НАВАНТАЖУВАЛЬНІ ВИПРОБУВАННЯ СИЛОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ЧАСТОТИ НА ОСНОВІ ЕМУЛЯЦІЇ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН
The aspects of electrical load producing at the testing of power frequency converters are considered. The three-phase current setpoints are estimated on the basis of the discrete-time mathematical model of a motor in accordance with the measured mean values of converter output voltage. The emulation...
Saved in:
| Date: | 2014 |
|---|---|
| Author Affiliations: |
|
| Keywords: | keywords |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1113 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Technical Electrodynamics |
| Download file: |
|
Institution
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870203782683426816 |
|---|---|
| author | Сергієнко , Г.С. Старостін , С.С. |
| author_facet | Сергієнко , Г.С. Старостін , С.С. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Г.С. Сергієнко ",
"institution": "Донецький національний технічний університет, вул. Артема, 58, Донецьк, 83001, Україна "
},
{
"author": " С.С. Старостін ",
"institution": "Донецький національний технічний університет, вул. Артема, 58, Донецьк, 83001, Україна "
}
] |
| author_sort | Сергієнко , Г.С. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-01-10T12:06:36Z |
| description | The aspects of electrical load producing at the testing of power frequency converters are considered. The three-phase current setpoints are estimated on the basis of the discrete-time mathematical model of a motor in accordance with the measured mean values of converter output voltage. The emulation of electrical machine is performed by using of three-phase current control with the help of a matrix converter. The adequacy of the fulfilled developments is confirmed by the mathematical simulation that gives the pre-conditions for experimental researches. References 5, figures 4. |
| first_indexed | 2026-06-16T01:19:55Z |
| format | Article |
| fulltext |
120 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 4
УДК 621.314.2
НАВАНТАЖУВАЛЬНІ ВИПРОБУВАННЯ СИЛОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ЧАСТОТИ
НА ОСНОВІ ЕМУЛЯЦІЇ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН
Г.С.Сергієнко, С.С.Старостін, канд.техн.наук
Донецький національний технічний університет,
вул. Артема, 58, Донецьк, 83001, Україна
e-mail: sergii.starostin@dtf.donntu.edu.ua
Розглянуто аспекти створення електричних навантажень при випробуваннях силових перетворювачів частоти. Зав-
дання на фазні струми кола навантаження випробовуваного перетворювача визначено на основі дискретної мате-
матичної моделі електродвигуна відповідно до виміряних середніх значень вихідної напруги перетворювача. Здійснено
емуляцію електричної машини шляхом регулювання фазних струмів за допомогою навантажувального матричного пе-
ретворювача. Математичним моделюванням системи підтверджено адекватність виконаних розробок, що створює
передумови для експериментальних досліджень. Бібл. 5, рис. 4.
Ключові слова: перетворювач частоти, навантаження, емуляція двигуна, матричний перетворювач.
Вступ. Поширене використання силових перетворювачів частоти в системах електропривода передбачає
проведення навантажувальних випробувань як в процесі розробки нових типів перетворювачів, так і під час се-
рійного виробництва. Навантаження випробовуваного перетворювача зазвичай здійснюються за допомогою елек-
тромашинного агрегату (рис. 1). Альтернативою є емуляція електричної машини – відтворення її властивостей
апаратно-програмними засобами іншого пристрою. Таким пристроєм може бути інший силовий перетворювач [1,
5]. При цьому маємо відповідні техніко-економічні переваги, пов'язані з відсутністю необхідності мати широкий
спектр електричних машин, економією електроенергії, зменшенням потреб у площі для розташування обладнан-
ня, зниженням рівня експлуатаційних витрат і генерованого шуму. При такому підході навантажувальний пере-
творювач вирішуватиме задачу створення фазних струмів випробовуваного перетворювача, подібних до струмів
електричної машини. У попередніх розробках у цьому напрямку використовувався перетворювач частоти з про-
міжною ланкою постійної напруги [1, 3–5]. Між тим, з позицій регулювання фазних струмів виникає питання за-
стосування матричного перетворювача.
