Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Электромеханические преобразователи энергии на основе синхронного злектюдвигателя центробежного турбомеханизма 11
1.1 Область применения синхронного электродвигателя центробежного турбомеханизма 11
1.2 Обзор силовых прсобразомтелышх устройств управления синхронным электродвигателем центробежного турбомеханизма 15
1.3 Обзор устройств и методов контроля координат и идентификации параметров синхронного электродвигателя 23
1.3.1 Устройства и методы контроля координат синхронного электродвигателя 23
1.3.2 Классические методы идентификации параметров синхронного электродвигателя применяемые на практике 28
! .4 Выводы 30
Глава 2 Математическая модель синхронного электродвигателя центробежного турбомеханизма 32
2.1 Синхронный электродвигатель центробежного
турбомеханизма 32
2.2 Математическая модель синхронного электродвигателя центробежного турбомеханизма 38
2.3 Системы имитационного моделирования синхронного электродвигателя 45
2.4 Выводы 47
Глава 3 Разраютка метода, алгоритма и программы косвенного контроля электромагнитного момента синхронного электродвигателя центробежного турбомеханизма 48
3.1 Метол и алгоритм косвенного контроля электромагнитного синхронного электродвигателя центробежного 48
3.2 Разработка функциональной схемы устройства косвенного контроля электромагнитного момента синхронного 52
3.3 Исследование статических и динамических свойств косвенного контроля электромагнитного момента синхронного электродвигателя 55
3.4 Выводы 63
Глава 4 Устройство косвенного контроля координат синхронного электродвигателя центюбежного турбомеханизма 64
4.1 Измерение электрических координат, их преобразование и передача к устройствам косвенного контроля 64
4.І.І Первичные измерители тока и напряжения для устройств косвенно! о контроля координат 66
4.12 Преобразование сигналов первичных измерителей и передачи данных к устройствам косвенного контроля 75
4.2 Оценка точности устройства косвенного контроля электромагнитного момента синхронного электродвигателя 78
4.3 Выводы 83
Глава 5 Диагностика функционирования устройств косвенного контроля координат синхронного электродвигателя центробежного турсомеханизма 84
5.1 Разработка алгоритма диагностики функционированияусцюйсів косвенного контроля координат синхронногомектродвмгхтеля центробежного турбомеханизма 84
5.2 Функционал! имс схемы устройства диагностики 87
5.3 Разработка устройства диагностики 92
5.4 Вмести 96
Глава 6 Разработка метода, алгоритмов ипрограмм идантификации параметровсинхронного электродвигателя центробежного турбомеханизма 97
6.1 Метод идентификации параметров синхронного при неподвижном центробежном іе 97
6.2 Применение метода наименьших квадратов для идентификации параметров синхронного электродвигателя центробежного турбомеханизма 101
6.3 Тестовый сигнал при идентификации параметров методом наямсныних квадратов 103
6.4 Алгоритмы и программы идентификации параметров синхронного злсіггродвнгателя центробежного турбомеханизма 104
Выводы 115
Заключение 116
Список использованных источников 117
Приложения 133
- Обзор устройств и методов контроля координат и идентификации параметров синхронного электродвигателя
- Математическая модель синхронного электродвигателя центробежного турбомеханизма
- Исследование статических и динамических свойств косвенного контроля электромагнитного момента синхронного электродвигателя
- Оценка точности устройства косвенного контроля электромагнитного момента синхронного электродвигателя
Введение к работе
Синхронные электродвигатели (СД) являются основными потребителями электрической энергии насосных станций. Применение СД для привода центробежных турбомеханизмов (ЦТМ) большой установленной мощности обусловлено их энергетическими показателями. СД установленной мощностью от сотен до тысяч кВт широко используются на станциях перекачки нефти, водоснабжения. Управление режимами работы СД ЦТМ, как правило, осуществляется только с помощью статического возбудителя.
