В.О. Мельников

УДК 62-521:62-868:62-531.7
С. 74-81
Мова Укр.
Бібл. 19 назв.

АНАЛІЗ РЕЖИМІВ РОБОТИ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ У ЧАСТОТНІЙ ОБЛАСТІ

А.П. Калінов, М.С. Малякова, В.О. Мельников
Запропоновано метод удосконалення аналізу в аналітичному вигляді енергетичних характеристик електричних кіл з напівпровідниковими перетворювачами із застосуванням одиничної комутаційної функції шляхом реалізації в частотній області за рахунок використання алгоритму дискретної згортки. Перевірка запропонованого методу здійснювалась на прикладі електричної схеми з керованим ключовим регулятором напруги,
синусоїдною напругою живлення та активно-індуктивним навантаженням. У рамках запропонованого методу для можливості визначення енергетичних характеристик досліджуваної електричної схеми комутаційна функція була надана в частотній області у вигляді масивів косинусної та синусної складових. Наступним етапом було отримання напруги навантаження як дискретної згортки у частотній області гармонійних складових комутаційної функції та напруги живлення. На основі масивів гармонійних складових визначеної напруги навантаження та виразів для повного опору навантаження були визначені гармонійні складові струму. Дискретна згортка масивів струму та напруги на навантаженні дозволила визначити частотні складові миттєвої потужності на навантаженні, отримання яких дозволить визначити енергетичні характеристики досліджуваної електричної схеми. Перевірка правильності визначених у частотній області аналітичних виразів комутаційної функції, напруги, струму та потужності навантаження здійснювалась за рахунок співставлення кривих, побудованих на основі отриманих аналітичних виразів, із кривими, побудованими за оберненим перетворенням Фур’є, – результатів операцій над електричними сигналами в частотній області. Показано, що метод аналізу електричних кіл із напівпровідниковими пристроями з використанням комутаційної функції, реалізований у частотній області із застосуванням алгоритму дискретної згортки, дозволяє значно скоротити витрати часу на проведення аналізу, спростити реалізацію аналітичних розрахунків та досягти їх автоматизації й отримання прогнозованого
результату.
Ключові слова: напівпровідниковий перетворювач, аналітичний аналіз, частотна область, перетворення Фур’є.

УДК 621.313
С. 119-126
Мова Англ.
Бібл. 10 назв.

ЛАБОРАТОРНИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК СИЛОВИХ ТРАНЗИСТОРНИХ КЛЮЧІВ У СКЛАДІ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ЕНЕРГІЇ

В. О. Мельников
Сучасні системи регульованого електропривода характеризуються застосуванням напівпровідникових перетворювачів енергії на повністю керованих силових ключах, оскільки їх застосування відкриває широкі можливості при створенні високоефективних енерго- та ресурсозберігаючих пристроїв. Процес проектування напівпровідникового перетворювача енергії чи доопрацювання існуючого вимагає обґрунтованого вибору складових його елементів і схемотехнічних рішень, причому особливу увагу необхідно приділити забезпеченню прийнятних потужностей втрат у силових ключах та високоефективних методів їх охолодження. Проведений аналіз складових втрат потужності силових ключів показав, що при проектуванні перетворюючих пристроїв забезпечення мінімальних втрат можливе за рахунок формування швидкостей перемикання, які будуть забезпечувати оптимальну траєкторію ввімкнення та вимкнення ключа. Втрати енергії також суттєво залежать від системи пасивного захисту, яка зменшує ймовірність попадання транзисторного ключа в один із режимів пробою. Оскільки енергія втрат силових транзисторів виділяється в напівпровідниковому кристалі та розсіюється у вигляді тепла, важливим питанням є вибір способу його відведення. У роботі зображено лабораторний комплекс, що дозволяє проводити низку експериментальних досліджень, а саме: оцінку впливу додаткових кіл формування траєкторії ввімкнення та вимкнення силового ключа на динамічні втрати енергії; оцінку впливу систем пасивного захисту транзисторів на динамічні втрати енергії; дослідження ефективності застосування методів захисту транзисторів від перенапруг; дослідження ефективності застосування найбільш розповсюджених систем охолодження транзисторних ключів. Розроблений лабораторний комплекс дозволить студентам проводити експериментальну оцінку режимів роботи силових IGBT у складі напівпровідникових перетворювачів енергії.
Ключові слова: напівпровідниковий ключ, лабораторний стенд, динамічні втрати, швидкість перемикання, захисні кола, система охолодження.