Отже, метою досліджень є визначення аспектів навантажувальних випробувань перетворювачів часто-
ти за допомогою матричного перетворювача.
Результати досліджень. Навантажувальні випробування силового перетворювача частоти з емуляцією
електричної машини здійснюються відповідно до функціональної схеми, показаної на рис. 1. До випробовува-
ного перетворювача через фазні дроселі L1–L3 підключено навантажувальний перетворювач. При цьому шля-
хом відповідного керування навантажувальним перетворювачем забезпечується регулювання фазних струмів i,
які визначаються за допомогою датчиків струму ТА і пристрою вимірювань. Завдання на фазні струми iSm роз-
раховується на математичній моделі двигуна у функції середньої величини вихідної напруги випробовуваного
перетворювача ūm. Цю інформацію одержуємо шляхом інтегрування сигналів датчиків фазної напруги TV за
період широтно-імпульсної модуляції випробовуваного перетворювача частоти.
© Сергієнко Г.С., Старостін С.С., 2014
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 4 121
Під час досліджень розглянуто задачу використання одного з варіантів перетворювача з ланкою по-
стійного струму (indirect matrix converter) [2] для формування навантажувальних струмів. При цьому у порів-
нянні зі звичайним перетворювачем з проміжної ланки постійної напруги вилучається конденсатор Cu (рис. 1),
що дає переваги щодо габаритів і надійності перетворювача. Керування інвертором перетворювача здійсню-
ється за принципом просторово-векторної широтно-імпульсної модуляції вихідної напруги.
Для реалізації керування матричним перетворювачем за допомогою мікропроцесорного контролера
DS1104 розроблено дискретну математичну модель асинхронного двигуна, подібну до розглянутої у [3]. Мо-
дель синтезовано на основі неперервного математичного опису асинхронної машини в системі координат "α-β",
що забезпечує зменшені обчислювальні витрати, на відміну від попередньої розробки [3], де основну частину
моделі було виконано в системі координат "d-q", орієнтованої за вектором потокозчеплення ротора. Модель ви-
значає очікувані фазні струми двигуна в залежності від виміряних середніх величин фазної напруги випробову-
ваного перетворювача. Ці розраховані струми утворюють завдання iSm для навантажувального перетворювача.
Суттєвим моментом функціонування системи (рис. 1) є регулювання фазних струмів шляхом відповід-
ного керування навантажувальним перетворювачем. Синтез регуляторів струмів здійснено з урахуванням мето-
дики, поданої в [4]. Передавальні функції регуляторів мають вигляд
)1()1(
1
( 12
R2
1
R1
1
R
R
Sm
R
iii
i
λ
e
i
i
i
ii
i)i(i )
)(
)()(
)(
−−−
−
−⋅++
−
⋅=
Δ
=
−
=
zzpzp
zd
k
i
u
ii
u
R
z
z
zz
z
z , (1)
де uR – сигнал керування перетворювачем, визначений регулятором струму; iSm, i – відповідно задане та фак-
тичне середні значення струму; Δi – похибка за струмом; de = exp ( – Ti / Te); Ti – інтервал дискретності регу-
лювання струму; Te = Le / Re – електромагнітна стала часу кола струму; Le, Re – відповідно індуктивність і ак-
тивний опір кола струму; zi = exp ( pTi) – оператор z-перетворення відносно інтервалу Ti; λ – кратність інтервалу
дискретності регулювання струму та періоду широтно-імпульсної модуляції матричного перетворювача.
Аперіодичний процес регулювання струму із заданою швидкодією забезпечується при параметрах пе-
редавальної функції регулятора (1), які відповідають виразам
;
)1(
iu
ae
iR
Σ
−
=
fkk
dR
k ;
)1()( a32
R1
Σ
−⋅+
=
f
dff
p ,
)1( a3
R2
Σ
−
=
f
df
p (2)
де ku – коефіцієнт передачі матричного перетворювача за напругою; ki – коефіцієнт зворотного зв'язку за
струмом; dа=exp ( – Ti / Tа); Tа – стала часу аперіодичного регулювання; f 2, f 3, f Σ – параметри, що характери-
зують динамічні властивості об'єкта регулювання.