С развитием полупроводниковой техники появилась реальная возможность модернизации электрооборудования ЦТМ. Применение статических преобразователей частоты позволяет управлять СД ЦТМ в соответствии с режимами технологического процесса насосной станции. При этом целесообразно осуществлять контроль технологического процесса и режима работы СД которая! характеризуется медленно протекающими процессами.
Существуют устройства контроля координат СД использующие различные подходы: непосредственного (с установкой в кинематической передаче) и косвенного контроля (использующие математические модели, в том числе уравнения Парка-Горем).
Одной из актуальных задач является разработка методов, алгоритмов и программ косвенного контроля электромагнитного момента, диагностики и идентификации параметров СД ЦТМ, которая обусловленной несколькими факторами: расширение области применения СД ЦТМ; при управлении СД ЦТМ целесообразно осуществлять контроль его координат с целью наблюдения за технологическим процессом и формирования управляющих сигналов; применяемые на практике методы и устройства контроля координат обладают рядом недостатков (стоимостные и массогабаритные іюкхзатеди, необходимость в механической связи с электромеханическим прсобрнэоввтслем).
Разработка метода, алгоритма, программы и устройства косвенного контроля (УКК) электромагнитного момента СД ЦТМ позволит осувявствлять наблюдение за его загрузкой при изменении характеристик сети и по греби теля ЦТМ, а также формировать управляющие сигналы с неямо повышения качена управления. Надежность УКК координат СД ЦТМ может быть обеспечена диагностированнем его функционирования.
Существуют, уже в достаточной степени изученные, методы идентификации парами ров СД, которые позволяют идентифицировать только рад определенных параметров при проведении различных по характеру экспериментов. Построение математической модели СД ЦТМ, а также разработка метода, алгоритмов и программ, осуществляющих идентификацию параметров схемы замещения СД, позволит проводить исгведоввния имитационным путем без создания дорогостоящей физической модели.
Целью работы является разработка методов, алгоритмов и программ косвенного контроля электромагнитного момента, диагностики функционирования и идентификации параметров неявнополюсного СД ЦТМ. Два достижения указанной цели в работе были поставлены и решены
1. Исследование систем имитационного моделирования злектромеханнческих устройств и систем;
2. Построение в среде имитационного моделирования математической медвян СД ЦТМ;
3. Разработка метода, алгоритма и программы косвенного контроля электромагнитного момента СД ЦТМ;
4. Разработка функциональных схем для реализации УКК электромагнитного момента СД;
5. Разработка алгоритма и устройства диагностики функционирования У КК координат СД;
6. Разработка метода, алгоритмов и программ идентификации парат гров СД ЦТМ.
Научные положения, разработанные соискателем и новизна:
- разработан метод, алгоритм и программа косвенного контроля электромагнитного момента СД ЦТМ;
- разработан алгоритм и устройство диагностики функционирования УКК координат СД ЦТМ;
- разработан метод идентификации параметров неявнополюсного СД при неподвижном ЦТМ;
- разработаны алгоритмы, модели и программы имитационного зажиарииснта косаешюго контроля момента и идентификации нарами і ров нежвнополюсного СД ЦТМ.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
корректным использованием при теоретическом анализе методов, баэирувэацихся иа фундаментальных положениях теории аіоматищкиго управления и регулирования, теории автоматизированного электропривода; теории электрических машин; результатами экспериментов и опытно-исследовательских работ.
Значение работы
Научное значение работы состоит в разработке методов и мішриіниа косвенного контроля электромагнитного момента иаиаисекииосного СД, методов и алгоритмов идентификации параметров СД при неподвижном ЦТМ.
Практическое значение работы заключается в построении математической модели СД ЦТМ в среде МАТЛАВ, а также разработке функциональных схем УКК момента СД ЦТМ, функциональных, принципиальных, монтажных схем и опытного образца устройства диагностики, методик проведения экспериментов, программ идентификации ивуморчи СД при неподвижном ЦТМ и косвенного контроля электромагнитного момента СД ЦТМ.
