Моделирование процесса пуска двигателя постоянного тока от элементов солнечной батареи
Ключевые слова:
двигатель постоянного тока, солнечный элемент, солнечная батарея, математическое моделирование, пуск электродвигателя, переходной процесс, SimInTech
Аннотация
Двигатель постоянного тока обеспечивает эффективное преобразование электрической энергии в механическую, является незаменимым в широком спектре промышленных и бытовых применений. Пуск двигателя сопровождается переходным процессом, влияющим на его эксплуатационные характеристики и долговечность. Понимание всех физических процессов и возможность их моделирования крайне важны для инженеров и исследователей, стремящихся оптимизировать работу электромеханических систем и устранить негативные факторы, такие как перегрузки и износ оборудования.
Настоящая работа посвящена разработке и исследованию математической модели пуска двигателя постоянного тока от солнечной батареи, позволяющей не только исследовать динамику в переходном режиме, но и оценивать влияние различных параметров на процесс пуска и дальнейшую работу электродвигателя. Модель реализована с помощью программы динамического моделирования SimInTech. Путем вычислительных экспериментов выявлены главные особенности функционирования двигателя постоянного тока от солнечной батареи, которые должны учитываться в реальных условиях эксплуатации. Показано, что в системе могут возникать электрические колебания и аттрактор в фазовой плоскости типа «устойчивый фокус». Полученные результаты открывают новые возможности в части моделирования и проектирования электромеханических систем, работающих на возобновляемых источниках энергии.
Литература
1. Герман-Галкин С.Г., Карташов Б.А., Литвинов С.Н. Модельное проектирование электромеханических мехатронных модулей движения в среде SiminTech. М.: ДМК Пресс, 2021.
2. Хамитов Р.Н., Самохвалова А.Ю. Моделирование двигателя постоянного тока с широтно-импульсным преобразователем // Динамика систем, механизмов и машин. 2014. № 1. С. 385—389.
3. Семенов А.С., Хубиева В.М., Петрова М.Н. Математическое моделирование режимов работы двигателя постоянного тока в среде MATLAB // Фундаментальные исследования. 2015. № 10-3. С. 523—528.
4. Ивойлов А.Ю., Жмудь В.А., Трубин В.Г. Методика определения параметров двигателя постоянного тока // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19. № 7. С. 486—496.
5. Романенко И.Г., Данилов М.И. Моделирование тягового двигателя постоянного тока последовательного возбуждения в замкнутой системе регулирования параметров // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. 2015. № 2. С. 66—72.
6. Харламов В.В., Москалев Ю.В., Найден С.Н. Моделирование процесса коммутации тягового двигателя постоянного тока карьерного самосвала // Омский научный вестник. 2020. № 2(170). С. 31—36.
7. Сологубов А. Виртуальная имитационная модель электромеханической системы на примере азимутального привода постоянного тока для исследования гелиоэнергетических установок // Силовая электроника. 2018. № 1. С. 74—79.
8. Bitara Z., Jabia S., Khamis I. Modeling and Simulation of Series DC Motors in Electric Car // Energy Procedia. 2014. V. 50. Pp. 460—470.
9. Szanto A., Sziki G.A., Hajdu S. Dynamics Simulation of a Prototype Race Car Driven by Series Wound DC Motor in Matlab-Simulink // Acta Polytech. Hung. 2020. V. 17(4). Pp. 103—122.
10. Szanto A., Kiss J., Mankovits T., Sziki G.A. Dynamic Test Measurements and Simulation on a Series Wound DC Motor // Appl. Sci. 2021. V. 11(10). P. 4542.
11. Cservenak A. Simulation and Modeling of a DC Motor Used in a Mobile Robot // Academic J. Manufacturing Eng. 2020. V. 18(4). Pp. 183—190.
12. Linggarjati J. DC Motor Simulation Using LTSpice // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2020. V. 426. P. 012137.
