2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University 10.31897/pmi.2019.6.678 pmi-13250 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/13250 Электромеханика и машиностроение Electromechanics and mechanical engineering Installation for experimental research of multiphase electromechanical systems Установка для экспериментальных исследований многофазных электромеханических систем Tereshkin V. M. Терешкин В. М. Tereshkin V. M. tvm53@mail.ru Уфимский государственный авиационный технический университет (Россия) Ufa State Aviation Technical University (Russia) Grishin D. A. Гришин Д. А. Grishin D. A. lowrat@mail.ru ООО «Газ-Проект-Инжиниринг» (Россия) LLC «Gas-Project-Engineering» (Russia) Makulov I. A. Макулов И. А. Makulov I. A. irekufa@mail.ru ООО «Газ-Проект-Инжиниринг» (Россия) LLC «Gas-Project-Engineering» (Russia) 24 12 2019 2019 240 678 685 07 07 2019 13 09 2019 24 12 2019 © 2019 В. М. Терешкин, Д. А. Гришин, И. А. Макулов © 2019 V. M. Tereshkin, D. A. Grishin, I. A. Makulov 2019 В. М. Терешкин, Д. А. Гришин, И. А. Макулов V. M. Tereshkin, D. A. Grishin, I. A. Makulov Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/13250

Предметом данного исследования является экспериментальная установка, созданная для изучения характеристик и алгоритмов управления многофазными двигателями с числом рабочих фаз от 3 до 8, соединенных звездой, треугольником, либо другим способом, позволяющим протекать фазным токам, создающим вращающееся электромагнитное поле. Установка состоит из двух отдельных самостоятельных блоков: контроллера, или человеко-машинного интерфейса управления, и силового инверторного модуля (преобразователя). Контроллер соединен с преобразователем двухпроводным полудуплексным интерфейсом (RS485) по информационному протоколу обмена Modbus RTU. В состав установки также входят синхронные двигатели с числом фаз 3, 5, 7. С помощью разработанной установки можно проводить экспериментальные исследования многофазных двигателей при реализации различных алгоритмов управления преобразователя, реализующего векторную широтно-импульсную модуляцию. Временные затраты реализации алгоритмов управления минимальны. По результатам экспериментов можно проводить сравнительный анализ многофазных двигателей по энергетической эффективности, по уровню вибраций электромагнитного происхождения, по динамическим параметрам. Возможна экспериментальная оценка нагрузки ключей преобразователя. Созданная установка является эффективным инструментом для проверки достоверности результатов теоретических исследований электромеханических систем на основе многофазных двигателей.

The subject of this study is an installation for experimental research designed to study the characteristics and control algorithms of multiphase motors with the number of working phases from 3 to 8, connected by a star, a triangle, or in another way, allowing phase currents to flow, creating a rotating electromagnetic field. The installation consists of two separate independent units: a controller, or a human-machine control interface, and a power inverter module (converter). The controller is connected to the converter by a two-wire half-duplex interface (RS485) via the Modbus RTU communication protocol. The installation also includes synchronous motors with the number of phases 3, 5, 7. Using the developed installation for experimental research, it is possible to carry out experimental studies of multiphase motors when implementing various control algorithms for a converter that implements pulse-width vector modulation. The time required to implement control algorithms is minimal. According to the results of the experiments, it is possible to carry out a comparative analysis of multiphase motors in terms of energy efficiency, in terms of vibration of electromagnetic origin, in dynamic parameters. An experimental assessment of the load of the converter keys is possible. The created installation is an effective tool for checking the reliability of the results of theoretical studies of electromechanical systems based on multiphase motors.

