Судовые гребные электродвигатели во время качки испытывают резкие перепады нагрузки, вплоть до снижения ее до нуля при оголении гребного винта. Классические системы управления электроприводом в таких условиях могут потерять устойчивость: скорость «гуляет», а броски потребляемой мощности способны остановить дизель-генератор автономной электростанции судна.
Учёные Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева - Андрей Дарьенков и Тимур Муртазин - разработали и запатентовали два способа векторного управления синхронным электроприводом, которые решают эти проблемы. Оба патента - № 2858862 («Способ векторного управления синхронным электродвигателем») и № 2858863 («Способ векторного управления синхронным электроприводом»)зарегистрированы Федеральной службы по интеллектуальной собственности Российской Федерации и опубликованы 24 марта 2026 года.
Что удалось сделать
Первое решение стабилизирует скорость вращения двигателя при резких колебаниях момента нагрузки на валу. Вместо обычного ПИ-регулятора скорости авторы применили адаптивный регулятор: он в реальном времени вычисляет текущий момент нагрузки на валу, используя сигналы обратной связи по скорости и моментообразующему току. Полученный сигнал, пропорциональный нагрузке, форсируется и фильтруется, а затем суммируется с выходом ПИ-регулятора. Это позволяет системе максимально быстро реагировать на изменение нагрузки.
Второе решение ограничивает броски потребляемой активной мощности в переходных режимах. В систему управления электроприводом добавлен контур регулирования активной мощности: на основании сигналов обратной связи по моментообразующему току и скорости вращения вычисляется текущая мощность на валу, которая сравнивается с заданным значением. Если мощность превышает уставку, корректирующий сигнал уменьшает задание на скорость - электропривод разгоняется плавнее, не создавая пиковых нагрузок на судовую энергетическую установку.
Проблема «до»
Моделирование показало, как ведёт себя электропривод без новых решений.
При использовании классического ПИ-регулятора скорости, настроенного на симметричный оптимум, электропривод в условиях качки не успевал выйти на номинальную скорость за заданное время, при этом терял способность поддерживать заданные обороты. Увеличение коэффициентов регулятора позволяло выходить на заданную скорость за 2 секунды, но во время качки отклонение составляло 5 %, а при оголении гребного винта система полностью теряла устойчивость.
Также при классическом управлении броски активной мощности при пуске гребного двигателя на полный ход превышали номинальное значение на 15 %. Для автономной системы электроснабжения судна с дизель-генератором такие скачки недопустимы.
Результат «после»
Адаптивный регулятор скорости гребного двигателя обеспечил пуск электропривода менее чем за 1 секунду с перерегулированием всего 1,5 %. Во время имитации морской качки, включая оголение гребного винта, скорость двигателя удерживалась на заданном значении с отклонениями менее 1 %.
Контур активной мощности сократил превышение номинального значения мощности при пуске на полный ход с 15 % до менее чем 3 %. Электропривод перестал создавать критические нагрузки на систему электроснабжения судна.
Перспектива
Оба способа управления предназначены прежде всего для гребных электроприводов судов, где синхронные двигатели работают в условиях постоянно меняющейся нагрузки, а источник электроэнергии ограничен мощностью дизель-генераторной установки. Совместное применение двух запатентованных решений может обеспечить одновременно и стабильность регулирования скорости, и защиту судовой электростанции от пиковых нагрузок - два ключевых требования к современным системам электродвижения.
Источник: Минобрнауки России
