Методика оптимизации частоты коммутации в преобразователях частоты

Рейтинг:   / 0
ПлохоОтлично 

Authors:


В. П. Нерубацкий, orcid.org/0000-0002-4309-601X, Украинский государственный университет железнодорожного транспорта, г. Харьков, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

А. А. Плахтий, orcid.org/0000-0002-1535-8991, Украинский государственный университет железнодорожного транспорта, г. Харьков, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Д. В. Тугай, orcid.org/0000-0003-2617-0297, Харьковский национальный университет городского хозяйства имени А. Н. Бекетова, г. Харьков, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Д. А. Гордиенко, orcid.org/0000-0002-0347-5656, Украинский государственный университет железнодорожного транспорта, г. Харьков, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.


повний текст / full article



Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2021, (1): 103 - 110

https://doi.org/10.33271/nvngu/2021-1/103



Abstract:



Цель.
Представить методику определения оптимальной частоты коммутации в преобразователях частоты и автономных инверторах напряжения, нагрузкой которых является асинхронный электродвигатель. Методика базируется на определении зависимостей статических и динамических потерь мощности в силовых ключах инвертора от частоты коммутации и зависимости потерь мощности в обмотках асинхронного двигателя от высших гармоник токов, которые также зависят от частоты коммутации.


Методика.
Полиномиальная аппроксимация энергетических характеристик силовых транзисторов. Общие положения теории электрических цепей. Определение дополнительных потерь мощности в обмотках асинхронного двигателя от высших гармоник выполнено на базе аналитического расчёта и имитационного моделирования в программной среде Matlab/Simulink и специализированной программы от производителя силовых ключей Mitsubishi – MelcoSim 5.1.


Результаты.
Представлена методика оптимизации частоты широтно-импульсной модуляции в преобразователях частоты, нагрузкой которых является асинхронный двигатель, по критерию минимума суммарных потерь мощности в силовых транзисторах инвертора и сопротивлении обмоток двигателя. Предложенная методика расчёта позволяет в программной среде MelcoSim с достаточно высокой точностью определять зависимость статических и динамических потерь в силовых IGBT-транзисторах. Для расчёта потерь в двигателе показано, что частота коммутации силовых ключей влияет на коэффициент гармонических искажений и среднее значение фазного тока асинхронного двигателя. При условии, что полезное действие в асинхронном двигателе выполняет только первая гармоника тока, приведена зависимость дополнительных потерь мощности от частоты коммутации.


Научная новизна.
Представлена методика оптимизации частоты широтно-импульсной модуляции по критерию минимума дополнительных потерь мощности в сопротивлении обмоток двигателя от высших гармоник тока и статических и динамических потерь в силовых транзисторах инвертора. Представлена аналитическая зависимость дополнительных потерь мощности в активном сопротивлении обмоток асинхронных двигателей в функции коэффициента гармонических искажений фазного тока автономного инвертора напряжения.


Практическая значимость.
Представленная методика позволяет определить оптимальную частоту модуляции в преобразователях частоты с асинхронными двигателями и обеспечить минимальные суммарные потери мощности и максимальное значение КПД в системе «автономный инвертор напряжения – асинхронный двигатель».


Ключевые слова:
частота коммутации, высшие гармоники тока, потери мощности, коэффициент гармонических искажений, имитационное моделирование, преобразователь частоты, асинхронный двигатель

References.


1. Blahnik, V., & Talla, J. (2016). Single-phase synchronization for traction active rectifier. International Conference on Applied Electronics (AE). https://doi.org/10.1109/ae.2016.7577233.

2. Plakhtii, O. A., Nerubatskyi, V. P., Kavun, V. Ye., & Hordiienko, D. A. (2019). Active single-phase four-quadrant rectifier with improved hysteresis modulation algorithm. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (5), 93-98. https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-5/16.

3. Ahmadzadeh, Т., Sabahi, М., & Babaei, E. (2017). Modified PWM control method for neutral point clamped multilevel inverters. 14 th International Conference on Electrical Engineering /Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology (ECTI-CON), 765-768. https://doi.org/10.1109/ECTICon.2017.8096351.

4. Maurya, S., Mishra, D., Singh, K., Mishra, A. K., & Pandey, Y. (2019). An Efficient Technique to reduce Total Harmonics Distortion in Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter. 2019 IEEE International Conference on Electrical, Computer and Communication Technologies (ICECCT). https://doi.org/10.1109/icecct.2019.8869424.

5. Rezinkin, O., Rezinkina, M., Danyluk, A., & Tomashev­skyi, R. (2019). Formation of high-voltage pulses with nanosecond fronts in low-impedance loads. 2019 IEEE 2 nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), 464-467. https://doi.org/10.1109/UKRCON.2019.8880015.

6. Bouzida, A., Abdelli, R., & Ouadah, M. (2016). Calculation of IGBT power losses and junction temperature in inverter drive. 2016 8 th International Conference on Modelling, Identification and Control (ICMIC), 768-773. https://doi.org/10.1109/icmic.2016.7804216.