 Ключевые слова установка для экспериментальных исследований многофазный двигатель многофазный преобразователь сенсорная панель контроллера Keywords installation for experimental research multiphase motor multiphase converter controller touchpad Kozyaruk A.E. Direct torque control in an alternating current electric drive of mining machinery and mechanisms. SPGGI, St. Petersburg, 2008, p. 99. Kozyaruk A.E. Modern efficient electric drives of production and transport mechanisms. Elektrotekhnika. 2019. N 3, p. 33-37. Rudakov V.V., Kozyaruk A.E. Electric drive control systems. Direct torque control in AC drive. SPGGI, St. Petersburg, 2007, p. 75. Tereshkin V.M. An analytical method for assessing vibrations of electromagnetic origin in a seven-phase AC machine. Vestnik Ivanovskogo gosudarstvennogo energeticheskogo universiteta. 2019. N 1, p. 61-69. Tereshkin V.M., Grishin D.A. Study of the algorithms for the operation of a five-phase converter in the mode of vector pulse-width modulation. Elektrotekhnika. 2017. N 2, p. 46-51. Tereshkin V.M. Determination of the harmonic composition of the resulting current of a 4-phase symmetrical winding of an electric machine. Vestnik Moskovskogo aviatsionnogo instituta. 2018. Vol. 25. N 3, p. 212-219. Tereshkin V.M., Grishin D.A., Makulov I.A. Prospects for the use of multiphase AC machines, Elektronika i elektrooborudovanie transporta. 2017. N 1, p. 19-26. Tereshkin V.M., Grishin D.A., Makulov I.A. Comparative analysis of the effectiveness of three-phase and five-phase synchronous valve machines. Elektrotekhnika. 2018. N 5, p. 60-67. Tereshkin V.M. The theoretical justification for the possibility of reducing vibrations of electromagnetic origin in a five-phase AC machine compared to a three-phase machine. Vestnik Moskovskogo aviatsionnogo instituta. 2018. Vol. 25. N 4, p. 229-239. Tereshkin V.M., Grishin D.A., Makulov I.A. Three-key switching mode of the five-phase converter. Generalized voltage vector of a five-phase system with three-key switching. Elektronika i elektrooborudovanie transporta. 2018. N 4, p. 9-16. Usol'tsev A.A. Modern asynchronous electric drive of optical-mechanical complexes. St. Petersburg: SPbGU ITMO, 2011, p. 164. Bermudez M., Gonzalez-Prieto I., Barrero F., Guzman H., Kestelyn X., Duran M.J. An Experimental Assessment of Open-Phase Fault-Tolerant Virtual-Vector-Based Direct Torque Control in Five-Phase Induction Motor Drives. IEEE Transactions on Power Electronics. 2018. Vol. 33. N 3, p. 2774-2784. Guzman H., Bermúdez M., Martín C., Barrero F., Durán M. Application of DSP in Power Conversion Systems – A Practical Approach for Multiphase Drives. 2015. URL: http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/48835.pdf (date of access: 09.09.2018). DOI: org/10.5772/60450 Barrero F., Duran M.J. Recent Advances in the Design, Modeling, and Control of Multiphase Machines – Part I. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2016. Vol. 63. N 1, p. 449-455; 459-468. Dwari S., Parsa L. Fault-Tolerant Control of Five-Phase Permanent–Magnet Motors With Trapezoidal Back EMF. IEEE Transact Indust Electron. 2011. Vol. 58. N 2, p. 476-485. Levi E. Advances in Converter Control and Innovative Exploitation of Additional Degrees of Freedom for Multiphase Machines. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2016. Vol. 63. Iss. 1, p. 433-448. Levi E., Bojoi R., Profumo F., Toliyat H.A., Williamson S. Multiphase Induction Motor Drives – A Technology Status Review. IET Electric Power Applic. 2007. Vol. 1. N 4, p. 489-516. M.Bermudez, I.Gonzalez-Prieto, F.Barrero, M.J.Duran, X.Kestelyn Open-phase fault operation of 5-phase induction motor drives using DTC techniques. Proc. 41st Annual Conference IEEE Industrial Electron. Society. 2015, p. 595-600. Chan C.C., Bouscayrol A., Chen K. Electric, Hybrid, Fuel-Cell Vehicles: Architectures and Modeling. IEEE Transact Vehicular Technol. 2010. Vol. 59. N 2, p. 589-598. Williamson S., Smith S. Pulsating Torque and Losses in Multiphase Induction Machines. IEEE Transact Indust Applic. 2003. Vol. 39. N 4, p. 986-993.