Моделирование режима торможения асинхронного двигателя частотного электропривода с использованием гармоник тока статора
Автор: Карнаухов Николай Федорович, Филимонов Максим Николаевич, Статовой Дмитрий Александрович, Бонилья Венегас Феликс Владимир
Журнал: Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don) @vestnik-donstu
Рубрика: Машиностроение и машиноведение
Статья в выпуске: 1 (84) т.16, 2016 года.
Бесплатный доступ
Целью данной работы является исследование электродинамических процессов в частотно-управляемом электроприводе (ЧУЭП) методом математического моделирования - в частности, в режиме двухтокового динамического торможения с учетом 5-й и 7-й гармоник тока статора асинхронного двигателя (АД). Приведены особенности формирования автономным инвертором напряжения (АИН) низких частот (0,2-15 Гц) тока статора АД, сопровождаемого дополнительными потерями электроэнергии в ЧУЭП и появлением пульсирующих моментов на валу АД, вызывающих неравномерность движения исполнительного механизма (ИМ) рабочего органа (РО) технологической машины (ТМ) в зоне малой скорости и усложняющих их позиционирование в заданное положение. При неоднозначности сил трения в звеньях подвижности ИМ РО и наличии пульсирующих моментов на валу АД реализовать программное торможение ЧУЭП без коррекции закона движения достаточно трудно. Для решения этой проблемы в ЧУЭП авторы предлагают, во-первых, использовать пространственно-векторную широтно-импульсную модуляцию (ПВ ШИМ) с m-кратной подмодуляцией несущей частоты (НЧ) и без подмодуляции в режиме торможения АД. Во-вторых, целесообразно применить (кратковременно в зоне малой скорости) принцип вибрационной линеаризации для снижения коэффициента трения К до пониженного значения (Кэф) в звеньях подвижности ИМ РО за счет микровибрации ротора АД, обусловленной 5-й и 7-й гармониками тока статора. Таким образом, работа по моделированию ЧУЭП (в программном пакете Matlab + Simulink) позволила уточнить влияние 5-й и 7-й гармоник тока статора АД на возможность программного осуществления двухтокового режима динамического торможения ЧУЭП при снижении общих потерь электроэнергии в зоне малой скорости движения ИМ РО. Кроме того, была подтверждена возможность применения в типовых схемах АИН - АД предлагаемых решений электроприводов мехатронных и робототехнических систем широкого назначения с повышенными требованиями к позиционированию.
Инвертор напряжения, пространственно-векторная широтно-импульсная модуляция (пв шим), гармоники тока статора, пульсирующий (колебательный) момент, двухтоковое динамическое торможение, подмодуляция несущей частоты, электрические и тепловые потери, вибрационная линеаризация, позиционирование
Короткий адрес: https://sciup.org/14250194
IDR: 14250194 | УДК: 62-83: | DOI: 10.12737/18266
Braking mode simulation of induction motor of variable-frequency drive using stator current harmonics
The work objective is to study electrodynamic processes in the frequency-controlled drive (FCD) by the mathematical modeling method, in particular, in the two-current mode of the dynamic braking considering the 5th and 7th current harmonics of the induction motor (IM) stator. The features of forming IM stator current low frequencies (0.2-15 Hz) by the autonomous voltage inverter (AVI) followed by the additional electricity loss in the FCD, and the appearance of torque ripple on the IM shaft causing jerkiness of the actuating mechanism (AM) of the production machine (PM) executive device (ED) in the low speed zone and complicating their locating in the prearranged position, are given. It is hard to implement the FCD scheduled deceleration without trajectory correction at the friction forces ambiguity in the ED AM mobility links and availability of the torque ripple on the IM shaft. To solve this problem, the authors offer, first, to use a spatial-vector pulse-width modulation (SV PWM) with m-fold submodulation of the carrier frequency (CF) and without submodulation in the IM braking mode. Secondly, it is reasonable to apply (momentarily in a low speed area) the principle of linearization by oscillation to reduce the K friction coefficient to a decreased value in the ED AM mobility links by the IM rotor microvibration due to the 5th and 7th harmonics of the stator current. Thus, the work on modeling FCD (in Matlab + Simulink software package) allows more accurately define the impact of the 5th and 7th harmonics of the IM stator current on the capability of the software implementation of the two-current mode of the FCD dynamic braking while reducing the total energy loss in the ED AM low-speed motion area. In addition, the applicability of the proposed solutions of the electric drives of mechatronic and robotic multipurpose systems with higher requirements for positioning in the basic AM - AVI circuits is confirmed.
