Система стабілізації швидкості електромеханічних перетворювачів енергії в Ansys Twin Builder

Автор(и)

  • Владислав Плюгін Харківський національний університет міського господарства імені О.М. Бекетова
  • Євген Цегельник Харківський національний університет міського господарства імені О.М. Бекетова
  • Олексій Словіковський Національний університет біоресурсів та природокористування України
  • Олексій Дунєв Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
  • Андрій Єгоров Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

DOI:

https://doi.org/10.33042/2079-424X.2022.61.2.03

Ключові слова:

асинхронна машина, масивний ротор, зовнішній ротор, сумісне моделювання, ANSYS Maxwell, ANSYS Twin Builder

Анотація

У статті представлено розробку платформи сумісного моделювання електромеханічного перетворювача енергії з використанням ANSYS Maxwell та ANSYS Twin Builder. Електромеханічний перетворювач енергії, який досліджується, за принципом дії є асинхронним двигуном із зовнішнім порожнистим масивним ротором. В статті розкрита специфіка моделювання такого типу спеціальної електричної машини. В роботі виконано поетапне моделювання машини в ANSYS RMxprt, експорт моделі в ANSYS Maxwell 2D та 3D. Показано, яким чином виконати налаштування проєкту для імпорту об’єкту, розрахованому методом скінченних елементів в ANSYS Maxwell у поле Twin Builder. Виконано сумісне моделювання електромеханічного перетворювача енергії при живленні від стабільного трифазного джерела. В імітаційній моделі врахована наявність ступінчастого механічного навантаження під час розбігу до номінальної швидкості. Така структура сумісного проєкту дає більш якісні результати моделювання у порівнянні з використанням імітаційних моделей з зосередженими параметрами, заснованих на імплементації диференційних рівнянь електромагнітних перехідних процесів з використанням функціональних блоків. Одержані характеристики показали високий збіг очікуваних результатів за показниками фазних струмів обмотки статора, обертального моменту та швидкості. Дана робота буде корисна для проведення моделювання електричних машин спеціального виконання, які відсутні у бібліотеці готових модулів ANSYS Twin Builder.

Біографії авторів

Владислав Плюгін, Харківський національний університет міського господарства імені О.М. Бекетова

доктор технічних наук, професор кафедри систем електропостачання та споживання міст

Євген Цегельник, Харківський національний університет міського господарства імені О.М. Бекетова

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник кафедри автоматизації та комп’ютерно-інтегрованих технологій

Олексій Словіковський, Національний університет біоресурсів та природокористування України

аспірант кафедри  автоматики та робототехнічних систем ім. акад. І.І. Мартиненка

Олексій Дунєв, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"

кандидат технічних наук, доцент кафедри електричних машин

Андрій Єгоров, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

кандидат технічних наук, доцент кафедри електричних машин

Посилання

Barambones, O., Garrido, A.J., Maseda, F.J., & Alkorta, P. (2006). An adaptive sliding mode control law for induction motors using field oriented control theory. In 2006 IEEE Conference on Computer Aided Control System Design, 2006 IEEE International Conference on Control Applications, 2006 IEEE International Symposium on Intelligent Control (pp. 1008–1013). IEEE. https://doi.org/10.1109/CACSD-CCA-ISIC.2006.4776782

Amin, F., Sulaiman, E., & Soomro, H.A. (2019). Field oriented control principles for synchronous motor. International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research, 8(2), 284–288. https://doi.org/10.18178/ijmerr.8.2.284-288

Rafetseder, D., & Amrhein, W. (2017). Control and evaluation of a double-stator linear induction machine with reciprocating cage mover. In 2017 IEEE International Electric Machines and Drives Conference (IEMDC) (pp. 1–8). IEEE. https://doi.org/10.1109/IEMDC.2017.8001999

Han, C. (2015). Simulation of the electromagnetic field for the moving magnet. In The 27th Chinese Control and Decision Conference (2015 CCDC) (pp. 5635–5638). IEEE. https://doi.org/10.1109/CCDC.2015.7161805

Sira-Ramírez, H., González-Montañez, F., Cortés-Romero, J.A., & Luviano-Juárez, A. (2012). A robust linear field-oriented voltage control for the induction motor: experimental results. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 60(8), 3025–3033. https://doi.org/10.1109/TIE.2012.2201430

