Науковий вісник НГУ

Огляд методів підвищення енергоефективності асинхронних машин

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №1 2020

Останнє оновлення: 11 березня 2020

Опубліковано: 11 березня 2020

Перегляди: 2368

Authors:

Г.Г.Дяченко, orcid.org/0000-0001-9105-1951, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.; Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

О.О.Азюковський, кандидат технічних наук, доцент, orcid.org/0000-0003-1901-4333, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.; Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

 повний текст / full article

Мета.Представити комплексний огляд на основі вітчизняного й зарубіжного досвіду існуючих методів оптимізації в задачах мінімізації втрат в електромеханічних системах з асинхронною машиною для зменшення загальної кількості споживаної електроенергії з мережі.

Методика.Проведено детальне вивчення розробок у галузі оптимізації енергоефективності трифазних машин змінного струму, що спираються на використання оптимальних методів управління та проектування. Особлива увага приділена системам, що використовують векторний тип керування як основу для подальших досліджень. У цій галузі було простежено стійкий розвиток кількох тенденцій. Опорне значення струму, що генерує поле, є додатковою мірою свободи в математичній моделі досліджуваної системи. Крім того, даний струм впливає на динаміку магнітного потокозчеплення й величину механічного крутного моменту. Реалізована модель дозволяє проводити порівняльний аналіз різних підходів для забезпечення мінімального споживання енергії при адекватній інтенсивності перехідних процесів.

Результати.Серед численних методів управління було виділено просте управління станом двигуна, алгоритми оптимізації ефективності на базі моделей втрат і пошукові алгоритми. Приклад моделювання оптимізації енергоефективності асинхронної машини був виконаний у рамках системи векторного керування, орієнтованій по полю ротора з урахуванням ступінчастої траєкторії крутного моменту навантаження. Ступінчаста траєкторія можлива як результат механічного збурення або коли двигун виконує складні профілі швидкості, або протидіє ударному навантаженню.

Наукова новизна.Ретельний аналіз показав, що існуючі алгоритми оптимізації у звичайних системах все ще можуть бути використані для прикладних застосувань. Однак деякі існуючі проблеми в досягненні найкращого контролю не були узагальнені. Відповідно, цей огляд уперше дає деякі пропозиції щодо майбутніх досліджень і розробки енергоефективного управління асинхронними двигунами в динамічних режимах.

Практична значимість.Трифазні асинхронні електроприводи – це нелінійна система, яку важко точно теоретично описати через їх раптові зміни умов режиму роботи та зміни параметрів. Таким чином, необхідні розширені алгоритми для підвищення їх енергетичної ефективності на додаток до ефективних апаратних рішень. Запропонований приклад альтернативного рішення призведе до розробки вдосконалених систем управління електромеханічними 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 2005, 2, (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 Systems, 35, (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.

• < Попередня
• Наступна >