Список литературы Моделирование режима торможения асинхронного двигателя частотного электропривода с использованием гармоник тока статора
- Соколовский, Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием/Г. Г. Соколовский. -Москва: Академия, 2006. -273 с.
- Перельмутер, В. М. Прямое управление моментом и током двигателей переменного тока/В. М. Перельмутер. -Харьков: Основа, 2004. -210 с.
- Карнаухов, Н. Ф. Особенности формирования циклических режимов частотного электропривода технологических машин в зоне малой скорости движения исполнительного механизма/Н. Ф. Карнаухов, М. Н. Филимонов, А. И. Изюмов. -Вестник. Дон. гос. техн. ун-та. -2012. -№ 6 (67). -С. 76-86.
- Филимонов, М. Н. Улучшение динамики торможения асинхронного двигателя станочной системы с частотным управлением/М. Н. Филимонов, Н. Ф. Карнаухов//Современные проблемы машиностроения и высоких технологий: мат-лы. междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 75-летию Дон. гос. техн. ун-та. -Ростов-на-Дону, 2005. -Т. 1. -С. 236-242.
- Добрынин, С. А. Методы автоматизированного исследования вибрации машин/С. А. Добрынин, М. С. Фельдман, Г. И. Фирсов. -Москва: Машиностроение, 1987. -224 с.
- Электромеханические системы управления тяжелыми металлорежущими станками/С.В. Демидов ; под общ. ред. С. В. Демидова. -Ленинград: Машиностроение, 1986. -236 с.
- Пановко, Я. Г. Лекции по основам теории вибрационных машин и технологий/Я. Г. Пановко. -Москва: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. -192 с.
- Карнаухов, Н. Ф. Улучшение характеристик частотного электропривода технологических машин в зоне малой скорости движения исполнительного механизма / Н. Ф. Карнаухов, Ю. В. Пудова, М. Н. Филимонов // Молодежь. Техника. Космос : тр. IV Общерос. молодеж. науч.-техн. конф. // Вестник БГТУ. 2012. - № 15. - 380 с. - (Библиотека «Военмех»).
- Браславский, И. Я. Использование приложения Simulink для оценки потребления электроэнергии асинхронным электроприводом/И. Я. Браславский, З. Ш. Ишматов, Ю. В. Плотников//Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB: тр. II науч. конф. -Москва, 2004. -Ч. 5 -С. 1387-1394.
- Карнаухов, Н. Ф. Особенности формирования двухтокового динамического торможения асинхронного двигателя мехатронной системы при частотном управлении/Н. Ф. Карнаухов, М. Н. Филимонов, Н. В. Деркачев//Мехатроника-2008: мат-лы IV междунар. науч.-практ. студ. коллоквиума. -Новочеркасск, 2008. -С. 17-20.
- Карнаухов, Н. Ф. Энергетические показатели электропривода при частотном способе управления асинхронным двигателем/Н. Ф. Карнаухов, В. А. Прус, М. Н. Филимонов//Тр. VIII Междунар. науч.-техн. конф. по динамике технологических систем. -Ростов-на-Дону, 2007. -Т. III. -С. 24-30.
- Система позиционного электропривода с задатчиком положения/П. Х. Коцегуб//Известия вузов. Электромеханика. -1982. -№ 3. -С. 331-337.
- Установка для демонстрации рекламно-информационного материала и устройство управления перемещением носителя информации: патент на полезную модель 36914 РФ, МПК G09F13/00 H02P7/36 H02P7/62 H02P7/74 H02H7/08/Н. Ф. Карнаухов, М. Н. Филимонов, С. А. Ушаков. -№ 2003131463/20; заявл. 28.10.2003; опубл. 27.03.04, Бюл. № 9. -14 с.
