Preview

Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ

Расширенный поиск

Формирование сигналов задания системы тягового асинхронного электропривода

https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-3-205-214

Аннотация

Цель данной работы – формирование в реальном времени сигналов задания потокосцепления и момента в системе векторного управления асинхронным электродвигателем тягового электропривода. Сигналы задания должны максимизировать момент в условиях нестабильности напряжения источника питания, в частности в режиме ослабления магнитного поля. Обычный способ управления режимом ослабления поля заключается в формировании задания потокосцепления обратно пропорционально скорости либо квадрату скорости. Так формируемые сигналы задания не способны обеспечить максимум располагаемого момента во всем диапазоне изменения скорости, и увеличение располагаемого момента достигается различными путями. Например, обратная связь по напряжению используется для увеличения располагаемого момента в условиях внутренних и внешних возмущений. Широкое изменение скорости при ослаблении потокосцепления выявляет нелинейные свойства асинхронного электродвигателя. Однако в системах векторного управления обычно применяются пропорционально-интегрирующие (ПИ) регуляторы. Следовательно, во-первых, линейные ПИ-регуляторы должны быть робастными, во-вторых, сигналы задания для потокосцепления и момента должны гарантировать линейное без насыщения функционирование каждого ПИ-регулятора системы управления. Предложенные выражения для расчета входных сигналов задания для потокосцепления ротора и электромагнитного момента как функции текущего значения скорости ротора являются приближенными выражениями. Оценка возможной погрешности показывает, что погрешность допустима. Имитационное моделирование выполнено для системы векторного управления асинхронным электродвигателем и с учетом вычисления сигнала управления микроконтроллером и динамики преобразователя частоты. Имитационное моделирование системы подтверждает эффективность управления с применением предложенных выражений для формирования в реальном времени сигналов задания потокосцепления и момента.

Об авторе

О. Ф. Опейко
Белорусский национальный технический университет
Беларусь

Адрес для переписки:
Опейко Ольга Федоровна –
Белорусский национальный технический университет,
просп. Независимости, 65,
220013, г. Минск, Республика Беларусь.
Тел.: +375 17 293-95-61
oopeiko@bntu.by



Список литературы

1. Blaschke F. (1972) Das Verfahren der Feldorientierung zur Regelung der Asynchronmaschine. Siemens-Forsch und Entwicklungsber, (1), 184–193 (in German).

2. Firago B. I., Vasiliev D. S. (2016) Vector Control Systems for Electric Drive. Minsk, Vys-heishaya Shkola Publ. 159 (in Russian).

3. Opeiko O. F., Ptashnik A. I., Khilmon V. I. (2010) Tractional Electric Drive with Non-Sensing Element Vector Control System. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energet-icheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, (6), 37–43 (in Russian).

4. Opeiko O. F. (2022) Synthesis Based on Linearization of Vector Speed Control of an Induction Motor without a Speed Sensor. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energet-icheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 65 (2), 103–114 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2022-65-2-103-114

5. Xu X., Novotny D. W. (1992) Selection of the Flux Reference for Induction Machine Drives in the Field Weakening Region. IEEE Transactions on Industry Applications, 28 (6), 1353–1358. https://doi.org/10.1109/28.175288

6. Kim S. H., Sul S. K. (1995) Maximum Torque Control of an Induction Machine in the Field Weakening Region. IEEE Transactions on Industry Applications, 31 (4), 787–794. https://doi.org/10.1109/28.395288

7. Gallegos-López G., Gunawan F. S., Walters J. E. (2007) Current Control of Induction Machines in the Field-Weakened Region. IEEE Transactions on Industry Applications, 43 (4), 981–989. https://doi.org/10.1109/TIA.2007.900459

8. Mengoni M., Zarri L., Tani A., Serra G, Casadei D. (2008) Stator Flux Vector Control of Induc-tion Motor Drive in the Field Weakening Region. IEEE Transactions on Power Electronics, 23 (2), 941–948. https://doi.org/10.1109/TPEL.2007.915636

9. Lin P.-Y., Lai Y.-S. (2011) Novel Voltage Trajectory Control for Field-Weakening Operation of Induction Motor Drives. IEEE Transactions on Industry Applications, 47 (1), 112–127. https://doi.org/10.1109/TIA.2010.2091092

10. Kim S. H., Sul S. K. (1997) Voltage Control Strategy for Maximum Torque Operation of an Induction Machine in the Field-Weakening Region. IEEE Transactions on Industrial Electron-ics, 44 (4), 512–518. https://doi.org/10.1109/41.605628

11. Casadei D., Mengoni M., Serra G., Tani A., Zarri L. (2010) A Control Scheme with Energy Saving and DC-Link Overvoltage Rejection for Induction Motor Drives of Electric Vehicles. IEEE Transactions on Industry Applications, 46 (4), 1436–1446. https://doi.org/10.1109/TIA.2010.2049627

12. Mengoni M., Zarri L., Tani A., Serra G., Casadei D. (2012) A Comparison of Four Robust Control Schemes for Field-Weakening Operation of Induction Motors. IEEE Transactions on Power Electronics, 27 (1), 307–320. https://doi.org/10.1109/TPEL.2011.2156810

13. Seok J.-K., Kim S. H. (2015) Hexagon Voltage Manipulating Control (HVMC) for AC Motor Drives Operating at Voltage Limit. IEEE Transactions on Industry Applications, 51 (5), 3829–3837. https://doi.org/10.1109/TIA.2015.2416125

14. Sahoo S. K., Bhattacharya T. (2016) Field Weakening Strategy for a Vector-Controlled Induc-tion Motor Drive Near the Six-Step Mode of Operation. IEEE Transactions on Power Electron-ics, 31 (4), 3043–3051. https://doi.org/10.1109/TPEL.2015.2451694

