Дослідження нормативно-технічних особливостей побудови систем електропостачання мобільних енергоустановок з комбінованим пусковим джерелом

Д.О. Кулагін; І.З. Маслов; В.Ф. Дєвочкін

doi:10.31498/2225-6733.53.2.2026.359883

Автор(и)

Д.О. Кулагін Національний університет «Запорізька політехніка» , Україна https://orcid.org/0000-0003-3610-4250
І.З. Маслов Дунайський інститут Національного університету «Одеська морська академія», м. Ізмаїл, Україна https://orcid.org/0000-0003-1759-6077
В.Ф. Дєвочкін Національний університет «Запорізька політехніка» , Україна https://orcid.org/0009-0003-2381-5245

DOI:

https://doi.org/10.31498/2225-6733.53.2.2026.359883

Ключові слова:

електропостачання, енергоустановка, суперконденсатори, енергоефективність, енергетичні втрати, математичне моделювання, дизель-генератор, електричні машини та апарати

Анотація

У роботі розглянуто науково-практичні аспекти побудови систем електропостачання мобільних енергоустановок із комбінованими пусковими джерелами в умовах змінних навантажень та несприятливих температурних факторів. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю підвищення надійності стартерного пуску дизель-генераторних установок, зниження енергетичних втрат та покращення експлуатаційних характеристик транспортної техніки. Метою роботи є наукове обґрунтування та розробка методології проектування енергоефективних систем електростартерного пуску на основі комбінованих джерел електроживлення. Для досягнення поставленої мети вирішено комплекс завдань, пов’язаних із аналізом існуючих технічних рішень, розробкою математичних моделей енергетичних процесів, дослідженням перехідних режимів та обґрунтуванням вибору накопичувачів енергії. У процесі дослідження застосовано методи системного аналізу, математичного моделювання, техніко-економічної оцінки та структурної декомпозиції енергетичних систем. Особливу увагу приділено аналізу взаємодії акумуляторних батарей і ємнісних накопичувачів енергії, оптимізації розподілу потоків потужності та мінімізації втрат у процесах генерації, передачі та споживання електроенергії. Розглянуто особливості побудови комбінованих систем пуску, включаючи топологію електричних мереж, алгоритми керування та нормативно-технічні вимоги до їх функціонування. Узагальнені результати дослідження свідчать, що використання комбінованих джерел живлення забезпечує підвищення ефективності пускових процесів, скорочення тривалості запуску та зменшення питомих витрат палива до 8,5%. Запропоновано підходи до оптимізації структури енергосистеми, що дозволяють підвищити її надійність та енергоефективність за рахунок раціонального керування енергетичними потоками та компенсації реактивної потужності. У висновках обґрунтовано наукову новизну, яка полягає у формуванні комплексної методології проектування комбінованих систем електростартерного пуску з урахуванням динамічних режимів роботи та нормативних обмежень. Практична значущість роботи полягає у можливості впровадження отриманих результатів при проектуванні та модернізації мобільних енергоустановок. Визначено перспективні напрями подальших досліджень, пов’язані з удосконаленням алгоритмів управління, розширенням функціональних можливостей накопичувачів енергії та підвищенням загальної ефективності транспортних енергетичних систем

