Анализ динамических свойств синхронного двигателя как объекта управления в контуре регулирования момента
Ключевые слова:
синхронный электропривод, частотный анализ характеристик, контуры регулирования тока и момента
Аннотация
Статья посвящена исследованию частотных характеристик контуров регулирования момента и тока, позволяющих выявить параметры, влияющие на стабильность и динамические показатели электропривода. Выполнен синтез контура регулирования момента в однофазном и трехфазном исполнении для синхронных электроприводов переменного тока. Дана оценка и получены выражения процессов изменения сигнала в каждом из блоков контура регулирования момента для дальнейшего исследования амплитудной и фазовой частотных характеристик синхронных электроприводов. Выполнен детальный анализ уравнения суммарного момента трехфазного синхронного электропривода для режима работы на упор и на низких скоростях. Рассмотрены варианты математического описания процессов системы с применением инструмента моментного треугольника. Построены частотные характеристики для контуров регулирования тока и момента. Результаты исследования спектральных свойств контуров регулирования во всем диапазоне частот подчеркивают необходимость точной настройки системы управления при малых скоростях вращения или при работе двигателя в режиме моментного тормоза. Достигнута высокая эффективность применения аппарата математического моделирования при анализе частотных характеристик электроприводов с электрическими машинами переменного тока. Экспериментальные исследования позволили учесть перекрестные взаимосвязи между обмотками электромеханического преобразователя.
Литература
1. Грызлов А.А., Григорьев М.А. Частотные методы синтеза высокоскоростных регулируемых электроприводов компрессоров. – Электротехника, 2019, № 5, с. 9–15.
2. Авдеев А.С., Осипов О.И. Идентификация электрических параметров синхронного двигателя с постоянными магнитами. – Электротехнические системы и комплексы, 2021, № 3 (52), с. 38–46.
3. Лицин К.В., Морозков Д.А. Исследование алгоритмов идентификации синхронного двигателя с обмоткой возбуждения. – Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2023, № 7, с. 363–367.
4. Фролов М.Ю. Идентификация параметров синхронных машин в эксплуатационных режимах электрической сети: дис. … кандидата техн. наук. Новосибирск, 2018, 124 с.
5. Усынин Ю.С., Григорьев М.А., Виноградов К.М. Электроприводы и генераторы с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения. – Электричество, 2007, №3, с. 21–26.
6. Суворкова Е.Е., Дементьев Ю.Н., Бурулько Л.К. Расчет магнитных полей и индуктивных параметров синхронных реактивных двигателей. – Фундаментальные исследования, 2016, № 6-1, с. 112–116.
7. Шульга Р.Н. Синхронный реактивный двигатель в современном электроприводе. – Электрооборудование: эксплуатация и ремонт, 2023, № 1, с. 44–55.
8. Прахт В.А., Дмитриевский В.А., Казакбаев В.М. Синхронный реактивный двигатель без магнитов класса энергоэффективности IE5. – Электротехника, 2019, № 6, с. 40–46.
9. Морозовский В.Т. Многосвязные системы автоматического регулирования. М.: Энергия, 1970, 288 с.
10. Слежановский О.В. и др. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями. М.: Энергоатомиздат, 1983, 256 с.
11. Вейнгер А.М. Регулируемый синхронный электропривод. М.: Энергоатомиздат, 1985, 224 с.
12. Бродовский В.Н., Иванов Е.С. Приводы с частотно-токовым управлением. М.: Энергия, 1974, 168 с.
13. Шаталов А.С. Преобразования сигналов и изображающих их функций обобщенными линейными системами автоматического управления. М.-Л.: Энергия, 1965, 344 с.
14. Маурер В.Г. Средства частотного анализа элементов, устройств и систем управления вентильных электроприводов. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 1998, 120 с.
15. Sajjad Hossain Rafin S.M., Ali Q., Lipo T.A. A Novel Sub-Harmonic Synchronous Machine Using Three-Layer Winding Topology. – World Electric Vehicle Journal, 2022, vol. 13, No. 1, DOI: 10.3390/wevj13010016.
16. Boglietti A. et al. Thermal Analysis of Induction and Synchronous Reluctance Motors. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2006, vol. 42, No. 3, pp. 675–680, DOI: 10.1109/TIA.2006.873668.
