CC BY
20
УДК 621.313.333
Мельников В. О.1, Калшов А. П.2, Кочуров I. М.3
1Канд. техн. наук, доцент, Кременчуцький нацюнальний ун1верситет !м. М. Остроградського,
УкраТна, Е-таИ; melnykow@gmail.com 2Канд. техн. наук, доцент, Кременчуцький нацюнальний ужверситет !м. М. Остроградського, Украша 3Магютрант, Кременчуцький нац1ональний ун1верситет !м. М. Остроградського, УкраТна
КОМПЕНСАЦ1Я ВПЛИВУ НЕСИМЕТРП ОБМОТОК СТАТОРА АСИНХРОННОГО ДВИГУНА У СИСТЕМАХ ВЕКТОРНОГО
КЕРУВАННЯ
Представлено методи компенсаци впливу несиметри обмоток статора асинхронного двигуна на характеристики систем електропривода з векторним керуванням. Показано, що застосування запропонованих систем керування, за рахунок внесення додаткових сигналiв компенсаци в замкнет контури регулювання струму статора двигуна, дозволяють компенсувати змтну складову електромагнтного моменту, чи змтну складову споживаног потужностi. При цьому застосування системи компенсаци змтноЧ складовог електромагнтного моменту двигуна дозволяв зменшити вiбрацii двигуна, а застосування системи компенсаци змтноЧ складовог споживаног активног' потужностi дозволяв зменшити теплове перевантаження окремих фаз, що збтьшув термт експлуатаци 1золяци обмоток статора асинхронного двигуна.
Ключов1 слова: асинхронний двигун, векторне керування, несиметрiя статора, компенсащя.
ВСТУП
Пвдвищеш вимоги до статичних, динамiчних та енер-гетичних показнишв якосп керування електропривода-ми (ЕП) змшного струму призвели до того, що на сьо-годшшнш день широкого застосування набули системи векторного керування асинхронними двигунами (АД). Можливють керування перехщними процесами, забез-печення високо! швидкодл i енергоефекгивносп системи електропривода надае перевагу даному методу в по-рiвняннi з iншими. Виршальним фактором, що впливае на яшсть регулювання е наявшсть точно! шформацп про поточш значення електромагнiтних параметрiв АД. Не-точнiсть визначення цих параметрiв, призводить до зни-ження якосп регулювання вихщних координат ЕП [1].
Вщомо, що пiд час роботи АД його параметри мо-жуть вщхилятися вщ паспортних внаслщок рiзноманiтних пошкоджень [2]. Основними причинами виникнення таких несправностей е вiбрацif двигуна, його перегрiв та мехашчш впливи [3]. Зазначенi чинники призводять до появи електрично! та магнгтно! несиметри двигуна. По-рушення симетрп АД може бути викликано рiзноманiт-ними пошкодженнями обмоток i осердя статора та ротора, виникнення ексцентриситету ротора. Несиметрiя обмоток статора може з'являтися в результат! таких пошкоджень як обриви в паралельних гшках та елементарних провщниках фазних обмоток. Найчаспше так пошкод-ження е наслщком пробо!в iзоляцi! та виникнення витко-вих замикань. Ц замикання викликають локальний пе-регрiв, що в результат може призвести до обриву фази, паралельно! секцп або до фазного чи мiжфазного короткого замикання. Стутнь несиметри, спричинено! такими пошкодженнями, залежить вщ илькоси паралельних гшок у фазi та елементарних провщнишв в пазу. Аналiз схем конструктивно! реалiзацi! обмоток АД показав, що АД невелико! потужносп (<15-20кВт) зазвичай мають
© Мельников В. О., Калшов А. П., Кочуров I. М., 2015 26 ISSN 1607-6761. Електротехт
невелику к1льк1стю паралельних гшок (2, 3), 1 обрив одте! з них призведе до суттево! несиметри, яка може бути швидко д1агностована. У потужних (>100 кВт) багатопо-люсних (2р>4) АД обмотки зазвичай виконуються !з знач-ною к1льк1стю паралельних гшок та додатковим розподь лом ефективного провщника на дек1лька елементарних, з'еднаних паралельно. У АД велико! потужносп обмотки найчаспше виконуються !з прямокутного проводу !з можливою кшьюстю елементарних провщнишв в ефек-тивному провщников!, р1вно! двом, чотирьом або шести. Через це, при пошкодженш одного провщника або паралельно! гшки так1 двигуни можуть працювати в не-симетричному режим! досить довго без спрацьовуван-ня систем струмового захисту. Але це призводить до не-симетри струмового завантаження фаз статора та сутте-вого пщвищення гршчих втрат в окремих фазах АД при невеликш змш в значенш сумарних втрат.
