DOI: https://doi.org/10.15588/1607-6761-2017-2-3

ANALYTICAL CALCULATION OF THE BASIC ELECTROMAGNETIC LOSSES OF THE ENERGY OF THE FREQUENCY-REGULATED ASYNCHRONOUS ENGINE IN POSITIONING

V. O. Volkov

Abstract


Purpose. Obtaining analytical dependencies for the calculation of the main electromagnetic energy losses of a frequency-controlled induction motor in positioning modes with small displacements for various types (linear, parabolic and quasi-optimal) of its velocity variation.

Methodology. Similarity methods, differential and integral calculus, analytical interpolation, mathematical analysis.

Findings. Analytical dependencies for calculation of current electromagnetic power losses and basic electromagnetic energy losses of a frequency-controlled asynchronous motor in the modes of positioning with small displacements for various types (linear, parabolic and quasi-optimal) of its velocity are obtained. A universal form of the analytical dependence for calculating the optimal acceleration and deceleration times for a frequency-controlled asynchronous motor for positioning with small displacements, corresponding to minimization of the main electromagnetic energy losses of this engine with the indicated positioning for various species (linear, parabolic and quasi-optimal), is obtained. A comparative quantitative assessment of the change is made: the optimum values of the main electromagnetic energy losses of the frequency-controlled asynchronous engine and the corresponding maximum speed and optimal acceleration and deceleration times, in the function of the set prescribed small displacements for the various engine speed trajectories under consideration.

Originality. For the first time, analytical dependencies for the calculation of the main electromagnetic energy losses of a frequency-controlled asynchronous motor are obtained for positioning with small displacements as a function of the set values of the movement of the motor shaft and the set values of its acceleration and deceleration times for the specified specified displacements. For the first time, dependences are obtained for a quantitative estimate of the minimum fundamental electromagnetic energy losses of an induction motor and the corresponding maximum speed and optimal acceleration and deceleration times in the function of the set given small displacements for a linear, parabolic and quasi-optimal trajectory of the engine speed during positioning.

Practical value.  The calculated analytical dependencies obtained are intended for a quantitative estimation of the main electromagnetic energy losses of a frequency-controlled induction motor in the small-displacement mode. By determining, using the proposed analytical dependencies of the maximum speed values and the optimum acceleration and deceleration times of the frequency-controlled asynchronous motor, minimization of its main electromagnetic energy losses is achieved by positioning for linear, parabolic and quasi-optimal velocity trajectories.


Keywords


asynchronous motor; frequency regulation; electromagnetic energy losses; positioning

References


Bulgakov, A. A. (1966). Chastotnoye upravleniye asinkhronnymi elektrodvigatelyami, Moscow, Nauka, 1966, 298.

Pivnyak, G. G., Volkov, A. V. (2006). Sovremennyye chastotno-reguliruyemyye asinkhronnyye elektroprivody s shirotnoimpulsnoy modulyatsiyey, Dnepropetrovsk: Natsionalnyy gornyy universitet, 470.

Polyakov, V. N. (2006). Ekstremal'noye upravleniye elektricheskimi dvigatelyami, Yekaterinburg: UGTU–UPI, 420.

Radin, V. I., Bruskin, D. E., Zorokhodich, A. Ye. (1988). Elektricheskiye mashiny: asinkhronnyye mashiny: Ucheb. dlya elektromekh. spets. Vuzov, Pod red. N.P. Kopylova, Moscow, Vyssh.shk., 328.

Sandler, A. S., Sarbatov, R. S. Avtomaticheskoye chastotnoye upravleniye asinkhronnymi dvigatelyami, Moscow, Energiya, 1974, 328.

Shreyner, R. T., Dmitrenko, Yu. A. (1982). Optimal'noye chastotnoye upravleniye asinkhronnymi elektroprivodami, Kishinev: Shtiintsa, 224.

Kovach, K. P., Rats, I. (1963). Perekhodnyye protsessy v mashinakh peremennogo toka, Per. s nem. yaz., Moscow: Gosenergoizdat, 744.

Merfi, Dzh. (1979). Tiristornoye upravleniye dvigatelyami peremennogo toka, Moscow, Energiya, 256.

Volkov, A. V., Kolesnikov, A. A. (2013). Energosberegayushcheye upravleniye skorost'yu chastotno-reguliruyemogo asinkhronnogo dvigatelya v puskotormoznykh rezhimakh, Elektrotekhnika, 5, 2 – 9.

Volkov, V. A. (2017). Elektrosberezheniye v chastotno-reguliruyemykh asinkhronnykh elektroprivodakh posredstvom optimizatsii vremen ikh razgona i tormozheniya, Vísnik Natsíonal'nogo tekhníchnogo uníversitetu «Kharkívs'kiy polítekhníchniy ínstitut», 27 (1249), 258-263.

Petrov, Yu. P. (1961). Optimal'noye upravleniye elektroprivodom, Moscow-Leningrad, Gosenergoizdat, 187.

Petrov, Yu. P. (1971). Optimal'noye upravleniye elektroprivodom s uchetom ogranicheniy po nagrevu, Leningrad, Energiya, 144.

Tolochko, V. I., Rozkaryaka, P. I., Chekavskiy, G. S. (2011). Optimizatsiya elektropotrebleniya pozitsionnogo elektroprivoda s vektornym upravleniyem asinkhronnym dvigatelem, Naukoví pratsí Donets'kogo natsíonal'nogo tekhníchnogo uníversitetu, 11 (186), 396 – 406.

