APPLICABILITY OF THREE-PHASE INDUCTION MOTOR LINEAR MODEL FOR MECHATRONIC MODULE DESIGN
DOI:
https://doi.org/10.36773/1818-1112-2025-137-2-78-85Keywords:
adjustable drive, three-phase induction motor, linear mathematical modelAbstract
Currently, adjustable drives based on three-phase asynchronous motors are widely used in various industries. Attempts are being made to use them as part of mechatronic modules. In this case, the problem of optimizing parameters in order to ensure minimum energy losses at given dynamic characteristics is urgent. This problem is most often solved on the basis of linear object models. Under certain conditions, a three-phase induction motor drive may be described by linear equations. In this case, it becomes necessary to assess the admissibility of linearization of the mathematical model and identify the conditions under which this is permissible. In addition, it is necessary to assess the consequences of not fulfilling these conditions when operating a drive designed using a linear model.
This article presents the initial mathematical model of the drive, obtained on the basis of the real (non-linear) mechanical characteristic of a three-phase asynchronous electric motor, as well as a model built on the basis of a linearized mechanical characteristic. The models are implemented in the Simulink application of the MATLAB programming environment and allow you to analyze the dynamics of the drive with the calculation of energy losses. The combined mathematical model allows you to build characteristics obtained using two models in one oscilloscope window, which is convenient for their comparison.
As a result of the analysis of the drive operation using the initial and linear models, it was found that both models give the same result when the speed of change of the driving signal at the input does not exceed a certain value. Otherwise, there is a discrepancy, both in the transient characteristics and in the results of calculating the energy loss. In particular, with a stepped signal, the linear model underestimates the loss by 1.5 times and increases the rate of increase of the output variable, making the transient shorter. These results occur in both the variable speed drive and the variable angle drive. For a specific drive, quantitative indicators can be determined using the proposed model. The initial model confirmed the possibility of self-oscillations in the position drive under load, which does not reveal the linear model.
References
Фираго, Б. И. Регулируемые электроприводы переменного тока / Б. И. Фираго, Л. Б. Павлячик. – Минск : Техноперспектива, 2006. – 363 с.
Жавнер, В. Л. Мехатронные системы: учеб. пособие / В. Л. Жавнер, А. Б. Смирнов. – СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2011. – 131 с.
Подураев, Ю. В. Мехатроника: основы, методы, применение: учеб. пособие для студентов вузов / Ю. В. Подураев. – 2-е изд., стер. – М. : Машиностроение, 2007. – 256 с.
Егоров, О. Д. Конструирование мехатронных модулей: учебник / О. Д. Егоров, Ю. В. Подураев. – М. : МГТУ «СТАНКИН», 2004. – 360 с.
Проектирование мехатронного модуля с использованием асинхронного двигателя и шарико-винтовой передачи // Научные Статьи.Ру. – URL: https://nauchniestati.ru (дата обращения: 24.02.2024).
Герман-Галкин, С. Г. Модельное проектирование электромеханических мехатронных модулей движения в среде SimInTech / С. Г. Герман-Галкин, Б. А. Карташов, С. Н. Литвинов. – М. : ДМК Пресс, 2021. – 494 с.
Поляков, А. Н. Проектирование мехатронных модулей станков с ЧПУ : учебное пособие / А. Н. Поляков. – Оренбург : ОГУ, 2019. – 128 с.
Родичев, А. Ю. Проектирование мехатронных и робототехнических систем : учебное пособие / А. Ю. Родичев, Р. Н. Поляков, А. В. Горин. – Орел : ОГУ имени И.С. Тургенева, 2023. – 271 с.
Волкова, М. А. Приводы мехатронных и робототехнических систем : методические рекомендации / М. А. Волкова. – М. : РТУ МИРЭА, 2024. – 19 с.
Романов, А. М. Программное обеспечение мехатронных и робототехнических систем : учебно-методическое пособие / А. М. Романов, М. А. Волкова. – М. : РТУ МИРЭА, 2019. – 68 с.
Волков, А. Н. Выбор энергосберегающих законов движения мехатронных приводов технологических машин / А. Н. Волков, О. Н. Мацко, А. В. Мосалова // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. – 2018. – № 4. – С. 141–149.
Синтез оптимальных по критерию энергосбережения алгоритмов работы приводов роботов и технологических машин: учеб. пособие / А. Н. Волков, А. А. Корнилова, О. Н. Мацко, А. В. Козлович. – СПб. : ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2023. – 80 с.
Оптимизация привода постоянного тока с регулируемой скоростью / О. Н. Прокопеня, Л. И. Вабищевич, А. В. Францевич [и др.] // Вестник Брестского государственного технического университета. – 2023. – № 2. – С. 93–96.
Супрунчук, П. Д. Оптимальный электропривод постоянного тока / П. Д. Супрунчук, О. Н. Прокопеня, О. Г. Прожижко // Новые технологии и материалы, автоматизация производства : сборник статей / Брестский государственный технический университет. – Брест : Издательство БрГТУ, 2021. – С. 20–25.
Оптимизация позиционного привода постоянного тока / О. Н. Прокопеня, Л. И. Вабищевич, О. Г. Прожижко, А. С. Лапука // Вестник Брестского государственного технического университета. – 2024. – № 2. – С. 79–83.
Оптимизация управляющей подсистемы мехатронного модуля на основе трехфазного асинхронного электродвигателя / О. Н. Прокопеня, А. В. Францевич, Л. И. Вабищевич, А. И. Пикула // Вестник Брестского государственного технического университета. – 2025. – № 1. – С. 103–109.
Солодовников, В. В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования / В. В. Солодовников, В. Н. Плотников, А. В. Яковлев. – М. : Машиностроение, 1985. – 536 c.
Условие физической реализуемости математических моделей асинхронных двигателей / Ю. З. Ковалев, А. Ю. Ковалев, А. С. Солодянкин, Е. Ю. Ряхина // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2009. – № 4. – С. 10–18.
Иванов-Смоленский, А. В. Электрические машины: учебник для вузов / А. В. Иванов-Смоленский. – М. : Энергия, 1980. – 928 с.
Вольдек, А. И. Электрические машины. Машины переменного тока: учебник для вузов / А. И. Вольдек, В. В. Попов. – СПб. : Питер, 2008. – 350 с.
Асинхронные двигатели серии 4А: справочник / А. Э. Кравчик, М. М. Шлаф, В. И. Афонин, Е. А. Соболенская. – М. : Энергоиздат, 1982. – 504 с.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
The work is provided under the terms of Creative Commons public license Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0). This license allows an unlimited number of persons to reproduce and share the Licensed Material in all media and formats. Any use of the Licensed Material shall contain an identification of its Creator(s) and must be for non-commercial purposes only. Users may not prevent other individuals from taking any actions allowed by the license.
