Обзор методов повышения энергоэффективности асинхронных машин

Рейтинг:   / 0
ПлохоОтлично 

Authors:

Г.Г.Дяченко, orcid.org/0000-0001-9105-1951, Национальный технический университет «Днепровская политехника», г. Днепр, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

А.А.Азюковский, кандидат технических наук, доцент, orcid.org/0000-0003-1901-4333, Национальный технический университет «Днепровская политехника», г. Днепр, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 повний текст / full article



Abstract:

Цель. Представить комплексный обзор на основе отечественного и зарубежного опыта существующих методов оптимизации в задачах минимизации потерь в электромеханических системах с асинхронной машиной для уменьшения общего количества потребляемой электроэнергии из сети.

Методика. Проведено детальное изучение разработок в области оптимизации энергоэффективности трехфазных машин переменного тока, опирающихся на использование оптимальных методов управления и проектирования. Особое внимание уделено системам, которые используют векторный тип управления в качестве основы для дальнейших исследований. В этой области было прослежено устойчивое развитие нескольких тенденций. Было замечено, что опорное значение тока, который генерирует поле, является дополнительной степенью свободы в математической модели исследуемой системы. Кроме того, этот ток влияет на динамику магнитного потокосцепления и значение механического крутящего момента. Реализованная модель позволяет проводить сравнительный анализ различных подходов для обеспечения минимального потребления энергии при адекватной интенсивности переходных процессов.

Результаты. Среди многочисленных методов управления были выделены простые алгоритмы контроля состояния, алгоритмы оптимизации на основе модели потерь, а также поисковые алгоритмы. Пример моделирования оптимизации эффективности асинхронной машины был выполнен в рамках системы векторного управления, ориентированной по полю ротора с учетом ступенчатой траектории момента нагрузки. Такая траектория возможна как результат механического возмущения или когда двигатель отрабатывает сложные профили скорости или противодействует ударным нагрузкам.

Научная новизна. Тщательный анализ показал, что существующие алгоритмы оптимизации в обычных системах все еще могут быть использованы для прикладных приложений. Однако некоторые существующие проблемы в достижении лучшего контроля не были обобщены. Соответственно, этот обзор впервые дает некоторые предложения относительно будущих исследований и разработки энергоэффективного управления асинхронными двигателями в динамических режимах.

Практическая значимость. Трехфазные асинхронные электроприводы – это нелинейная система, которую трудно точно теоретически описать ввиду их внезапных изменений условий режима работы и изменения параметров. Таким образом, необходимы расширенные алгоритмы для повышения их энергетической эффективности в дополнение к эффективным аппаратных решениям. Предложенный пример альтернативного решения приведет к работке усовершенствованных систем управления электромеханическими системами.

References.

1. Hannan, M. A., Ali, J. A., Mohamed, A., & Hussain, A. (2018). Optimization techniques to enhance the performance of induction motor drives: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81, 1611-1626. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.240.

2. Eroglu, I., Horlbeck, L., Lienkamp, M., & Hackl, C. M. (2017). Increasing the overall efficiency of induction motors for BEV by using the overload potential through. 2017 IEEE International Electric Machines and Drives Conference (IEMDC), (pp. 1-7). Miami, FL, USA. https://doi.org/10.1109/IEMDC.2017.8002040.

3. Bazzi, A. M., & Krein, P. T. (2010). Review of methods for real-time loss minimization in induction machines. IEEE Transactions on Industry Applications, 46(6), 2319-2328. https://doi.org/10.1109/TIA.2010.2070475.

4. Raj, C. T., Srivastava, S. P., & Agarwal, P. (2009). Energy efficient control of three-phase induction motor ‒ a review. International Journal of Computer and Electrical Engineering, 1(1), 61-70. https://doi.org/10.7763/IJCEE.2009.V1.10.

5. Lin, F. C., & Yang, S. M. (2003). On-line tuning of an efficiency-optimized vector controlled induction motor drive. Tamkang Journal of Science and Engineering, 6(2), 103-110.

6. Takahashi, I., & Noguchi, T. (1986). A new quick-response and high-efficiency control strategy of an induction motor. IEEE Transactions on Industry Applications, IA-22(5), 820-827. https://doi.org/10.1109/TIA.1986.4504799.

7. Tolochko, O., Rozkaryaka, P., & Chekavskyy, G. (2011). Optimization of power consumption of positional asynchronous electric drive with vector control. Scientific Papers of Donetsk National Technical University, 11(186), 396-400. Retrieved from http://ea.donntu.org/ handle/123456789/8080.

8. Tolochko, O., & Sopiha, M. (2017). Heat loss minimization field control of motionless induction motors in pause of intermittent duty. 2017 IEEE First Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), (pp. 442-447). Kyiv. https://doi.org/10.1109/UKRCON.2017.8100525.

9. Beshta, O. S. (2012). Electric drives adjustment for improvement of energy efficiency of technological processes. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (4), 98-107.