17. Ваганов М.А., Скобеев И.И., Селим С.А. Синхронный реактивный двигатель при учете активного сопротивления обмотки статора. – Известия СПБГЭТУ ЛЭТИ, 2016, № 7, с. 67–74.
18. Дудкин М.М., Усынин Ю.С., Осинцев К.В. Адаптивное интегрирующее устройство синхронизации для систем управления силовыми вентильными преобразователями. – Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика, 2018, т. 18, № 4, с. 68–78.
---
Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда № 24-29-20196, https://rscf.ru/project/24-29-20196.
#
1. Gryzlov A.A., Grigor’ev M.A. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2019, No. 5, pp. 9–15.
2. Avdeev A.S., Osipov O.I. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy – in Russ. (Electrical Engineering Systems and Complexes), 2021, No. 3 (52), pp. 38–46.
3. Litsin K.V., Morozkov D.A. Izvestiya Tul’skogo gosudarstven-nogo universiteta. Tekhnicheskie nauki – in Russ. (News of Tula State University. Technical Science), 2023, No. 7, pp. 363–367.
4. Frolov M.Yu. Identifikatsiya parametrov sinhronnyh mashin v ekspluatatsionnyh rezhimah elektricheskoy seti: dis. … kandidata tekhn. nauk (Identification of Parameters of Synchronous Machines in the Operational Modes of the Electrical Network: Dis. … Cand. Sci. (Eng.)). Novosibirsk, 2018, 124 p.
5. Usynin Yu.S., Grigor’ev M.A., Vinogradov K.M. Elektri-chestvo – in Russ. (Electricity), 2007, №3, pp. 21–26.
6. Suvorkova E.E., Dement’ev Yu.N., Burul’ko L.K. Fundamen-tal’nye issledovaniya – in Russ. (Fundamental Research), 2016, No. 6-1, pp. 112–116.
7. Shul’ga R.N. Elektrooborudovanie: ekspluatatsiya i remont – in Russ. (Electrical Equipment: Operation and Repair), 2023, No. 1, pp. 44–55.
8. Praht V.A., Dmitrievskiy V.A., Kazakbaev V.M. Elektrotekh-nika – in Russ. (Electrical Engineering), 2019, No. 6, pp. 40–46.
9. Morozovskiy V.T. Mnogosvyaznye sistemy avtomaticheskogo regulirovaniya (Multi-Connected Automatic Control Systems). M.: Energiya, 1970, 288 p.
10. Slezhanovskiy O.V. et al. Sistemy podchinennogo regu-lirovaniya elektroprivodov peremennogo toka s ventil’nymi preob-razovatelyami (Subordinate Control Systems for AC Electric Drives with Valve Converters). M.: Energoatomizdat, 1983, 256 p.
11. Veynger A.M. Reguliruemyy sinhronnyy elektroprivod (Adjus-table Synchronous Electric Drive). M.: Energoatomizdat, 1985, 224 p.
12. Brodovskiy V.N., Ivanov E.S. Privody s chastotno-tokovym upravleniem (Frequency-Current-Controlled Drives). M.: Energiya, 1974, 168 p.
13. Shatalov, A.S. Preobrazovaniya signalov i izobrazhayushchih ih funktsiy obobshchennymi lineynymi sistemami avtomaticheskogo upravleniya (Transformations of Signals and Their Representing Functions by Generalized Linear Automatic Control Systems). M.-L.: Energiya, 1965, 344 p.
14. Maurer V.G. Sredstva chastotnogo analiza elementov, ustroystv i sistem upravleniya ventil’nyh elektroprivodov (Means of Frequency Analysis of Elements, Devices and Control Systems of Valve Electric Drives). Chelyabinsk: Izd-vo YuUrGU, 1998, 120 p.
15. Sajjad Hossain Rafin S.M., Ali Q., Lipo T.A. A Novel Sub-Harmonic Synchronous Machine Using Three-Layer Winding Topology. – World Electric Vehicle Journal, 2022, vol. 13, No. 1, DOI: 10.3390/wevj13010016.