УДК 621.313.333.045
С. 45-51
Мова Укр.
Бібл. 8 назв.

ВИКОРИСТАННЯ СИСТЕМ ПОФАЗНОГО КЕРУВАННЯ ДЛЯ КОРЕКЦІЇ НЕСИМЕТРИЧНИХ РЕЖИМІВ РОБОТИ АСИНХРОННОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДА З ВЕКТОРНИМ КЕРУВАННЯМ

В. О. Мельников
На сьогодні відома велика кількість методів полеорієнтованого керування
асинхронними двигунами, однак розроблені методи не дозволяють у повній мірі використовувати переваги систем векторного керування електродвигунами, в яких обмотка статора має електричну чи магнітну несиметрію. При цьому внаслідок роботи систем електропривода з пошкодженими двигунами спостерігається значна втрата якості керування, суттєво збільшуються втрати та з’являються змінні складові електромагнітного моменту та споживаної активної потужності. На основі аналізу ортогональних складових електромагнітного моменту показано, що компенсація впливу несиметрії обмоток статора на характеристики асинхронного електропривода досягається шляхом зменшення потокозчеплення несиметричної фази електродвигуна. Оскільки використання класичних підходів побудови систем векторного керування, які базуються на використанні ортогональних моделей двигунів, не дозволяє здійснювати впливи окремо на кожну фазу, для можливості корекції несиметричних режимів роботи електродвигунів необхідно використовувати системи з роздільним регулюванням кожної фази двигуна. Можливість забезпечення високих динамічних характеристик електропривода та незалежне керування потокозчепленням та електромагнітним моментом двигуна в системах із пофазним керуванням може бути досягнуто завдяки наданому в роботі методу компенсації перехресних зв’язків за проекціями струму статора в трифазній системі координат. Проведені в роботі дослідження похибок регулювання сигналів струму та потокозчеплення в нерухомій системі координат підтверджують можливість використання класичних підходів синтезу регуляторів системи векторного керування при регулюванні періодичних сигналів.
Ключові слова:векторне керування,несиметрія, обмотки статора, компенсація, періодичні сигнали.

УДК 621.313

ОЦІНКА ПОХИБОК РЕГУЛЮВАННЯ У ЗАМКНЕНИХ КОНТУРАХ СТРУМУ ТА ПОТОКОЗЧЕПЛЕННЯ В СИСТЕМАХ ВЕКТОРНОГО КЕРУВАННЯ

В. О. Мельников

Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

вул. Першотравнева, 20, м. Кременчук, 39600, Україна. E-mail: melnykow@gmail.com

Класичні методи побудови систем векторного керування передбачають оперування проекціями струму статора й потокозчеплення ротора в обертовій системі координат. Використання такого підходу та компенсація перехресних зв’язків за проекціями струму статора дає можливість проводити налагодження системи керування згідно з принципами підпорядкованого регулювання координат. На сьогодні відомі системи, в яких регулювання струму та потокозчеплення відбувається в нерухомій системі координат, тобто система керування оперує гармонійними сигналами, при цьому питання регулювання періодичних сигналів у замкнених контурах струму та потокозчеплення не розглядається, відповідно до чого постає питання синтезу та визначення коефіцієнтів регуляторів векторних змінних у таких системах. У роботі проведено дослідження можливості використання класичних методів синтезу регуляторів системи векторного керування для вирішення зазначеної задачі. Оскільки якість перехідних процесів у системах керування з гармонійними сигналами може бути визначена на основі непрямих критеріїв, до яких належать частотні характеристики системи, було проаналізовано амплітудно-частотні та фазочастотні характеристики контурів регулювання струму та потокозчеплення асинхронного двигуна. Проведені дослідження підтверджують можливість використання класичних підходів синтезу регуляторів системи векторного керування при регулюванні періодичних сигналів, при цьому похибки регулювання залежать від частоти модуляції силових ключів автономного інвертора напруги.

