vestnikvniizhtВестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВЕСТНИК ВНИИЖТ)RUSSIAN RAILWAY SCIENCE JOURNAL2223-97312713-2560Joint Stock Company "Railway Research Institute"10.21780/2223-9731-2022-81-1-23-30vestnikvniizht-566Research ArticleТехнические средства железнодорожного транспортаTECHNICAL MEANS OF RAILWAY TRANSPORTМоделирование векторного управления асинхронным приводом вспомогательных машин электроподвижного составаModeling vector control of the asynchronous drive of electric rolling stock auxiliary machineshttps://orcid.org/0000-0002-7725-8152КулиничЮ. М.KulinichYu. M.

Юрий Михайлович КУЛИНИЧ, д-р техн. наук, профессор, кафедра «Транспорт железных дорог»

AuthorID: 360696

Хабаровск

Yuriy M. KULINICH, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Department “Railway Transport”

AuthorID: 360696

Khabarovsk

https://orcid.org/0000-0001-7856-6651ШухаревС. А.ShukharevS. A.

Сергей Анатольевич ШУХАРЕВ, канд. техн. наук, доцент, кафедра «Транспорт железных дорог»

AuthorID: 889967

Хабаровск

Sergey A. SHUKHAREV, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Department of “Railway Transport”

AuthorID: 889967

Khabarovsk

shuharevsa@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8060-3754ДуховниковВ. К.DukhovnikovV. K.

Вячеслав Константинович ДУХОВНИКОВ, канд. техн. наук, доцент, кафедра «Транспорт железных дорог»

AuthorID: 616256

Хабаровск

Vyacheslav K. DUHOVNIKOV, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Department “Railway Transport”

AuthorID: 616256

Khabarovsk

https://orcid.org/0000-0001-7412-3298ГуляевА. В.GulyaevA. V.

Александр Викторович ГУЛЯЕВ, доцент, кафедра «Электротехника, электроника и электромеханика»

AuthorID: 718358

Хабаровск

Alexander V. GULYAEV, Associate Professor, Department “Electrical Engineering, Electronics and Electromechanics”

AuthorID: 718358

Khabarovsk

Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС)РоссияFar Eastern State University of Transport (DVGUPS)Russian Federation2022290320228112330Copyright © Кулинич Ю.М., Шухарев С.А., Духовников В.К., Гуляев А.В., 20222022Кулинич Ю.М., Шухарев С.А., Духовников В.К., Гуляев А.В.Kulinich Y.M., Shukharev S.A., Dukhovnikov V.K., Gulyaev A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-vniizht.ru/jour/article/view/566Введение

Введение. Развитие силовой полупроводниковой техники и технологии послужило основой для внедрения на подвижном составе электрифицированных железных дорог принципиально новых типов частотно-регулируемых электроприводов с тяговыми асинхронными двигателями. В этой связи приобретают актуальность задачи теоретического и экспериментального исследования режимов работы таких приводов. Данная публикация является продолжением темы управления асинхронными машинами электровоза переменного тока, затронутой в № 5 журнала «Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта» в 2021 г.

Материалы и методы

Материалы и методы. Для анализа работы преобразователей частоты широко применяются методы математического моделирования, позволяющие оценить работу двигателя в различных режимах, не прибегая к трудоемким натурным испытаниям. В последнее время разработаны пакеты программ для визуального программирования, предназначенные главным образом для отечественных пользователей, которые не уступают по своим возможностям ведущим зарубежным аналогам. К числу таких программных продуктов относится программное обеспечение для моделирования технических систем SimInTech, разработанное компанией «3В Сервис». Программное обеспечение ориентировано на решение различных прикладных задач, в частности на моделирование системы векторного управления асинхронным приводом.

Результаты

Результаты. С помощью пакета прикладных программ SimInTech разработана математическая модель асинхронного привода вспомогательных машин электровоза во вращающейся системе координат d – q с учетом взаимного влияния каналов управления d и q, представлены результаты имитационного моделирования.

Обсуждение и заключение

Обсуждение и заключение. Разработанный комплекс из асинхронного двигателя и системы векторного управления позволяет отрабатывать различные алгоритмы повышения энергоэффективности работы асинхронных вспомогательных машин электровоза путем применения предложенного алгоритма выбора оптимальной величины потокосцепления ротора. Представленная структура векторного управления позволяет реализовать ее на базе современных микроконтроллеров, способствуя сокращению времени программирования.