Реализация выводов и рекомендаций работы
Результаты теоретических исследований используются в учебном процессе при подготовке инженеров - электриков на кафедре «Эдектроэиергстика» Павлодарского университета, а также инженеров -электромехаников на кафедре «ЛЭП и ЭТУ» Павлодарского государственного университета им. С. ТораЛгырова.
Результаты дисдхріацнонной работы использованы при выоолмеккм НИОК? для ЗАО "КаэТрамсОйя .
Апробация работ
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Международных конференциях: «Энерго-рссурсосберегающис технологии Прииртышья», Павлодар, 2001г.; «Социальные и экономические аспекти развития региона: потенциал, проблемы н нерсясагивы», Павлодар, 2001г. и 2003 г.; «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов», Благовещенск, 2000г.; «Электромеханические преобразователи энергии», Томск: ТПУ, 2001г.; «Математические модели и информационные технологии в гшивтип • этиомяпосжих и экологических системах», Луганск: ВНУ. 2С0ІГ.; «3 Международная (14 Всероссийская) коифереиция по аатоматизированному электроприводу» г. Нижний Иоагпргщ. 2001г.; «Микропроцессорные, аналоговые и цифровые система : проеггнровамне и схемотехника, теория и вопросы применения)», Новочеркасск: Южно-Российский государственный университет 2001г.; «Наука - Техника - Технологии на рубеже третьего тысячелетия», Находка, 2001г.; «Казахстан в 3-м тысячелетии: качество образования в современных условиях», Павлодар, 2001г.
Диссертация одобрена на расширенном заседании кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Омского государственного технического университета.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 27 печатных работ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников, содержащего 141 наименование и 3 приложений. Общий объем работы сосгвлдяст 169 стр.
Обзор устройств и методов контроля координат и идентификации параметров синхронного электродвигателя
Устройства непосредственного контроля координат СД обладают относительно низком погрешностью, однако они имеют существенные недостатки: необходимость совмещения датчика с механической частью СД что усложняет ревизию и ремонт, невысокая надежность в работе, так как в этих датчиках прнсутсгвуют вращающиеся элементы; конструктивная сложность. Например, конструкции датчиков моментов (ДМ) врвнгння в значительной с кисни определяется характером объекта, на котором производят измерения. Учитывая то, что моменты, как правило, измеряют на вращакннияся валах, весьма важно знать, допустим, разрыв кинематической цепи или нет. Для измерения момента широко используются шиомшрнчеише датчики и магнитоупругие датчики /16, 21, 25, 34, Щ 122, 123, 12W. Недостатком таких датчиков является зависимость от прикладываемого напряжения, нелинейность ядрякіарнстикн измерите лі пых элементов во всем диапазоне изменения канрязясимя, а така» «уивтсівпшн зівнсиность от температуры. ІДироко расакюстранекиьк датчики скорости - тахогенераторы, также имеют рая суівжімитіА исдестатаов, основным является то, что тахогенераторы яавяиш электрическими микромашинами (вращающиеся преобразователи).
Для контроля угла поворота вада электродвигателя разработаны инкрементные импульсные датчики, обладающие высокой разрешающей способностью /20, 22/. Фирмой Hubner выпускаются импульсные датчики частоты вращения и положения, имеющие 1200 и более пазов на кодирующем диске. Такие датчики могут выдерживать колебания с
ускорениями до 100 м/с3 и ударные ускорения до 3000 м/с2 /20/. Дискретные датчики угла помрете, применяемые в ряде случаев в комбинации с долговечными тахогенераторами имеют срок службы, сопоставимый со сроком службы прецизионных подшипников. Для отмерен» положения ротора при быстро протекающих переходных процессах используется цифровой метод широтно-импульсного измерения, где сигнал с помехами и» выходе шифратора датчика полшажииа ротора преобразуется в реальном времени в более надежный сигнал, что инчишиио увеличивает разрешающую способность СУ. В /22/ івдсдлагвгпя дакни яоавжвввим ротора, построенный на эффекте Wiffand Датчик иояоиииил ротора (ДО?) располагается вблизи вярифсриймоЯ новеркиости зубчатого ротора. При вращении ротора в обмоги ДПР генерируются импульсы значительной амплитуды и с крутыми фронтами, тши которых в дм раза выше частоты вращения зубчатого ротора. Параметры ДПР слабо зависят от уменьшения частоты враеавиия вплоть до нуля, но при испопзоввиин его в высокоскоростных дваквтеяих иоодзодвстса ухудиввиме его яяражтаристик.