Таким чином, унаслщок роботи систем ЕП з пошкод-женими АД, спостернаються значна втрата якосп керування, знижуються показники енергетично! ефективносп процесу електромехашчного перетворення енерги, суттево зб1льшуються втрати та з 'являються змшт складов! електромагн1тного моменту та споживано! активно! потужносп.
На даний час в1дом1 методи, яш в т1й чи шшш м1р1 дозволяють вир1шити питання зменшення впливу зм1ни параметр1в АД на яшсть керування систем ЕП в робочо-му режим! [4]. Однак у б!льшосп з розроблених шдходав не враховуеться зм!на параметр!в АД за фазами. Тобто так! методи не дозволяють в повнш м!р! використовува-ти переваги систем векторного керування двигунами з несиметричними обмотками статора. Для можливосп керування пошкодженими АД, можуть бути викорис-тан! методи запропонован! в роботах [5-6]. Однак остант забезпечують лише безавар!йну зупинку АД при обрив! одше! з фаз статора, при цьому питання роботи системи
ЕП з АД, що мае несиметрш обмоток взагалi не розгля-даеться.
Задача керування АД з пошкодженнями обмогок статора може бути виршена при викорисганнi запропоно-вано! в робогi [7] системи роздшьного векторного керування. Принципова можливють корекцп енергетичних показник1в асинхронних двигунiв з пошкодженнями статора, показана в аналпичному виглядi на основi алгоритму дискретно! згортки двох ряда [8] шляхом змши вхщних векгорiв ортогональних складових струшв i потокозчеп-лень двигуна. При цьому корекцiя режимiв роботи дося-гаеться шляхом зменшення потокозчеплення несимет-рично! фази АД. Представлена система керування доз-воляе ефективно компенсувати вплив несиметрп обмоток статора на характеристики системи ЕП [9]. Однак вона вiдрiзняеться складнiстю свое! техтчно! реал!заци за ра-хунок формування сигналiв керування за кожною фазою двигуна.
При виршент задач компенсаци нелiнiйностi та несиметрп навантаження в електричних мережах застосо-вуються напiвпровiдниковi силовi активт фiльтри (САФ). Алгоритми роботи САФ базуються на використанш рiзноманiтних теорiй потужностей [10], що дозволяють вирiшити насгупнi задачi: усунення вищих гармонiк струму, компенсацiя реактивно! складово! основно! гармон-iки струму мереж! живлення, симетрування струмiв в фазах трифазного навантаження, придушення струм!в нульово! послвдовносп, компенсащя змшних складових активно! та реактивно! потужност! Однак там системи та методи не розглядають можливють керування АД з не-симетрiею та пошкодженими обмотками статора.
Можлив!сть застосування в якосп компенсатора без -посередньо перетворювача частоти в систем! частотно-керованого електропривода з! скалярним керуванням показано в робот! [11]. У запропонованш систем! окр!м основних сигнал!в керування перетворювачем вводять-ся додатков! компенсуючи сигнали, розраховаш на основ! миттевих значень струму та напруги. Виявляючи змшт складов! потужносп та електромагттного моменту, як1 необхвдно усунути, компенсатор формуе вщповвдт сигнали керування автономним швертором напруги. Однак запропонований метод не було розвинуто для за-стосування у системах ЕП з векторним керування.
МЕТА
Розробка метсдав компенсаци впливу несиметрп обмоток статора АД на динам!чш та енергетичш характеристики систем ЕП з векторним керуванням, як1 б вщр!знялися ефективнютю та простотою реал!зацл.
