Elektrilise võidusõidumootorratta inverter

Lõputöö raames osaleti Tallinna Tehnikakõrgkooli tehnikainstituudi elektrilise võidusõidumootorratta projektis. Võidusõidumootorratas vajas toitemuundurit. Toitemuunduriks planeeriti kasutada suure erivõimsusega ja pooljuhtseadistel põhinevat inverterit, mille peamine eesmärk on toita koormatavat välisrootoriga püsimagnet-sünkroonmootorit selle nõutavate elektriliste parameetritega. Lõputöö teemaks valiti „Elektrilise võidusõidumootorratta inverter.” Tulemus: võidusõidumootorrattale valiti inverterseade, mis tagab võidusõidumootorratta välisrootoriga püsimagnet-sünkroonmootorile maksimaalse mehaanilise võimsuse 160 kW ning pöörlemiskiirluse 6000 p/min. Selle võimsuse juures suudab mootorrattas saavutada maksimaalse kiiruse 250 km/h ja arendada paigalseisust kiiruse 100 km/h vähemalt 3 sekundiga. Hüpotees: Mootori andmete, akuelemendi andmete ja konstruktsiooni tingimuste põhjal on võimalik valida projekti jaoks optimaalne inverterseade ning häälestus. Lõputöö esimeses osas kirjeldati inverterite ehitust ning tutvuti nendes kasutavate jõupooljutseadmetega. Iverterseadme valimiseks koostati valim potensiaalselt sobivate gabariitide, massi ja võimsusteguriga inverterseadmetest. Võrreldes seadmete tehnilisi näitajaid selekteeriti valimi hulgast välja võidusõidumootoratta projektile sobivaim inverterseade. Valitud seadme põhjal koostati elektriajamile lahendus, mille korral saavutatakse mootorratta eesmärgipärased näitajad. Inverterseadme sobitamiseks projektis olevale mootorrattale, uuriti projektis kasutust leidvate komponentide ehitust ning tööpõhimõtet. Seadmete võtmeparameetrid leiti vaatlustelt, teoreetilistest arvutustest ja kataloogidest. Selgitati välja mootori elektriline ühendusviis. Leiti süsteemi eriosade teoreetilised kasutegurid, mille arvutati elektriajami süsteemi elektriline ja mehaaniline võimsus. Inverterite uurimustöö põhjal selgus, et suure võimsusega vaheldites leiab kõige enam kasutust IGBT – transistoritel põhinev kommutatsioon. Teostati valimisse kuuluvate invertersedmete analüüs ning leiti, et oma tehniliste näitajate poolest sobib projekti kõige paremini Rinehart Motion Systems poolt toodetud inverterseade PM100DXR. Valituks osutunud seadme põhjal koostati elektrilise võidusõidumootorratta ajamile lahendus, mis võimaldaks selles kasutatavat välisrootoriga püsimagnet-sünkroonmootorit koormata võimsusega 160 kW ja arendada selle võllil pöörlemiskiiruse 6000 p/min. Antud lõputöö on sisendiks edasistele magistrõpingutele ja -tööle Tallinna Tehnikaülikoolis.

In the framework of the graduation thesis in Tallinn University of Applied Sciences, I participated in the project of greating the electric racing motorcycle. The racing motorcycle needed a power converter. A high-power and semiconductor-based inverter was planned to be used as a power converter. The main purpose was to feed a load-bearing external rotor's permanent magnet synchronous motor with its required electrical parameters. The theme of the graduation thesis was selected as "Electric Race Motorbike Inverter." Result: The racing motorcycle was chosen as an inverting gear, providing a maximum engine power of 160 kW with a rotational speed of 6000 rpm for a permanent magnet synchronous motorbike with an external rotor. With this power, the motorcycle can achieve a maximum speed of 250 km/h and develop a steady speed of 100 km/h in less than 3 seconds. Hypothesis: Based on the engine data, battery cell data and design conditions, it is possible to choose the optimal inverting mode and tuning for the project. The first part of the thesis described the construction of inverters and explored the power-using devices used in them. A sample of potentially suitable gauges, weight and power factor inverters were selected to the inverting device. Compared to the technical characteristics of the equipment, the most suitable inverting gear for the racing motor deck project was selected from the sample. Based on the chosen device, an electric drive solution was developed to achieve the target indicators for a motorcycle. To fit the inverter unit to the motorcycle in the project, the design and operation of the components used in the project were explored. The key parameters of the equipment were found in surveys, theoretical calculations and catalogs. The electrical connection of the motor were explained. The theoretical efficiency of the system's specific components were calculated by the electric and mechanical power of the electric drive system. Based on the inverters' research, it turned out that high-power alternatives are the most commonly used IGBT transistor-based switches. An analysis of the sample inverters was performed and it was found that, in terms of its technical characteristics, the project is best suited for the PM100DXR inverting line produced by Rinehart Motion Systems. Based on the device that was selected, an electric racing motorcycle drive was designed to provide a 160 MW loaded permanent magnet synchronous motor with an external rotor and a 6000 rpm speed for shaft. This graduation paper is an input for further master's studies and -work in Tallinn University of Technology.