vestiagИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия аграрных наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Agrarian Series1817-72041817-7239The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1817-7204-2019-57-4-481-493vestiag-460Research ArticleМЕХАНІЗАЦЫЯ І ЭНЕРГЕТЫКАMECHANIZATION AND POWER ENGINEERINGСтруктурные схемы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором для частотно-регулируемого электропривода со скалярным и векторным управлениемBlock diagram of asynchronous motor with short-circuit rotor for a variable frequency drive with scalar and vector controlПрищеповМ. А.PryshchepauМ. A.

Прищепов Михаил Александрович – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры электрооборудования сельскохозяйственных предприятий.

пр. Независимости, 99, 220023, Минск.

Pryshchepov Mikhail A. – D . Sc . (Engineering), Associate Professor . The Belarusian State Agrarian Technical University.

99 Nezavisimosti Ave ., Minsk 220023.

pma.eshp@gmail.comДайнекоВ. А.DainekaV. A.

Дайнеко Владимир Александрович – кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедры электрооборудования сельскохозяйственных предприятий.

пр. Независимости, 99, 220023, Минск.

Daineko Vladimir A. – Ph .D .  (Engineering) .  Associate Professor . The Belarusian State Agrarian Technical University.

99 Nezavisimosti Ave ., Minsk 220023.

daineka49@gmail.comПрищеповаЕ. М.PryshchepavaE. M.

Прищепова Елена Михайловна – магистр технических наук, старший преподаватель кафедры электрооборудования сельскохозяйственных предприятий.

пр. Независимости, 99, 220023, Минск.

Pryshchepova Elena M. – M . S . (Engineering) . The Belarusian State Agrarian Technical University.

99 Nezavisimosti Ave., Minsk 220023.

pr.lena@tut.byБелорусский государственный аграрный технический университетBelarusian State Agrarian Technical University201908112019574481493Copyright © Прищепов М.А., Дайнеко В.А., Прищепова Е.М., 20192019Прищепов М.А., Дайнеко В.А., Прищепова Е.М.Pryshchepau М.A., Daineka V.A., Pryshchepava E.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestiagr.belnauka.by/jour/article/view/460

Современные системы управления частотно-регулируемых асинхронных электроприводах (ЭП) базируются на представлении трехфазного асинхронного двигателя (АД) двухфазной обобщенной электрической машиной. Это упрощает математическое описание АД и практическую реализацию систем управления частотно-регулируемых асинхронных ЭП, при этом математическое описание АД может проводится в различных системах координат. На практике при исследовании процессов в АД наиболее часто используется математическое описание и их структурные схемы в неподвижной системе координат ,  жестко связанной со статором и вращающейся синхронно с магнитным полем статора системе координат d, g осью d, ориентированной по вектору потокосцепления ротора  , что значительно упрощает исследование их математических моделей. Полученные структурные схемы содержат внутренние обратные связи, в том числе и нелинейные, вытекающие из уравнений проекций напряжений статора. Для компенсации внутренних ЭДС двигателя, наводимых в его статоре, используются обратные связи на входе преобразователей, что позволяет упростить структурные схемы двигателей, а соответственно, и анализ систем управления. Полученные математические модели и структурные схемы АД в неподвижной системе координат ,  и синхронно вращающейся d, g осью d, ориентированной по вектору потокосцепления ротора  , целесообразно использовать в системах частотно-регулируемых асинхронных ЭП, соответственно, со скалярным и векторным управлением. Введение в систему указанных ЭП напряжений обратных связей на входе преобразователя, компенсирующих ЭДС вращения АД, по аналогии с двигателями постоянного тока обеспечивает возможность независимого регулирования их магнитного потока и электромагнитного момента. Полученные математические модели и структурные схемы АД возможно использовать при разработке бездатчиковых систем частотно-регулируемых асинхронных ЭП, где по измеряемым значениям фазных токов и напряжений статора электродвигателя проводится расчет таких параметров двигателя, как потокосцепление, угловая скорость, электромагнитный момент и др.

