Вестник МГТУ. 2020, Т. 23. №4.

Вестник МГТУ. 2020. Т. 23, № 4. С. 326-334. DOI: 10.21443/1560-9278-2020-23-4-326-334 Введение Регулирование скорости асинхронного двигателя (АД) в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах (ЭП) осуществляется с использованием различных схем преобразователей частоты (ПЧ) (Асанов и др., 2002; Сидоров, 2009; Hota et al., 2017) и алгоритмов управления его силовыми ключами (Васильев и др., 2014; 2020; Andreev et al., 2018). При этом для значительного класса ЭП актуальна проблема энергосбережения (Andreev et al., 2017; Vodovozov et al., 2019). Основной фактор, влияющий на выбор того или иного алгоритма управления с целью уменьшения энергопотребления, - величина динамических потерь в силовых полупроводниковых ключах ПЧ. Целью настоящего исследования является определение алгоритма модуляции, обеспечивающего минимизацию динамических потерь в силовых полупроводниковых ключах ПЧ при скалярных алгоритмах управления. Материалы и методы В процессе исследования применялся метод математического моделирования системы АИН - АД (автономный инвертор напряжения - асинхронный двигатель) в высокоскоростных ЭП с целью оценки величины потерь энергии при коммутации силовых полупроводниковых ключей ПЧ (динамических потерь). Для решения поставленных задач использовалось представление АД в виде системы нелинейных дифференциальных уравнений. Коэффициенты в дифференциальных уравнениях, входящих в данную систему, определялись параметрами асинхронного двигателя 4А225М2У3, выбранного в качестве объекта исследования, совместно с силовыми полупроводниковыми ключами IGBT IXGK120N120B3. Оценка величины динамических потерь проводилась для скалярных (модульных) алгоритмов управления асинхронного электропривода. Приближенно энергию потерь на включение и выключение ключа можно определить исходя из стилизованной формы импульса прямого тока, изображенной на рис. 1 ( Воронин, 2005), где представлены следующие обозначения: 1 м - амплитуда прямого тока, протекающего через ключ; tP = t 3 - t 2 - длительность прямого тока; tR = t 2 - t\ - время нарастания прямого тока (время включения); tF = t4 - t3 - время спада прямого тока (время выключения). Энергия потерь на включение, Дж, полностью управляемого силового полупроводникового ключа вычисляется по формуле “2 E on = J i(t)u(t)Dt, hi где i(t) - мгновенное значение тока; u(t) - мгновенное значение напряжения. (1) Рис. 1. Стилизованная форма импульса прямого тока Fig. 1. Stylized forward current impulse shape Энергия потерь на выключение, Дж, полностью управляемого силового полупроводникового ключа определяется так: OFF ■ J i(t )u (t~)dt. (2) 327