Одиеко, нспам зоваашс возиіиіоіиаіи датчиков, необходимых для ра ииравииива воовяииет СД ЦТМ, сопряжено с конструктивными Нашим іаіащ ікивасрсдствеииого щипрши координат позволяют избеэхать методы и устроисіва косвенного контроля (УКК) координат. В /100. 10І, НЖ. ЮвУ разработано устройство косвенного контроля яояеаваашв ротора Д Тявиаизип иэмереиия заключается в определенном нажобрегииинаии дани отмирает їх величии (напряжение, токи и т.п.) в обмоток; Lt,M, шиуггивиост и яэаммонндуггивмость, соответствующие полям к фазе; iara - падение но н эявктончоскис коорязпшты. координатами СД являются угон поворота, скорость, момент, такие, как ток, напряжение, электрических координат основаны
Два измерения электрических координат используются тшттяяратт янгиши. 1С числу тнисицх можно отнести датчики тока (ДТ) н напряжения (ДН). Эти датчики наиболее часто применяются, на их основе могут быть построены датчики мощности, а также устройства косвенного контроля положения ротора СД /100, 101, 106, 108/, эяепромагнитного момента, угловой скорости вращения вала электродвигателя и других координат.
Назначение ДН и ДТ - преобразование входной величины -напряжения иди тока цепи преобразователя, двигателя в выходной сигнал, пропорциональный входной величине. В зависимости от вида выходного сигнала датчики разделяют на аналоговые и цифровые.
ДТ принципиально не отличается от ДН, но характеризуется оллыинм коэффициентом усиления по напряжению /128/, так как имеет низкий входной сигнал (номинально 73 мВ). Поэтому в состав ДТ входит дополнительно усилишв. напряжения «ременного тока, усиливающий выи одной сигнал модулятора. На рис. 1.4 изображены обобщенные структурные схемы аналоговых (рис. 1.4а) и цифровых (рис. 1.46) ДН и ДТ. В составе аналогового датчика с выходным напряжением на nut цмином токе можно выделить три части: вводную цепь ВЦ, потенциальный разделитель ПР и внятной усилитель Вых. У. Собственно датчиком является вводная цепь - делитель напряжения, шунт, трансформатор ивпріжсііііі мл тока с выпрямителем. Эта цепь преобразует измеряемые напряжения или ток во входное напряжение пппояиногп тока Um- Потенциальный разделитель гальванически
Дяя осуществления потеицкальиого разделения с помощью трансформатора необходимо иметь на входе трансформатора модулятор, а на шпат домвццяятир, ряеотвнмкме вместе с коммутирующим устройством - гявиввстором iBKiuBMX импульсов ГТИ. Выходной усилитель фпвіііфуит усиленный по напряжение и мощности выходной сигнал двтчвжв С Хлсияггеристики уяравления ДН и ДТ без учета ног рсшносіей прямолинейны. Аимогояые ДН и ДТ имеют сложную структуру, состоящую из фуяведивешвмдых баоиоа. Сжожность структуры ДН и ДТ 99/шшнжякш и ш нцфуовмя дат чикая.
Однако іишиїш вате простые дискретные датчики без усилителей многаажфодных АЦП /128/. Эти личики дают информацию только о #111 ишаичия на» ии,угивил воитроаируемоя величины без оценки ее значения. Выходная величина таких датчиков представляет собой одноразрядный двоичный сигнал, принимающий одно из двух значений: О или 1.
