Аннотация
В статье рассматриваются вопросы построения математической модели асинхронного электропривода (АЭП) в программной среде моделирования Matlab/Simulink, выступающего в качестве прототипа электропривода специального насосного агрегата большой мощности. Модель позволяет проводить расчёт статических и динамических характеристик при различных законах управления автономным инвертором напряжения (АИН). Для проведения процедуры верификации модели создана экспериментальная установка, которая включает: источник питания (ИП), сервоконтроллер (СК), предназначенный для управления частотно-регулируемым электроприводом с поддержкой информационных датчиков обратной связи, включающий в себя преобразователь частоты (ПЧ) с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), кабельную линию (КЛ), асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (АД), инкрементный угловой энкодер (ЭН) для измерения частоты вращения АД, вал которого посредством жесткой муфты соединен с валом генератора постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов (ГПТ), резистивную нагрузку. Получены результаты имитационного моделирования при скалярном способе частотного регулирования. В процессе проверки адекватности имитационной модели с экспериментальными данными учитывается нелинейность магнитной цепи АД. Установлено, что предложенная коррекция значений индуктивностей схемы замещения АД позволяет существенно снизить величину расхождения между моделью и экспериментальными данными в различных режимах работы АЭП. Так, например, для половинного значения частоты питающего напряжения среднеквадратичная ошибка между расчетными и экспериментальными данными тока статора и частоты вращения вала АД уменьшается соответственно при пуске – в 3,5 и 1,5 раза, в установившемся режиме – в 4,5 и 1,4 раза.
Ключевые слова
асинхронный электропривод, сервоконтроллер, скалярный способ частотного регулирования, нелинейность магнитных материалов, интерполяция Лагранжа, имитационное моделирование.
- Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург: УРО РАН, 2000. 654 с.
- Лазарев Г.Б. Частотно-регулируемый электропривод насосных и вентиляторных установок // Силовая электроника. 2007. № 3. С. 41-48.
- Гаврилов Д.П., Барабанов В.Г. Разработка и исследование системы управления насосной установкой // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». 2017. Т. 17. № 2. С. 11-19. doi: 10.14529/engin170202.
- Груздев К.П., Панин В.В. Применение частотно-регулируемого привода как способ повышения энергосбережения // Энергоэффективность и энергосбережение в современном производстве и обществе: матер. междунар. науч.-практ. конф. Воронеж: Воронежский ГАУ, 2018. С. 66-69.
- Зайцев Д.Ю., Пикалов А.А., Прибылова Н.В. Энергосберегающие режимы работы асинхронных электродвигателей // Инновационные технологии и технические средства для АПК: матер. междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых и специалистов. Воронеж: Воронежский ГАУ, 2017. С. 222-225.
- Анучин А.С. Системы управления электроприводов: учебник для вузов. М.: Издательский дом МЭИ, 2015. 373 с.
- Виноградов А.Б. Учет потерь в стали, насыщения и поверхностного эффекта при моделировании динамических процессов в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе // Электротехника. 2005. №5. С. 56-61.
- Егоров А.В., Ершов М.С. Экспериментальное исследование устойчивости асинхронных частотно-регулируемых приводов при кратковременных провалах напряжения // Промышленная энергетика. 2018. № 4. С. 9-12.
- Шандарова Е.Б., Букреев В.Г., Быстров Е.А. Имитационное моделирование асинхронного электропривода насоса погружного технологического оборудования // Электротехнические системы и комплексы. 2021. № 4(53). С. 13-18. doi: 10.18503/2311-8318-2021-4(53)-13-18.
- Обухов С.Г., Чаплыгин Е.Е., Кондратьев Д.Е. Широтноимпульсная модуляция в трехфазных инверторах напряжения // Электричество. 2008. № 7. С. 23-31.
- Плотников Ю.В., Уймин Ю.С. Особенности реализации векторной ШИМ для микропроцессоров TMS320 // Труды третьей научно-технической конференции молодых ученых Уральского энергетического института. Екатеринбург: УрФУ, 2018. С. 232-236.
- Богданов А.А., Быстров Е.А. Анализ влияния алгоритмов и режимов работы трехфазного инвертора на спектральный состав выходных токов // Электронные и электромеханические системы и устройства: сб. науч. тр. Томск: Изд-во Томского гос. ун-та, 2021. C. 210-214.
- Зиновьев Г.С. Силовая электроника: учебное пособие для бакалавров. М.: Изд-во Юрайт, 2015. 667 с.
- Control system with sinusoidal PWM three-phase inverter with a frequency scalar control of induction motor / Y.N. Dementyev, N.V. Kojain, A.D. Bragin, L.S. Udut // International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), 2015. Pp. 1-6. doi: 10.1109/SIBCON.2015.7147008.
- Удут Л.С., Чернышев А.Ю., Гусев Н.В. Разработка и моделирование асинхронных электроприводов со скалярным управлением // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2015. № 3. С. 43-49.
- Чернышев А.Ю., Чернышев И.А. Определение параметров схемы замещения асинхронного двигателя по каталожным данным // Электромеханические преобразователи энергии: Материалы международной научно-технической конференции. Томск: Изд-во ТПУ, 2007. С. 269-272.
- Дудкин А.Н., Ким. В.С. Электротехническое материаловедение: учеб. пособие. Санкт-Петербург: Лань, 2017. 199 с.
- Определение параметров ПИ-регулятора системы управления сложным технологическим объектом в режиме реального времени / В.В. Нгуен, А.А. Шилин, В.Г. Букреев, Ф.В. Перевощиков // Доклады ТУСУР. 2021. Т. 24. №2. С. 56-63. doi: 10.21293/1818-0442-2021-24-2-56-63
Верификация модели прототипа асинхронного элек-тропривода специального насосного агрегата / В.Г. Букреев, Е.Б. Шандарова, Е.А. Быстров, Ф.В. Перевощиков // Электротехнические системы и комплексы. 2022. № 2(55). С. 25-31. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2022-2(55)-25-31