Определение оптимальной частоты коммутации вентилей преобразователя по схеме частотно-токового асинхронно-вентильного каскада

Abstract

RU: статье рассматривается вопрос повышения энергоэффективности систем электропривода путем определения оптимального значения регулировочного параметра преобразователя, обеспечивающего максимальный коэффициент полезного действия системы электропривода на примере частотно-токового асинхронно-вентильного каскада. Цель работы заключается в разработке простой в реализации методики определения оптимальной частоты коммутации силовых ключей преобразователя в виде аналитических выражений при которой выполняется условие минимизации потерь в электроприводе. Объектом исследования являются электромагнитные процессы преобразовании энергии в системе двигатель-преобразователь. Предметом исследования является электропривод по схеме частотно-токового асинхронно-вентильного каскада. Приведена методика расчета потерь как в двигателе, так и в силовых элементах преобразователя. Определена целевая функция суммарных потерь в электроприводе в зависимости от частоты коммутации силовых ключей и коэффициентов гармонических искажений токов статора и ротора асинхронного двигателя. Целевая функция суммарных потерь в электроприводе преобразована к однокритериальной зависимости (частоты коммутации силовых ключей преобразователя). С помощью имитационного моделирования выполнен расчет потерь в электроприводе, с учетом особенностей электромагнитных и энергетических процессов для данного класса электропривода, который подтвердил адекватность предложенного упрощенного способа определения оптимальной частоты коммутации силовых ключей в преобразователе. Предложена методика определения оптимальной частоты коммутации силового ключа, которая может быть применена при наладочных работах преобразователей, инженерном проектировании электропривода различных классов и режимов работы. UK: У статті розглядається питання підвищення енергоефективності систем електроприводу шляхом визначення оптимального значення регулювального параметра перетворювача, що забезпечує максимальний коефіцієнт корисної дії системи електроприводу на прикладі частотно-струмового асинхронно-вентильного каскаду. Мета роботи полягає в розробці простій в реалізації методики визначення оптимальної частоти комутації силових ключів перетворювача у вигляді аналітичних виразів при якій виконується умова мінімізації втрат в електроприводі. Об’єктом дослідження є електромагнітні процеси перетворення енергії в системі двигун-перетворювач. Предметом дослідження є електропривід за схемою частотно-струмового асинхронно-вентильного каскаду. Наведено методику розрахунку втрат як в двигуні, так і в силових елементах перетворювача. Визначено цільову функцію сумарних втрат в електроприводі в залежності від частоти комутації силових ключів та коефіцієнтів гармонійних спотворень струмів статора та ротора асинхронного двигуна. Цільова функція сумарних втрат в електроприводі була перетворена до однокритеріальної залежності (частоти комутації силових ключів перетворювача.) За допомогою імітаційного моделювання виконано розрахунок втрат в електроприводі з урахуванням особливостей електромагнітних та енергетичних процесів для даного класу електроприводу, який підтвердив адекватність запропонованого спрощеного способу визначення оптимальної частоти комутації силових ключів в перетворювачі. Запропонована методика визначення оптимальної частоти комутації силового ключа, котра може бути застосована при налагоджувальних роботах перетворювачів, інженерному проектуванні електроприводу різних класів та режимів роботи. EN: The article discusses the issue of increasing the energy efficiency of electric drive systems by determining the optimum value of the adjusting parameter converter, providing maximum efficiency of the drive system on the example of a frequency-current asynchronous gate cascade. The aim work is to develop easy to implement methods for determining the optimum switching frequency of the power switches of the converter in the form of analytical expressions with which the condition of minimization of losses in the drive. The object of investigation is the process of converting electromagnetic energy in the motor-converter system. The subject of this investigation is frequency-current asynchronous-gate cascade drive system. The methods of calculation of the losses in the AC motor and the power converter elements are considered. The objective function of total losses in the electric drive system, depending on the switching frequency of the power switches and the total harmonic distortion of the stator and rotor currents AC motor are determined. As a result, the objective function of total losses in the electric drive system has been converted into the form of a single variable, depending only on the frequency switching keys of the power converter. With the help of the simulation of the losses in the drive control system, which based peculiarities of electromagnetic and energetic processes in this class drive system are calculated. The adequacy of the calculation of the proposed simplified method to determine the effective frequency of power switches in the converter are confirmed. The proposed method of the determining the optimal frequency switching of the power switchers can be applied to engineering design and commissioning of the converter depending on the class and modes of operation of the drive control system.