Наиболее распространенным методом идентификации параметров СД является метод внезапного трехфазного короткого замыкания (КЗ) Мй 63/. задеючакхцияса том, что измеряют ток КЗ статора и строят жарактсрнсткжу КЗ, а тнкже проводят опыт холостого хода (XX) и строят XX, далее путем графических построений определяют статора СД но продольной оси d. Известный недостаток заключается в КЗ СД испытывает высокие і). Другим недостатком нестроений для определения что может снизить точность идентификации. Третьим то, что метод не позволяет СД. Ташке на ярвктиже pau ірщ, іранці метод идентификации СД из опыта скольжения /40,65/, заключающийся в том, что машины вращается приводным двигателем в статора с почти синхронной частотой вращения. При этом ноне, создаваемое тонами обмотки статора, попеременно 4 н іюоеречнон щ осями ротора. Измеряют н тока статора синхронной машины и определяют индуктивные сопротивления статора СД по продольной d и поперечной q осям по выражениям: где: V - линейное иаярсженияготикя СД;/ , и /тах - значения токов обмотки статора, полученные из опыта скольжения. Этот метод также обладает рядом недостатков: невозможность идентификации полного комплекта параметре СД; необходимость в специальном приводном двигателе и источнике витания машины соответствующими токами. Существуют и Другие, нслодьэуемые на практике, методы идентификации параметров СД /40,64,65/, но все эти методы имеют ряд суирешинш недостатков. Основным, ю которых является то, что эти методы не щвшояат ндентнфнінфовнть полного комплекта параметров
Математическая модель синхронного электродвигателя центробежного турбомеханизма
Наиболее удобное для исследования и моделирования СД математическое описание представлено а осах d и q /26,42,61, 63, 64,65/ и OTwoctrrcJiMtux единицах имеет »ид/аб/:
Где: индексы d, D, q, Q, f обозначают параметры и координаты обмоток статора по оси d, демпферной обмоіки по оси d, обмотки статора во оси q» демпферной обмотки по оси % а также обмотки возбуждения соответственно.
Схема замещения СД представлена на рис. 2.7 /26/. Параметры схемы замещения могут быть рассчитаны по выражениям /26/: обмотки по оси d; хы но продольной оси d; хк -обмотки возбуждения и О ; Х\щ - - индуктивное сояротнввгннс реакции «коря во поперечной оси q; xQa - индуктивноепо оси q. Математическая модель СД в осях (d, q) удобна тем, что моделирование можно выполнять на постоянном токе /64, 65/. Кроме того, при использовании математического описания в осях (а, (3) или (х, у) ноле» жлчжммит усложняется, ти как этих случаях индуктивные сопротивления ротор являются функцией угля поворота ротора. 23 Системы имитационного моделирования синхронного электродвигателя
При создании качественных систем, реализующих требуемые характеристики надежности, экологичностн и эффективности, на стадии проектирования возникает необходимость анализа и моделирования СД ЦТМ как технологической подсистемы, включающей в себя элементы различной физической природы, например, электродвигатель, управляемый полупроводниковый преобразователь электрической энергии, мнкроэдеггромше элемент систем получения, обработки технологической информации и управлении. Множество возможных алгоритмов реализации предопределяет на этапе проектирования и эксплуатация продуктивное использование информационных тсхиологии, в частности, имитационного моделирования. На рынке программных продуктов имеется большое количество различных систем и ивксіоа прикпвдиитс программ, позволяющих исследовать математические модели и строить структурные схемы систем ІЦИИІИИІІin любой СЛОИОЮС1И. В частности для проектирования и иггвадпввииі ТЄХИОЛОГИ МСКИА объектен различной физической природы я СД ЦТМ как веновной уяравиввкнчей подсистемы возможно вримсисмис различима паксігв івмнсяадаавх программ, например, WrvkbamHi, Malbcad, Ммнстаїіга, MATLAB н других /3, 15, 23, 45, 46, 47,R 2,«S,105, Иг Ut, 119,121/.
