Упрощенные модели электроприводов с частотным регулированием в исследованиях качества электроэнергии

Abstract

Исследованы упрощенные модели электроприводов c частотным регулированием с широтно – импульсной модуляцией – физическая и имитационная, разработанные с целью оценки степени несинусоидальных искажений сетевого тока. Проведено сравнение результатов симуляции, полученных на упрощенных моделях с результатами натурных экспериментов на асинхронном двигателе с преобразователем частоты. Установлена возможность использования обеих исследованных моделей для указанной выше цели.

В статті наведені дві спрощені моделі електропривода змінного струму з регульованою швидкістю обертання з інвертором напруги і формуванням напруги з використанням широтно-імпульсної модуляції-фізико-математична, призначена для оцінки ступеня сумарних гармонійних спотворень струму лінії. Фізична одне інвертор випрямляча струму вхідного сигналу повернутий далі до мережі послідовно з дроселем основ. До шини постійного струму підключений резистор-імітує навантаження асинхронного двигуна. Була досліджена аналогічна схема, реалізована в програмному забезпеченні SIMULINK у вигляді математичної спрощеної моделі. Метою дослідження було визначення можливості використання спрощених моделей для оцінки залежності між сумарними рівнями гармонійних спотворень і величинами відносних гармонік струму, що споживається від мережі, від величини навантаження інвертора. Проведено порівняння отриманих результатів моделювання з моделями і результатами фізичної моделі з перетворювачем частоти і асинхронним двигуном. Показана візуалізація функціональних залежностей між п'ятою, сьомою і одинадцятою гармоніками відповідно, сумарними гармонійними спотвореннями і споживаним струмом мережі. В якості критерію оцінки схожості результатів моделювання була висунута гіпотеза про рівність середніх статистичних вибірок і використовувалися непараметричні методи порівняння. Представлені графіки ілюструють очевидну близькість результатів, отриманих на фізичній та імітаційної моделі з даними натурного експерименту, що підтвердилося статистичними дослідженнями. Найбільш наочно це показано на діаграмах типу «boxplot», з яких випливає, що середнє значення вибірки фізичної моделі з асинхронним двигуном гарантовано потрапляє в інтервал ±0,5 стандартного відхилення від середньої величини вибірки моделі MATLAB. Зроблено попередній висновок про адекватність моделей на основі порівняння експериментальних даних.

The article presents two simplified models of AC drive with adjustable speed with voltage inverter and voltage generation using pulse width modulation-physical and mathematical, designed to assess the degree of total harmonic distortion of the line current. The physical one is an input rectifier inverter turned on to the network in series with a mains choke. A resistor is connected to the DC bussimulating the load of an asynchronous motor. A similar scheme implemented in the SIMULINK software in the form of a mathematical simplified model was investigated. The aim of the study was to determine the possibility of using simplified models to assess the relationship between the total levels of harmonic distortion and the relative harmonics of the current consumed from the network, from the magnitude of the inverter load. The obtained simulation results are compared with the models and results of a physical model with a frequency Converter and an asynchronous motor. The visualization of functional dependencies between the fifth, seventh and eleventh harmonics, respectively, total harmonic distortions and network current consumption is shown. As a criterion for assessing the similarity of the simulation results, the hypothesis of equality of the average statistical samples was proposed and nonparametric comparison methods were used. The presented graphs illustrate the obvious similarity of the results obtained on the physical and simulation models with the data of the field experiment, which was confirmed by statistical studies. This is most clearly shown in the diagrams of type "boxplot", from which it follows that the median physical model with asynchronous motor is guaranteed to be in the range of ±0.5 standard deviations from the mean of the sampling model in MATLAB. A preliminary conclusion is made about the adequacy of models based on comparison of experimental data.