Посилання

Kulagin D., Maslov I. Mathematical Model of Electromagnetic Transients of a Frequency-Controlled Propeller's Induction Motor. 2024 IEEE 5th KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), Kharkiv, 07–11 October 2024. P. 1–5. DOI: https://doi.org/10.1109/KhPIWeek61434.2024.10877991.
Kulagin D., Maslov I. Construction of a mathemat-ical model of an induction motor for a transport power plant incorporating magnetic saturation processes. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2025. Vol. 6, no. 8(138). Pp. 24–35. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.345066.
Kulagin D., Maslov I. Synthesis of Automatic Con-trol System of Traction Asynchronous Motor of Transport Diesel-Generator Power Plant. Problemele Energeticii Regionale. 2025. Iss. 4. Pp. 18–31. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2025.4-68.02.
Zhu Z. Q., Howe D. Electrical Machines and Drives for Electric, Hybrid, and Fuel Cell Vehicles. Proceedings of the IEEE. Vol. 95, no. 4. Pp. 746–765. DOI: https://doi.org/10.1109/JPROC.2006.892482.
Chen Z., Wang H., Yan Y. A Doubly Salient Starter/Generator With Two-Section Twisted-Rotor Structure for Potential Future Aerospace Applica-tion. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2012. Vol. 59, no. 9. Pp. 3588–3595. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2011.2159951.
Novel permanent magnet motor drives for electric vehicles / C. C. Chan et al. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 1996. Vol. 43, no. 2. Pp. 331–339. DOI: https://doi.org/10.1109/41.491357.
Cai W. Comparison and review of electric machines for integrated starter alternator applications. Conference Record of the 2004 IEEE Industry Applications Conference. 39th IAS Annual Meeting, Seattle, WA, USA, 03-07 October 2004. Article 393. DOI: https://doi.org/10.1109/IAS.2004.1348437.
Liu C., Chau K. T., Jiang J. Z. A Permanent-Magnet Hybrid Brushless Integrated Starter–Generator for Hybrid Electric Vehicles. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2010. Vol. 57, no. 12. Pp. 4055–4064. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2010.2044128.
Finch J. W., Giaouris D. Controlled AC Electrical Drives. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2008. Vol. 55, no. 2. Pp. 481–491. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2007.911209.
Chau K. T., Chan C. C. Emerging Energy-Efficient Technologies for Hybrid Electric Vehicles. Proceedings of the IEEE. 2007. Vol. 95, no. 4. Pp. 821–835. DOI: https://doi.org/10.1109/JPROC.2006.890114.
Ehsani M., Rahman K. M., Toliyat H. A. Propulsion system design of electric and hybrid vehicles. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 1997. Vol. 44, no. 1. Pp. 19–27. DOI: https://doi.org/10.1109/41.557495.
Starter-alternator for hybrid electric vehicle: comparison of induction and variable reluctance machines and drives / J. M. Miller et al. Conference Record of 1998 IEEE Industry Applications Conference. Thirty-Third IAS Annual Meeting, St. Louis, MO, USA, 12-15 October 1998. Vol. 1. Pp. 513–523. DOI: https://doi.org/10.1109/IAS.1998.732360.
Khan F. H., Tolbert L. M., Webb W. E. Hybrid Electric Vehicle Power Management Solutions Based on Isolated and Nonisolated Configurations of Multilevel Modular Capacitor-Clamped Con-verter. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2009. Vol. 56, no. 8. Pp. 3079–3095. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2022074.
Detailed design of a 30-kW switched reluctance starter/generator system for a gas turbine engine application / C. A. Ferreira et al. IEEE Transac-tions on Industry Applications. 1995. Vol. 31, no. 3. Pp. 553–561. DOI: https://doi.org/10.1109/28.382116.
Chan C. C. The state of the art of electric and hybrid vehicles. Proceedings of the IEEE. 2002. Vol. 90, no. 2. Pp. 247–275. DOI: https://doi.org/10.1109/5.989873.
Energy Storage Systems for Automotive Applica-tions / S. M. Lukic et al. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2008. Vol. 55, no. 6. Pp. 2258–2267. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2008.918390.
Industrial Diesel Engines 3516. URL: https://www.cat.com/en_US/products/new/power-systems/industrial/industrial-diesel-engines/18397893.html (accessed 29.06.2025).
Macari N. C., Richardson R. D. Operation of a Caterpillar 3516 Spark-Ignited Engine on Low-Btu Fuel. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 1987. Vol. 109, no. 4. Pp. 443–447. DOI: https://doi.org/10.1115/1.3240061.
Lam H., Richter M., Ashton G. A New Approach to Maximize the Potential of Reciprocating Engines Operating on Bio-Fuel Energy. ASME 2011 5th International Conference on Energy Sustainability, Washington, DC, USA, 7–10 August 2011. Paper No: ES2011-54496. 2012. Pp. 1149-1158. DOI: https://doi.org/10.1115/ES2011-54496.