Моделирование векторного управления асинхронным приводом вспомогательных машин электроподвижного состава

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. 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. 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. 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.

1. Космодамианский А. С., Воробьев В. И., Пугачев А. А. Системы скалярного управления тяговым асинхронным двигателем // Электротехника. 2016. № 9. С. 44–50.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

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

6. 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.

7. 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.

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

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

10. Асинхронный тяговый привод локомотивов: учеб. пособие / А. А. Андрющенко [и др.]. М.: Учеб.метод. центр по образованию на ж.д. транспорте, 2013. 413 с.

11. Пустоветов М. Моделирование асинхронных вспомогательных машин электровозов. Дюссельдорф: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2016. 177 с.

12. Кулинич Ю. М. Электронная преобразовательная техника: учеб. пособие. М.: Учеб.метод. центр по образованию на ж.д. транспорте, 2015. 204 с.

13. Clarke E. Circuit Analysis of AC Power Systems. New York: Jonh Wiley & Sons, 1943. Vol. 1. 540 p.

14. 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.