13. Al-Sagar Z.S., Saleh M.S., Mohammed K.G., Sameen A.Z. Modelling and Simulation Speed Control of DC Motor Using PSIM // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020. V. 745. P. 012024.
14. Kuczmann M. Review of DC Motor Modeling and Linear Control: Theory with Laboratory Tests // Electronics. 2024. V. 13(11). Pp. 2225—2263.
15. Трещ A.M. Моделирование эксплуатационных характеристик солнечных батарей (в среде MATLAB/SIMULINK) // Доклады БГУИР. 2012. № 7(69). С. 111—115.
16. Salmi T., Bouzguenda M., Gastli A., Masmoudi A. MATLAB/Simulink Based Modelling of Solar Photovoltaic Cell // Intern. J. Renewable Energy Research. 2012. V. 2(2). Pp. 213—218.
17. Tayeb A.M., Solyman A.A.A., Hassan M., Abu el-Ella T.M. Modeling and Simulation of Dye-sensitized Solar Cell: Model Verification for Different Semiconductors and Dyes // Alexandria Eng. J. 2022. V. 61. Pp. 9249—9260.
18. Ковалев В.З., Парамзин А.О., Архипова О.В. Математическое моделирование фотоэлектрических панелей, как составляющей комплекса распределенной генерации // Инженерный вестник Дона. 2022. № 12. С. 1—15.
19. Бураков М.В., Шишлаков В.Ф. Нечеткое управление солнечной батареей // Информационно-управляющие системы. 2017. № 5. С. 62—70.
20. Shah Md.W., Biate R.L. Design and Simulation of Solar PV Model Using Matlab/Simulink // Intern. J. Sci. & Eng. Research. 2016. V. 7(3). Pp. 551—554.
21. Киевец А.В., Бай Ю.Д., Суворов А.А., Аскаров А.Б., Ким А.А. Исследование влияния изменения температуры солнечных панелей на выходные характеристики солнечной электростанции в условиях частичной затененности // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24. № 3. С. 627—638.
22. Хабаров С.П., Шилкина М.Л. Основы моделирования технических систем. Среда SimInTech. СПб.: Лань, 2021.
23. Luque A., Hegedus S. Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. N.-Y.: John Wiley & Sons, 2011.
24. Анищенко В.С. Сложные колебания в простых системах: механизмы возникновения, структура и свойства динамического хаоса в радиофизических системах. М.: Наука, 1990.
---
Для цитирования: Рехвиашвили С. Ш., Макоев А.К. Моделирование процесса пуска двигателя постоянного тока от элементов солнечной батареи // Вестник МЭИ. 2025. № 2. С. 16—23. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-2-16-23
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. German-Galkin S.G., Kartashov B.A., Litvinov S.N. Model'noe Proektirovanie Elektromekhanicheskikh Mekhatronnykh Moduley Dvizheniya v Srede SiminTech. M.: DMK Press, 2021. (in Russian).
2. Khamitov R.N., Samokhvalova A.Yu. Modelirovanie Dvigatelya Postoyannogo Toka s Shirotno-impul'snym Preobrazovatelem. Dinamika Sistem, Mekhanizmov i Mashin. 2014;1:385—389. (in Russian).
3. Semenov A.S., Khubieva V.M., Petrova M.N. Matematicheskoe Modelirovanie Rezhimov Raboty Dvigatelya Postoyannogo Toka v Srede MATLAB. Fundamental'nye Issledovaniya. 2015;10-3:523—528. (in Russian).
4. Ivoylov A.Yu., Zhmud' V.A., Trubin V.G. Metodika Opredeleniya Parametrov Dvigatelya Postoyannogo Toka. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2018;19;7:486—496. (in Russian).
5. Romanenko I.G., Danilov M.I. Modelirovanie Tyagovogo Dvigatelya Postoyannogo Toka Posledovatel'nogo Vozbuzhdeniya v Zamknutoy Sisteme Regulirovaniya Parametrov. Vestnik Severo-Kavkazskogo Federal'nogo Universiteta. 2015;2:66—72.
