Modeling dynamic and static operating modesof a low-power asynchronous electric drive

• Autorzy: Lyshuk Viktor , Moroz Sergiy , Selepyna Yosyp , Zablotskyi Valentyn , Yevsiuk Mykola , Satsyk Viktor , Tkachuk Anatolii

Identyfikatory

DOI

10.35784/iapgos.6794

Warianty tytułu

PL

Modelowanie dynamicznych i statycznych trybów pracy asynchronicznego napędu elektrycznego małej mocy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents a mathematical model of the asynchronous motor in oblique coordinates, based on differential equations expressed in the standard Cauchy form. The differential equations of traditional models are implicitly formulated; therefore, during numerical implementation for prolonged processes, matrix coefficient rotation leads to significant time expenditure and the accumulation of errors during integration. This complex task is proposed to be addressed by ensuring that the differential equations of the electromechanical state are non-stiff and, importantly, written in standard Cauchy form. The standard Cauchy form is essential for analyzing asynchronous motors, as changes in the number of unknowns significantly restructure the coefficient matrix. This formulation of the equations is convenient for numerical integration, as explicit methods, which are considerably simpler than implicit methods, can be implemented. To create a mathematical model, coordinate transformations were performed based on the classical theory of electric machines. The advantage of the proposed method of using different coordinate axes is the possibility of analyzing new variables and obtaining constant coefficients in the equations of state of the electric motor. The model accounts for the electromagnetic interactions of the motor’s electrical circuits and their nonlinearity, enabling the simulation of electromagnetic and electromechanical processes. Transitional operating modes of the asynchronous motor have been modeled and analyzed. The proposed model can be utilized for analyzing the operation of motors both as standalone elements and as components of an electromechanical system. It is demonstrated that this model aligns with classical electrical machine theory. Simulation results are provided, along with their analysis.

PL

W artykule przedstawiono model matematyczny silnika asynchronicznego we współrzędnych ukośnych, oparty na równaniach różniczkowych wyrażonych w standardowej postaci Cauchy'ego. Równania różniczkowe tradycyjnych modeli są sformułowane w sposób niejawny, dlatego podczas implementacji numerycznej dla długotrwałych procesów rotacja współczynników macierzy prowadzi do znacznych nakładów czasu i akumulacji błędów podczas całkowania. To złożone zadanie proponuje się rozwiązać poprzez zapewnienie, że równania różniczkowe stanu elektromechanicznego są niesztywne i, co ważne, zapisane w standardowej postaci Cauchy'ego. Standardowa postać Cauchy'ego jest niezbędna do analizy silników asynchronicznych, ponieważ zmiany liczby niewiadomych znacząco zmieniają macierz współczynników. Takie sformułowanie równań jest wygodne dla całkowania numerycznego, ponieważ można zaimplementować metody jawne, które są znacznie prostsze niż metody niejawne. W celu stworzenia modelu matematycznego przeprowadzono transformacje współrzędnych w oparciu o klasyczną teorię maszyn elektrycznych. Zaletą zaproponowanej metody wykorzystania różnych osi współrzędnych jest możliwość analizy nowych zmiennych i uzyskania stałych współczynników w równaniach stanu silnika elektrycznego. Model uwzględnia oddziaływania elektromagnetyczne obwodów elektrycznych silnika i ich nieliniowość, umożliwiając symulację procesów elektromagnetycznych i elektromechanicznych. Zamodelowano i przeanalizowano przejściowe tryby pracy silnika asynchronicznego. Zaproponowany model może być wykorzystany do analizy działania silników zarówno jako samodzielnych elementów, jak i komponentów systemu elektromechanicznego. Wykazano, że model ten jest zgodny z klasyczną teorią maszyn elektrycznych. Przedstawiono wyniki symulacji wraz z ich analizą.

Słowa kluczowe

EN

mathematical model; differential equations; numerical methods; asynchronous motor; electric drive

PL

model matematyczny; równania różniczkowe; metody numeryczne; silnik asynchroniczny; napęd elektryczny

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2025
• Tom: T. 15, nr 2
• Strony: 118--123
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., wykr.