15. Su J., Gao R., Husain I. (2018) Model Predictive Control Based Field-Weakening Strategy for Traction EV Used Induction Motor. IEEE Transactions on Industry Applications, 54 (3), 2295–2304. https://doi.org/10.1109/TIA.2017.2787994

16. Dong Z., Yu Y., Li W., Wang B., Xu D. (2018) Flux-Weakening Control for Induction Motor in Voltage Extension Region: Torque Analysis and Dynamic Performance Improvement. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 65 (5), 3740–3751. https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2764853

17. Xu Y., Morito C. Lorenz R. D. (2019) Extending High-Speed Operating Range of Induction Machine Drives Using Deadbeat-Direct Torque and Flux Control with Precise Flux Weakening. IEEE Transactions on Industry Applications, 55 (4), 3770–3780. https://doi.org/10.1109/TIA.2019.2908342

18. Wang B., Zhang X., Yu Y., Zhang J., Xu D. B. (2019) Maximum Torque Analysis and Exten-sion in Six-Step Mode-Combined Field-Weakening Control for Induction Motor Drives. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 66 (12), 9129–9138. https://doi.org/10.1109/TIE.2018.2889622

19. Dong Z., Wang B., Yu Y., Zhang X., Zhang J., Xu D., Ding Z. (2019) Operating Point Selected Flux-Weakening Control of Induction Motor for Torque-Improved High-Speed Operation Un-der Multiple Working Conditions. IEEE Transactions on Power Electronics, 34 (12), 12011–12023. https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.2905536

20. Peng Z. (2020) Analysis and Implementation of Constrained MTPA Criterion for Induction Machine Drives. IEEE Access, 8, 176445–176453. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3024195

21. Zhang X., Wang B., Yu Y, Zhang J., Dong J., Xu D., (2020) Analysis and Optimization of Current Dynamic Control in Induction Motor Field-Weakening Region. IEEE Transactions on Power Electronics, 35 (9), 8860–8866. https://doi.org/10.1109/TPEL.2020.2968978

22. Tarvirdilu-Asl R., Nalakath S., Xia Z., Sun Y, Wiseman J., Emadi A. (2020) Improved Online Optimization-Based Optimal Tracking Control Method for Induction Motor Drives. IEEE Transactions on Power Electronics, 35 (10), 10654–10672. https://doi.org/10.1109/TPEL.2020.2976037

23. Zhang X. Wang B., Yu Y, Zhang J., Dong J., Xu D. (2021) Circular Arc Voltage Trajectory Method for Smooth Transition in Induction Motor Field-Weakening Control. IEEE Transac-tions on Industrial Electronics, 68 (5), 3693–3706. https://doi.org/10.1109/TIE.2020.2988190

24. Harikrishnan P., Hatua K., Rao S. E. (2022) A Quick Dynamic Torque Control for an Induction-Machine-Based Traction Drive During Square-Wave Mode of Operation. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 69 (7), 6519–6529. https://doi.org/10.1109/TIE.2021.3095805

25. Dordea T., Hoancă V., Păun Ş. Biriescu M., Madescu G., Liuba G., Moţ M. (2011) Direct-Drive Induction Motor for Railway Traction Applications. Proceedings of the Romanian Acad-emy, Series A, 12 (3), 239–248.

26. Popescu M., A. Bitoleanu A., Dobriceanu M., Goreci L. (2019) Optimal Control Method of an Asynchronous Traction Motor. 11th International Symposium on Advanced Topics in Electrical Engineering, March 28–30, 2019 Bucharest, Romania. https://doi.org/10.1109/ATEE.2019.8724969

27. Zhao N., Schofield N. (2020) An Induction Machine Design With Parameter Optimization for a 120 kW Electric Vehicle. IEEE Transactions on Transportation Electrification, 6 (2), 592–601. https://doi.org/10.1109/TTE.2020.2993456

28. Xie F., Hong W., Wu W., Liang K., Qiu C. (2019) Current Distribution Method of Induction Motor for Electric Vehicle in Whole Speed Range Based on Gaussian Process. IEEE Access, 7 (13), 165974–165984. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2953293.

29. Brandstetter P., Kuchar M. (2017) Sensorless Control of Variable Speed Induction Motor Drive Using RBF Neural Network. Journal of Applied Logic, 24 (Part A), 97–108. https://doi.org/10.1016/j.jal.2016.11.017

30. Odnolko D. S. (2013) Algorithm for Identification Electromagnetic Parameters of an Induction Motor When Running on a Three-Phase Power Plant. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Educa-tion Institutions and Power Engineering Associations, (1), 47–55 (in Russian).

31. Adnolka D. (2013) Algorithm for Parametric Identification of Induction Motors and Its Experi-mental Testing. Vіsnik Kremenchuts'kogo natsіonal'nogo unіversitetu іmenі Mikhaila Ostro-grads'kogo = Transactions of Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University, (4), 9–14 (in Russian).

32. Tytiuk V. K., Baranovskaya M. L., Chornyi O. P., Burdilnaya E. V., Kuznetsov V. V., Bo-gatyriov K. N. (2020) Online-Identification of Electromagnetic Parameters of an Induction Mo-tor. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associa-tions, 63 (5), 423–440. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-5-423-440


Рецензия

Для цитирования:


Опейко О.Ф. Формирование сигналов задания системы тягового асинхронного электропривода. Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2023;66(3):205-214. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-3-205-214

For citation:


Opeiko O.F. Reference Input Signals Formation for Induction Motor Control in Traction Drive. ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations. 2023;66(3):205-214. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-3-205-214

Просмотров: 442


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1029-7448 (Print)
ISSN 2414-0341 (Online)