Повышение энергетической эффективности вспомогательных машин электровоза переменного тока

В настоящее время асинхронный частотнорегулируемый привод, выполненный на базе полупроводниковых преобразователей, широко применяется благодаря относительной простоте и надежности конструкции. Использование цифровых микропроцессорных систем обеспечивает высокую точность и гибкость управления приводом. На отечественном подвижном составе началось широкое внедрение асинхронных двигателей взамен тяговых двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением. В частности, асинхронные двигатели со скалярным управлением применяются на серийно выпускаемых тепловозах 2ТЭ25А и электровозах ЭП20. Регулирование режимов работы вспомогательных асинхронных машин этих локомотивов осуществляется методом векторного управления. Применение на подвижном составе нового типа двигателя позволяет добиться значительного повышения качества потребляемой энергии и снижения расходов электроэнергии на тягу поездов. Обеспечение энергетической эффективности привода в широком диапазоне нагрузок требует дальнейшего исследования. В этой связи становится весьма актуальным вопрос экономии энергоресурсов. В статье предложена схема векторного управления асинхронными двигателями вспомогательных машин электровоза, реализующая экстремальный метод управления по критерию минимизации потребляемого тока. Анализ работы двигателя выполнен на базе его математической модели во вращающейся системе координат d — q, которая реализована в пакете прикладных программ MatLab/Simulink. В результате имитационного моделирования установлено, что система экстремального управления с переменным шагом позволяет для каждого фиксированного значения электромагнитного момента двигателя за минимальное время находить оптимальное (экстремальное) значение магнитного потока ротора двигателя, которому соответствует минимальное значение тока статора. Разработанная модель двигателя с векторным управлением дополнена устройством экстремального регулятора, позволяющего с минимальным временем поиска достигать наилучших энергетических показателей двигателя и уменьшать электрические потери во всех режимах работы. Представленные результаты исследования могут быть использованы при разработке энергосберегающих систем управления асинхронным двигателем.

1. Костенко М. П. Электрические машины. Специальная часть. Л.: Госэнергоиздат, 1949. 708 с.

2. Blaschke F. Das Prinzip der Feldorientierung, die Grundlage für die Transvektor-Regelung von Drehfeldmaschinen (in German) // Siemens-Zeitschrift 45. 1971. Heft 10. S. 757 – 760.

3. Vas P. Sensorless Vector and Direct Torque Control. Oxford University Press, 1998. 729 p.

4. 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.

5. Усольцев А. А. Частотное управление асинхронными двигателями: учеб. пособие. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2006. 94 c.

6. Калачёв Ю. Н. Векторное регулирование: метод. пособие. М.: ЭФО, 2013. 63 с.

7. Система управления и диагностики электровоза ЭП10 / под ред. С. В. Покровского. М.: Интекст, 2009. 356 с.

8. Калачёв Ю. Н. SimInTech: моделирование в электроприводе. М.: ДМК Пресс, 2019. 98 с.

9. Yousef A., Abde lmaksoud S. Review on Field Oriented Control of Induction Motor // International Journal for Research in Emerging Science and Technology. 2015. Vol. 2. No. 7. P. 12.

10. Mekrini Z., Br i S. A Modular Approach and Simulation of an Asynchro-nous Machine // International Journal of Electrical and Computer Engineering. 2016. Vol. 4. No. 6. P. 10.

11. Eshkabi lov S. Beginning MATLAB and Simulink: From Novice to Profes-sional. New York: Apress, 2019. 544 p.

12. Терёхин В. Б. Моделирование систем электропривода в Simulink (Matlab 7.0.1): учеб. пособие. Томск. Изд-во Томского политехн. ун-та, 2008. 320 с.

13. Kulinich Yu. M., Shukha r e v S. A. Application of an Extreme Control System to Operate the Reactive Power Compensator of an Electric Locomotive // Russian Electrical Engineering. 2016. Vol. 2. No. 87. P. 84 – 86.

14. Растригин Л. А. Системы экстремального управления. М.: Наука, 1974. 630 с.