Konstrukcje i regulacja energooszczędnych układów napędowych z silnikami indukcyjnymi zasilanymi z falowników napięcia

Design and control of energy efficient drives with induction motors fed by voltage source inverters

prof. dr hab. inż. Zbigniew KRZEMIŃSKI

Abstract

Despite of the dynamic growth of the electronics and a significant reduction in component prices progress in theconstruction of power converters for use in drives is now slow. As a result of R & D the motors are developed for minimizing energy losses and special programs are introduced to subside energy-efficient motors. The paper presents the principles of selection of motors fed by converters for minimizing energy losses.

Streszczenie

Wynaleziony ponad sto lat temu silnik indukcyjny przez wiele lat pełnił rolę głównego konia pociągowego w zastosowaniach przemysłowych napędów o stałej prędkości wału. Pojawienie się tyrystorów umożliwiło wytwarzanie napędów o regulowanej prędkości, w których prawie wyłącznie stosowano silniki prądu stałego. Dopiero w pełni sterowane tranzystory bipolarne z izolowaną bramką (Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) wraz z procesorami sygnałowymi stworzyły techniczne i technologiczne podstawy konstruowania napędów z silnikami indukcyjnymi o regulowanej prędkości. Z pewnym wyprzedzeniem opracowywano metody sterowania silnikiem indukcyjnym zapewniające dobre właściwości dynamiczne napędu, jednak w rozwiązaniach komercyjnych kierowano się zwykle kosztem przekształtnika wynikającym między innymi z cen procesorów. Pomimo dynamicznego rozwoju elektroniki i znacznej obniżki cen podzespołów postęp w konstrukcjach przekształtników energoelektronicznych stosowanych w napędach nie następuje tak szybko. W rezultacie na rynku znajduje się szeroka oferta falowników do silników indukcyjnych umożliwiających konstruowanie napędów o różnych właściwościach i różnych cenach. Zwykle producenci prezentują tylko zalety oferowanych falowników, co znacznie utrudnia właściwe projektowanie napędów. Problematyce konstrukcji i doboru silników indukcyjnych poświęcono szereg publikacji naukowych, przy czym podstawowe zależności można znaleźć w podręcznikach sprzed wielu lat. W wyniku prac badawczo-rozwojowych opracowano silniki zapewniające minimalizację strat energii i wprowadzono programy dopłat do silników energooszczędnych. Zalecane zasady doboru silników indukcyjnych pod kątem minimalizacji strat energii dotyczą napędów z maszynami włączanymi bezpośrednio do sieci lub zasilanymi z przekształtników. W praktyce projektanci układów napędowych o regulowanej prędkości kierują się przede wszystkim ofertą rynkową z uwzględnieniem cen i właściwości przekształtników. W przypadku katalogowych informacji obejmujących większość falowników dobór parametrów silnika i przekształtnika nie jest rozpatrywany.

Keywords

induction motor, minimization, loss of energy, the inverter

Słowa kluczowe

silnik indukcyjny, minimalizacja, straty energii, przekształtnik

Rys. / Fig.

Bibliografia / Bilbiography

[1] Krzemiński Z., Adamowicz M.: Control of the induction motor in the field-weakening region based on the multiscalar model. Int. Conf.
PCIM’2003, Nuremberg, 2003.
[2] Krzeminski Z., Lewicki A.: Switching strategy without dead time for the voltage source inverter supplying the sensorless controlled induction
motor, Int. Conf. EPE’2003, Toulouse, 2003.
[3] Abu-Rub H., Guzinski J., Krzeminski Z., Toliyat H. A.: Speed observer system for advanced sensorless control of induction motor. IEEE
Transactions on Energy Conversion. Volume 18, Issue 2, June 2003, pp. 219 – 224.
[4] Włas M., Krzemiński Z., Pietryka J., Szewczyk J.: Techniczne i ekonomiczne aspekty wykorzystania falowników dwukierunkowych w praktyce.
Automatyka, Elektryka, Zakłócenia. Konferencja – Jurata 11-14 czerwca 2008