6. Kharlamov V.V., Moskalev Yu.V., Nayden S.N. Modelirovanie Protsessa Kommutatsii Tyagovogo Dvigatelya Postoyannogo Toka Kar'ernogo Samosvala. Omskiy Nauchnyy Vestnik. 2020;2(170):31—36. (in Russian).
7. Sologubov A. Virtual'naya Imitatsionnaya Model' Elektromekhanicheskoy Sistemy na Primere Azimutal'nogo Privoda Postoyannogo Toka dlya Issledovaniya Gelioenergeticheskikh Ustanovok. Silovaya Elektronika. 2018;1:74—79. (in Russian).
8. Bitara Z., Jabia S., Khamis I. Modeling and Simulation of Series DC Motors in Electric Car. Energy Procedia. 2014;50:460—470.
9. Szanto A., Sziki G.A., Hajdu S. Dynamics Simulation of a Prototype Race Car Driven by Series Wound DC Motor in Matlab-Simulink. Acta Polytech. Hung. 2020;17(4):103—122.
10. Szanto A., Kiss J., Mankovits T., Sziki G.A. Dynamic Test Measurements and Simulation on a Series Wound DC Motor. Appl. Sci. 2021;11(10):P. 4542.
11. Cservenak A. Simulation and Modeling of a DC Motor Used in a Mobile Robot. Academic J. Manufacturing Eng. 2020;18(4):183—190.
12. Linggarjati J. DC Motor Simulation Using LTSpice. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2020;426:012137.
13. Al-Sagar Z.S., Saleh M.S., Mohammed K.G., Sameen A.Z. Modelling and Simulation Speed Control of DC Motor Using PSIM. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020;745:012024.
14. Kuczmann M. Review of DC Motor Modeling and Linear Control: Theory with Laboratory Tests. Electronics. 2024;13(11):2225—2263.
15. Treshch A.M. Modelirovanie Ekspluatatsionnykh Kharakteristik Solnechnykh Batarey (v Srede MATLAB/SIMULINK). Doklady BGUIR. 2012;7(69):111—115. (in Russian).
16. Salmi T., Bouzguenda M., Gastli A., Masmoudi A. MATLAB/Simulink Based Modelling of Solar Photovoltaic Cell. Intern. J. Renewable Energy Research. 2012;2(2):213—218.
17. Tayeb A.M., Solyman A.A.A., Hassan M., Abu el-Ella T.M. Modeling and Simulation of Dye-sensitized Solar Cell: Model Verification for Different Semiconductors and Dyes. Alexandria Eng. J. 2022;61:9249—9260.
18. Kovalev V.Z., Paramzin A.O., Arkhipova O.V. Matematicheskoe Modelirovanie Fotoelektricheskikh Paneley, kak Sostavlyayushchey Kompleksa Raspredelennoy Generatsii. Inzhenernyy Vestnik Dona. 2022;12:1—15. (in Russian).
19. Burakov M.V., Shishlakov V.F. Nechetkoe Upravlenie Solnechnoy Batareey. Informatsionno-upravlyayushchie Sistemy. 2017;5:62—70. (in Russian).
20. Shah Md.W., Biate R.L. Design and Simulation of Solar PV Model Using Matlab/Simulink. Intern. J. Sci. & Eng. Research. 2016;7(3):551—554.
21. Kievets A.V., Bay Yu.D., Suvorov A.A., Askarov A.B., Kim A.A. Issledovanie Vliyaniya Izmeneniya Temperatury Solnechnykh Paneley na Vykhodnye Kharakteristiki Solnechnoy Elektrostantsii v Usloviyakh Chastichnoy Zatenennosti. Vestnik Irkutskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta. 2020;24;3:627—638. (in Russian).