Modern control systems for variable-frequency asynchronous electric drives (ED) are based on three-phase asynchronous motor (AM) represented by two-phase general electric machine. This simplifies mathematical description of AM and practical implementation of control systems of frequency-controlled asynchronous EDs, while the mathematical description of AM can be carried out in various coordinate systems. In practice, when studying processes in AM, mathematical description and their structural schemes are most often used in fixed coordinate system ,  rigidly connected to the stator and axis d synchronously rotating with the stator magnetic field coordinate system d, g, oriented on rotor interlinkage vector  , which greatly simplifies the study of their mathematical models. The obtained structural layouts contain internal back couplings, including nonlinear ones, resulting from the equations of the stator voltage projections. To compensate for the internal EMF of the motor induced in its stator, back couplings are used at the input of the converters, allowing to simplify the block diagrams of motors and, accordingly, the analysis of control systems. The resulting mathematical models and block diagrams of AM in a fixed coordinate system α, β and axis d synchronously rotating d, g, oriented on rotor interlinkage vector ψ , it is feasible to use in systems of frequency-controlled asynchronous EDs, respectively, with scalar and vector control . The introduction of back couplings voltages at the inlet of the converter into the system of the mentioned ED, compensating the EMF of the AM rotation, by analogy with DC motors, ensures independent control of their magnetic flux and electromagnetic moment .  The obtained mathematical models and AM block diagrams can be used for development of sensorless systems of frequency-controlled asynchronous EDs, where the motor parameters such as interlinkage, angular velocity, electromagnetic moment, etc .  are calculated from the measured values of phase current and stator voltage of electric motor .

