probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2022-24-3-144-157probener-2236Research ArticleМЕТОДЫ И ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ МАТЕРИАЛОВ, ИЗДЕЛИЙ, ВЕЩЕСТВ И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫMETHODS AND DEVICES FOR CONTROLLING AND DIAGNOSING MATERIALS, ARTICLES, SUBSTANCES AND NATURAL ENVIRONMENTИсследования по оптимизации векторного управления асинхронным двигателем с применением системы аналитического контроляResearch on optimization of vector control of an asynchronous motor using the analytical control systemhttps://orcid.org/0000-0002-8733-8914ЦветковА. Н.TsvetkovA. N.

Цветков Алексей Николаевич – канд.техн.наук., доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий»

Alexey N. Tsvetkov

tsvetkov9@mail.ruДоанНгок ШиDoanNgok Shi

Доан Нгок Ши – аспирант

Doan Ngok Shi

ЯрославскийД. А.YaroslavskyD. A.

Ярославский Данил Александрович – канд.техн.наук., доцент кафедры «Теоретические основы электротехники»

Danil A. Yaroslavsky

Казанский государственный энергетический университетРоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian Federation202215062022243144157Copyright © Цветков А.Н., Доан Н.Ш., Ярославский Д.А., 20222022Цветков А.Н., Доан Н.Ш., Ярославский Д.А.Tsvetkov A.N., Doan N.S., Yaroslavsky D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/2236ЦЕЛЬ

ЦЕЛЬ. Стремительное развитие электротранспорта требует применения энергоэффективного привода с целью повышения дальности пробегов между зарядками аккумуляторов. Это в свою очередь требует проведения исследований по оптимизации системы электропривода на основе асинхронного двигателя с комбинированной обмоткой.

МАТЕРИАЛЫ

МАТЕРИАЛЫ. Электродвигатель с комбинированной обмоткой представляет собой двигатель с улучшенными характеристиками с обмоткой статора, состоящей из комбинации двух обмоток звезды и треугольника, соединенных параллельно. Рассмотрены структура и математическая модель двигателя, которые являются основой для построения алгоритма управления двигателем. Алгоритм управления, основанный на определении оптимального значения магнитного потока в координатах оси d - q для достижения малых потерь мощности при учете потерь в железном сердечнике и малых магнитных насыщений, помогает повысить эффективность управления инвертором.

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ. Алгоритм предварительно протестирован с помощью нескольких симуляций, а затем экспериментально проверен путем применения предложенной методики управления на приводе асинхронного двигателя мощностью 1,5 кВт с управляемым полем (FOC).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Полученные результаты представлены и обсуждены, демонстрируя, что предложенная методика онлайн-управления инвертором может значительно снизить потери мощности электропривода.

THE PURPOSE

THE PURPOSE. The rapid development of electric transport requires the use of an energy-efficient drive in order to increase the range of runs between battery charges. This, in turn, requires research to optimize the electric drive system based on an asynchronous motor with a combined winding.

METHODS

METHODS.. A combination winding motor is a high performance motor with a stator winding consisting of a combination of two star and delta windings connected in parallel. The structure and mathematical model of the engine, which are the basis for constructing the engine control algorithm, are considered. The control algorithm based on determining the optimal value of the magnetic flux in the coordinates of the d - q axis to achieve low power losses, taking into account losses in the iron core and low magnetic saturations, helps to improve the efficiency of inverter control.

RESULTS

RESULTS. The algorithm is pre-tested with several simulations and then experimentally verified by applying the proposed control technique to a 1.5 kW controlled field induction motor (FOC) drive.

CONCLUSION

CONCLUSION. The obtained results are presented and discussed, demonstrating that the proposed inverter online control technique can significantly reduce the power loss of the electric drive.