22. Khabarov S.P., Shilkina M.L. Osnovy Modelirovaniya Tekhnicheskikh Sistem. Sreda SimInTech. SPb.: Lan', 2021. (in Russian).
23. Luque A., Hegedus S. Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. N.-Y.: John Wiley & Sons, 2011.
24. Anishchenko V.S. Slozhnye Kolebaniya v Prostykh Sistemakh: Mekhanizmy Vozniknoveniya, Struktura i Svoystva Dinamicheskogo Khaosa v Radiofizicheskikh Sistemakh. M.: Nauka, 1990. (in Russian)
---
For citation: Rekhviashvili S.Sh., Makoev A.K. Modeling of DC Motor Start-up from Solar Array Cells. Bulletin of MPEI. 2025;2:16—23. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-2-16-23
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
2. Хамитов Р.Н., Самохвалова А.Ю. Моделирование двигателя постоянного тока с широтно-импульсным преобразователем // Динамика систем, механизмов и машин. 2014. № 1. С. 385—389.
3. Семенов А.С., Хубиева В.М., Петрова М.Н. Математическое моделирование режимов работы двигателя постоянного тока в среде MATLAB // Фундаментальные исследования. 2015. № 10-3. С. 523—528.
4. Ивойлов А.Ю., Жмудь В.А., Трубин В.Г. Методика определения параметров двигателя постоянного тока // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19. № 7. С. 486—496.
5. Романенко И.Г., Данилов М.И. Моделирование тягового двигателя постоянного тока последовательного возбуждения в замкнутой системе регулирования параметров // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. 2015. № 2. С. 66—72.
6. Харламов В.В., Москалев Ю.В., Найден С.Н. Моделирование процесса коммутации тягового двигателя постоянного тока карьерного самосвала // Омский научный вестник. 2020. № 2(170). С. 31—36.
7. Сологубов А. Виртуальная имитационная модель электромеханической системы на примере азимутального привода постоянного тока для исследования гелиоэнергетических установок // Силовая электроника. 2018. № 1. С. 74—79.
8. Bitara Z., Jabia S., Khamis I. Modeling and Simulation of Series DC Motors in Electric Car // Energy Procedia. 2014. V. 50. Pp. 460—470.
9. Szanto A., Sziki G.A., Hajdu S. Dynamics Simulation of a Prototype Race Car Driven by Series Wound DC Motor in Matlab-Simulink // Acta Polytech. Hung. 2020. V. 17(4). Pp. 103—122.
10. Szanto A., Kiss J., Mankovits T., Sziki G.A. Dynamic Test Measurements and Simulation on a Series Wound DC Motor // Appl. Sci. 2021. V. 11(10). P. 4542.
11. Cservenak A. Simulation and Modeling of a DC Motor Used in a Mobile Robot // Academic J. Manufacturing Eng. 2020. V. 18(4). Pp. 183—190.
12. Linggarjati J. DC Motor Simulation Using LTSpice // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2020. V. 426. P. 012137.
13. Al-Sagar Z.S., Saleh M.S., Mohammed K.G., Sameen A.Z. Modelling and Simulation Speed Control of DC Motor Using PSIM // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020. V. 745. P. 012024.
14. Kuczmann M. Review of DC Motor Modeling and Linear Control: Theory with Laboratory Tests // Electronics. 2024. V. 13(11). Pp. 2225—2263.
15. Трещ A.M. Моделирование эксплуатационных характеристик солнечных батарей (в среде MATLAB/SIMULINK) // Доклады БГУИР. 2012. № 7(69). С. 111—115.
16. Salmi T., Bouzguenda M., Gastli A., Masmoudi A. MATLAB/Simulink Based Modelling of Solar Photovoltaic Cell // Intern. J. Renewable Energy Research. 2012. V. 2(2). Pp. 213—218.