МЕТОДИ ДОСЛ1ДЖЕНЬ
Дослщження динам!чних та енергетичних режим!в роботи АД з несиметричними обмотками статора у склад! системи ЕП з векторним керуванням проводили-ся !з використанням математичних моделей АД у три-фазнш систем! координат. Змша електромагттних пара-
метр!в двигуна за наявносп несиметрп обмоток фаз статора, враховуеться за допомогою коефщента несиметрп
, що визначаеться наступним чином:
5 № = / ,
(1)
де — число витав в пошкодженш фаз!; — число витав в непошкодженш фаз!.
Вщповщно електромагниш параметри несиметрич-но! фази статора двигуна будуть визначатися наступним чином:
г = е Я • 1 = е2 Т • 1 = е Т
(2)
де
, Т ел, Тм —
.то, Тм — активний отр, !ндуктивн!сть розс!ю-
вання та !ндуктившсть контуру намагшчування непош-коджено! фази статора; , , 1м — активний отр, щдук-тивтсть розсшвання та !ндуктившсть контуру намагш-чування несиметрично! фази статора.
Система векторного керування побудована в ортого-нальнш систем! координат при ор!ентацп за вектором потокозчеплення ротора. Вим!рювання потокозчеплен-ня визначаеться непрямим методом, а вим!рювання швидкосп забезпечуеться встановленим на вал двигуна датчиком швидкосп.
Математичне моделювання систем електропривода було проведено для АД сер!! 4А112М4У3: Рп = 5,5 кВт; пп = 1445 об/хв; сое} = 0,85; Ъ = 85,5%; Ях = 1,036 Ом; Яг = 0,787 Ом; Т = 4,75*103 Гн; Т = 7,94*10—3 Гн; Т = 0,171
^ 7 ез 7 7 гз 7 7 т 7
Гн. Анал!з якосп керування проводився на основ! на-ступних параметр1в: втрати в мщ статора двигуна (АРСи 1) в кожнш фаз! окремо та ввдносш значення змшних складових електромагштного моменту (М / Мп ) та спожи-вано! активно! потужносп (р / Рп).
Дослщження режим!в роботи системи електропривода з векторним керуванням було проведено для на-ступних випадюв: несиметр!я в фаз! а складае 5 % (е = 0,95) (режим № 1); несиметр!я в фаз! а складае 10 % (е = 0,9) (режим №9 2); несиметр1я в фаз! а складае 5 %, в фаз! с — 3 % (е ы = 0,95, е цС = 0,97) (режим № 2); неси-метр!я в фаз! а складае 10 %, в фаз! с — 7 % (е = 0,9, е цС = 0,93) (режим №9 4).
КОМПЕНСАЦ1Я ЗМ1ННО1 СКЛАДОВО1 ЕЛЕКТРОМАГН1ТНОГО МОМЕНТУ АД
При робот! АД з несиметричними обмотками статора електромагн!тний момент двигуна може бути представлений сумою пост!йно! та зм!нно! складових: М = М0 + М . Вщповвдно до чого, для зменшення впли-ву несимтер!! обмоток статора АД на характеристики системи ЕП, запропоновано метод, що дозволяе прово-дити компенсац!ю зм!нну складово! електромагн!тного моменту.
Зпдно !з запропонованим методом, в систем! керу-вання вид!ляеться значення зм!нно! складово! електро-магштного моменту АД на основ! виразу:
IV
~ 1 t
m = m - t J Mdt
(3)
де м - електромагнгтний момент двигуна; т - перюд сигналу змшно! складово! електромагштного моменту, який визначаеться при частой мереж1 живлення (Т/£).
Отриманий сигнал зм1нно! складово! електромагшт-ного моменту м заводиться на вхщ регулятора момен-тоутворюючо! складово! струму статора в канал! ре-гулювання швидкост!. В!дпов!дно сигнал задания струму статора АД за вюсю Ц буде визначатися як:
1 sq(ref) = Isq(ref) kiM ,
(4)
де кI - коефщент приведення (к^ = 1п /Мп)
Враховуючи, що електромагн!тн!й момент АД важко п!ддаеться безпосередньому вим!рюванню, його визна-чення може бути забезпечено непрямим методом на основ! в!домих значень моментоутворюючо! складово! вектора струму статора та модуля потокозчеплення ротора вщповщно до виразу [12]:
3 Ь М = - Рпт №г\1щ ,
2
Lm + L^
(5)
де рп - к1льк1сть пар полюав асинхронного двигуна; |ТГ| - модуль потокозчеплення ротора двигуна; -проекц!я вектора струму статора на вюь д нерухомо! системи координат.