электроприводкомбинированная обмоткаэлектродвигательсистема аналитического контроляканал измеренияканал управлениядатчикстендelectric drivecombined windingelectric motoranalytical control systemmeasurement channelcontrol channelsensorstandИсследования выполнены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках госзадания на выполнение НИР по теме «Распределенные автоматизированные системы мониторинга и диагностики технического состояния воздушных линий электропередачи и подстанций на основе технологии широкополосной передачи данных через линии электропередач и промышленного интернета вещей» (соглашение №075-03-2022-151 от 14.01.2022)ReferencesY. Le Ai, M. J. Kamper, A. D. Le Roux. Novel direct flux and direct torque control of six-phase induction machine with nearly square air-gap flux density // IEEE Trans. Ind. Appl. 2007. V. 43, N. 6. pp. 1534–1543. doi: 10.1109/TIA.2007.908157.Y. Le Ai, M. J. Kamper, A. D. Le Roux. Novel direct flux and direct torque control of six-phase induction machine with nearly square air-gap flux density. IEEE Trans. Ind. Appl. 2007; 43(6): 1534–1543. doi: 10.1109/TIA.2007.908157.E. Levi, R. Bojoi, F. Profumo, H. A. Toliyat, S. Williamson. Multiphase induction motor drives - A technology status review // IET Electric Power Applications. 2007. V. 1. N. 4. pp. 489–516. doi: 10.1049/iet-epa:20060342.E. Levi, R. Bojoi, F. Profumo, H. A. Toliyat, S. Williamson. Multiphase induction motor drives. A technology status review. IET Electric Power Applications. 2007. 1(4): 489–516. doi: 10.1049/iet-epa:20060342.D. Casadei, M. Mengoni, G. Serra, A. Tani, L. Zarri. Optimal fault-tolerant control strategy for multi-phase motor drives under an open circuit phase fault condition // Proceedings of the 2008 International Conference on Electrical Machines, ICEM’08. 2008. pp. 1–6. doi: 10.1109/ICELMACH.2008.4800094.D. Casadei, M. Mengoni, G. Serra, A. Tani, L. Zarri. Optimal fault-tolerant control strategy for multi-phase motor drives under an open circuit phase fault condition. Proceedings of the 2008 International Conference on Electrical Machines, ICEM’08. 2008: 1–6. doi: 10.1109/ICELMACH.2008.4800094.M. C. Ludek Schreier, Jiri Bendl. Analysis of Properties of Induction Machine With Combined Parallel Star-Delta Stator Winding // 2017. V. 2. N. 1, pp. 147–153, 2017.M. C. Ludek Schreier, Jiri Bendl. Analysis of Properties of Induction Machine With Combined Parallel Star-Delta Stator Winding. 2017 1(1): pp. 147–153.H. Kasten, W. Hofmann. Combined stator windings in electric machines with same coils // Proc. - 2012 20th Int. Conf. Electr. Mach. ICEM 2012. pp. 103–108. doi: 10.1109/ICElMach.2012.6349848.H. Kasten, W. Hofmann. Combined stator windings in electric machines with same coils. Proc. 2012 20th Int. Conf. Electr. Mach. ICEM 2012. 2012:103–108. doi: 10.1109/ICElMach.2012.6349848.Мартынов К.В., Пантелеева Л.А., Васильев Д.А., Исследование распределения токов по фазам в асинхронном электродвигателе с совмещённой обмоткой // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ, p. Т. 23. № 5. С. 150-159, 2021.K.V. Martynov, L.A. Panteleeva, D.A.Vasiliev. Study of the phase distribution of currents in an asynchronous electric motor with a combined winding. ENERGY PROBLEMS. 2021. V. 23(5): 150-159.T. Stefanski, S. Karys. Loss minimisation control of induction motor drive for electrical vehicle // IEEE Int. Symp. Ind. Electron. 1996. V. 2. pp. 952–957. doi: 10.1109/isie.1996.551072.T. Stefanski, S. Karys. Loss minimisation control of induction motor drive for electrical vehicle. IEEE Int. Symp. Ind. Electron. 1996. 2: 952–957. doi: 10.1109/isie.1996.551072.Jean-Franc Stumper, Ralph Kennel. Real-time dynamic efficiency optimization for induction machines // American Control Conference (ACC). 2013. pp. 6589–6594.Jean-Franc Stumper, Ralph Kennel. Real-time dynamic efficiency optimization for induction machines. American Control Conference (ACC). 2013: 6589–6594.Z. Qu, M. Ranta, M. Hinkkanen, J. Luomi. Loss-minimizing flux level control of induction motor drives // IEEE Trans. Ind. Appl. 2012. V. 48. N. 3. pp. 952–961. doi: 10.1109/TIA.2012.2190818.Z. Qu, M. Ranta, M. Hinkkanen, J. Luomi. Loss-minimizing flux level control of induction motor drives. IEEE Trans. Ind. Appl. 2012. 48(3): 952–961. doi: 10.1109/TIA.2012.2190818.Борисевич А. В., Mинимизация энергопотребления асинхронного электродвигателя с векторным управлением на основе идентификации модели потерь // Современные научные исследования и инновации., p. № 3, 2014.A. V. Borisevich. Minimization of energy consumption of an asynchronous electric motor with vector control based on the identification of a loss model. Modern scientific research and innovation. 