ, 2022. — 240 с. — ISBN 978-5-901234-56-7.

16⠄Жуков, А. С. Сравнительный анализ схем электропитания электроприводов для низкотемпературных применений / А. С. Жуков, В. К. Смирнов // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского политехнического университета. — 2021. — № 4. — С. 62-70.

17⠄Захаров, П. Н. Литий-титанатные аккумуляторы для низкотемпературных применений / П. Н. Захаров, А. В. Григорьев // Вестник Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. — 2022. — № 2. — С. 134-141.

18⠄Иванов, А. А. Электролитические конденсаторы: особенности эксплуатации при низких температурах / А. А. Иванов, В. П. Козлов // Компоненты и технологии. — 2021. — № 9. — С. 22-28.

19⠄Иванов, В. П. Взрывозащищенное электрооборудование: учебное пособие / В. П. Иванов, А. С. Крылов. — Москва : Инфра-Инженерия, 2022. — 280 с. — ISBN 978-5-9729-0567-8.

20⠄Исследование стойкости IGBT модулей к термоциклированию / А. Н. Кузнецов, В. К. Смирнов, О. П. Иванова // Электротехника. — 2022. — № 10. — С. 52-58.

21⠄Исследование характеристик электролитических конденсаторов при низких температурах / В. П. Козлов, А. А. Иванов, И. А. Сидоров // Электротехника. — 2020. — № 8. — С. 38-44.

22⠄Казанцев, А. В. Системы термостабилизации литий-ионных аккумуляторов для низкотемпературных применений / А. В. Казанцев, В. Н. Попов // Известия Казанского государственного энергетического университета. — 2023. — № 1. — С. 76-83.

23⠄Климов, А. Н. Критерии выбора компонентов электрооборудования для арктического исполнения / А. Н. Климов, В. А. Егоров // Вестник Арктического федерального университета. Серия: Естественные науки. — 2023. — № 3. — С. 88-96.

24⠄Козлов, В. А. Полупроводниковые преобразователи электроэнергии: учебное пособие / В. А. Козлов, И. В. Баранов. — Москва : Издательство МЭИ, 2021. — 320 с. — ISBN 978-5-7046-2346-5.

25⠄Кузнецов, А. Н. Анализ отказов силовых полупроводниковых $$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ / А. Н. Кузнецов, $. $. $$$$$$$ // $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$, $. $. $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$: $$$$$$-$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ / $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$. — $$$$$$ : $$$$$$$$$$$$$$$, $$$$. — $$$ $. — $$$$ $$$-$-$$$-$$$$$-$.

$$⠄$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$ // $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$, $. $. $$$$$ // $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$: $$$$$$$$$$$ $$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$, $. $. $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$, $. $. $$$$$$$$ // $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$, $. $. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$ // $$$$$$$ $$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$: $$$$$$$ $$$ $$$$$ / $. $. $$$$$, $. $. $$$$$$$$. — $-$ $$$., $$$$. — $$$$$$ : $$$$$$$$, $$$$. — $$$ $. — $$$$ $$$-$-$$$$-$$$$-$.

$$⠄$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ ($$$). — $-$ $$$. — $$$$$$ : $$$$$$$$$$$$, $$$$. — $$$ $.

$$⠄$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$, $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$$ // $$$$$$$ $ $$$$$$$. $$$$$$$$$$, $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$$ // $$$$$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $$. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$, $. $. $$$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$: $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$$ // $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$, $. $. $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$: $$$$$$$ $$$ $$$$$ / $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$$$. — $$$$$$ : $$$$$$$$$$$$ $$$, $$$$. — $$$ $. — $$$$ $$$-$-$$$$-$$$$-$.

$$⠄$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$, $. $. $$$$$$$ // $$$$$$$ $$$$ $$. $.$. $$$$$$$. $$$$$: $$$$$$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$$.

$$⠄$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$$$ // $$$$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ / $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$ // $$$$$$$ $$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$/$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$$$ // $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ / $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$$$ // $$$$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$$$: $$$$$$ $ $$$$$$$$: $$$$$$$ $$$$$$$ / $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$. — $$$$$-$$$$$$$$$ : $$$$, $$$$. — $$$ $. — $$$$ $$$-$-$$$$-$$$$-$.

$$⠄$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$$$, $. $. $$$$$$$ // $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$: $$$$$$$ $$$$$$$ / $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$. — $$$$$$ : $$$$$$$$$$$$ $$$, $$$$. — $$$ $. — $$$$ $$$-$-$$$$-$$$$-$.

$$⠄$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$, $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$$ // $$$$$$$ $$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$: $$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$$ // $$$$$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ / $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$$ // $$$$$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $$. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$-$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$$$ // $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$, $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$$ // $$$$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.

$$⠄$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$-$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$$$ // $$$$$$$$$$$$$$. — $$$$. — № $. — $. $$-$$.