Аннотация
В данном исследовании рассмотрено существующее схемное решение в управляемом асинхронном электроприводе при торможении двигателя. Были определенны его недостатки в виде повышения потерь энергии по сравнению с электроприводом с активным выпрямителем, непосредственным преобразователем частоты и прочих схемных решений, позволявших вернуть энергию торможения двигателя через преобразователь частоты в сеть. Предложены схемы, позволяющие при помощи незначительного изменения схемы преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения снизить повышенные потери энергии в виде рассеивания энергии торможения на тормозном активном сопротивлении звена постоянного тока. Было произведено имитационное моделирование в среде Matlab Simulink стандартной схемы с исключенным из нее тормозным резистором, схемы с повышенной емкостью конденсатора в звене постоянного тока, дополнительным ключевым элементом и индуктивностью, схемы с разделенной емкостью звена постоянного тока на четыре емкостных элемента и дополнительными ключевыми и индуктивным элементом. В результате моделирования получены графики переходных процессов основных физических величин, характеризующих протекающие процессы при торможении двигателя, заряда и разряда конденсатора в звене постоянного тока, такие как скорость, момент двигателя на валу, ток и напряжение в звене постоянного тока, а также процентное соотношение энергии, выдаваемой конденсатором, к энергии, выдаваемой выпрямителем. Выполнен анализ полученных зависимостей и установлено влияние параметров силовой части исследуемых схем на переходные процессы физических величин в асинхронном электроприводе. Сформулированы основные преимущества предлагаемых схем над существующими. Определено назначение, сферы и целесообразность применения рассмотренных схемных решений.
Ключевые слова
преобразователь, звено постоянного тока, емкостный накопитель, импульсный коммутатор, релейный регулятор, частота, асинхронный двигатель, торможение, энергосбережение
1. Щур Р.В. Преобразователи частоты со звеном постоянного тока // Современные проблемы науки и образования: сб. ст. Нефтекамск, 2020. С.108-113.
2. Меркушев Д.В. Математическая модель преобразователя частоты со звеном постоянного тока // Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты: сб. ст. Новосибирск, 2014. С.139-143.
3. Новожилов Н.Г. Сравнительный расчет емкости конденсатора звена постоянного тока частотного преобразователя // Современная наука и практика: сб. ст. Санкт-Петербург, 2015. С.20-24.
4. Аверин А.И. Суперконденсаторы и их применение в блоках рекуперации энергии в производстве современных лифтов // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 6. Ч. 2.
5. Пат. 2399145 Российская Федерация, МПК H02M 7/12. Преобразователь частоты с явно выраженным звеном постоянного тока / Клоков А.А., Силкин Е.М., Шестоперов Г.Н., Юнович В.Н.; заявитель ОАО «Электровыпрямитель». №2009128830/09, заявл. 27.07.2009; опубл. 10.09.2010.
6. Пат. 2490778 Российская Федерация, МПК H02P 27/08. Преобразователь частоты с явно выраженным звеном постоянного тока / Боок А.Ф., Завгородний С.В., Курганов А.А., Тишкин А.А.; заявитель ОАО «Электровыпрямитель». № 2012113986/07, заявл. 10.04.2012, опубл. 10.08.2013.
7. Пат. 68806 Российская Федерация, МПК H02M 5/451. Согласованный преобразователь частоты с неявно выраженным звеном постоянного тока и резонансной коммутацией / Силкин Е.М.; заявитель ООО «Силовая электроника». № 2007130833/22, заявл. 13.08.2007, опубл. 27.11.2007.
8. Пат. 2371830 Российская Федерация, МПК H02M 5/451. Способ управления преобразователем частоты с явно выраженным звеном постоянного тока / Силкин Е.М.; заявитель ООО «Силовая электроника». № 2008131112/09, заявл. 28.07.2008, опубл. 27.10.2009.
9. Пат. 2620580 Российская Федерация, МПК H02M 7/493. Цепь развязки звена постоянного тока для параллельных инверторов / Барлини Д.; заявитель АЛЬСТОМ Транспор Текноложи. № 2013109204, заявл. 20.02.2013, опубл. 29.05.2017.
10. Пат. 2251199 Российская Федерация, МПК H02M 5/297. Матричный преобразователь частоты и способ управления им / Сидоров С.Н.; заявитель ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный технический университет». №2004101743/09, заявл. 20.01.2004, опубл. 27.04.2005.
11. Пат. 157682 Российская Федерация, МПК H02M 5/458. Высоковольтный преобразователь частоты большой мощности с активными выпрямителями / Храмшин Т.Р., Храмшин Р.Р., Корнилов Г.П., Крубцов Д.С.; заявитель ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». № 2015110805/07, заявл. 25.03.2015, опубл. 10.12.2015
12. Jin Geun Shon, Jong Hee Han, Hee-Jong Jeon. Control Scheme of Voltage Sag Compensator Using Bi-Directional DC/DC Converter of Double-Layer Capacitor // International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS). IEEE, 2007. doi: 10.1109/ICEMS12746.2007.4412165
13. Series Power Line Compensator using Self-Commutated Inverter / H. Tokuda, N. Eguchi, S. Uemura, R. Shimada // Power Conversion Conference (PCC). IEEE, 1997. doi:10.1109/PCCON.1997.645612
14. Improving DC Microgrid Dynamic Performance Using a Fast State-Plane-Based Source-End Controller / M.A. Bianchi, I.G. Zurbriggen, F. Paz, M. Ordonez // IEEE Transactions on Power Electronics. 2019. No. 8(34). Pp. 8062-8078. doi: 10.1109/TPEL.2018.2878383
15. Пат. 210092 Российская Федерация, МПК H02P 27/06. Устройство для управления электроприводом переменного тока / Мещеряков В.Н., Пикалов В.В., Беленов Д.А.; заявитель ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет». № 2021126606, заявл. 09.09.2021, опубл. 28.03.2022.
16. Belenov D., Meshcheryakov V., Bagryantsev I. Study of the Braking Mode of an Asynchronous Frequency Electric Drive with Energy Storage in the DC Link // 4th International Conference on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency (SUMMA). IEEE, 2022. Pp. 721-727. doi: 10.1109/SUMMA57301.2022.9973946
17. Belenov D., Meshcheryakov V. Investigation of the Braking Mode of an Asynchronous Frequency Electric Drive with an Energy Buffer in the DC Link / XIX International Scientific Technical Conference Alternating Current Electric Drives (ACED). IEEE, 2023, pp. 1–6, May, 2023. doi: 10.1109/ACED57798.2023.10143479
18. Belenov D., Meshcheryakov V., Bagryantsev I. Comparative Analysis of the Energy Indicators of the Braking Mode of a Frequency Asynchronous Electric Drive with an Energy Buffer in the DC Link and an Electric Drive with an Active Rectifier // 5th International Conference on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency (SUMMA). IEEE, 2023. Pp. 1038-1043. doi: 10.1109/SUMMA60232.2023.10349559
19. Фурсов В.Б. Моделирование электропривода: учебное пособие. Санкт-Петербург: Лань, 2022. 220 с.
20. Анучин А.С. Системы управления электроприводов: учебник для вузов. М.: Издательский дом МЭИ, 2015. 373 с.
21. Ключев В.И. Теория электропривода: учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 2001. 704 с.
22. Терехов В.М. Системы управления электроприводов: учебник для студ. высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2006. 304 с.
Беленов Д.А., Мещеряков В.Н. Анализ переходных процессов асинхронного частотного электропривода с накопителем энергии в звене постоянного тока // Электротехнические системы и комплексы. 2024. № 1(62). С. 11-18. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2024-1(62)-11-18