7. Onederra, O., Kortabarria, I., de Alegria, I. M., Andreu, J., & Garate, J. I. (2017). Three-phase VSI optimal switching loss reduction using variable switching frequency. IEEE Transactions on Power Electronics, 32(8), 6570–6576. https://doi.org/10.1109/tpel.2016.2616583.

8. Plakhtii, O., Nerubatskyi, V., Khomenko, I., Tsybulnyk, V., & Syniavskyi, A. (2020). Comprehensive study of cascade multilevel inverters with three level cells. 2020 IEEE 7 th International Conference on Energy Smart Systems (ESS), 277-282. https://doi.org/10.1109/ESS50319.2020.9160258.

9. Gervasio, F., Mastromauro, R., & Liserre, M. (2015). Power losses analysis of two-levels and three-levels PWM inverters handling reactive power. IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT), 1123-1128. https://doi.org/10.1109/icit.2015.7125248.

10. Rodder, S., Biswas, M., & Khan, Z. (2016). A modified PWM technique to improve total harmonic distirtion of multilevel inverter. 9 th International Conference on Electrical and Computer Engineering (ICECE), 4654. https://doi.org/10.1109/ICECE.2016.7853970.

11. Martinez, C., Lazaro, A., Quesada, I., Lucena, C., Barrado, A., & Vazquez, R. (2012). THD minimization for railway applications through harmonic spectrum optimization. 2012 Twenty-Seventh Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). https://doi.org/10.1109/apec.2012.6166035.

12. Shobini, M. M., Kamala, J., & Rathna, R. (2017). Analysis and simulation of flying capacitor multilevel inverter using PDPWM strategy. 2017 International Conference on Innovative Mechanisms for Industry Applications (ICIMIA), 91-95. https://doi.org/10.1109/ICIMIA.2017.7975578.

13. Ferdowsi, F., Yazdankhah, A. S., & Rohani, H. (2014). A combinative method to control output power fluctuations of large grid-connected photovoltaic systems. 2014 14 th International Conference on Environment and Electrical Engineering. https://doi.org/10.1109/EEEIC.2014.6835875.

14. Plakhtii, O., Nerubatskyi, V., Sushko, D., Hordiienko, D., & Khoruzhevskyi, H. (2020). Improving the harmonic composition of output voltage in multilevel inverters under an optimum mode of amplitude modulation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(8(104)), 17-24. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.200021.

15. Yang, S., Wang, P., & Tang, Y. (2017). Feedback linearization-based current control strategy for modular multilevel converters. IEEE Transactions on Power Electronics, 33(1), 161-174. https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2662062.

16. Plakhtii, O. A., Nerubatskyi, V. P., Hordiienko, D. A., & Kho­ruzhevskyi, H. A. (2020). Calculation of static and dynamic losses in power IGBT-transistors by polynomial approximation of basic energy characteristics. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (2), 82-88. https://doi.org/10.33271/nvngu/2020-2/082.

17. Shruti, K. K., Valsalan, T., & Poorani, S. (2017). Single phase active front end rectifier system employed in three phase variable frequency drive. International Journal of Innovative Research in Electrical, Electronics, Instrumentation and Control Engineering, 5(1), 121-129. https://doi.org/10.17148/IJIREEICE.

18. Artemenko, M. Y., Batrak, L. M., Polishchuk, S. Y., My­khal­skyi, V. M., & Shapoval, I. A. (2016). The effect of load power factor on the efficiency of three-phase four-wire power system with shunt active filter. 2016 IEEE 36 th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). https://doi.org/10.1109/elnano.2016.7493067.

19. Kazakov, Yu. B., & Shvetsov, N. K. (2015). Calculated analysis of losses in steel asynchronous motors when powered by frequency converters with non-sinusoidal output voltage. ISUE Bulletin, 5, 1-5.

20. Petrenko, A. N., Tanyanskyi, V. I., & Petrenko, N. Y. (2012). Additional power loss in a frequency-controlled induction motor due to voltage higher harmonics. Electrical engineering & electromechanics, 5, 34-35.

21. Kazakov, Yu. B., & Shvetsov, N. K. (2017). Calculating analysis of steel losses in induction motors fed by frequency converters with non-sinusoidal output voltage. International conference “Actual problems of electromechanics and electrical technologies APEET–2017”, 163-168. https://doi.org/10.17588/2072-2672.2015.5.042-046.

22. Lin, D., Zhou, P., Fu, W. N., Badics, Z., & Cendes, Z. J. (2004). A Dynamic Core Loss Model for Soft Ferromagnetic and Power Ferrite Materials in Transient Finite Element Analysis. IEEE Transactions on Magnetics, 40(2), 1318-1321. https://doi.org/10.1109/tmag.2004.825025.

 

Следующие статьи из текущего раздела:

Предыдущие статьи из текущего раздела:

Посетители

3479529
Сегодня
За месяц
Всего
355
355
3479529

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 2021 Содержание №1 2021 Методика оптимизации частоты коммутации в преобразователях частоты