При інтервалі дискретності Ti = 125 мкс і сталій часу Ta = 0,5Ti у випадку визначення сигналів керу-
вання перетворювачем uS на основі вихідних сигналів регуляторів струму, тобто при uS = uR, матимемо процес
регулювання при синусоїдальному завданні, який характеризує рис. 2. Динамічну похибку регулювання
Smi i iΔ = можна зменшити без зміни стійкості та чутливості контуру регулювання струму за рахунок реалізації
передуправління на основі ланки з передавальною функцією, визначеної з умови забезпечення процесу
регулювання з максимальною швидкодією: 2
R2
1
R1
1
Sm ii
i
λ
e
iu
ae
i
iv
iv 1
1
)(
)(
)(
−−
−
Σ ++
−
⋅==
zpzp
zd
fkk
dR
i
u
W
z
z
z . (3)
При цьому сигнали керування навантажувальним перетворювачем розраховуються як uS = uR + uV, (uV −
сигнал від ланки передуправління). Це сприяє зменшенню максимальної динамічної похибки при регулюванні
приблизно в 7 разів, про що свідчить рис. 3.
0 0.005 0.01 0.015 0.02
-3
-2
-1
0
1
2
3
t, s
iSm, A; i, A; Δi×10, A
Δi
iSm
i
0 0.005 0.01 0.015 0.02
-3
-2
-1
0
1
2
3
t, s
iSm, A; i, A; Δi×10, A
Δi
iSm
i
Рис. 2 Рис. 3
Математичне моделювання системи навантажувальних випробувань перетворювача частоти (рис. 1) з
урахуванням параметрів експериментальної установки дало результат, представлений на рис. 4. При моделю-
ванні розглянуто емуляцію процесу пуску асинхронного двигуна 1LA7083-HAA10 (паспортні дані: Р=0,75 кВт,
Uл=400 В, Іл=1,86 А, cosϕ =0,81, n=1395 об/хв) з накидом механічного навантаження в момент часу 0,5 с, чим
122 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 4
підтверджено коректність виконаних теоретичних розробок.
Висновки. Шляхом математичного моделювання пока-
зано можливість навантажувальних випробувань перетворювачів
частоти на основі емуляції електричних машин за допомогою
матричного перетворювача. Це забезпечує передумови для дос-
ліджень фізичних моделей.
1. Калашніков В.І., Передерій О.В., Старостін С.С. Керування установкою для навантажувальних випробувань
перетворювачів частоти // Вісник Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут". Тем.
випуск "Проблеми автоматизованого електропривода. Теорія і практика". – 2008. – Вип. 30 – С. 404 – 405.
2. Kolar J.W., Rodriguez J., Wheeler P.W. Review of Three-Phase PWM AC–AC Converter Topologies // IEEE
Transactions On Industrial Electronics. – 2011. – Vol. 58. – No. 11. – Pp. 4988–5006.
3. Starostin S., Perederiy O. Discrete-Time Model of Voltage Source Inverter and Its Application // 5th International
Conference "Compatibility in Power Electronics" (Poland, Gdynia/Gdansk, 29 May – 1 June 2007). – 6 p.
4. Starostin S., Perederiy O. Current Control of a Voltage Source Inverter at the Load Testing of Frequency Converters //
2008 IEEE International Symposium on Industrial Electronics (United Kingdom, Cambridge, 2008). – Pp. 390–392.
5. Trabelsi S., Schumacher W., Tolksdorf A. Design of a Real-Time Load Simulator Based on an In-Parallel Connected
PWM Voltage Source Converter Structure // 9th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE2001, Austria,
Graz, 27–29 August 2001). – 9 p.
