Increase of efficiency induction motor with direct torque control
Abstract
The structure of the electric drive with direct control algorithm is given. Features of the classical direct torque control algorithm are presented. It is shown that due to its inability to change smoothly the output flux vector the increased distortion of current and voltage curves are observed and it reduces the level of drives electromagnetic compatibility. The algorithm of space vector (SV-) modulation is described. The mathematical relationships that accompany the separate steps in the transformation of variables in control system are shown. The authors provide timing diagrams of the autonomous inverter. The mathematical modeling of the electric drive with the 75 kW induction motor and direct torque control was done. The graphs of the line voltage and output current of the autonomous inverter are given, as well as their spectral composition for two schemes: with automatic switching and SV-modulation. It is shown that in the case of SV-modulation the electromagnetic torque ripples are decreased, and thanks to the unipolar pulses per half cycle of the fundamental harmonic of line voltage the nonlinear distortion factor of current and voltage at the output of the autonomous inverter are significantly reduced.
Keywords: automated electric drive, induction motor, inverter, control algorithm, direct torque control, space vector modulation.
References
Козярук, А.Е. Структура, состав и алгоритмы управления высокоэффективных электроприводов газоперекачивающих агрегатов / А.Е. Козярук, Б.Ю. Васильев // Электротехника. – 2013. – № 2. – С. 43–51.
Васильев, Б.Ю. Мехатронные перекачивающие комплексы на основе регулируемых электроприводов для подводного компремирования и транспортировки природного газа / Б.Ю. Васильев // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2013. – № 3. – С. 55–60.
Электроприводы переменного тока на базе непосредственных преобразователей частоты с ШИМ: монография / под общ. ред. Р.Т. Шрейнера. – Екатеринбург: Российский государственный профессионально-педагогический университет, Учреждение Российской академии образования «Уральское отделение», 2012. – 223 с.
Силовые полностью управляемые полупроводниковые преобразователи (моделирование и расчет) / под ред. Е.А. Крутякова. – СПб., 2003. ⎯ 172 с.
Виноградов, А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока / А.Б. Виноградов. – Иваново: Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина, 2008. ⎯ 298 с.
Усольцев, А.А. Частотное управление асинхронными двигателями: учеб. пособие / А.А. Усольцев. – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2006. – 94 с.
Козярук, А.Е. Алгоритмы управления энергоэффективным высокооборотным электроприводом газоперекачивающего агрегата / А.Е. Козярук, Б.Ю. Васильев // Известия вузов. Электромеханика. – 2012. – № 3. – С. 40–44.
Васильев, Б.Ю. Исследование эффективности современных электроприводных газоперекачивающих агрегатов / Б.Ю. Васильев // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». – 2012. – № 4. – С. 104–110. – http://www.ogbus.ru/authors/Vasiliev/Vasiliev_1.pdf. 9. Пат. РФ. №2467462. Трехфазный активный выпрямитель. Патент на изобретение / А.Е. Козярук, Б.Ю. Васильев, А.О. Свириденко. – 2011133095/07 заявл. 05.08.2011; опубл. 20.11.2012.
Пат. РФ. 2476982. Способ управления электромагнитным моментом асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором / А.Е. Козярук, Б.Ю. Васильев. – 2011132450/07 заявл. 01.08.2011; опубл. 27.02.2013.
Study of a novel over-modulation technique based on space-vector PWM / H. Quan, Z. Gang, Z. Wu, Z. Liu // IEEE computer distributed control and intelligent environmental monitoring. – 2011. – P. 295–298.
Leedy, A.W. Harmonic Analysis of a space vector PWM inverter using the method of multiple pulses / A.W. Leedy, R.M. Nelms // IEEE transactions on industrial electronics. – 2006. – № 4. – P. 1182–1187.
Васильев, Б.Ю. Повышение эффективности алгоритмов управления электроприводами методами нечеткой логики / Б.Ю. Васильев // Научно-технические ведомости СПбГПУ. – 2012. – № 3-2(154). – С. 229–233.
Hendawi, E. Analysis, simulation and implementation of space vector pulse width modulation inverter / E. Hendawi, F. Khater, A. Shaltout // International conference on application of electrical engineering. – 2011. – P. 124–131.
Ogbuka, C.U. A Generalized Rectified Sinusoidal PWM technique for harmonic elimination/ C.U. Ogbuka, M.U. Agu // The pacific journal of science and technology. –2009. – №. 2. – P. 21–26.
Козярук, А.Е. Прямое управление моментом в электроприводе переменного тока машин и механизмов горного производства: учебное пособие/ А.Е. Козярук, В.В. Рудаков. – СПб.: 2008. – 99 с.
Gupta, A.K. A general space vector PWM algorithm for multi-level inverter, including operation in overmodulation range / A.K. Gupta, A.M. Kambadkone // International electric machines and drives conference. – 2005. – P. 2527–2533.
Tripathi, A.A. Direct method of overmodulation with integrated closed loop stator flux vector control / A.A. Tripathi, M. Kambadkone, S.K. Panda // IEEE Trans. PE. – 2005. – № 20. – P. 1161–1168.
Васильев, Б.Ю. Повышение энергоэффективности транспортировки природного газа средствами электроприводных газоперекачивающих агрегатов / Б.Ю. Васильев // Електромеханiчнi I енергозберiгаючi системи. – 2012. – № 3. – С. 267–268.