В свою чергу, потокозчеплення ротора може бути розраховано на основ! виразу:
Ь г
'1вй, (6)
т =
i r
Trp +1
де - проекц!я вектора струму статора на вюь ¿ нерухомо! системи координат; Тг - постшна часу роторного кола (Тг = Ьг / Яг).
П1 регулятор потоку
1 sd(rej
ю
1sd
щ
П1 регулятор ше-uÖKOcmi
sq(ref)
П1 регулятор струму
АН
П1 регулятор струму
Функцюнальна система запропоновано! системи векторного керування з функшею компенсацi!' змшно! складово! електромагттного моменту АД зображена на рис. 1.
На основ! розроблено! системи векторного керування були проведен! досл!дження режим!в роботи АД для зазначених випадов несиметри обмоток статора. Так гра-ф!ки перех!дних процес!в за швидшстю, моментом та споживаною активною потужшстю АД наведено на рис. 2. Пуск АД здшснюеться при симетричному статор!, в момент часу ^ до валу двигуна прикладаеться но-м!нальне наваитаження. В момент часу /2 моделюеться пошкодження фази А, що викликае !! несиметрш на 10% ввдносно !нших (режим № 2). В момент часу /3 вмикаеть-ся система компенсаций зм!нно! складово! елекгромагн!т-ного моменту двигуна. На рис. 2 момент АД представлено в масштаб! 2:1, а споживана активна потужтсть - 1:50.
Пор!вняння середньоквадратичних значень зм!нних складових електромагн!тного моменту та споживано! активно! потужност!, для зазначених випадов несиметр!! обмоток статора наведено на рис. 3.
щ,с 1 2xM ,Нм 0.02xP,Bm
120
80
40
0.2
0.3
ШЛЛШр^— I
' 0.41 ' t,c
Рисунок 2 - Динамiчнi характеристики ЕП з ситемою векторного керування з функщею компенсаци змшно! складово! електромагттного момента АД
Park-'t.
Clarke'11.
Блок компенсац!
M
Usd(ref)
Usq(ref)
\aß d, q \ Usa(ref) v, b,c ap\
Usß(ref)
и
M
Розрахунок потокозчеплення та моменту АД
щ
Isd
UsABGref) -М-
X
Некерований випрямляч
Фшьтр
1нвертор напруги
1sß
JsA
Park t.
Clarke t.
щ
АД
Рисунок 1 - Функцюнальна схема системи векторного керування асинхронним двигуном з функщею компенсаци змшно!
складово! електромагттного моменту
t
t
t
2
3
1
sq
0
I
I
I
щ
sB
На рисунках 3, 4, 7 та 8 прийнято наступи позначення дослiджуваних параметрiв: - до компенсацп; | | -тсля компенсацп.
Проведенi дослiдження показали, що використання запропонованого методу компенсацп впливу несиметрп обмоток АД на характеристики системи ЕП з векторним керуванням дозволяе зменшити змiнну складову елект-ромагнiтного моменту на 87 %, а змшну складову спо-живано! потужносп на 41 %.
Як показують дослiдження [13], несиметрш обмоток статора АД може призвести до суттевого перегрiву ок-ремо! обмотки навiть за умови незначного збшьшення сумарних втрат. Тому, при дослщженш режимiв роботи ситеми компенсацп, необхщно контролювати не тiльки змшш складовi електромагнiтного моменту, чи спожи-вано! потужносп, але i гршч втрати в фазах. Вщповвдно до чого, перерозподш втрат в мвд статора за фазами АД з зазначеними випадками несиметрп обмоток до i пiсля компенсацп наведено на рис. 4.
Проведений аналiз втрат в мвд статора за фазами АД показав, що при використанш запропонованого методу компенсацп, величину вщхилення втрат в мщ статора у найб№ш навантаженiй фазi можливо зменшити всеред-ньому на 30% при несиметрп в однiй фаз^ та на 25% при несиметрп в двох фазах.
Таким чином запропонований метод компенсацп впливу несиметрп обмоток АД дозволяе зменшити змшну складову електромагштного моменту до допустимого рiвня, однак змiнна складова споживано! потужносп та втрати в мщ статора двигуна залишаються май-же не змiнними.
