КОМП'ЮТЕРНА ОПТИМІЗАЦІЯ ЧАСТОТИ КОМУТАЦІЇ ТРАНЗИСТОРНИХ ШИРОТНО-ІМПУЛЬСНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2313-8890.2023.05.02Ключові слова:
транзисторний перетворювач, частота комутації транзисторів, електричні втрати, коефіцієнт пульсацій струму, імітаційне моделюванняАнотація
Метою роботи є розробка алгоритму визначення оптимальної частоти комутації транзисторного широтно-імпульсного перетворювача (ШІП) для мінімізації загальних електричних втрат в електроприводі постійного струму. Електричні втрати в обмотці якоря і транзисторах ШІП розділені на дві складові: статичні від постійної складової струму і динамічні. До останніх віднесені втрати в обмотці якоря від гармонійних складових струму та втрати в транзисторах від перехідних струмів комутації. Оскільки динамічні електричні втрати в транзисторах зі зростанням частоти зростають, а в обмотці якоря від гармонік струму зменшуються, то існує оптимальне значення частоти комутації ШІП, при якій загальні динамічні втрати в електроприводі з ШІП будуть мінімальними. Поставлена мета досягається вирішенням задачі визначення залежності динамічних електричних втрат в обмотці якоря від частоти комутації ШІП та комп'ютерного моделювання транзисторного електроприводу. В результаті одержаний аналітичний вираз відносних динамічних електричних втрат в обмотці якоря при полігармонійному живленні, які прямо пропорційні квадрату коефіцієнта пульсацій струму. Запропоновано алгоритм визначення оптимальної частоти комутації ШІП: 1) на комп'ютерних моделях двигуна і ШИП визначають залежності динамічних електричних втрат від частоти комутації; 2) будують графік залежності загальних динамічних електричних втрат транзисторного електроприводу від частоти, на якому визначають точку мінімуму втрат та оптимальне значення частоти комутації. Новизна роботи полягає в отриманні аналітичного виразу відносних динамічних електричних втрат в обмотках якоря при полігармонійному живленні, гідно якого втрати від гармонійних складових струму прямо пропорційні квадрату коефіцієнта пульсацій струму. Наведено приклад практичного використання запропонованого алгоритму розрахунку оптимальної частоти транзисторного електроприводу постійного струму.
Посилання
Lasocki J., Krawczyk P., Kopczyński A., Roszczyk P., Hajduga A. Analysis of the strategies for managing extended-range electric vehicle powertrain in the urban driving cycle. Electrical Engineering & Electromechanics, 2022, no. 1, pp. 70-76. doi:https://doi.org/10.20998/2074-272X.2022.1.10.
Klepikov V. B., Semikov A. V. Energy efficiency of electric vehicle regenerative mode. Technical Electrodynamics, 2017, №6, pp. 36–42.
Zhemerov G. G., Ivakhno V. V., Koval’chuk O. I. Calculation of the power loss and temperature of the structure of transistor-diode modules in computer simulation convtrters. Electrical Engineering & Electromechanics, 2011, no. 4, pp. 21-29.
Plakhtii O. A., Nerubatskyi V. P., Hordiienko D. A., Khoruzhevskyi H. A. Calculation of static and dynamic losses in power IGBTtransistors by polynomial approximation of basic energy characteristics. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 2020, pp. 8288. https://doi.org/10.33271/nvngu/20202/082
Nerubatskyi V. P., Plakhtii O. A., Tugay D. V., Hordiienko D. A. Method for optimization frequency in frequency convertor. Nakoviy visnik natsionalnogo girnichogo universitetu, 2021, №1, pp. 103-111. https://doi.org/10.33271/nvngu/20211/103
Goolak S., Riabov Ie., Tkachenko V., Sapronova S., Rubanik I. Model of pulsating current traction motor taking into consideration magnetic losses in steel. Electrical Engineering & Electromechanics, 2018, no. 6, pp. 11-17. doi: 10.20998/2074-272X. 2021.6.02
Kharchenko V., Kostenko I., Liubarskyi B., Shaida V., Kuravskyi M., Petrenko О. Simulating the traction electric drive operation of a trolleybus equipped with mixed excitation motors and a DC-DC converter. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2020, vol. 3, no. 9 (105), pp. 46-54. doi: 10.15587/1729-4061.2020.205288.
Rens J., Vandenbossche L., Dorez O. Iron Loss Modelling of Electrical Traction Motors for Improved Prediction of Higher Harmonic Losses. World Electric Vehicle Journal, 2020, vol.11, no 1, p. 24. doi: 10.3390/wevj11010024.
Yamazaki K., Noiaki F. Torque and Loss Calculation of Rotating Mashines Considering Laminated Core. IEEE Transactions on Magnetics, 2011, vol. 47, no. 5, pp. 994 – 997. doi: 10.1109 / TMAG.2010.2089501
Edison Gundabattini, Arkadiusz Mystkowski, Adam Idzkowski, Raja Singh R. and Darius Gnanaraj Solomon Thermal Mapping of a High‐Speed Electric Motor Used for Traction Applications and Analysis of Various Cooling Methods - A Review. Energies, 2021, no14, p. 1472. doi: 10.3390/en14051472.
Yeongsu Bak, Kyo-Beum Lee. Reducing Switching Losses in Matrix Convertor Drives: Disconinuous PWM Method. Journal Power Electron (THE KOREEN INSTITUTE POWE ELECTONICS), 2018, vol. 18, no. 5, pp. 1325-1335.
Goolak S., Sapronova S., Tkachenko V., Riabov I., Batrak Y. Improvement of the model of power losses in the pulsed current traction motor in an electric locomotive. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2020, vol. 6, no. 5 (108), pp. 38-46. doi: 10.15587/1729-4061.2020.218542.
Lingxiao Xue, Guj-Jia Su, Burak Ozpineci. DC-Ripple-Enerrgy Adaptive-Minimization Modulation Scheme for a High Power Density Convertor. IEEE Appled Power Electronics Conference (APEC). District of Columbia (USA), 2021, pp. 186-191.
Tcarafidy Raminosoa, Randy Willis, Kevin Bannion. A High-Speed High-Power-Density Non-Heavy Rare-Earth Permanent Magnet Traction Motor. 2020 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). Detroit, Michigan (USA), 2020, pp. 61-67.
Gervasio F., Mastromauro R., Liserre M. Power losses analysis of twolevels and threelevels PWM inverters handling reactive power. IEEE International Conference on In dustrial Technology (ICIT), 2015, p. 11231128. https://doi.org/10.1109/ icit.2015.7125248.
Glazenko T. A. Semiconductor converters in direct current electric drives. L . Energy, 1973. 304 p.
Petrenko A. N., Tanyansky V. I., Petrenko N. Ya. Additional power losses from higher harmonics of a frequency-controlled induction motor. Electrical Engineering & Electromechanics, 2012, no. 5, pp. 34-35.
German-Galkin S. G. Computer model of the semiconduc-tor systems in MATLAB 6.0. S. Petersburg. CORONA. 2007.
Kovalov V., Kovalova Yu., Shcherbak I. Mechanical Power of DC Motors with Polygarmonic Power Supply Problemele energeticii regionale. Chisinau, Republika Moldova, 2022, №1(53), pp. 1–9. https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.1-53.01
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами: Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи, яка через [6 місяців] з дати публікації автоматично стає доступною на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).