Twórcy

autor

Lyshuk Viktor

• Lutsk National Technical University, Faculty of Computer and Information Technologies, Department of Electronics and Telecommunications, Lutsk, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-4049-8467+

autor

Moroz Sergiy

• Lutsk National Technical University, Faculty of Computer and Information Technologies, Department of Electronics and Telecommunications, Lutsk, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-4677-5170+

autor

Selepyna Yosyp

• Lutsk National Technical University, Faculty of Computer and Information Technologies, Department of Electronics and Telecommunications, Lutsk, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-2421-1844+

autor

Zablotskyi Valentyn

• Lutsk National Technical University, Faculty of Computer and Information Technologies, Department of Electronics and Telecommunications, Lutsk, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-2921-0031+

autor

Yevsiuk Mykola

• Lutsk National Technical University, Faculty of Computer and Information Technologies, Department of Electronics and Telecommunications, Lutsk, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-3768-8959+

autor

Satsyk Viktor

• Lutsk National Technical University, Faculty of Computer and Information Technologies, Department of Automation and Computer-Integrated Technologies, Lutsk, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-7132-3363+

autor

Tkachuk Anatolii

• Lutsk National Technical University, Faculty of Computer and Information Technologies, Department of Electronics and Telecommunications, Lutsk, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0001-9085-7777+

Bibliografia

• [1] Basu P. K., Dhasmana H.: Electromagnetic Theory. Springer, 2022.
• [2] Kostiuchko S., et al.: The Auxiliary Parametric Sensitivity Method as a Means of Improving Project Management Analysis and Synthesis of Executive Elements. iCETiC 2021. Lecture Notes of the Institute for Computer Sciences, Social Informatics and Telecommunications Engineering 395. Springer, Cham 2021, 174–184.
• [3] Lyshuk V., et al.: Еlectromagnetic Field Equations in Nonlinear Environment. Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska 14(1), 2024, 11–16 [https://doi.org/10.35784/iapgos.5533].
• [4] Mohan N., Raju S.: Analysis and Control of Electric Drives: Simulations and Laboratory Implementation. Wiley, 2021.
• [5] Rauf B.: Electrical Engineering for Non-Electrical Engineers. 3rd Edition. River Publishers, 2022.
• [6] Raychaudhuri A. K.: Classical Theory of Electricity and Magnetism: A Course of Lectures. Springer, 2022.
• [7] Rizzoni G., Kearns J.: Fundamentals of Electrical Engineering. 2nd Edition. McGraw-Hill Education, 2022.
• [8] Stratton J. A.: Electromagnetic Theory. IEEE Press, 2007.
• [9] Tchaban V., Kostiuchko S., Krokhmalny B.: Equations of State Variables of Electromagnetic Circuits in Engineering Education of MEMS-Specialists. IEEE XVIIth International Conference on the Perspective Technologies and Methods in MEMS Design (MEMSTECH), Polyana, Ukraine, 2021, 78–81.
• [10] Tchaban V.: Electromagnetic processes. Prostir M, Lviv 2017.
• [11] Tchaban V.: New electrotechnik. Prostir M, Lviv 2019.
• [12] Tolibjonovich D. S., Islomovna T. M., Saidulloevna M. D.: Modeling of starting transition processes of asynchronous motors with reduced voltage of the supply network. European Journal of Electrical Engineering 22(1), 2020, 23–28 [https://doi.org/10.18280/ejee.220103].
• [13] Yaroshevich N., Yaroshevych O., Lyshuk V.: Drive Dynamics of Vibratory Machines with Inertia Excitation. Balthazar J. M. (eds): Vibration Engineering and Technology of Machinery. Mechanisms and Machine Science 95. Springer, Cham 2021.
• [14] Zhang X.-Z.: Flow Measurement by Electromagnetic Induction: Theory and numerical methods. IOP Publishing, Bristol 2020.