КОМПЕНСАЦ1Я ЗМ1ННО1 СКЛАДОВО1 СПОЖИВАНО1 ПОТУЖНОСТ1 АД
Осшльки система векторного керування передбачае зворотнш зв'язок за проекцiями струму статора на оа
режим № 1 режим №2 режим №3 режим №4
а)
к р/
/Рг
■ ■
1 1 П - ■ 1
режим № 1 режим №2 режим №3 режим №4
Рисунок 3 - Змшш складов1 електромагштного моменту (а) та споживано! потужност (б) АД
обертово! системи координат ё-д, тому для задачi ком -пенсацп впливу несимтерп обмоток двигуна на енерге-тичш показники системи електропривода може бути використана одна з вщомих теорiй потужностей. Так в робот [14] запропоновано модифiкований метод р-д теори потужностi, який грунту еться на використанш пе-ретворень Парка та Кларка, та який дастав назву 1—1метода. Вщповщно до даного методу, перехiд вщ сигналiв фазних струмiв та напруг в нерухомiй системi координат до обертово! вщбуваеться на основi сшввщношень:
1 и.са Псв ^са
1сд Ли^а + [- Псв и.са 1св
де иш, Пф та ^а =
(7)
^р - проекци вектора напруги та стру-
му в нерухомш системi координат; I* вектора струму в обертовш системi координат.
I сп - проекци
12 8 4 0
^_'я
гр
•АР'„,,%
а) режим № 1
В
ТР
18' 14 10 6 2 -2
б) режим № 2
¿Р'и! %% В
в) режим № 3
ЛРс,1,%
пг
г) режим № 4
Рисуонк 4 - Вщхилення втрат в обмотках статора вщ !х номшального значення до 1 тсля компенсацп при р1зних зазначеннях несиметрп
В
;
Отримаш сигнали потокоутворюючо! та моментоут-ворюючо! складових струму статора в нерухомш сис-темi координат можуть бути представленi сумою пост-шно! та змшно! складових:
1- 0 + ё;
\1.щ -1
сд0 + 1д.
(8)
Для випадку компенсацп змiнних складових за проек-цiями струму, завдання на компенсацш в нерухомiй си-стемi координат буде визначатися наступним чином:
ср
1
и«х + и2в
и,
и
ср
- и
ср
-ё
(9)
Отримаш сигнали струму компенсацп за допомогою прямих перетворень Кларка перетворюються в обертову систему координат (1сё, 1сд) та заводяться на входи вщпо-ввдних регулято^в струму в системi керування. Сигнали задання потокоутворюючо! та моментоутворюючо! скла-дових струму будуть визначатися наступним чином:
II'.
сё (гв/)
1 сё (гв/) + 1сд,
II с
сд(гв/) ^щ(гв/) 1 сё
-1с
(10)
Функциональна система запропоновано! системи векторного керування з функщею компенсацп змшно! скла-дово! споживано! потужностi зображена на рис. 5.
Графiки перехiдних процесiв за швидшстю, моментом та споживаною активною потужшстю АД в пред-ставленш системi векторного керування з функщею ком -пенсацп споживано! потужносп наведено на рис. 6. Результата дослвджень представленi для несиметрп в фазi А рiвно! 10% (режим № 2).
Ш^вняння середньоквадратичних значень змiнних складових електромагнiтного моменту та споживано! активно! потужносп асинхронного двигуна у складi запро-поновано! системи векторного керування для зазначених випадк1в несиметрп обмоток статора наведено на рис. 7.
Гг(гв/)
П1 регулятор ¡ёгв/) ^
потоку л
П1 регулятор струму
Результати проведених дослiджень показують, що використання запропоновано! методики компенсацп впливу несиметрп обмоток АД на характеристики системи ЕП, дозволяе зменшити на 90% змшну складову споживано! потужностi. Однак змiнна складова електро-магнiтного моменту, в даному випадку, не компенсуеть-ся, а дещо збiльшуеться.
Таким чином запропонований метод компенсацп впливу несиметрп обмоток двигуна дозволяе зменшити змшну складову споживано! потужносп до допустимого рiвня. Перерозподiл втрат в мiдi статора за фазами АД до i пiсля компенсацп наведено на рис. 8.