Paulus, D., Stumper, J.F., & Kennel, R. (2012). Sensorless control of synchronous machines based on direct speed and position estimation in polar stator-current coordinates. IEEE Transactions on Power Electronics, 28(5), 2503–2513. https://doi.org/10.1109/TPEL.2012.2211384

Tabbache, B., Rizoug, N., Benbouzid, M.E.H., & Kheloui, A. (2012). A control reconfiguration strategy for post-sensor FTC in induction motor-based EVs. IEEE transactions on vehicular technology, 62(3), 965–971. https://doi.org/10.1109/TVT.2012.2232325

Chandrakars, A., Ch, S., Sonti, V., & Jain, S. (2022). Gradual pole changing based field oriented control technique for pole-phase modulated induction motor drive. In 2022 IEEE 2nd International Conference on Sustainable Energy and Future Electric Transportation (SeFeT) (pp. 1–5). IEEE. https://doi.org/10.1109/SeFeT55524.2022.9909117

Shen, Z., Mo, J., Chen, K., & Pan, J. (2022). Performance analysis and control of dual-stator motor in cooperative robots. In 2022 IEEE 9th International Conference on Power Electronics Systems and Applications (PESA) (pp. 1–4). IEEE. https://doi.org/10.1109/PESA55501.2022.10038421

Iturra, R.G., & Thiemann, P. (2021). Sensorless Field oriented control of PMSM using direct flux control with improved measurement sequence. In 2021 XVIII International Scientific Technical Conference Alternating Current Electric Drives (ACED) (pp. 1–6). IEEE. https://doi.org/10.1109/ACED50605.2021.9462276

Liu, S., Xiong, Z., Zhang, H., Li, X., & Yang, J. (2020). Analysis of field circuit combination of GIS switching over-voltage. In 2020 5th Asia Conference on Power and Electrical Engineering (ACPEE) (pp. 2204–2208). IEEE. https://doi.org/10.1109/ACPEE48638.2020.9136189

Hasan, M.M., Hussain, M.S., Rana, M.S., & Roni, M.H.K. (2021). Population extremal optimization based 2-DOF control strategy for field oriented control of induction motor. In 2021 3rd International Conference on Electrical & Electronic Engineering (ICEEE) (pp. 117–120). IEEE. https://doi.org/10.1109/ICEEE54059.2021.9718799

Lin, H., Hu, B., Li, F., Chen, J., Si, L., Zhou, X., ... & Dong, Y. (2018). A fault-tolerant two-permanent magnet synchronous motor drive with field-oriented control scheme. In 2018 2nd IEEE Advanced Information Management, Communicates, Electronic and Automation Control Conference (IMCEC) (pp. 1029–1033). IEEE. https://doi.org/10.1109/IMCEC.2018.8469343

Tomy, N.M., & Francis, J. (2016). Field oriented sensorless position control of a hybrid stepper motor with extended Kalman filter. In 2016 10th International Conference on Intelligent Systems and Control (ISCO) (pp. 1–5). IEEE. https://doi.org/10.1109/ISCO.2016.7727056

Shah, V. (2017). FPGA implementation of sensorless field oriented current control of induction machine. In 2017 IEEE International Conference on Computational Intelligence and Computing Research (ICCIC) (pp. 1–5). IEEE. https://doi.org/10.1109/ICCIC.2017.8524311

Liu, Y., Tao, G., Wang, H., & Blaabjerg, F. (2017). Analysis of indirect rotor field oriented control-based induction machine performance under inaccurate field-oriented condition. In IECON 2017-43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (pp. 1810–1815). IEEE. https://doi.org/10.1109/IECON.2017.8216306

Khamis, A.A., Abbas, A.M., & ALgoul, M.A. (2022). Comparative study between a novel direct torque control and indirect field oriented control of three-phase induction motors. In 2022 IEEE 2nd International Maghreb Meeting of the Conference on Sciences and Techniques of Automatic Control and Computer Engineering (MI-STA) (pp. 75–80). IEEE. https://doi.org/10.1109/MISTA54861.2022.9837649

ANSYS Inc. (2012). ANSYS Maxwell 3D v.15 – Electromagnetic and Electromechanical Analysis: User’s Guide. ANSYS Inc.