УДК 621.314.2
НАГРУЗОЧНЫЕ ИСПЫТАНИЯ СИЛОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ НА ОСНОВЕ
ЭМУЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Г.С.Сергиенко, С.С.Старостин, канд.техн.наук
Донецкий национальный технический университет,
ул. Артема, 58, Донецк, 83001, Украина.
e-mail: sergii.starostin@dtf.donntu.edu.ua
Рассмотрены аспекты создания электрических нагрузок при испытаниях силовых преобразователей частоты. Задания на
фазные токи цепи нагрузки испытываемого преобразователя определены на основе дискретной математической модели
электродвигателя в соответствии с измеренными средними значениями выходного напряжения преобразователя. Осу-
ществлено эмуляцию электрической машины путем регулирования фазных токов с помощью нагрузочного матричного
преобразователя. Адекватность выполненных разработок подтверждена математическим моделированием системы,
что создает предпосылки для экспериментальных исследований. Библ. 5, рис. 4.
Ключевые слова: преобразователь частоты, нагружение, эмуляция двигателя, матричный преобразователь.
LOAD TESTING OF POWER FREQUENCY CONVERTERS BASED ON THE EMULATION OF
ELECTRICAL MACHINES
H.S.Sergienko, S.S.Starostin
Donetsk National Technical University,
str. Artema, 58, Donetsk, 83001, Ukraine.
e-mail: sergii.starostin@dtf.donntu.edu.ua
The aspects of electrical load producing at the testing of power frequency converters are considered. The three-phase current
setpoints are estimated on the basis of the discrete-time mathematical model of a motor in accordance with the measured mean
values of converter output voltage. The emulation of electrical machine is performed by using of three-phase current control with the
help of a matrix converter. The adequacy of the fulfilled developments is confirmed by the mathematical simulation that gives the
pre-conditions for experimental researches. References 5, figures 4.
Key words: frequency converter, loading, motor emulation, matrix converter.
1. Kalashnikov V.I., Perederii O.V., Starostin S.S. Control of the setup for the load testing of frequency converters //
Visnyk Natsionalnoho Tekhnichnoho Universytetu "Kharkivskyi Politekhnichnyi Instytut". Tematychnyi vypusk "Problemy
Avtomatyzovanoho Elektropryvoda. Teoriia i Praktyka". – 2008. – Vypusk 30. – Pp. 404 – 405. (Ukr)
2. Kolar J.W., Rodriguez J., Wheeler P.W. Review of Three-Phase PWM AC–AC Converter Topologies // IEEE
Transactions On Industrial Electronics. – 2011. – Vol. 58. – No. 11. – Pp. 4988–5006.
3. Starostin S., Perederii O. Discrete-Time Model of Voltage Source Inverter and Its Application // 5th International
Conference "Compatibility in Power Electronics" (Poland, Gdynia/Gdansk, 29 May–1 June 2007). – 6 p.
4. Starostin S., Perederiy O. Current Control of a Voltage Source Inverter at the Load Testing of Frequency Converters //
2008 IEEE International Symposium on Industrial Electronics (United Kingdom, Cambridge, 30 June–2 July 2008). – Pp. 390–392.
5. Trabelsi S., Schumacher W., Tolksdorf A. Design of a Real-Time Load Simulator Based on an In-Parallel Connected
PWM Voltage Source Converter Structure // 9th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE2001, Austria,
Graz, 27–29 August 2001). – 9 p.