17. Tayeb A.M., Solyman A.A.A., Hassan M., Abu el-Ella T.M. Modeling and Simulation of Dye-sensitized Solar Cell: Model Verification for Different Semiconductors and Dyes // Alexandria Eng. J. 2022. V. 61. Pp. 9249—9260.
18. Ковалев В.З., Парамзин А.О., Архипова О.В. Математическое моделирование фотоэлектрических панелей, как составляющей комплекса распределенной генерации // Инженерный вестник Дона. 2022. № 12. С. 1—15.
19. Бураков М.В., Шишлаков В.Ф. Нечеткое управление солнечной батареей // Информационно-управляющие системы. 2017. № 5. С. 62—70.
20. Shah Md.W., Biate R.L. Design and Simulation of Solar PV Model Using Matlab/Simulink // Intern. J. Sci. & Eng. Research. 2016. V. 7(3). Pp. 551—554.
21. Киевец А.В., Бай Ю.Д., Суворов А.А., Аскаров А.Б., Ким А.А. Исследование влияния изменения температуры солнечных панелей на выходные характеристики солнечной электростанции в условиях частичной затененности // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24. № 3. С. 627—638.
22. Хабаров С.П., Шилкина М.Л. Основы моделирования технических систем. Среда SimInTech. СПб.: Лань, 2021.
23. Luque A., Hegedus S. Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. N.-Y.: John Wiley & Sons, 2011.
24. Анищенко В.С. Сложные колебания в простых системах: механизмы возникновения, структура и свойства динамического хаоса в радиофизических системах. М.: Наука, 1990.
---
Для цитирования: Рехвиашвили С. Ш., Макоев А.К. Моделирование процесса пуска двигателя постоянного тока от элементов солнечной батареи // Вестник МЭИ. 2025. № 2. С. 16—23. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-2-16-23
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. German-Galkin S.G., Kartashov B.A., Litvinov S.N. Model'noe Proektirovanie Elektromekhanicheskikh Mekhatronnykh Moduley Dvizheniya v Srede SiminTech. M.: DMK Press, 2021. (in Russian).
2. Khamitov R.N., Samokhvalova A.Yu. Modelirovanie Dvigatelya Postoyannogo Toka s Shirotno-impul'snym Preobrazovatelem. Dinamika Sistem, Mekhanizmov i Mashin. 2014;1:385—389. (in Russian).
3. Semenov A.S., Khubieva V.M., Petrova M.N. Matematicheskoe Modelirovanie Rezhimov Raboty Dvigatelya Postoyannogo Toka v Srede MATLAB. Fundamental'nye Issledovaniya. 2015;10-3:523—528. (in Russian).
4. Ivoylov A.Yu., Zhmud' V.A., Trubin V.G. Metodika Opredeleniya Parametrov Dvigatelya Postoyannogo Toka. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2018;19;7:486—496. (in Russian).
5. Romanenko I.G., Danilov M.I. Modelirovanie Tyagovogo Dvigatelya Postoyannogo Toka Posledovatel'nogo Vozbuzhdeniya v Zamknutoy Sisteme Regulirovaniya Parametrov. Vestnik Severo-Kavkazskogo Federal'nogo Universiteta. 2015;2:66—72.
6. Kharlamov V.V., Moskalev Yu.V., Nayden S.N. Modelirovanie Protsessa Kommutatsii Tyagovogo Dvigatelya Postoyannogo Toka Kar'ernogo Samosvala. Omskiy Nauchnyy Vestnik. 2020;2(170):31—36. (in Russian).
7. Sologubov A. Virtual'naya Imitatsionnaya Model' Elektromekhanicheskoy Sistemy na Primere Azimutal'nogo Privoda Postoyannogo Toka dlya Issledovaniya Gelioenergeticheskikh Ustanovok. Silovaya Elektronika. 2018;1:74—79. (in Russian).
8. Bitara Z., Jabia S., Khamis I. Modeling and Simulation of Series DC Motors in Electric Car. Energy Procedia. 2014;50:460—470.
