Розробка та дослідження в MATLAB моделі електропривода трирівневий інвертор-асинхронний двигун
Автор: Зварич Віталій Володимирович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Сучасний розвиток електротехнічних систем і промислової автоматизації нерозривно пов’язаний із широким впровадженням напівпровідникових перетворювачів та високоефективних електроприводів. Особливе місце серед них займають електроприводи змінного струму, побудовані на базі інверторів напруги та асинхронних двигунів, які нині стали стандартом для більшості галузей промисловості. Зростання вимог до енергозбереження, точності регулювання швидкості та моменту, зниження гармонічних спотворень у мережі живлення та на виході інвертора стимулює перехід від традиційних двохрівневих перетворювачів до багаторівневих інверторних схем. Серед різноманітних топологій багаторівневих перетворювачів, три рівневі інвертори є найпоширенішими завдяки відносній простоті реалізації, високій енергоефективності та поліпшеній якості вихідної напруги. Такі інвертори забезпечують менший рівень електромагнітних перешкод і гармонік у порівнянні з двохрівневими, що особливо важливо для приводних систем, де пріоритетами є плавність керування, динамічна точність і надійність. Асинхронний двигун, завдяки своїй простоті, міцності та низькій вартості, залишається найбільш поширеним типом електричної машини у промисловості. Його природна здатність працювати в широкому діапазоні швидкостей та навантажень робить його основою для регульованих електроприводів змінного струму. Однак для забезпечення високої точності та швидкодії такого приводу необхідна адекватна математична модель, що відображає взаємодію між інвертором і двигуном у реальних умовах експлуатації. Модель системи типу «три рівневий інвертор – асинхронний двигун» дозволяє дослідити процеси енергетичного обміну, гармонічні складові, нелінійні ефекти та перехідні процеси, що виникають у системі керування. Така модель є ключовим інструментом для проектування систем керування електроприводом, оптимізації параметрів інвертора та визначення впливу методів широтно-імпульсної модуляції (ШІМ) на динамічні характеристики двигуна. В першому розділі пояснювальної записки розглянуто загальні відомості про електропривод трирівневий інвертор – асинхронний двигун.Особлива увага приділена перевагам трирівневого інвертора над дворівневим. Об’єкт дослідження – електропривод на основі трирівневого інвертора і асинхронним двигуном. Предмет дослідження – перехідні процеси в електроприводі на основі трирівневого інвертора і асинхронним двигуном,зокрема плавний запуск з різним навантаженням і різним часом розгону. Мета дослідження:розробити ефективну модель системи на основі трирівневого інвертора зскалярним керуванням і асинхронним двигуном. В другому розділі розглянуто модель електропривода з трирівневим інвертором і асинхронним двигуном. Зокрема, розглянуто моделювання асинхронного двигуна,трирівневого інвертора,системи скалярного керування. Крім того розглянуті різноманітні навантаження асинхронної машини та закони зміни напруги при скалярному керуванні асинхронним двигуном В третьому розділі здійснено розробку та опис моделі трирівневого інвертора зі скалярним керуванням та з асинхронним двигуном. В четвертому розділі здійснено дослідження моделі електропривод трирівневий інвертор – асинхронний двигун в MATLAB в різних режимах запуску та усталеної роботи. Ключові слова:перетворювач частоти,трирівневий інвертор, асинхронний двигун, скалярне керування, модель. Перелік використаних літературних джерел: 1. El-Shahat A. Induction Motors – Recent Advances New Perspectives and Applications. – IntechOpen, 2023. 2. Bahrami-Fard M., Chen T., Winchell E. A., Fahimi B. Integrated induction motor drive for variable speed industrial applications // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2025. – DOI: 10.1109/TPEL.2025.3532880. 3. Graciola C. L., Goedtel A., Angelico B. A. Energy efficiency optimization strategy for scalar control of three-phase induction motors // Journal of Control Automation and Electrical Systems. – 2022. – Vol. 33. – P. 1032–1043. 4. Adigintla S., Aware M. V. Design and analysis of a speed controller for fractional-order-modeled voltage-source-inverter-fed induction motor drive // International Journal of Circuit Theory and Applications. – 2022. – Vol. 50, No. 7. – P. 2378–2397. 5. Khurram A., Rehman H., Mukhopadhyay S., Ali D. Comparative analysis of integer order and fractional order proportional integral speed controllers for induction motor drive systems // Journal of Power Electronics. – 2018. – Vol. 18, No. 3. – P. 723–735. 6. Adigintla S., Aware M. V. Robust fractional order speed controllers for induction motor under parameter variations and low speed operating regions // IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. – 2023. – Vol. 70, No. 3. – P. 1119–1123.