Аналiз енергетичних процесiв за фазами АД показав, що при використанш запропонованого методу компен-сацi!, величину вщхилення втрат в мiдi статора у найбшьш навантаженiй фазi можливо зменшити в середньому на 59% при несиметрп як в однш фазi АД, так i при несиметри в двох фазах.
Проведет дослвдження показують, що для зменшен-ня теплового первантаження окремих фаз АД кращi результати показуе робота системи ЕП iз налаштуванням системи векторного керування на компенсацш змшно!
Рисунок 6 - Динам1чш характеристики ЕП з ситемою векторного керування з функщею компенсацй змшно! складово! споживано! потужност АД
исё(гв/)
Блок компенсацп
иса(гвв/) ^ у, В, с а,р\
иф(гвл
и!ЛВ'гв/)
-м-
X
Некерований випрямляч
АД
Рисунок 5 - Структурна схема системи векторного керування з функщею компенсацй змшно! складово! споживано! потужносп
- I
I
и
сё
сд
сд
складово! трифазно! активно! потужност!. Однак при цьо-му спосгер!гаеться незначне збшьшення зм!нно! складово! електромагштного моменту АД. Зважаючи на це, стратепю компенсац!! потр!бно обирати з погляду на вимоги до роботи конкретних систем ЕП робочих ме-хатзм!в.
ВИСНОВОК
Розроблен! методи компенсац!! впливу несиметр!!' обмоток статора асинхронного двигуна на характеристики систем електропривода з векторним керуванням, яш базуються на внесенн! додаткових сигнал!в компенсац!! в замкнеш контури регулювання струму статора двигуна, в залежносп в!д обраного параметру, дозволя-ють компенсувати зм!нну складову електромагн!тного моменту на 87%, чи зм!нну складову споживано! потужност! на 90%. При цьому застосування системи компенсац!! змшно! складово! споживано! активно! потужност! дозволяе зменшити теплове перевантаження окремих фаз в середньому на 59%, що збшьшуе терм!н експлуатацп !золяц!! обмоток статора асинхронного двигуна.
СПИСОК Л1ТЕРАТУРИ
1. Costa Branco P. J. Influence of constant values and motor parameters deviations on the performance of the adaptive sliding-mode observer in a sensorless induction motor drive/ P. J. Costa Branco and J. Ferraz // Progress in Electromagnetics Research B, 2011. - Vol. 34. - PP. 225-245.
2. Zagirnyak M. Comparison of induction motor diagnostic methods based on spectra analysis of current and instantaneous power signals / M. Zagirnyak, D. Mamchur and A. Kalinov // Przeglad Elektrotechniczny ISSN 0033-2097. - Issue 12b/2012. - PP. 221-224.
режим №1 режим №2 режим №3 режим №4
а)
12 10 8 6 4 2 0
%
режим № 1 режим №2 режим №3 режим №4
Siddique Arfat A review of stator fault monitoring techniques of induction motors / Arfat Siddique, S. Yadava Bhim Singh // IEEE Transactions on energy conversion, 2005. - Vol. 20. - No. 1. - PP. 106-114. Peresada S. Speed sensorless control of induction motors based on a reducedorder adaptive observer / S. Peresada, M. Montanari, C. Rossi and A. Tilli // IEEE Trans. Control Systems Techn., 2007. - Vol. 15. - No. 5. - PP. 1049-1064.
Jannati M. Speed sensorless fault-tolerant drive system of induction motor using switching extended Kalman filter / M. Jannati, N.R.N. Idris and M.J.A. Aziz// Telkomnika Indonesian journal of electrical endineering, 2014. - Vol. 12. - No.11. - PP.7640-7649. Jannati M. Modeling and Vector Control of Unbalanced induction motors (faulty three phase or single phase
6'
4 2 0 -2 -4
12 8 4 0
а) режим № 1 B
-4
б) режим № 2
8 6 4 2 0 -2
18' 14 10 6 2 -2
¿Pcu1%
в) режим № 3
^ ЛР„ . % b
a c
\ \
Рисунок 7 - Змшш складов! електромагштного моменту (а) та споживано! потужност! (б) АД
г) режим № 4
Рисунок 8 - Вщхилення втрат в обмотках статора вщ !х номшального значення до i тсля компенсац!! при р!зних зазначених несиметр!!
