Дослідження коливальних процесів в електромехатронних системах
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2025-295-9-69-75Ключові слова:
електропривод, двигун, коливальні процеси, електромеханічна система, внутрішнє в’язке тертя, механічне демпфуванняАнотація
В статті представлений аналіз коливальних процесів, що відбуваються в електромеханічних та електромехатронних системах.
Показано, що коливальні процеси відіграють ключову роль у формуванні динамічних характеристик як електромеханічних так й електромехатронних систем і визначають їхню стабільність, надійність та енергоефективність. Коливання відображають обмін енергіями між накопичувачами через активний канал передачі. У механічних системах такими накопичувачами є маси (моменти інерції), а каналами – валопроводи. Електричний двигун є універсальним перетворювачем електромагнітної енергії в механічну і навпаки. У ньому також є два накопичувачі енергії, між якими можливий обмін – обмотка якоря (ротора), в якій міститься електромагнітна енергія, і інерційність на валу (накопичення механічної енергії). В каналі передачі відбувається перетворення енергій з одного виду в інший завдяки наявності потоку збудження.
Авторами зазначено, що в електромеханічних та електромехатронних системах, окрім механічних коливань, можливі також і електромеханічні. Як внутрішнє в’язке тертя у валопроводах, так і втрати у якірному колі машини роблять ці коливання загасаючими.
В статті розглянуто електромеханічну систему, в якій спостерігаються обидва види коливань. Подано уніфіковану структурну схему для будь-якого типу електромеханічної системи електропривода, а також її математичну модель.
Отримано диференціальне рівняння руху ротора двигуна при стрибкоподібному збільшенні керуючого сигналу на вході. Знайдено значення перших похідних в початковий момент часу. Визначено коефіцієнти загасання та частоти коливань.
Виконано моделювання електромеханічної системи в середовищі MATLAB/Simulink відповідно до структурної схеми з постійним значенням електромагнітного моменту двигуна та заданими параметрами. Визначений логарифмічний декремент затухання коливань при відсутності механічного демпфування та при наявності втрат в валопроводі.
Наведено реакцію електромеханічної системи на стрибкоподібну появу на вході керуючого впливу, а також реакції при відсутності механічного демпфування і живленні якоря від джерела струму., з яких видно, що при відсутності внутрішнього в’язкого тертя у валопроводі механічні коливання все одно загасають завдяки внутрішньому в’язкому тертю у самому двигуні.
Посилання
1. Shevchenko I.S., Morozov D.I. Dynamics of complex electromechanical systems: navchal'nyj posibnyk. Alchevs'k: DonDTU. 2008. 171 p.
2. Rudniev, Y., Romanchenko, J., Romanchenko, O. Study of Impact Phenomenon in Mechatronic Systems Proceedings of the 2022 IEEE 4th International Conference on Modern Electrical and Energy System, MEES 2022, 2022, р. 1-6.
3. Tamm C., Perfetto S. Design and Optimization of Mechatronic Systems Using a Holistic and Parametric Simulation Approach IFAC-PapersOnLine, Vol.52, 271-276p.
4. Kundur P. Power System Stability and Control, McGraw-Hill, 1994 Technology & Engineering - 1176 p.
5. Rueda-Medina A. C. Fiorotti R., Oliveira Rocha H.R., Simonetti D. Novel sensitivity models for electromechanical oscillations analysis in active distribution networks considering electrical vehicles optimal charging. Renewable Energy 232(4), 2024.
6. Zuo G., Wong L. A review of recent active vibration control techniques, arXiv, 2016.
7. Baltas G.N., Lai N.B., Tarraso A., Marin L., Blaabjerg F. and Rodriguez P. AI-Based Damping of Electromechanical Oscillations by Using Grid-Connected Converter, Frontiers in Energy Research, Volume 9, 2021.
8. Berizzi A., Bosisio A., Simone R., Vicario A. Real-time identification of electromechanical oscillations through Dynamic Mode Decomposition, IET Research / related works, 2020.