Надійшла 07.02.2014
0 0.2 0.4 0.6 0.8
-2
-1
0
1
2
3
t, s
i, A; ω×0.1, rad/s
ω
ia
ib
ic
Рис. 4
|
| id | techned_org_ua-article-1113 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:19:55Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/1b/daff520be3e51b5cfd74af2a5c961c1b.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-11132023-01-10T12:06:36Z LOAD TESTING OF POWER FREQUENCY CONVERTERS BASED ON THE EMULATION OF ELECTRICAL MACHINES НАВАНТАЖУВАЛЬНІ ВИПРОБУВАННЯ СИЛОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ЧАСТОТИ НА ОСНОВІ ЕМУЛЯЦІЇ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН Сергієнко , Г.С. Старостін , С.С. frequency converter loading, motor emulation matrix converter перетворювач частоти навантаження емуляція двигуна матричний перетворювач The aspects of electrical load producing at the testing of power frequency converters are considered. The three-phase current setpoints are estimated on the basis of the discrete-time mathematical model of a motor in accordance with the measured mean values of converter output voltage. The emulation of electrical machine is performed by using of three-phase current control with the help of a matrix converter. The adequacy of the fulfilled developments is confirmed by the mathematical simulation that gives the pre-conditions for experimental researches. References 5, figures 4. Розглянуто аспекти створення електричних навантажень при випробуваннях силових перетворювачів частоти. Завдання на фазні струми кола навантаження випробовуваного перетворювача визначено на основі дискретної математичної моделі електродвигуна відповідно до виміряних середніх значень вихідної напруги перетворювача. Здійснено емуляцію електричної машини шляхом регулювання фазних струмів за допомогою навантажувального матричного перетворювача. Математичним моделюванням системи підтверджено адекватність виконаних розробок, що створює передумови для експериментальних досліджень. Бібл. 5, рис. 4. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2014-06-25 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1113 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 4 (2014): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 120 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 4 (2014): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 120 2218-1903 1607-7970 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1113/988 Авторське право (c) 2023 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | перетворювач частоти навантаження емуляція двигуна матричний перетворювач Сергієнко , Г.С. Старостін , С.С. НАВАНТАЖУВАЛЬНІ ВИПРОБУВАННЯ СИЛОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ЧАСТОТИ НА ОСНОВІ ЕМУЛЯЦІЇ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН |
| title | НАВАНТАЖУВАЛЬНІ ВИПРОБУВАННЯ СИЛОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ЧАСТОТИ НА ОСНОВІ ЕМУЛЯЦІЇ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН |
| title_alt | LOAD TESTING OF POWER FREQUENCY CONVERTERS BASED ON THE EMULATION OF ELECTRICAL MACHINES |
| title_full | НАВАНТАЖУВАЛЬНІ ВИПРОБУВАННЯ СИЛОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ЧАСТОТИ НА ОСНОВІ ЕМУЛЯЦІЇ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН |
| title_fullStr | НАВАНТАЖУВАЛЬНІ ВИПРОБУВАННЯ СИЛОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ЧАСТОТИ НА ОСНОВІ ЕМУЛЯЦІЇ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН |
| title_full_unstemmed | НАВАНТАЖУВАЛЬНІ ВИПРОБУВАННЯ СИЛОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ЧАСТОТИ НА ОСНОВІ ЕМУЛЯЦІЇ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН |
| title_short | НАВАНТАЖУВАЛЬНІ ВИПРОБУВАННЯ СИЛОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ЧАСТОТИ НА ОСНОВІ ЕМУЛЯЦІЇ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН |
| title_sort | навантажувальні випробування силових перетворювачів частоти на основі емуляції електричних машин |
| topic | перетворювач частоти навантаження емуляція двигуна матричний перетворювач |
| topic_facet | frequency converter loading motor emulation matrix converter перетворювач частоти навантаження емуляція двигуна матричний перетворювач |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1113 |
| work_keys_str_mv | AT sergíênkogs loadtestingofpowerfrequencyconvertersbasedontheemulationofelectricalmachines AT starostínss loadtestingofpowerfrequencyconvertersbasedontheemulationofelectricalmachines AT sergíênkogs navantažuvalʹníviprobuvannâsilovihperetvorûvačívčastotinaosnovíemulâcííelektričnihmašin AT starostínss navantažuvalʹníviprobuvannâsilovihperetvorûvačívčastotinaosnovíemulâcííelektričnihmašin |