Ученые доработали ПО для прогноза работы силовых электронных компонентов

Модификацию программы Ansys (пакет Work Bench) под определение эксплуатационных свойств силовых электронных компонентов в тяжелых условиях эксплуатации провели научные сотрудники Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ), 19 июня сообщает пресс-служба вуза.

Разработка предназначена для прогнозирования работоспособности силовых электронных компонентов зарядных станций для электромобилей, работа которых проходит в сложных эксплуатационных условиях.

Ученые ЮУрГУ решили для этих целей адаптировать Ansys — универсальную программную систему анализа методом конечных элементов, для задач исследования работы силовых электронных компонентов.

В модернизированной версии программы исследуются такие параметры работы силовых компонентов, как электромагнитная совместимость; в нее также включены электромеханические, механические и тепловые расчеты, что дает возможность проверить устойчивость режимов работы этих компонентов в разных условиях эксплуатации.

Руководитель проекта, старший преподаватель кафедры «Электропривод, мехатроника и электромеханика» Никита Савостеенко пояснил необходимость в разработке специальных функций ПО:

«Электронные компоненты делятся на два вида: силовые и радиоэлектронные. Их названия (транзисторы, тиристоры, диоды) и принцип работы одинаковы, но имеется и ряд различий. Во-первых, это назначение: радиоэлектронные компоненты применяются в радиоэлектронике, силовые компоненты используются в электроприводах. Во-вторых, различия в режимах работы: радиоэлектронные компоненты работают с малыми по величине токами и напряжением, силовые — с более высокими и крайне высокими. В-третьих, у них разная конструкция и проектирование».

В настоящее время анализ работы силовых электронных компонентов проводят с помощью программ математического моделирования, например, в Matlab. Но Matlab не дает возможности задавать все реально существующие внешние факторы окружающей среды, в которой будет работать силовой электронный компонент.

Например, он не позволит смоделировать ситуацию, когда на силовой компонент произведено физическое воздействие, вероятное при его перевозке, Matlab не сможет воссоздать эту ситуацию и рассчитать для этого случая характер изменения работы силового электронного компонента.

Соисполнители проекта методом конечных элементов разработали 3D-модели силовых электронных компонентов. Задавая силовым электронным компонентам параметры рабочей и нерабочей среды (номинальных и неноминальных режимов работы), они определили зависимость максимального допустимого времени работы от условий эксплуатации и динамику основных рабочих параметров объектов исследования в задаваемых условиях.

«Особенность работы зарядных станций в том, что они работают в тяжелых режимах работы: высокие токовые нагрузки для быстрой зарядки автомобилей, месторасположение под открытым небом, в связи с чем температурный диапазон работы зарядных станций крайне широк» — рассказал аспирант ЮУрГУ Игорь Головань.

Разработчики провели моделирование всей зарядной станции для различных режимов работы, включая высокие и низкие температуры окружающей среды, механические повреждения и электромагнитные воздействия, что позволило им установить внешний фактор, оказывающий наибольшее влияние на работу зарядной станции.

Созданной в ЮУрГУ программной средой для тестирования силовых электронных компонентов зарядных станций электромобилей заинтересовалась группа компаний «Приводная техника» из Челябинска.

В планах команды проверка разработанных методов испытаний силовых электронных компонентов при проектировании многоуровневых преобразователей частоты.