В современном автоматизированном производстве широкое применение находят мехатронные системы на базе регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока. Одним из перспективных направлений в развитии электроприводов является использование в качестве исполнительных электродвигателей асинхронных двигателей [1], которые имеют ряд преимуществ перед двигателями постоянного тока: более высокую надежность, простоту эксплуатации, лучшие массогабаритные показатели, низкую стоимость и др.
Однако существует ряд проблем, препятствующих применению электроприводов на базе асинхронных двигателей в мехатронных системах малых угловых и линейных перемещений. Особенностью таких мехатронных систем является работа в области низких скоростей перемещения рабочего органа исполнительного механизма, т.е. при малых частотах вращения выходного вала приводной системы. Указанная особенность обуславливает необходимость применения в мехатронных системах электроприводов с широким диапазоном изменения выходных параметров (угловой скорости вращения и момента). В статье не рассматривается возможность применения безредукторного электропривода на базе электрической машины двойного движения [2] с перемещающимся в разных плоскостях ротором и статором для формирования вращательного, поступательного и возвратно-поступательых движений мехатронных систем. Проведенные исследования в части широкого применения безредукторного электропривода с использованием многополюсных машин с питанием от промышленной сети или источника пониженной частоты, машин с катящимся ротором, машин с питанием ротора и статора от источников с разной частотой, редукторной машины и двигателя с субгармоническими магнитными колебаниями поля показали [3], что для низкоскоростных устройств мехатронных систем показатели такого электропривода вполне сравнимы с массогабаритными показателями редукторного электропривода.В настоящее время существуют методы улучшения равномерности вращения ротора асинхронного двигателя в области малых скоростей [1,4,9]. Уменьшение пульсаций момента асинхронного двигателя обеспечивается при помощи введения в систему управления привода дискретного контура стабилизации скорости, осуществляющего в области низких частот модуляцию тока статора за счет дополнительной коммутации тиристоров группы «вперед-назад». Фирма ABB (Финляндия) предложила в электроприводе ACS-600 систему Direct Torque Control, в которой стабилизация момента асинхронного двигателя осуществляется поддержанием заданного угла между векторами потокосцепления ротора и статора путем изменения очередности переключения ключей автономного инвертора напряжения (изменения алгоритма управления ключами автономного инвертора напряжения). Специалистами разработаны и предложены симплексные алгоритмы управления трехфазными автономными инверторами напряжения, позволяющие улучшить форму выходного напряжения инвертора за счет уменьшения периода модуляции.
Ограниченность использования современного частотно-регулируемого электропривода на базе 3-х фазного асинхронного двигателя в мехатронных системах специального назначения [4] обусловлена тем, что достаточно низкий диапазон регулирования скорости (до 30) не обеспечивает необходимые выходные характеристики управления рабочим органом технологической машины. Малый диапазон регулирования таких приводов обусловлен неравномерностью вращения ротора асинхронного двигателя при низких частотах питающего напряжения статора (ниже 2-2,5 Гц). При анализе электромагнитных процессов в системе «автономный инвертор напряжения — асинхронный двигатель» при 150 эл. град. и 180 эл. град. углах управления ключами автономного инвертора напряжения [1] установлено, что с уменьшением относительной частоты (угловой скорости вращения ротора асинхронного двигателя) увеличиваются пульсации выходного напряжения автономного инвертора напряжения, а, следовательно, и пульсации фазных токов статора.