オークリッジ国立研究所の国家交通研究センターにいる研究者たちは、新しい電動モーター駆動アーキテクチャを設計しました。このシステムは内部の熱応力を減少させ、高出力アプリケーションにおける機械的劣化を緩和します。研究者たちはプレスリリースで次のように述べています。「シミュレーションによると、中性点の電圧変動が90%減少し、コンデンサーの電流ストレスが43%低下しました。これにより、耐久性と稼働時間が重要な状況でシステムがより信頼性高く動作するのを助けます。」この構造の最適化は、大型電動推進システムが継続的な使用中により高い運転信頼性を維持するのに役立ちます。逆分割モーター駆動レイアウトは、大型交通プラットフォームの技術要件を満たすことを目的としています。
プレスリリースは次のように補足しています。「これは、航空機、海洋船舶、重トラックの性能要件を満たしながら、余分な熱と早期摩耗を減少させます。」
新型電動モーター駆動アーキテクチャが運転信頼性を向上
現代の重輸送物流は、より高いDCリンク運転電圧を必要とし、これが多段アクティブ中性点クリンチ逆変換器への関心を高めています。これは、損失分布のバランスと電力拡張能力を持っています。これらの利点にもかかわらず、高圧電気設定は依然として2つの主要な運転上の課題に直面しています。最初の問題は中性点電流に関するものです。この電流は、分割DCリンクコンデンサー間の低周波電圧不平衡を引き起こし、過剰な熱を生成し、メーカーが熱負荷を管理するために過剰なハードウェアコンポーネントを使用することを余儀なくさせます。2つ目の問題は共模電圧で、これは電磁干渉や破壊的な内部電流を生成する雑音電圧を表します。
この電気ノイズは、時間の経過とともにコンポーネントの早期摩耗や機器の損傷を引き起こす可能性があります。
エンジニアリングチームは、追加の物理コンポーネントを使用したり、制御ループを変更したりすることなく、内部システムレベルのアーキテクチャを開発しました。この設計は、逆に同期して動作する一対のアクティブ中性点クリンチ逆変換器を使用しています。これら2つのユニットは、物理的に逆の2組の相位モーター巻線に電力を供給します。一組の三相巻線が物理的に鏡像であるため、2つ目の逆変換器は、最初のユニットと完全に反対の極性を持つ基準電圧ベクトルを提供するようにプログラムされています。この場合、逆の経路を流れる対立電流によって生成される磁束は、建設的な方法で結合し、モーターが正常なトルク出力を維持します。
同時に、2つの独立したユニットからの雑音共模電圧と内部中性点電流が相殺されます。この構造配置により、不要な電気ストレスがシステムレベルで相殺され、理想的な運転条件下で共模電圧がゼロ、中性点電流がゼロになります。
内部システムアーキテクチャが電流ストレスを効果的に低減
研究者たちは、モーター駆動システムが産業制御プラットフォーム内で動作できることを検証するために、キャリアベースの空間電圧変調戦略を確立しました。逆の基準電圧が二次逆変換器の三角キャリア信号と組み合わされると、システムは完全な電気的相殺を実現します。この三角キャリア信号は、主ユニットのキャリア信号に対して垂直に反転しているか、180度位相がずれています。この調整により、車両制御コンピュータに高い計算処理を要求することなく、必要な逆パルス系列が生成されます。全体の再設計は、基礎ハードウェアを変更したり、外部コンポーネントを追加したりすることなく動作します。
巻線プロセス中、標準の産業用電動モーターは、端子接続を変更するだけでなく、一組のコイルの物理的巻線方向を反転させることで適応します。この単純さにより、工場は既存の製造ツールと材料を使用してこの設計を実施できるようになります。
オークリッジ国立研究所の研究者である桂佳蘇は次のようにまとめています。「この設計変更は、追加のハードウェアを必要としません。システムがより高い出力レベルに向かうにつれて、スケーラブルで信頼性のあるソリューションが必要です。」コンデンサーの電流ストレスを124.1 RMSアンペアから70.3 RMSアンペアに低下させ、構造の複雑さや製造コストを増加させることなく、このシステムは重輸送における電動駆動システムの拡大への道を提供します。