Розробка та дослідження моделі АД з прямим керуванням моментом в MATLAB
Автор: Шмигельський Андрій Володимирович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: заочна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Сучасні електроприводи, особливо ті, що базуються на асинхронних двигунах, широко використовуються в промисловості, транспорті та побутових застосуваннях завдяки їхній простоті, надійності та економічності. Однак класичні методи керування такими двигунами мають обмеження, які впливають на динамічні характеристики та енергоефективність системи. Одним із революційних підходів до подолання цих проблем стало пряме керування моментом (Direct Torque Control, DTC). Ця технологія була вперше представлена наприкінці 1980-х років і з того часу здобула визнання завдяки високій швидкодії, точності регулювання моменту та простоті впровадження. Пряме керування моментом є методикою регулювання, яка базується на безпосередньому контролі електромагнітного моменту та магнітного потоку двигуна. На відміну від традиційного векторного керування, де необхідно використовувати складні математичні перетворення, DTC оперує в природних координатах статора. Це дозволяє зменшити затримки в системі керування та забезпечити високу динамічну реакцію двигуна. Головна особливість DTC полягає в тому, що момент і потік безпосередньо розраховуються за параметрами двигуна, а потім коригуються через комутацію напруги на виході інвертора. Актуальність DTC: Ефективне керування асинхронними двигунами є важливим завданням у промислових процесах, де потрібна висока точність моменту, стабільність швидкості та енергоефективність. Пряме керування моментом дозволяє мінімізувати втрати енергії та покращити експлуатаційні характеристики електроприводів. Крім того, DTC підходить для роботи в умовах змінного навантаження, що робить його ідеальним для застосувань, таких як транспортні системи, помпи, компресори та приводи для верстатів. Серед основних переваг прямого керування моментом можна виділити: • Високу швидкодію системи, що досягається за рахунок прямого регулювання моменту і потоку. • Простішу реалізацію порівняно з класичними векторними методами, оскільки немає необхідності в зворотному перетворенні координат. • Покращену енергоефективність завдяки мінімізації втрат у системі. • Відсутність необхідності в датчиках швидкості, що знижує вартість і складність апаратного забезпечення. Пряме керування моментом знайшло широке застосування в таких сферах, як приводи для електричних транспортних засобів, промислове обладнання, системи кондиціонування повітря та ліфти. Завдяки своїй універсальності та надійності, цей метод продовжує вдосконалюватися і залишається актуальним у контексті розвитку сучасної електроніки й силових перетворювачів. В першому розділі пояснювальної записки розглянуто загальні відомості про систему перетворювач частоти – асинхронний двигун з прямим керуванням моментом АД. Особлива увага приділена перевагам такого приводу: високій швидкодії системи, що досягається за рахунок прямого регулювання моменту і потоку; простішій реалізації порівняно з класичними векторними методами; покращеній енергоефективність завдяки мінімізації втрат у системі та відсутності необхідності в датчиках швидкості, що знижує вартість і складність апаратного забезпечення. Об’єкт дослідження – електропривод перетворювач частоти з асинхронним двигуном та прямим керуванням моментом. Предмет дослідження – перехідні процеси в електроприводі перетворювач частоти з асинхронним двигуном з прямим керуванням моментом, зокрема в режимі запуску від джерела постійної напруги, плавного розгону, зміни завдання на швидкість, накиду навантаження. Мета дослідження: розробити ефективну модель системи ПЧ-АД з прямим керуванням моментом в MATLAB. В другому розділі розглянута теорія прямого керування моментом АД. Особлива увага приділена потокозчепленню в асинхронних машинах, адже потокозчеплення є одним із ключових параметрів, що визначає електромагнітні процеси в асинхронній машині. В третьому розділі розглянута розробка в MATLAB моделі перетворювача частоти з асинхронним двигуном та з прямим керуванням моментом. В четвертому розділі здійснено дослідження моделі перетворювача частоти з асинхронним двигуном та з прямим керуванням моментом в MATLAB в режимі запуску від джерела постійної напруги, плавного розгону, зміни завдання на швидкість, накиду навантаження. Ключові слова: перетворювач частоти, асинхронний двигун, пряме керування моментом, модель. Перелік використаних літературних джерел: 1. T. Reddy & P. Nair (2022). "Improving Efficiency with Adaptive V/F Control," Renewable Energy Technology Journal. 2. Shashank S. & P. Pillai (2023). "Optimization of Scalar Control in VSDs for Efficient Fan Applications," IEEE Access. 3. D. Shirokov (2023). "Adaptive Controllers in Variable Speed Drives," International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 4. G. Kim & K. Park (2023). "Dynamic Modeling of IMs for Enhanced Speed Control," Springer Electrical Systems.