ELECTROMAGNETIC TORQUE CONTROL OF THE ASYNCHRONOUS MOTOR WITH THE MAXIMUM POWER FACTOR

An algorithm that allows you to control the electromagnetic torque of an induction motor with a maximum power factor is described in the paper. The problem of maximizing the power factor at a given value of the electromagnetic torque is solved using the method of indefinite Lagrange multipliers. The basis for the construction of the control algorithm is a modified vector control, which has a direct-axis current control loop and a quadrature-axis current control loop. An algorithm for the setting actions formation for the control loops of direct-axis and quadrature-axis currents, taking into account the saturation of the magnetic circuit of the induction motor, as well as the limitation on the relative value of the stator current modulus, is determined. The dependences of the setting actions for the control loops of direct-axis and quadrature-axis the currents, as well as the power factor on the electromagnetic torque are found. Computer simulation of the proposed control algorithm has been carried out, as a result of which graphs of transient processes and the dependences of the power factor on the electromagnetic torque, which verify the theoretical calculations, are obtained. Maximizing the power factor improves the energy efficiency of controlling the induction motor and electric drive in general. The presented control algorithm contributes to reduce losses not only in the asynchronous motor, but also in the power electrical part, including the electronic key converter. The proposed control algorithm can be applied to the control systems that contain control loops for direct-axis and quadrature-axis currents. The operation of the asynchronous motor with the maximum power factor contributes to following the global trends in reducing resource consumption and energy efficiency. The energy-efficient drive meets the requirements that apply to drives of the various ships and objects of the sea and river transport.

asynchronous motor, power factor, vector control, direct-axis current, quadrature-axis current, Lagrange multipliers

1. Виноградов А. Б. Векторное управление электроприводами переменного тока / А. Б. Виноградов. - Иваново: ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В. И. Ленина», 2008. - 298 с.

2. Самосейко В. Ф. Теоретические основы управления электроприводом / В. Ф. Самосейко. - СПб.: Элмор, 2007. - 464 c.

3. Гарганеев А. Г. Энергосберегающая модификация векторного управления асинхронного двигателя / А. Г. Гарганеев [и др.]. // Известия Томского политехнического университета. - 2005. - Т. 308. - № 7. - С. 130-134.

4. Мещеряков В. Н. Повышение энергоэффективности асинхронного электропривода с векторным управлением за счет регулирования продольной составляющей тока статора при неполной статической нагрузке / В. Н. Мещеряков, В. В. Данилов // Электротехнические системы и комплексы. - 2018. - № 3 (40). - С. 4-11. DOI: 10.18503/2311-8318-2018-3(40)-4-11.

5. Васильев Д. А. Энергоэффективное управление асинхронным электродвигателем / Д. А. Васильев [и др.] // Вестник НГИЭИ. - 2019. - № 4 (95). - С 110-115.

6. Karlovsky P. Iron Loss Minimization Strategy for Predictive Torque Control of Induction Motor / P. Karlovsky, O. Lipcak, J. Bauer // Electronics. - 2020. - Vol. 9. - Is. 4. - Pp. 566. DOI: 10.3390/electronics9040566.

7. Abdelati R. Optimal control strategy of an induction motor for loss minimization using Pontryaguin principle / R. Abdelati, M. F. Mimouni // European Journal of Control. - 2019. - Vol. 49. - Pp. 94-106. DOI: 10.1016/j.ejcon.2019.02.004.

8. Karlovsky P. Loss Reduction in Induction Motor Drive Using Model Predictive Control / P. Karlovsky, J. Lettl // 2018 10th International Conference on Electronics, Computers and Artificial Intelligence (ECAI). - IEEE, 2018. - Pp. 1-4. DOI: 10.1109/ECAI.2018.8679073.

9. Абдуллаев М. Повышение коэффициента мощности электроприводов переменного тока / М. Абдуллаев, У. А. Ахмадалиев // Universum: технические науки. - 2019. - № 11-3 (68). - С. 86-89.

10. Железко Ю. С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: Руководство для практических расчетов / Ю. С. Железко. - М.: ЭНАС, 2009. - 456 с.

11. Самосейко В. Ф. Адаптивный алгоритм векторного управления электроприводами с асинхронными электродвигателями / В. Ф. Самосейко // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2019. - Т. 11. - № 1. - С. 156-168. DOI: 10.21821/2309-5180-2019-11-1-156-168.

12. Kalman D. Leveling with Lagrange: An alternate view of constrained optimization / D. Kalman // Mathematics Magazine. - 2009. - Vol. 82. - Is. 3. - Pp. 186-196. DOI: 10.1080/0025570X.2009.11953617.

13. Виноградов А. Б. Учет потерь в стали, насыщения и поверхностного эффекта при моделировании динамических процессов в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе / А. Б. Виноградов // Электротехника. - 2005. - № 5. - С. 57-61.

14. Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink / И. В. Черных. - М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. - 288 с.