Исследования по оптимизации векторного управления асинхронным двигателем с применением системы аналитического контроля

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

1. 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. V. 43, N. 6. pp. 1534–1543. doi: 10.1109/TIA.2007.908157.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Jean-Franc Stumper, Ralph Kennel. Real-time dynamic efficiency optimization for induction machines // American Control Conference (ACC). 2013. pp. 6589–6594.

9. 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.

10. Борисевич А. В., Mинимизация энергопотребления асинхронного электродвигателя с векторным управлением на основе идентификации модели потерь // Современные научные исследования и инновации., p. № 3, 2014.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.