2014. 3.M. Chomat, L. Schreier, J. Bendl. Induction Machine with Combined Star-Delta Stator Winding in Parallel Configuration // Proc. - 2018 23rd Int. Conf. Electr. Mach. ICEM 2018. 2018. pp. 2478–2482. doi: 10.1109/ICELMACH.2018.8506798.M. Chomat, L. Schreier, J. Bendl. Induction Machine with Combined Star-Delta Stator Winding in Parallel Configuration. Proc. 2018 23rd Int. Conf. Electr. Mach. ICEM 2018, 2018: 2478–2482. doi: 10.1109/ICELMACH.2018.8506798.S. J. Plathottam, H. Salehfar. Transient loss minimization in induction machine drives using optimal control theory // in Proceedings - 2015 IEEE International Electric Machines and Drives Conference, IEMDC 2015. 2016. pp. 1774–1780. doi: 10.1109/IEMDC.2015.7409304.S. J. Plathottam, H. Salehfar. Transient loss minimization in induction machine drives using optimal control theory. in Proceedings 2015 IEEE International Electric Machines and Drives Conference, IEMDC 2015. 2016: 1774–1780. doi: 10.1109/IEMDC.2015.7409304.N. S. Doan, A. N. Tsvetkov, T. H. Nguyen, Study and implementation of space vector pulse width modulation inverter on an arduino // E3S Web Conf. 2021. V. 288, p. 01059. doi: 10.1051/e3sconf/202128801059.N. S. Doan, A. N. Tsvetkov, T. H. Nguyen. Study and implementation of space vector pulse width modulation inverter on an arduino. E3S Web Conf. 2021. 288: 01059. doi: 10.1051/e3sconf/202128801059.Доан Нгок Ши, Цветков А.Н., Aппаратно-программный комплекс для экспериментального исследования электроприводов асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором с традиционной обмоткой и двигателей с комбинированной обмоткой // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики, p. Т. 23. № 6. С. 157-165, 2021.Doan Ngok Shi, A.N. Tsvetkov. Hardware-software complex for experimental research of electric drives of asynchronous motors with a squirrel-cage rotor with traditional winding and motors with combined winding. Energy Issues. 2021 23(6): 157-165.Yaroslavsky D.A., Ivanov D.A., Sadykov M.F., Goryachev M.P., Savelyev O.G., Misbakhov R.S. Real-Time Operating Systems for Wireless Modules // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2016. V. 11, N 6. pp. 1168-1171.D.A. Yaroslavsky, D.A. Ivanov, M.F. Sadykov, M.P. Goryachev, O.G. Savelyev, R.S. Misbakhov. Real-Time Operating Systems for Wireless Modules. Journal of Engineering and Applied Sciences. 2016. 11(6): 1168-1171.Ivanov D.A., Golenishchev-Kutuzov A.V., Yaroslavsky D.A., Sadykov M.F. Portable complex for remote control of high-voltage insulators using wireless data collection and transmission module // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018. V. 13, N 6. pp. 2358-2362.D.A. Ivanov, A.V. Golenishchev-Kutuzov, D.A. Yaroslavsky, M.F. Sadykov. Portable complex for remote control of high-voltage insulators using wireless data collection and transmission module. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018. 13(6): 2358-2362.Ivanov D., Sadykov M., Golenishchev-Kutuzov A., Yaroslavsky D., Galieva T., Arslanov A. (2020). The application of the technology of sensor networks for the intellectualization of the overhead power transmission lines // Paper presented at the E3S Web of Conferences. 2020. doi:10.1051/e3sconf/202022001071.D. Ivanov, M. Sadykov, A. Golenishchev-Kutuzov, D. Yaroslavsky, T. Galieva, A. Arslanov (2020). The application of the technology of sensor networks for the intellectualization of the overhead power transmission lines. Paper presented at the E3S Web of Conferences. 2020. doi:10.1051/e3sconf/202022001071.Ярославский Д.А., Садыков М.Ф., Иванов Д.А., и др. Методика контроля ГИО на воздушных линиях электропередачи с учетом разрегулировки с использованием датчиков беспроводных каналов связи // Журнал технических и прикладных наук АИПС. 2017. Т. 12. -№ 22. С. 6479-6482.D.A. Yaroslavsky, M.F. Sadykov, D.A. Ivanov, et al. Technique for monitoring GMOs on overhead power lines, taking into account misalignment using sensors of wireless communication channels. Journal of Technical and Applied Sciences AIPS. 2017. 12(22):. 6479-6482.Садыков М.Ф., Ярославский Д.А., Иванов Д.А., Горячев М.П., Савельев О.Г., Чугунов Ю.С., Торопчин Ю.В. Внедрение системы автоматизированного мониторинга гололедообразования в распределительных сетях ПАО «ТАТНЕФТЬ». // Нефтяное хозяйство. 2020. № 7. С. 53-55.M.F. Sadykov, D.A. Yaroslavsky, D.A. Ivanov, M.P. Goryachev, O.G. Savelyev, Yu.S. Chugunov, Yu.V Toropchin. Implementation of an automated monitoring system for icing in the distribution networks of PJSC TATNEFT. Oil industry. 2020. 7: 53-55.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.