Tikhovod, S. M. (2015). Usovershenstvovaniye iteratsionnykh metodov resheniya sistem nelineynykh uravneniy sostoyaniya magnitoeletricheskikh skhem zameshcheniya, Elektrotekhníka ta elektroenergetika, 1, 30 – 46. DOI: http://dx.doi.org/10.15588/ 1607-6761-2015-1-8

Tikhovod, S. M., Kornus, T. M., Patalakh, D. G. (2015). Metod uskorennogo chislennogo rascheta perekhodnykh protsessov v elektricheskikh tsepyakh na osnove approksimatsii resheniya algebraicheskimi polinomami, Elektrotekhníka ta elektroenergetika, 2, 48 – 54. DOI: http://dx.doi.org/10. 15588/1607-6761- 2015-2-7

Volkov, V. A. (2016). Optimalnoye i kvazioptimalnoye energosberegayushcheye upravleniye polozheniyem chastotnoreguliruyemogo asinkhronnogo dvigatelya, Elektrotekhníka ta elektroyenergetika, 1, 25 – 34. DOI: http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761- 2016 -1-4.

Kalnitskiy, L. A., Dobrotin, D. A., Zheverzhev, V. F. (1976). Spetsialnyy kurs vysshey matematiki dlya vuzov, ucheb. Posobiye, Moscow, 389.

Venikov, V. A. (1976). Teoriya podobiya i modelirovaniya. Moscow, 479.


GOST Style Citations


1. Булгаков А.А. Частотное управление асинхронными электродвигателями / А.А. Булгаков. – М.: Наука 1996. – 298 с.

2. Пивняк Г.Г. Современные частотно-регулируемые асинхронные электроприводы с широтно-импульсной модуляцией / Г.Г. Пивняк, А.В. Волков. – Днепропетровск: Национальный горный университет, 2006. – 470с.

3. Поляков В.Н. Экстремальное управление электрическиим двигателями / В.Н. Поляков, Р.Т. Шрейнер. – Екатеринбург:УГТУ–УПИ,2006– 420с.

4. Радин В.И. Электрические машины: асинхронные машины: Учеб. для электромех. спец. вузов / В.И. Радин, Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович: Под.ред. И.П. Копылова. – М.: Высш.шк., 1988. – 328с.

5. Сандлер А.С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями / А.С. Сандлер, Р.С. Сарбатов. – М.: Энергия, 1974. – 328с.

6. Шрейнер Р.Т. Оптимальное частотное управление асинхронными электроприводами / Р.Т. Шрейнер, Ю.А. Дмитренко. – Кишинев: Штиинца, 1982. – 224с.

7. Ковач К.П. Переходные процессы в машинах переменного тока / К.П. Ковач, И. Рац. Пер. с нем. яз. – М.: Госэнергоиздат, 1963. – 744с.

8. Мэрфи Дж. Тиристорное управление двигателями переменного тока / Дж. Мэрфи. – М., Энергия, 1979. – 256с.

9. Волков А.В. Энергосберегающее управление скоростью частотно-регулируемого асинхронного двигателя в пускотормозных режимах / А.В. Волков, А.А. Колесников / Электротехника. – 2013. – № 5. – С.2 – 9.

10. Волков В.А. Энергосбережение в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах посредством оптимизации времен их разгона и торможения / В.А. Волков / Вісник Національного технічного університету «Харківський політех-нічний інститут». – 2017. – № 27 (1249). – С.258 – 263.

11. Петров Ю.П. Оптимальное управление электроприводом / Ю.П. Петров. – М.–Л.: Госэнергоиз-дат, 1961. – 187с.

12. Петров Ю.П. Оптимальное управление электроприводом с учетом ограничений по нагреву / Ю.П. Петров. – Л.: Энергия, 1971. – 144с

13. Толочко В.И. Оптимизация электропотребления позиционного электропривода с векторным управлением асинхронным двигателем / В.И. Толочко, П.И. Розкаряка, Г.С. Чекавский // Наукові праці Донецького національного технічного університету. – 2011. – № 11 (186). – С. 396 – 406.

14. Тиховод С.М. Усовершенствование итерационных методов решения систем нелинейных уравнений состояния магнитоэлетрических схем замещения / С.М. Тиховод // Електротехніка та електроенергетика.– 2015.– № 1. – С.30 – 46. DOI: 10.15588/1607-6761-2015-1-8 

15. Тиховод С.М. Метод ускоренного численного расчета переходных процессов в электрических цепях на основе аппроксимации решения алгебраическими полиномами / С.М. Тиховод, Т.М. Корнус, Д.Г. Паталах // Електротехніка та електроенергетика. – 2015. – № 2. – С.48 – 54. DOI: 10.15588/1607-6761- 2015-2-7

16. Волков В.А. Оптимальное и квазиоптимальное энергосберегающее управление положением частотнорегулируемого асинхронного двигателя / В.А. Волков // Електротехніка та електроенергетика. – 2016.– № 1. – С. 25–34. DOI: 10.15588/1607-6761- 2016-1-4

17. Кальницкий Л.А. Специальный курс высшей математики для вузов. Учеб. пособие / Л.А. Каль-ницкий, Д.А. Добротин, В.Ф. Жевержев. – М.: Высш.шк., 1976. – 389с.

18. Веников В.А. Теория подобия и моделирования / В.А. Веников. – М.: Высш.шк., 1976. – 479с.



Article Metrics

Metrics Loading ...

Metrics powered by PLOS ALM


Copyright (c) 2018 V. Volkov

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Address of the journal editorial office:

Editorial office of the the science journal "Electrical Engineering and Power Engineering" ("Electrotechnics and Electroenergetics")

Zaporozhye National Technical University, 

 Zhukovskiy street, 64, Zaporizhzhya, 69063, Ukraine. 

Telephone: +38-061-769-82-96 – the Editing and Publishing Department.

E-mail: rvv@zntu.edu.ua


Reference to the journal is obligatory in the cases of complete or partial use of its materials.