3.
4.
5.
6.
C
B
4
A
3
C
2
1
0
induction motors) / M.Jannati, E.Fallah // 1st. Conference on Power Electronic & Drive Systems & Technologies (PEDSTC), May 2010. - PP.208 -211.
7. Zagirnyak M. Sensorless vector control systems with the correction of stator windings asymmetry in induction motor / M. Zagirnyak, A. Kalinov, V. Melnykov // Przegld elektrotechniczny, 2013. - R. 89 NR 12/2013. - PP. 340-343.
8. Zagirnyak M. V. An algorithm for electric circuits calculation based on instantaneous power component balance / M. V Zagirnyak, A. P. Kalinov, M. S. Maliakova // Przegld elektrotechniczny, 2011. -R. 87 NR 12b/2011. - PP. 212-215.
9. Мельников В. О. Полшшення енергетичних характеристик електроприводiв з векторним керуванням шляхом компенсацй параметрично! несиметрп' асин-хронних двигутв / В. О. Мельников, А. П. Калшов // Технчна електродинашка, 2012. - № 3. - С. 85-86.
10. Домнин И. Ф. Современные теории мощности и их использование в преобразовательных системах си-
ловой эgeкгpoнuкн / H. ,3,omhuh, r. r. ^eMepoB, C. KpbrnoB, E. H. cokoj // TexHÎHHa ejerapoguraM-ka. - H. 1, 2004. - C. 80-91.
11. Zagirnyak M. Correction of operating condition of a variable-frequency electric drive with a non-linear and asymmetric induction motor / M. Zagirnyak, A. Kalinov, A. Chumachova // IEEE Conference publications. EUROCON 2013. - 1-4 July 2013, Croatia. - ISBN: 9781-4673-2230-0. - PP. 1033-1037.
12. BuHorpagoB A. E. BeKropHoe ynpaBjeHue эgeкгpoпpu-BogaMu nepeMeHHoro TOKa / A. E. BuHorpagoB.- HBa-HOBO, 2008. - 298 c.
13. HyManoBa A. B. KoMneHcama napaMeTpuHHoï Hecu-Merpiï acuHxpoHHoro gBuryHa 3aco6aMu nacroTHo-pe-ryjiboBaHoro egeraponpuBoga / A. B. HyManoBa, A. n. k&tîhob // Texmnra egeKTpoguHaMÎKa, 2012. - № 3. -C. 87-88.
14. Vasco Soares An instantaneous active and reactive current component method for active filters / Vasco Soares and Pedro Verdelho // IEEE Transactions on power electronics. - 2000. - Vol. 15. - No.4. - PP. 660-669.
Стаття надiйшла до редакцИ' 29.04.2015 Пiсля доробки 3.06.2015
Мельников В. О.1, Калшов А. П.2, Кочуров I. М.3
1 2Канд. техн. наук, доцент, Кременчугский национальный университет им. Михаила Остроградского, Украина
3 Магистрант, Кременчугский национальный университет им. Михаила Остроградского, Украина
КОМПЕНСАЦИЯ ВЛИЯНИЯ НЕСИМЕТРИИ ОБМОМТОК СТАТОРА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В СИСТЕМАХ ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ
Представлены методы компенсации влияния несимметрии обмоток статора асинхронного двигателя на характеристики систем электропривода с векторным управлением. Показано, что применение предложенных систем управления, за счет внесения дополнительных сигналов компенсации в замкнутые контуры регулирования тока статора двигателя, позволяют компенсировать переменную составляющую электромагнитного момента, или переменную составляющую потребляемой мощности. При этом применение системы компенсации переменной составляющей электромагнитного момента двигателя позволяет уменьшить вибрации двигателя, а применение системы компенсации переменной составляющей потребляемой активной мощности позволяет уменьшить тепловые перегрузки отдельных фаз, что увеличивает срок эксплуатации изоляции обмоток статора асинхронного двигателя.
Ключевые слова: асинхронный двигатель, векторное управление, несимметрия статора, компенсация.