10. Anuradha, S., & Amarnadh Reddy, N. (2016). Comparative analysis of speed control of induction motor by DTC over scalar control technique. International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, 5(11), 8328-8337. https://doi.org/10.15662/IJAREEIE.2016.0511004.

11. Andersen, H. R., & Pedersen, J. K. (1996). Low cost energy optimized control strategy for a variable speed three phase induction motor. PESC Record, 27 th Annual IEEE Power Electronics Specialists  Conference, 1, (pp. 920-924). Italy. https://doi.org/10.1109/PESC.1996.548691.

12. Abrahamsen, F. (2002). Energy optimal control of induction motor drives. In M. P. Kazmierkowski, R. Krishnan, & F. Blaabjerg (Eds.), Control in Power Electronics: Selected Problems, (pp. 209-224). San Diego, Amsterdam: Academic Press. Retrieved from https://vbn.aau.dk/en/publications/control-in-power-electronics-selected-problems.

13. Jian, T. W., Schmitz, N. L., & Novotny, D. W. (1983). Cha­racteristic induction motor slip values for variable part load performance optimization. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, PAS-102(1), 38-46. https://doi.org/10.1109/TPAS.1983.317995.

14. Kim, H. G., Sul, S. K., & Park, M. H. (1984). Optimal efficiency drive of a current source inverter fed induction motor by flux control. IEEE Transactions on Industry Applications, IA-20(6), 1453-1459. https://doi.org/10.1109/TIA.1984.4504628.

15. Cacciato, M., Consoli, A., Scarcella, G., Scelba, G., & Testa, A. (2006). Efficiency optimization techniques via constant optimal slip control of induction motor drives. International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, 2006. SPEEDAM 2006, (pp. 33-38). Taormina, Italy. https://doi.org/10.1109/SPEEDAM.2006.1649740.

16. Wasynczuk, O., Sudhoff, S. D., Corzine, K. A., Ti­che­nor, J. L., Krause, P. C., Hansen, I. G., & Taylor, L. M. (1998). A maximum torque per ampere control strategy for induction motor drives. IEEE Transactions on Energy Conversion, 13(2), 163-169. https://doi.org/10.1109/60.678980.

17. Kwon, C., & Sudhoff, S. D. (2005). An improved maximum torque per amp control strategy for induction machine drives. Twentieth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2005. APEC 20052, (pp. 740-745). Austin, TX. https://doi.org/10.1109/APEC.2005.1453052.

18. Mosaddegh, H., Zarchi, H. A., & Arab Markadeh, G. (2019). Stator flux oriented control of brushless doubly fed induction motor drives based on maximum torque per total ampere strategy. 2019. 10 th International Power Electronics, Drive Systems and Technologies Conference (PEDSTC), (pp. 84-89). Shiraz, Iran. https://doi.org/10.1109/PEDSTC.2019.8697845.

19. Matsuse, K., Yoshizumi, T., Katsuta, S., & Taniguchi, S. (1999). High-response flux control of direct-field-oriented induction motor with high efficiency taking core loss into account. IEEE Transactions on Industry Applications, 35(1), 62-69. https://doi.org/10.1109/28.740846.

20. Stumper, J., Dötlinger, A., & Kennel, R. (2013). Loss minimization of induction machines in dynamic operation. IEEE Transactions on Energy Conversion, 28(3), 726-735. https://doi.org/10.1109/TEC.2013.2262048.

21. Borisevich, A., & Schullerus, G. (2016). Energy efficient control of an induction machine under torque step changes. IEEE Transactions on Energy Conversion, 31(4), 1295-1303. https://doi.org/10.1109/TEC.2016.2561307.

22. Hu, D., Xu, W., Dian, R., Liu, Y., & Zhu, J. (2017). Dynamic loss minimization control of linear induction machine. 2017 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), (pp. 3598-3603). Cincinnati, OH, USA. https://doi.org/10.1109/ECCE.2017.8096639.

23. Dong, G., & Ojo, O. (2006). Efficiency optimizing control of induction motor using natural variables. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 53(6), 1791-1798. https://doi.org/10.1109/TIE.2006.885117.

24. Haddoun, A., Benbouzid, M., Diallo, D., Abdessemed, R., Ghouili, J., & Srairi, K. (2007). A loss-minimization DTC scheme for EV induction motors. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 56(1), 81-88. https://doi.org/10.1109/TVT.2006.889562.

25. Kumar, N., Raj Chelliah, T., & Srivastava, S. (2015). Adaptive control schemes for improving dynamic performance of efficiency-optimized induction motor drives. ISA transactions, 57, 301-310. https://doi.org/10.1016/j.isatra.2015.02.011.

26. Vukosavic, S. N., & Levi, E. (2003b). Robust DSP-based efficiency optimization of a variable speed induction motor drive. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 50(3), 560-570. https://doi.org/10.1109/TIE.2003.812468.