Kassa, M.T., & Changqing, D. (2021). Design optimazation and simulation of PMSM based on Maxwell and Twin Builder for EVs. In 2021 8th International Conference on Electrical and Electronics Engineering (ICEEE) (pp. 99–103). IEEE. https://doi.org/10.1109/ICEEE52452.2021.9415922

Hang, B., Wang, Q., Xie, F., & Shi, L. (2016). Cosimulation of field oriented control in induction motor drive system. In 2016 IEEE 11th Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA) (pp. 1955-1958). IEEE. https://doi.org/10.1109/ICIEA.2016.7603908

Gaeta, A., Scelba, G., & Consoli, A. (2012). Modeling and control of three-phase PMSMs under open-phase fault. IEEE Transactions on Industry Applications, 49(1), 74–83. https://doi.org/10.1109/TIA.2012.2228614

Bashir, I., & Bhat, A.H. (2022). Design and performance evaluation of switched reluctance motor using ANSYS Electronics Desktop. In 2022 1st International Conference on Sustainable Technology for Power and Energy Systems (STPES) (pp. 1–6). IEEE. https://doi.org/10.1109/STPES54845.2022.10006469

Raj, A., & Sreekanth, P.K. (2017). Modelling and simulation of SRM based automatic transmission system for hybrid vehicles in Ansys Maxwell. In 2017 International Conference on Circuit, Power and Computing Technologies (ICCPCT) (pp. 1–6). IEEE. https://doi.org/10.1109/ICCPCT.2017.8074301

Laldingliana, J., Debnath, S., & Biswas, P.K. (2018). Analysis of a single actuator double winding active magnetic bearing (AMB) using Ansys Maxwell simulation software. In 2018 2nd International Conference on Power, Energy and Environment: Towards Smart Technology (ICEPE) (pp. 1–6). IEEE. https://doi.org/10.1109/EPETSG.2018.8659141

Patil, S., & Saxena, R. (2022). Design & simulation of brushless DC motor using ANSYS for EV application. In 2022 IEEE International Students' Conference on Electrical, Electronics and Computer Science (SCEECS) (pp. 1–5). IEEE. https://doi.org/10.1109/SCEECS54111.2022.9740973

Pliugin, V., Petrenko, O., Grinina, V., Grinin, O., & Yehorov, A. (2017). Imitation model of a high-speed induction motor with frequency control. Electrical Engineering & Electromechanics, 6, 14–20. https://doi.org/10.20998/2074-272X.2017.6.02

Pliuhin, V., Zablodskiy, M., Tsegelnyk, Y., & Slovikovskyi, O. (2022). Development of imitation model of an electromechanical energy converter with a solid rotor in ANSYS RMxprt, Maxwell and Twin Builder. Lighting Engineering & Power Engineering, 61(1), 21–29. https://doi.org/10.33042/2079-424X.2022.61.1.03

Hughes, A., & Drury, B. (2019). Electric Motors and Drives. Newnes. https://doi.org/10.1016/C2017-0-03226-3

Novotny, D.W., & Lipo, T.A. (1996). Vector Control and Dynamics of AC Drives. Oxford University Press.

Mersha, T.K., & Du, C. (2021). Co-simulation and modeling of PMSM based on ANSYS software and Simulink for EVs. World Electric Vehicle Journal, 13(1), 4. https://doi.org/10.3390/wevj13010004

Tsai, M.F., Tseng, C.S., & Lin, B.Y. (2020). Phase voltage-oriented control of a PMSG wind generator for unity power factor correction. Energies, 13(21), 5693. https://doi.org/10.3390/en13215693

Zhang, G., Li, K., & Liu, C. (2018). Simulation of permanent magnet synchronous motor vector control

system based on Simplorer & Maxwell. In 2018 7th International Conference on Energy, Environment and Sustainable Development (ICEESD 2018) (pp. 1964–1969). Atlantis Press. https://doi.org/10.2991/iceesd-18.2018.349

Gobikha, G.S., & S.Allirani (2017). Space vector modulation based direct torque control of induction motor using Matlab- Simulink, Maxwell -Simplorer. International Journal of Scientific Research in Science, Engineering and Technology, 3, 191–195.

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-10-28

Як цитувати

Плюгін, В., Цегельник, Є., Словіковський, О., Дунєв, О., & Єгоров, А. (2022). Система стабілізації швидкості електромеханічних перетворювачів енергії в Ansys Twin Builder. Світлотехніка та Електроенергетика , 61(2), 55–64. https://doi.org/10.33042/2079-424X.2022.61.2.03