электроприводчастотно-регулируемыйасинхронныйматематические моделиструктурные схемыскалярное управлениевекторное управлениебездатчиковые системыпотокосцеплениеэлектромагнитный моментугловая скоростьelectric drivefrequency-controlledasynchronousmathematical modelsblock diagramsscalar controlvector controlsensorless systemsinterlinkageelectromagnetic momentangular velocityReferencesФираго, Б. И. Векторные системы управления электроприводами / Б. И. Фираго, Д. С. Васильев. – Минск : Выш. шк., 2016. – 159 с.Firago B. I., Vasil’ev D. S. Vector systems for electric drive control. Minsk, Vysheishaya shkola Publ., 2016. 159 p. (in Russian).Принцип ориентации по полю – основа системы регулирования асинхронных машин // Автоматизированный электропривод, электротехнология и электроснабжение промышленных предприятий. – М., 1972. – С. 1–10. – (Экспресс-информация / Всесоюз. ин-т науч. и техн. информ. ; № 2).Blaschke F. Das Prinzip der Feldorientierung, die Grundlage für die Transvektor-Regelung von Drehfeldmaschinen. Siemens-Z, 1971, vol. 45, no. 10, pp. 757–760 (in German).Boldea, I. Electric drives / I. Boldea, S. A. Nasar. – Boca Raton : CRC Press, 1999. – 411 p.Boldea I., Nasar S. A. Electric drives. Boca Raton, CRC Press, 1999. 411 p.Vas, P. Sensorless vector control and direct torque control / P. Vas. – Oxford : Oxford Univ. Press 1998. – 729 p.Vas P. Sensorless vector control and direct torque control. Oxford, Oxford University Press 1998. 729 p.Шрейнер, Р. Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты / Р. Т. Шрейнер. – Екатеринбург : УРО РАН, 2000. – 654 с.Shreiner R. T. Mathematical modeling of AC electric drives with semiconductor frequency converters. Yekaterinburg, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2000. 654 p. (in Russian).Рудаков, В. В. Асинхронные электроприводы с векторным управлением / В. В. Рудаков, И. М. Столяров, В. А. Дартау. – Л. : Энергоатомиздат, 1987. – 134 с.Rudakov V. V., Stolyarov I. M., Dartau V. A. Asynchronous electric drives with vector control. Leningrad, Energoatomizdat Publ., 1987. 134 p. (in Russian).Осипов, О. И. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод / О. И. Осипов. – М. : Изд-во МЭИ, 2004. – 80 с.Osipov O. I. A frequency-regulated asynchronous electric drive. Moscow, Publishing house of the Moscow Energy Institute, 2004. 80 p. (in Russian).Виноградов, А. Б. Векторное управление электроприводами переменного тока / А. Б. Виноградов. – Иваново : Иванов. гос. энергет. ун-т им. В. И. Ленина, 2008. – 319 с.Vinogradov A. B. Vector control of AC electric drives. Ivanovo, Ivanovo State Power Engineering University named after V. I. Lenin, 2008. 319 p. (in Russian).Фираго, Б. И. Теория электропривода / Б. И. Фираго, Л. Б. Павлячик. – Минск : Техноперспектива, 2004. – 527 с.Firago B. I., Pavlyachik L. B. Electric drive theory. Minsk, Tekhnoperspektiva Publ., 2004. 527 p. (in Russian).Мальцева, О. П. Системы управления электроприводов / О. П. Мальцева, Л. С. Удут, Н. В. Кояин. – Томск : Изд-во Том. политехн. ун-та, 2007. – 82 с.Mal’tseva O. P., Udut L. S., Koyain N. V. Control systems for electric drives. Tomsk, Publishing house of the Tomsk Polytechnic University, 2007. 82 p. (in Russian).Иванов-Смоленский, А. В. Электрические машины / А. В. Иванов-Смоленский. – М. : Энергия, 1980. – 927 с.Ivanov-Smolenskii A. V. Electric machinery. Moscow, Energiya Publ., 1980. 927 p. (in Russian).Фираго, Б. И. Регулируемые электроприводы переменного тока / Б. И. Фираго, Л. Б. Павлячик. – Минск : Техноперспектива, 2006. – 363 с.Firago B. I., Pavlyachik L. B. Adjustable AC drives. Minsk, Tekhnoperspektiva Publ., 2006. 363 p. (in Russian).Удут, Л. С. Проектирование и исследование автоматизированных электроприводов / Л. С. Удут, О. П. Мальцева, Н. В. Кояин. – Томск : Изд-во Том. политехн. ун-та, 2009. – Ч. 8 : Асинхронный частотно-регулируемый электропривод. – 448 с.Udut L. S., Mal’tseva O. P., Koyain N. V. Design and study of automated electric drives. Part 8. An asynchronous frequency-controlled electric drive. Tomsk, Publishing house of the Tomsk Polytechnic University, 2009. 448 p. (in Russian).Ключев, В. И. Теория электропривода / В. И. Ключев. – М. : Энергоатомиздат, 1985. – 560 с.Klyuchev V. I. Electric drive theory. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1985. 560 p. (in Russian).Соколовский, Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием / Г. Г. Соколовский. – М. : Академия, 2006. – 265 с.Sokolovskii G. G. Electric drives of alternating current with frequency regulation: a textbook for university students. Moscow, Academiya Publ., 2006. 265 p. (in Russian).Чиликин, М. Г. Теория автоматизированного электропривода / М. Г. Чиликин, В. И. Ключев, А. С. Сандлер. – М. : Энергия, 1979. – 615 с.Chilikin M. G., Klyuchev V. I., Sandler A. S. Theory of an automated electric drive. Moscow, Energiya Publ., 1979. 615 p. (in Russian).Поздеев, А. Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах / А. Д. Поздеев. – Чебоксары : Изд-во Чуваш. ун-та, 1998. – 172 с.Pozdeev A. D. Electromagnetic and electromechanical processes in frequency-controlled asynchronous electric drives. Cheboksary, Publishing house of the Chuvash University, 1998. 172 p. (in Russian).Структурная схема и динамика электропривода с энергосберегающим асинхронным двигателем при произвольной ориентации вращающейся системы координат / В. И. Косматов [и др.] // Электротехн. системы и комплексы. – 2014. – № 1 (22). – С. 50–55.Kosmatov V.I., Zinov’ev A.M., Kochergin G.G., Karpova U. V. The block diagram and dynamics of the electric drive with the energy saving induction motor at the arbitrariest orientation of rotating coordinate system. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy = Electrotechnical Systems and Complexes, 2014, no. 1 (22), pp. 50–55 (in Russian).Николаев, А. А. Разработка усовершенствованной структурной схемы асинхронного двигателя в системе координат d-q относительно ротора без привязки к опорному вектору / А. А. Николаев, Ф. Ф. Муталлапова // Электротехника : сетевой электрон. науч. журн. – 2017. – Т. 4, № 2. – С. 3–12. – https://doi.org/10.24892/RIJEE/20170201Nikolaev A. A., Mutallapova F. F. Development of im-proved block diagrams for an asynchronous motor in the coor-dinate system d-q relative to the rotor without reference to the reference vector. Elektrotekhnika: setevoi elektronnyi nauchnyi zhurnal = Russian Internet Journal of Electrical Engineering, 2017, vol. 4, no. 2, pp. 3–12. https://doi.org/10.24892/ RIJEE/20170201Мурашкин, С. И. Асинхронный частотный электропривод с векторным управлением / С. И. Мурашкин // Вестн. КрасГАУ. – 2012. – № 9 (72). – С. 189–196.Murashkin S. I. The asynchronous frequency electric drive with vector control. Vestnik KrasGAU = The Bulletin of KrasGAU, 2012, no. 9 (72), pp. 189–196 (in Russian).Simovert Masterdrives. Vector Control [Electronic resource] : operating instructions. – Siemens, 1998. – Mode of access: http://www.siemens.com.tr/i/assets/otomasyon/vc31_komp_acac_e.pdf. – Date of access: 10.06.2019Simovert Masterdrives. Vector Control: operating instructions. Siemens, 1998. Available at: http://www.siemens. com.tr/i/assets/otomasyon/vc31_komp_acac_e.pdf (accessed 10.06.2019).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.