Детальная информация

Объект исследования: система гребного электропривода переменного тока судна ледового класса. Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения эксплуатационной надежности пропульсивных комплексов арктических судов. При движении во льдах и фрезеровании ледяного покрова возникают экстремальные стохастические ударные нагрузки, при которых традиционные векторные алгоритмы управления уязвимы и могут приводить к заклиниванию и аварийному опрокидыванию двигателя. Цель работы: разработка надежной имитационной модели гребного привода со скалярным управлением по активному току статора для обеспечения бесперебойной работы электродвигателя при тяжелых ледовых нагрузках. Задачи, решаемые в ходе исследования: 1. Оценка влияния зимних условий на эксплуатацию судна. 2. Разработка имитационной цифровой модели системы управления по активному току гребным электродвигателем. 3. Оценка эффективности предложенной схемы и верификация с натурными испытаниями. Методы исследования: математическое и имитационное моделирование. В результате создана модель управления гребным электроприводом мегаваттного класса. Проведено моделирование наброса нагрузки и высокочастотного фрезерования льда. Доказано, что управление по активному току мгновенно формирует опережающую вольтодобавку и допускает упругое проскальзывание ротора, предотвращая опрокидывание двигателя при оверторке до 1,5∙Mном. Адекватность разработанной модели полностью подтверждена сравнением с эталонными осциллограммами ледовых испытаний научно-экспедиционного судна (НЭС)  «Академик Трёшников». Область применения результатов: разработанная модель рекомендуется к применению в проектных институтах при конструировании и виртуальных испытаниях систем электродвижения арктического флота. Для достижения данных результатов в работе были использованы следующие информационные технологии: среда имитационного моделирования программного комплекса Matlab Simulink, а также справочные базы данных НПЦ «СЭС».

Object of research: AC marine electric propulsion system of an ice-class vessel. Relevance of the work is driven by the urgent need to improve the reliability of propulsion complexes of Arctic vessels. When navigating in ice and milling the ice cover, extreme stochastic shock loads occur, under which traditional vector control algorithms are vulnerable and can lead to motor stalling and emergency overturning. Objective: development of a reliable digital twin simulation model of a propulsion drive with scalar control based on the active stator current to ensure uninterrupted motor operation under severe ice loads. Tasks solved during the research: 1. Evaluating the impact of winter conditions on vessel operation. 2. Developing a digital simulation model for an active-current-based control system of a propulsion electric motor. 3. Assessing the efficiency of the proposed control scheme and verifying it against full-scale field trial data. Research methods: mathematical and numerical simulation. As a result of the study, a control model for a megawatt-class electric propulsion drive was developed. Simulations were conducted for scenarios involving sudden load application and high-frequency ice milling. It has been proven that the active current control strategy instantaneously generates an anticipatory voltage boost and permits elastic rotor slip, thereby preventing motor stalling (pull-out) under overtorque conditions of up to 1,5∙Mnom. The adequacy of the developed model has been fully validated through a direct comparison with reference oscillograms obtained during the ice trials of the scientific expedition vessel (SEV) Akademik Treshnikov. Application area: the developed model is recommended for use in design institutes for the engineering and virtual testing of electric propulsion systems for the Arctic fleet. To achieve these results, the following information technologies were used in the work: the simulation environment of the Matlab Simulink software package, as well as the reference databases of the SPC «SES».