Melnykov V.1, Kalinov A.2, Kochurov I.3
12Candidate of Science, Associate Professor, Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskiy National University, Ukraine
3Master student, Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskiy National University, Ukraine
THE COMPENSATION OF THE INFLUENCE OF INDUCTION MOTOR STATOR WINDINGS ASYMMETRY IN THE VECTOR-CONTROL SYSTEMS
It is presented the methods for compensation the influence of induction motor stator windings asymmetry on the characteristics of vector-controlled electric drive system. It is shown that the use of proposed control systems at the expense of introduction of additional compensation signals in closed control loops of the motor stator current allows to compensate the variable component of the electromagnetic torque or the variable component of the power consumption. Along with this, the use of the system for compensation of the variable component of the motor electromagnetic torque allows to decrease motor vibrations and the use of the system for compensation of the variable component of active power allows to decrease the heat overloads of the single motor phases, which increases the insulation life of the induction motor stator phases.
Keywords: induction motor, vector control, stator asymmetry, compensation.
REFERENCES
1. Costa Branco P. J., Ferraz J. «Influence of constant values and motor parameters deviations on the performance of the adaptive sliding-mode observer in a sensorless induction motor drive», Progress in Electromagnetics Research B, 2011, Vol. 34, PP. 225-245.
2. Zagirnyak M., Mamchur D., Kalinov A. «Comparison of induction motor diagnostic methods based on spectra analysis of current and instantaneous power signals», Przeglad Elektrotechniczny 2012, ISSN 0033-2097, Issue 12b/2012, PP. 221-224.
3. Arfat Siddique, G.S. Yadava, Bhim Singh. «A review of stator fault monitoring techniques of induction motors», IEEE Transactions on energy conversion, 2012, Vol. 20, No.1, PP. 106-114.
4. Peresada S., Mon-tanari M., Rossi C. and Tilli A. «Speed sensorless control of induction motors based on a reducedorder adaptive observer», IEEE Trans. Control Systems Techn, 2007, Vol. 15, No. 5, PP. 1049-1064.
5. Jannati M., Idris N.R.N. and Aziz M.J.A. «Speed sensorless fault-tolerant drive system of induction motor using switch-ing extended Kalman filter», Telkomnika Indonesian journal of electrical endineering, 2014, Vol. 12, No. 11, PP.7640-7649.
6. Jannati M., Fallah E. «Modeling and Vector Control of Unbalanced induction motors (faulty three phase or single phase induction mo-tors)», 1st. Confer-ence on Power Electronic & Drive Sys-tems & Technologies (PEDSTC), 2010, PP. 208 - 211.
7. Zagirnyak M., Kalinov A., Melnykov V. «Sensorless vector control systems with the correction of stator windings asymmetry in induction motor», Przegld elektrotechniczny, 2010, R 89 NR12/2013, PP. 340-343.
8. Zagirnyak M. V., Kalinov A. P., Maliakova M. S. «An algorithm for electric circuits calculation based on instantaneous power component balance», Przegld elektrotechniczny (Electrical Review), 2011, R. 87 NR 12b/2011. - PP. 212-215.
9. Melnykov V., Kalinov A. «The increasing of energy characteristics of vector controlled electric drives by means of compensation for the induction motor parametrical asymmetry», Tehnichna electrodinamika,
2012, No. 3, pp. 85-86. (in Ukrainian)
10. Dominin I., Gemerov G., Krulov D., Sokol I. «Modern theories of power and their use of power electronics converter systems», Tehnichna electrodinamika, 2011, No. 1, pp. 80-91. (In Russian)
11. Zagirnyak M., Kalinov A., Chumachova A. « Correction of operating condition of a variable-frequency electric drive with a non-linear and asymmetric induction motor», IEEE Conference publications. EUROCON
2013. - 1-4 July 2013, Croatia, ISBN: 978-1-4673-22300, PP. 1033-1037.
12. Vinogradov A. Vectornoe ypravlenie electroprivodami peremennogo toka [Vector control electric AC drives], Ivanovo, 2008, Russia.
13. Chumachova A. and Kalinov A. «Compensation of the induction motor parametric asymmetry by means of the frequency-controlled electric drive,» Tehnichna electrodinamika, 2012, No. 3, pp. 87-88, 2012. (in Ukrainian)
14. Vasco Soares, Pedro Verdelho. «An instantaneous active and reactive current component method for active filters», IEEE Transactions on power electronics, 2012, Vol. 15, No.4, PP. 660-669.