16. Boglietti A. et al. Thermal Analysis of Induction and Synchronous Reluctance Motors. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2006, vol. 42, No. 3, pp. 675–680, DOI: 10.1109/TIA.2006.873668.
17. Vaganov M.A., Skobeev I.I., Selim S.A. Izvestiya SPBGETU LETI – in Russ. (Proceedings of Saint Petersburg Electrotechnical University), 2016, No. 7, pp. 67–74.
18. Dudkin M.M., Usynin Yu.S., Osintsev K.V. Vestnik Yuzhno-Ural’skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Energetika – in Russ. (Bulletin of South Ural State University. Series: Power Engineering), 2018, vol. 18, No. 4, pp. 68–78
---
The study was financially supported by the Russian Science Foundation, grant No. 24-29-20196, https://rscf.ru/project/24-29-20196.
2. Авдеев А.С., Осипов О.И. Идентификация электрических параметров синхронного двигателя с постоянными магнитами. – Электротехнические системы и комплексы, 2021, № 3 (52), с. 38–46.
3. Лицин К.В., Морозков Д.А. Исследование алгоритмов идентификации синхронного двигателя с обмоткой возбуждения. – Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2023, № 7, с. 363–367.
4. Фролов М.Ю. Идентификация параметров синхронных машин в эксплуатационных режимах электрической сети: дис. … кандидата техн. наук. Новосибирск, 2018, 124 с.
5. Усынин Ю.С., Григорьев М.А., Виноградов К.М. Электроприводы и генераторы с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения. – Электричество, 2007, №3, с. 21–26.
6. Суворкова Е.Е., Дементьев Ю.Н., Бурулько Л.К. Расчет магнитных полей и индуктивных параметров синхронных реактивных двигателей. – Фундаментальные исследования, 2016, № 6-1, с. 112–116.
7. Шульга Р.Н. Синхронный реактивный двигатель в современном электроприводе. – Электрооборудование: эксплуатация и ремонт, 2023, № 1, с. 44–55.
8. Прахт В.А., Дмитриевский В.А., Казакбаев В.М. Синхронный реактивный двигатель без магнитов класса энергоэффективности IE5. – Электротехника, 2019, № 6, с. 40–46.
9. Морозовский В.Т. Многосвязные системы автоматического регулирования. М.: Энергия, 1970, 288 с.
10. Слежановский О.В. и др. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями. М.: Энергоатомиздат, 1983, 256 с.
11. Вейнгер А.М. Регулируемый синхронный электропривод. М.: Энергоатомиздат, 1985, 224 с.
12. Бродовский В.Н., Иванов Е.С. Приводы с частотно-токовым управлением. М.: Энергия, 1974, 168 с.
13. Шаталов А.С. Преобразования сигналов и изображающих их функций обобщенными линейными системами автоматического управления. М.-Л.: Энергия, 1965, 344 с.
14. Маурер В.Г. Средства частотного анализа элементов, устройств и систем управления вентильных электроприводов. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 1998, 120 с.
15. Sajjad Hossain Rafin S.M., Ali Q., Lipo T.A. A Novel Sub-Harmonic Synchronous Machine Using Three-Layer Winding Topology. – World Electric Vehicle Journal, 2022, vol. 13, No. 1, DOI: 10.3390/wevj13010016.
16. Boglietti A. et al. Thermal Analysis of Induction and Synchronous Reluctance Motors. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2006, vol. 42, No. 3, pp. 675–680, DOI: 10.1109/TIA.2006.873668.
17. Ваганов М.А., Скобеев И.И., Селим С.А. Синхронный реактивный двигатель при учете активного сопротивления обмотки статора. – Известия СПБГЭТУ ЛЭТИ, 2016, № 7, с. 67–74.
18. Дудкин М.М., Усынин Ю.С., Осинцев К.В. Адаптивное интегрирующее устройство синхронизации для систем управления силовыми вентильными преобразователями. – Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика, 2018, т. 18, № 4, с. 68–78.
---
Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда № 24-29-20196, https://rscf.ru/project/24-29-20196.
#
1. Gryzlov A.A., Grigor’ev M.A. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2019, No. 5, pp. 9–15.
2. Avdeev A.S., Osipov O.I. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy – in Russ. (Electrical Engineering Systems and Complexes), 2021, No. 3 (52), pp. 38–46.
