Серия «Энергетика»

Актуальность исследований обусловлена широким применением частотно-управляемого асинхронного электропривода на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (АД) в наиболее востребованных в промышленности системах регулируемого электропривода общепромышленных механизмов.

Целью исследований является анализ расчетных предельных статических характеристик, соответствующих либо номинальному значению напряжения АД, либо максимальному значению выходного напряжения инвертора преобразователя частоты (ПЧ) при заданном значении напряжения питающей сети для различных систем управления трехфазным инвертором, позволяющих оценить возможность получения требуемых скоростей при заданном моменте статической нагрузки в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе с векторным управлением.

Новизна исследований состоит в использовании предельной статической характеристики, формируемой функциональным преобразователем задания потокосцепления ротора разомкнутой по скорости системы ПЧ – АД при максимальном напряжении инвертора для выбора скорости начала ослабления потока АД в зависимости от его электромагнитного момента для достижения рабочего режима электропривода.

Методы исследования, описанные в статье, основаны на использовании теории электропривода, электрических машин, методов математического и имитационного моделирования с помощью современных программных пакетов и компьютерных средств.

В результате исследований установлено, что при недостаточном выходном напряжении инвертора ПЧ в асинхронном электроприводе с частотным векторным управлением формирование требуемых значений потока АД и его момента обеспечивается уменьшением его угловой скорости за счет уменьшения выходной частоты ПЧ. Причем начальную скорость ослабления потока АД следует выбирать в зависимости от фактического значения электромагнитного момента АД, используя для этого предельную статическую характеристику разомкнутой по скорости системы ПЧ – АД. Доказано, что в системах векторного частотного управления асинхронным электроприводом с выбором скорости начала ослабления потока АД в зависимости от электромагнитного момента АД имеется возможность поддержания оптимального значения потокосцепления АД в установившихся режимах его работы, позволяющая обеспечить больший момент при номинальном токе АД в установившемся режиме. Для уменьшения тока, потребляемого АД, и исключения его теплового перегрева при больших нагрузках следует задавать номинальное значение потокосцепления, а при малых нагрузках уменьшать значение задания потокосцепления.

Bulgakov A.A. Chastotnoe upravlenie asinkhronnymi dvigatelyami [Frequency Control of Induction Mo-tors]. Moscow, Energoizdat Publ., 1982. 216 p.

Garces L.J. Parameter Adaptation for the Speed-Controlled Static AC Drive with a Squirrel-Cage Induction Motor. IEEE Trans. Ind. Appl., vol. IA-16, 1980, pp. 173–178. DOI: 10.1109/TIA.1980.4503768

Sandler A.S., Sarbatov R.S. Avtomaticheskoe chastotnoe upravlenie asinkhronnymi dvigatelyami [Auto-matic Frequency Control of Induction Motors]. Moscow, Energiya Publ., 1974. 328 p.

Vinogradov A.B., Chistoserdov V.L., Sibirtsev A.N. [Adaptive Vector Control System of Electric Drive]. Electrotekhnika [Electrotechnics]. 2003, no 7, pp. 7–17. (in Russ.)

Blaschke F. Das Prinzip der feldorientierung die Grundlage fur die Transvektor – Regelung von Drehfeld-maschinen. Siemens Zeitschrift, 1971, Bd. 45, H. 10, S. 757–760.

Rudakov V.V., Stolyarov I.I., Dartau V.A. Asinkhronnie elektroprivody s vektornim upravleniem [Asyn-chronous Electric Drives with Vector Control]. St. Petersburg, Energoatomizdat Publ., 2007. 440 p.

Novotny D.W., Lipo T.A. Vector Control and Dynamics of AC Drives. Oxford, Clarendon Press, 1996.

p.

Dementyev Yu.N., Negodin K.N., Koyain N.V., Udut L.S. [PWM Control System of Three-Phase Invertor with Scalar Frequency Control of Induction Motor] Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Elektromehanika [Higher School Proceedings. Electromechanics], 2016, no. 4, pp. 49–54. (in Russ.)

Kopyrin V.S., Tkachuk A.A. [Mathematical Modeling of Frequency Controlled Asynchronous Electric Drive in Break Energy Recuperation Mode to Supply] Elektrotehnika [Electrotechnics], 2006, no 1, pp. 37–44.

(in Russ.) DOI: 10.17213/0136-3360-2016-4-49-54

Shreyner R.T. Matematicheskoe modelirovanie elektroprivoda peremennogo toka s poluprovodnikovimi preobrazovatelyami chastity [Mathematical Modeling of AC Electric Drives with Semi-Conductors Frequency Converters], Ekatireburg, Ural Department of RAS, 2000. 654 p.

Dementyev Yu.N., Goncharov V.I., Negodin K.N., Umurzakova A.D. [Electric Drive with Indirect Control Device of Output Parameters of Induction Motor]. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Energy, 2017, vol. 17, no. 4, pp. 99–106. (in Russ.) DOI: 10.14529/power170411

Malinowski M., Kazmierkowski M.P., Hansen S., Blaabjerg F., Marques G.D. Virtual-Flux-Based Direct Power Control of Three-Phase PWM Rectifiers. IEEE Trans. on Industry Applications, 2001, vol. 37, no. 4,

pp. 1019–1026. DOI: 10.1109/28.936392

Blaabjerg F., Teodorescu R., Liserre M., Timbus A.V. Overview of Control and Grid Synchronization for Distributed Power Generation Systems. IEEE Trans. on Ind. Electronics, 2006, vol. 53, no. 5, pp.1398–1409.

DOI: 10.1109/TIE.2006.881997

Veszprémi K., Schmidt I. Direct Controls in Voltage-Source Converters – Generalizations and Deep Study. Conference on Power Electronics and Motion Control, EPE-PEMC'2008. Proceedings on CD-ROM, 2008, pp. 1826–1833. DOI: 10.1109/EPEPEMC.2008.4635527

Saeidi S., Kennel R. A Novel Algorithm for Model Predictive Control of AC Electrical Drives. Proc. EDPC, 2012, pp. 78–84. DOI: 10.1109/EDPC.2012.6425099

Tishihiko Noguchi, Hiroaki Tomiki, Seiji Kondo and Isao Takahashi. Direct Power Control of PWM Con-verters without Power Source – Voltage Sensors. IEEE Trans. on Industry Applications, 1998, vol.34, no. 3, pp.473−479. DOI: 10.1109/28.673716

Veszprémi K. Optimizing the Dynamic Behavior of Direct Controls of Voltage-Source Converters. Elec-tric Power Components and Systems, 2009, vol. 37 (9), pp. 1014–1035. DOI: 10.1080/15325000902918883

Vajda I., Dementyev Yu.N., Negodin K.N., Kojain N.V., Udut L.S., Chesnokova I.А. Limiting Static and Dynamic Characteristics of an Induction Motor under Frequency Vector Control. Acta Polytechnica Hungarica, 2017, vol. 14, no. 6, pp. 7–27.