Ключові слова: асинхронний двигун, векторне керування, періодичні сигнали.

УДК 62-503.56

КОРЕКЦІЯ РЕЖИМІВ РОБОТИ СИСТЕМ ЕЛЕКТРОПРИВОДА З ВЕКТОРНИМ КЕРУВАННЯМ ПРИ НЕСИМЕТРІЇ ОБМОТОК СТАТОРА АСИНХРОННОГО ДВИГУНА

В. О. Мельников, А. П. Калінов, І. М. Кочуров

Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

вул. Першотравнева, 20, м. Кременчук, 39600, Україна. E-mail: melnykow@gmail.com

Робота асинхронного двигуна з електричною чи магнітною несиметрією обмоток статора призводить до нерівномірного розподілу втрат у міді статора за фазами двигуна та появи змінних складових електромагнітного моменту та споживаної потужності. Такі режими роботи можуть бути значними як для двигуна, так і для робочого механізму в цілому, оскільки з’являються незгасаючі коливання моменту й швидкості двигуна та збільшуються гріючі втрати в окремих фазах статора. У роботі показана можливість компенсації впливу несиметрії обмоток статора на динамічні та енергетичні характеристики систем електропривода з векторним керуванням. Надано структури систем керування асинхронними двигунами, що залежно від обраного параметру дозволяють компенсувати чи змінну складову електромагнітного моменту, чи змінну складову споживаної активної потужності. Показано, що при роботі запропонованих систем керування спостерігається зменшення теплового навантаження окремих фаз двигуна, проте кращі результати показує система векторного керування з компенсацією змінної складової споживаної потужності.

Ключові слова: асинхронний двигун, векторне керування, несиметрія статора, компенсація.

 

В. О. Мельников, А. П. Калінов

Втрати енергії в силових ключах частотно-керованого електропривода при несиметрії обмоток асинхронного двигуна

Електромеханічні та енергетичні системи, методи моделювання та оптимізації. Збірник наукових праць XІІІ Міжнародної науково-технічної конференції молодих учених і спеціалістів у місті Кременчук
08–09 квітня 2015. – Кременчук: КрНУ, 2015. – С. 47–48.

В роботі проведено дослідження впливу несиметрії обмоток статора асинхронного двигуна на втрати енергії в силових напівпровідникових ключах перетворювача частоти. Показано, що, як при скалярному, так і векторному керуванні, суттєво збільшуються втрати в ключах автономного інвертора напруги, що в свою чергу призводить до погіршення їх теплового стану.

І. М. Кочуров, В. О. Мельников

Компенсація змінної складової активної потужності асинхронного електропривода з векторним керуванням

Електромеханічні та енергетичні системи, методи моделювання та оптимізації. Збірник наукових праць XІІІ Міжнародної науково-технічної конференції молодих учених і спеціалістів у місті Кременчук
08–09 квітня 2015. – Кременчук: КрНУ, 2015. – С. 89–90.

В роботі показано можливість здійснення компенсації змінної складової споживаної активної потужності в системі електропривода з класичним векторним керуванням. Виявлено вплив даного методу компенсації на потужність фаз двигуна і на втрати в них.

В. О. Мельников, А. П. Калінов

Налагодження системи векторного керування асинхронним двигуном при регулюванні періодичних сигналів

Електромеханічні та енергетичні системи, методи моделювання та оптимізації. Збірник наукових праць XІІІ Міжнародної науково-технічної конференції молодих учених і спеціалістів у місті Кременчук
08–09 квітня 2015. – Кременчук: КрНУ, 2015. – С. 97–98.

В роботі показано можливість використання класичних підходів синтезу регуляторів системи векторного керування для задачі регулювання періодичних сигналів. Показано, що похибки регулювання за амплітудою та фазою сигналів в замкнених контурах регулювання струму та потокозчеплення залежать від частоти модуляції силових ключів автономного інвертора напруги.