27. Qu, Z., Ranta, M., Hinkkanen, M., & Luomi, J. (2012). Loss-minimizing flux level control of induction motor drives. IEEE Transactions on Industry Applications, 48(3), 952-961. https://doi.org/10.1109/TIA.2012.2190818.

28. Diachenko, G., & Schullerus, G. (2015). Simple dynamic energy efficient field oriented control in induction motors. 18 th International Symposium on Power Electronics. Novi Sad, Republic of Serbia. Retrieved from http://www.stari.ftn.uns.ac.rs/dee/papers/Ee2015/index.html.

29. Schubert, M., Koschik, S., & De Doncker, R. W. (2013). Fast optimal efficiency flux control for induction motor drives in electric vehicles considering core losses, main flux saturation and rotor deep bar effect. 2013 Twenty-Eighth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), (pp. 811-816). Long Beach, CA, USA. https://doi.org/10.1109/APEC.2013.6520303.

30. Echeikh, H., Trabelsi, R., Iqbal, A., Bianchi, N., & Mimouni, M. (2016). Comparative study between the rotor flux oriented control and non-linear backstepping control of a five-phase induction motor drive – an experimental validation. IET Power Electronics, 9(13), 2510-2521. https://doi.org/10.1049/iet-pel.2015.0726.

31. Perdukova, D., & Fedor, P. (2014). A model-based fuzzy control of an induction motor. Advances in Electrical and Electronic Engineering, 12(5), 427-434. https://doi.org/10.15598/aeee.v12i5.1229.

32. Lozynskyy, A., & Demkiv, L. (2016). Application of dynamic systems family for synthesis of fuzzy control with account of non-linearities. Advances in Electrical and Electronic Engineering, 14(5), 543-550. https://doi.org/10.15598/aeee.v14i5.1717.

33. Demkiv, L., Lozynskyy, A., Lozynskyy, O., & Demkiv, I. (2017). A new approach to dynamical system’s fuzzy controller synthesis: Application of the unstable subsystem. 2017 International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES), (pp. 84-87). Kremenchuk, Ukraine. https://doi.org/10.1109/MEES.2017.8248959.

34. Kamel, T., Abdelkader, D., Said, B., & Iqbal, A. (2018). Direct torque control based on artificial neural network of a five-phase PMSM drive. In M. Hatti (Ed.), Artificial Intelligence in Renewable Energetic Systems. ICAIRES 2017. Lecture Notes in Networks and Systems35, (pp. 316-325). Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-73192-6_33.

35. Vukosavic, S. N., & Levi, E. (2003). A method for transient torque response improvement in optimum efficiency induction motor drives. IEEE Transactions on Energy Conversion, 18(4), 484-493. https://doi.org/10.1109/TEC.2003.816599.

36. Chakraborty, C., Ta, M. C., Uchida, T., & Hori, Y. (2002). Fast search controllers for efficiency maximization of induction motor drives based on DC link power measurement. Proceedings of the Power Conversion Conference-Osaka 2002 (Cat. No.02TH8579)2, (pp. 402-408). Osaka, Japan. https://doi.org/10.1109/PCC.2002.997552.

37. Chourasia, A., Salunke, S., & Saxena, V. (2013). Efficiency optimization of three phase induction motor by slip compensation: a review. International Journal of Electronics and Electrical Engineering, 1(4), 308-314. https://doi.org/10.12720/ijeee.1.4.308-314.

38. Ali, A. J., Farej, Z., & Sultan, N. (2019). Performance evaluation of a hybrid fuzzy logic controller based on genetic algorithm for three phase induction motor drive. International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS), 10(1), 117-127. https://doi.org/10.11591/ijpeds.v10.i1.pp117-127.

39. Diachenko, G., Aziukovskyi, O., Rogoza, M., & Yaki­mets, S. (2019). Optimal field-oriented control of an induction motor for loss minimization in dynamic operation. 2019 IEEE International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES), (pp. 94-97). Kremenchuk, Ukraine. https://doi.org/10.1109/MEES.2019.8896455.

Следующие статьи из текущего раздела:

Предыдущие статьи из текущего раздела:

Посетители

3171490
Сегодня
За месяц
Всего
527
11501
3171490

Гостевая книга

Если у вас есть вопросы, пожелания или предложения, вы можете написать их в нашей «Гостевой книге»

Регистрационные данные

ISSN (print) 2071-2227,
ISSN (online) 2223-2362.
Журнал зарегистрирован в Министерстве юстиции Украины.
 Регистрационный номер КВ № 17742-6592ПР от 27.04.2011.

Контакты

40005, г. Днепр, пр. Д. Яворницкого, 19, корп. 3, к. 24 а
Тел.: +38 (056) 746 32 79.
e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Вы здесь: Главная Архив журнала по выпускам 2020 Содержание №1 2020 Обзор методов повышения энергоэффективности асинхронных машин