9. Szanto A., Sziki G.A., Hajdu S. Dynamics Simulation of a Prototype Race Car Driven by Series Wound DC Motor in Matlab-Simulink. Acta Polytech. Hung. 2020;17(4):103—122.
10. Szanto A., Kiss J., Mankovits T., Sziki G.A. Dynamic Test Measurements and Simulation on a Series Wound DC Motor. Appl. Sci. 2021;11(10):P. 4542.
11. Cservenak A. Simulation and Modeling of a DC Motor Used in a Mobile Robot. Academic J. Manufacturing Eng. 2020;18(4):183—190.
12. Linggarjati J. DC Motor Simulation Using LTSpice. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2020;426:012137.
13. Al-Sagar Z.S., Saleh M.S., Mohammed K.G., Sameen A.Z. Modelling and Simulation Speed Control of DC Motor Using PSIM. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020;745:012024.
14. Kuczmann M. Review of DC Motor Modeling and Linear Control: Theory with Laboratory Tests. Electronics. 2024;13(11):2225—2263.
15. Treshch A.M. Modelirovanie Ekspluatatsionnykh Kharakteristik Solnechnykh Batarey (v Srede MATLAB/SIMULINK). Doklady BGUIR. 2012;7(69):111—115. (in Russian).
16. Salmi T., Bouzguenda M., Gastli A., Masmoudi A. MATLAB/Simulink Based Modelling of Solar Photovoltaic Cell. Intern. J. Renewable Energy Research. 2012;2(2):213—218.
17. Tayeb A.M., Solyman A.A.A., Hassan M., Abu el-Ella T.M. Modeling and Simulation of Dye-sensitized Solar Cell: Model Verification for Different Semiconductors and Dyes. Alexandria Eng. J. 2022;61:9249—9260.
18. Kovalev V.Z., Paramzin A.O., Arkhipova O.V. Matematicheskoe Modelirovanie Fotoelektricheskikh Paneley, kak Sostavlyayushchey Kompleksa Raspredelennoy Generatsii. Inzhenernyy Vestnik Dona. 2022;12:1—15. (in Russian).
19. Burakov M.V., Shishlakov V.F. Nechetkoe Upravlenie Solnechnoy Batareey. Informatsionno-upravlyayushchie Sistemy. 2017;5:62—70. (in Russian).
20. Shah Md.W., Biate R.L. Design and Simulation of Solar PV Model Using Matlab/Simulink. Intern. J. Sci. & Eng. Research. 2016;7(3):551—554.
21. Kievets A.V., Bay Yu.D., Suvorov A.A., Askarov A.B., Kim A.A. Issledovanie Vliyaniya Izmeneniya Temperatury Solnechnykh Paneley na Vykhodnye Kharakteristiki Solnechnoy Elektrostantsii v Usloviyakh Chastichnoy Zatenennosti. Vestnik Irkutskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta. 2020;24;3:627—638. (in Russian).
22. Khabarov S.P., Shilkina M.L. Osnovy Modelirovaniya Tekhnicheskikh Sistem. Sreda SimInTech. SPb.: Lan', 2021. (in Russian).
23. Luque A., Hegedus S. Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. N.-Y.: John Wiley & Sons, 2011.
24. Anishchenko V.S. Slozhnye Kolebaniya v Prostykh Sistemakh: Mekhanizmy Vozniknoveniya, Struktura i Svoystva Dinamicheskogo Khaosa v Radiofizicheskikh Sistemakh. M.: Nauka, 1990. (in Russian)
---
For citation: Rekhviashvili S.Sh., Makoev A.K. Modeling of DC Motor Start-up from Solar Array Cells. Bulletin of MPEI. 2025;2:16—23. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-2-16-23
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
Опубликован
2024-12-16
Выпуск
Раздел
Электротехнические комплексы и системы (технические науки) (2.4.2)