3. Litsin K.V., Morozkov D.A. Izvestiya Tul’skogo gosudarstven-nogo universiteta. Tekhnicheskie nauki – in Russ. (News of Tula State University. Technical Science), 2023, No. 7, pp. 363–367.
4. Frolov M.Yu. Identifikatsiya parametrov sinhronnyh mashin v ekspluatatsionnyh rezhimah elektricheskoy seti: dis. … kandidata tekhn. nauk (Identification of Parameters of Synchronous Machines in the Operational Modes of the Electrical Network: Dis. … Cand. Sci. (Eng.)). Novosibirsk, 2018, 124 p.
5. Usynin Yu.S., Grigor’ev M.A., Vinogradov K.M. Elektri-chestvo – in Russ. (Electricity), 2007, №3, pp. 21–26.
6. Suvorkova E.E., Dement’ev Yu.N., Burul’ko L.K. Fundamen-tal’nye issledovaniya – in Russ. (Fundamental Research), 2016, No. 6-1, pp. 112–116.
7. Shul’ga R.N. Elektrooborudovanie: ekspluatatsiya i remont – in Russ. (Electrical Equipment: Operation and Repair), 2023, No. 1, pp. 44–55.
8. Praht V.A., Dmitrievskiy V.A., Kazakbaev V.M. Elektrotekh-nika – in Russ. (Electrical Engineering), 2019, No. 6, pp. 40–46.
9. Morozovskiy V.T. Mnogosvyaznye sistemy avtomaticheskogo regulirovaniya (Multi-Connected Automatic Control Systems). M.: Energiya, 1970, 288 p.
10. Slezhanovskiy O.V. et al. Sistemy podchinennogo regu-lirovaniya elektroprivodov peremennogo toka s ventil’nymi preob-razovatelyami (Subordinate Control Systems for AC Electric Drives with Valve Converters). M.: Energoatomizdat, 1983, 256 p.
11. Veynger A.M. Reguliruemyy sinhronnyy elektroprivod (Adjus-table Synchronous Electric Drive). M.: Energoatomizdat, 1985, 224 p.
12. Brodovskiy V.N., Ivanov E.S. Privody s chastotno-tokovym upravleniem (Frequency-Current-Controlled Drives). M.: Energiya, 1974, 168 p.
13. Shatalov, A.S. Preobrazovaniya signalov i izobrazhayushchih ih funktsiy obobshchennymi lineynymi sistemami avtomaticheskogo upravleniya (Transformations of Signals and Their Representing Functions by Generalized Linear Automatic Control Systems). M.-L.: Energiya, 1965, 344 p.
14. Maurer V.G. Sredstva chastotnogo analiza elementov, ustroystv i sistem upravleniya ventil’nyh elektroprivodov (Means of Frequency Analysis of Elements, Devices and Control Systems of Valve Electric Drives). Chelyabinsk: Izd-vo YuUrGU, 1998, 120 p.
15. Sajjad Hossain Rafin S.M., Ali Q., Lipo T.A. A Novel Sub-Harmonic Synchronous Machine Using Three-Layer Winding Topology. – World Electric Vehicle Journal, 2022, vol. 13, No. 1, DOI: 10.3390/wevj13010016.
16. Boglietti A. et al. Thermal Analysis of Induction and Synchronous Reluctance Motors. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2006, vol. 42, No. 3, pp. 675–680, DOI: 10.1109/TIA.2006.873668.
17. Vaganov M.A., Skobeev I.I., Selim S.A. Izvestiya SPBGETU LETI – in Russ. (Proceedings of Saint Petersburg Electrotechnical University), 2016, No. 7, pp. 67–74.
18. Dudkin M.M., Usynin Yu.S., Osintsev K.V. Vestnik Yuzhno-Ural’skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Energetika – in Russ. (Bulletin of South Ural State University. Series: Power Engineering), 2018, vol. 18, No. 4, pp. 68–78
---
The study was financially supported by the Russian Science Foundation, grant No. 24-29-20196, https://rscf.ru/project/24-29-20196.