Introduction

Introduction. The development of power semiconductor devices and technology served the basis for fundamentally new types of frequency-controlled electric drives with traction asynchronous motors on the rolling stock of electrified railways. Therefore, problems of theoretical and experimental study of the operating modes of the mentioned drives become actual. This article is a theme continuation of the asynchronous machines control on the AC locomotive, which was presented in no. 5 of Russian Railway Scientific Journal in 2021.

Materials and methods

Materials and methods. For analysing the frequency converter operation, the authors used mathematical modeling methods, which allowed evaluating the motor operation in various modes without resorting to time-consuming full-scale tests. Recently, software packages for visual programming have been developed, aimed mainly at domestic users, which are not inferior in their capabilities to leading foreign counterparts. Among such software products is SimInTech software for modeling technical systems, developed by 3V Service. The software focuses on solving various applied problems, particularly, on modeling a vector control system for an asynchronous drive.

Results

Results. The authors developed a mathematical model of an asynchronous drive of auxiliary machines of an electric locomotive in a rotating coordinate system d – q by the SimInTech application package and concerning the cross-impact influence of d and q control channels.

Discussion and conclusion. The developed complex of an asynchronous motor and a vector control system enable to work out various algorithms for improving the energy efficiency of the operation of asynchronous auxiliary machines of an electric locomotive by applying the proposed algorithm for choosing the optimal value of the rotor flux linkage. The presented vector control structure also enables to implement it on the basis of modern microcontrollers, helping to reduce programming time.

электровоз переменного токавспомогательный приводасинхронный электродвигательвекторное управлениеSimInTechимитационное моделированиеAC locomotiveauxiliary driveasynchronous electric motorvector controlSimInTechsimulation modelingReferencesКосмодамианский А. С., Воробьев В. И., Пугачев А. А. Системы скалярного управления тяговым асинхронным двигателем // Электротехника. 2016. № 9. С. 44–50.Kosmodamianskiy A. S., Vorob'ev V. I., Pugachev A. A. Sistemy skalyarnogo upravleniya tyagovym asinkhronnym dvigatelem [Systems of scalar control of a traction asynchronous motor]. Elektrotekhnika = Russian Electrical Engineering. 2016;(9):44–50. (In Russ.).Ключников А. Т., Турпак А. М. Бездатчиковое векторное управление асинхронным двигателем при расчете в комплексной форме // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2020. № 33. С. 160–176.Klyuchnikov A. T., Turpak A. M. Bezdatchikovoe vektornoe upravlenie asinkhronnym dvigatelem pri raschete v kompleksnoy forme [Sensorless vector control of an asynchronous motor when calculating in a complex form]. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Elektrotekhnika, informatsionnye tekhnologii, sistemy upravleniya = Bulletin of Perm National Research Polytechnic University. Electrotechnics, informational technologies, control systems. 2020;(33):160–176. (In Russ.).Космодамианский А. С., Воробьев В. И., Пугачев А. А. Моделирование электропривода с асинхронным двигателем в режиме минимума мощности потерь // Электротехника. 2012. № 12. C. 26–31.Kosmodamianskiy A. S., Vorob'ev V. I., Pugachev A. A. Modelirovanie elektroprivoda s asinkhronnym dvigatelem v rezhime minimuma moshchnosti poter' [Modeling of an electric drive with an asynchronous motor in the mode of minimum power loss]. Elektrotekhnika = Russian Electrical Engineering. 2012;(12):26–31. (In Russ.).Шонин О. Б., Пронько В. С. Энергосберегающие алгоритмы частотного управления асинхронным приводом с уточнением области минимума потерь на основе методов нечеткой логики // Записки Горного института. 2016. Т. 218. С. 270–280.Shonin O. B., Pron'ko V. S. Energosberegayushchie algoritmy chastotnogo upravleniya asinkhronnym privodom s utochneniem oblasti minimuma poter' na osnove metodov nechetkoy logiki [Energysaving algorithms for frequency control of an asynchronous drive with specification of the area of minimum losses based on fuzzy logic methods]. Zapiski Gornogo instituta = Journal of Mining Institute. 2016;(218):270–280. (In Russ.).Костенко М. П. Электрические машины. Специальная часть. Л.: Госэнергоиздат, 1949. 708 с.Kostenko M. P. Elektricheskie mashiny. Spetsial'naya chast' [Electrical Machines. Special part]. Leningrad: Gosenergoizdat Publ.; 1949. 708 p. (In Russ.).Bl a s chke F. Das Prinzip der Feldorientierung, die Grundlage für die TransvektorRegelung von Drehfeldmaschinen (in German) // SiemensZeitschrift. 1971. 10/45. S. 757–760.Blaschke F. Das Prinzip der Feldorientierung, die Grundlage für die TransvektorRegelung von Drehfeldmaschinen (in German). Siemens-Zeitschrift. 1971;10(45):757–760.Кулинич Ю. М., Шухарев С. А., Гуляев А. В. Повышение энергетической эффективности вспомогательных машин электровоза переменного тока // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2021. Т. 80, № 5. С. 276–284. https://doi.org/10.21780/222397312021805276284.Kulinich Yu. M., Shukharev S. A., Gulyaev A. V. Povyshenie energeticheskoy effektivnosti vspomogatel'nykh mashin elektrovoza peremennogo toka [Increasing the energy efficiency of auxiliary machines of AC electric locomotive]. Vestnik Nauchno-issledovatel'skogo instituta zheleznodorozhnogo transporta (Vestnik VNIIZhT) = Russian Railway Scientific Journal. 2021;80(5):276–284. https://doi.org/10.21780/222397312021805276284. (In Russ.).Калачёв Ю. Н. SimInTech: моделирование в электроприводе. М.: ДМК Пресс, 2019. 98 с.Kalachev Yu. N. SimInTech: modelirovanie v elektroprivode [SimInTech: simulation in the electric drive]. Moscow: DMK Press; 2019. 98 p. (In Russ.).Усольцев А. А. Частотное управление асинхронными двигателями: учеб. пособие. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2006. 94 c.Usol'tsev A. A. Chastotnoe upravlenie asinkhronnymi dvigatelyami: ucheb. posobie [Frequency control of asynchronous motors: Tutorial]. St. Petersburg: SPbGU ITMO Publ.; 2006. 94 p. (In Russ.).Асинхронный тяговый привод локомотивов: учеб. пособие / А. А. Андрющенко [и др.]. М.: Учеб.метод. центр по образованию на ж.д. транспорте, 2013. 413 с.Andryushchenko A. A., Babkov Yu. V., Zarifyan A. A., et al. Asinkhronnyy tyagovyy privod lokomotivov: ucheb. posobie [Asynchronous traction drive of locomotives: Tutorial]. Moscow: Ucheb.metod. tsentr po obrazovaniyu na zh.d. transporte [Educational and methodological center for education in railway transport] Publ.; 2013. 413 p. (In Russ.).Пустоветов М. Моделирование асинхронных вспомогательных машин электровозов. Дюссельдорф: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2016. 177 с.Pustovetov M. Modelirovanie asinkhronnykh vspomogatel'nykh mashin elektrovozov [Modeling of asynchronous auxiliary machines of electric locomotives]. Dusseldorf: LAP LAMBERT Academic Publishing; 2016. 177 p. (In Russ.).Кулинич Ю. М. Электронная преобразовательная техника: учеб. пособие. М.: Учеб.метод. центр по образованию на ж.д. транспорте, 2015. 204 с.Kulinich Yu. M. Elektronnaya preobrazovatel'naya tekhnika: ucheb. posobie [Electronic converting technology: Tutorial]. Moscow: Ucheb.metod. tsentr po obrazovaniyu na zh.d. transporte [Educational and methodological center for education in railway transport] Publ.; 2015. 204 p. (In Russ.).Clarke E. Circuit Analysis of AC Power Systems. New York: Jonh Wiley & Sons, 1943. Vol. 1. 540 p.Clarke E. Circuit Analysis of AC Power Systems. New York: Jonh Wiley & Sons; 1943. Vol. 1. 540 p.Pradeep J., Devanathan R. Adoption of Park’s Transformation for Inverter Fed Drive // International Journal of Power Electronics and Drive System. 2015. Vol. 5, no. 3. P. 366–373.Pradeep J., Devanathan R. Adoption of Park’s Transformation for Inverter Fed Drive. International Journal of Power Electronics and Drive System. 2015;5(3):366–373.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.