Щт иостроеиии іннітвннвішай модели СД ЦТМ как ііхнсммгнчисвой ножнеifini с номонвыо системы MATLAB отмечено
сокрнініь время на выполнение проекта. Это особенно важно как при научных исследованиях, так и в учебных целях. MATLAB упрощает процесс моделирования тем, что для многих элементов уже созданы программы с описанием происходящих в них процессов, приближенных к реальным. Система MATLAB содержит в себе большое количество различных пакетов прикладных программ, в числе которых присутствуют такие как "Power System BlockseT, t)ptSmization Toolbox", "Control System Toolbox", "Nonlinear Control Design Toolbox" и многие другие. Эти пакеты прикладных программ позволяют моделировать и исследовать линейные и нелинейные системы, производить анализ и синтез систем управления, а также осуществлять их оптимизацию. Возможно создание дополнительных объектов, используя языки программирования C++, Fortran и непосредственно язык MATLAB. Расчет динамических характеристик исследуемой системы можно производить методами Рунге-Кутга, Адамса-Башворта-Мултона и другими с пгргмсииым. либо фиксированным шагом с погрешностью шчисвгииют 10 \
Смоделировав систему и задав ее яерлаавтры можно одновременно вести расчет динамических хлраггеристмж и вносить изменения в структуру системы, іівпиіоди яри этом ее поведение. Интерфейс дает в тирсігх пределах изменять управляющее и создания модели и которые могут быть и выведены ив Ирин 1С р. Создание статических и исследовать и дииавиїческие «действ моде жируемой системы, а также а рвівиїиіім ситуациях без создания 1Л Выводы 1. При проектировании СД ЦТМ необходимо учитывать специфику технояогического процесса, параметры которого могут значительно изменяться в течение времени. Так для регулирования координат СД ЦТМ можно рекомендовать применение САУ с обратной связью по технологическому параметру. Это позволяет не только регулировать и стабилизировать технологический параметр, но и выполнять функции 2. Мпсищцдевая модель СД ЦТМ достаточно сложна и не имеет аналитического ренинам. Поэтому ив стадии проектирования такой системы и иггдгдпвямие ее стгпгихжнх и динамических свойств целесообразно проводить исстлоааиия имитационным путем, без гґпваїпіі ампнчесавй мвяваи. 3. Выло лить имитационное моделирование сложных ілеггрсмехаиических усіроясів, (в "истопи СД ЦТМ) на высоком уровне позволяет ітистсма MATLAB. Шировж возможности и удобный ииісрфсвс зиа игтвльио илхивсівуюі повышению качества имитщмпиипт жтвгдоиаииі. Сисіемв MATLAB может быть рФштттшип при иіготвиаіии гнюсктимх работ, как инженерам, так и ЗЛ Метод и алгоритм косвенного контроля электромагнитного моменте синхронного электродвигателя центробежного турбомствииіма Наиболее распространенными устройствами контроля координат СД ЦІМ являются устройства непосредственного измерения рассмотренные і га. 1. Они обладают относительно низкой погрешностью, однаго имеют существенные недостатки: необходимость соамеяввяяя датчика е мехлюпесяой частью электродвигателя, что усложняет рсатию и ремонт; невысокая надежность в работе, так как на датчики оказывается механическое везде не івис со стороны механической части ЦТМ; міин,іуашним сложность. Эти недостатки исключаются иви нванеенсинн УКК втюраниат. Работы авторского коллектива /17, 18, 53. 6Д еА Л. 74. 7%\ Ю-46, Ю-91, 93. 94, 96, 106- 112/посвящены раямДотие УКК частоты ареаасния и IJIJIBHBIIIU момента асинхронного шіірітдиіивігм, утяв воаорота вала я зневтвоаіагнитного момента СД. Раиииишв матеш я УКК мим цмітіпїитного момента СД лжашшавресютак/П, 1».53,»9-91.93,94.96,106,110,111/. Необаяаанем яифвеааиаш об ветром вшит ним моменте инжівши /9, 58, 64,65,67, 104, 113, 1ЭЭ - 136, 138/ уравнения угловой характеристики: где U с -значение фазного напряжения питания СД; Е - э.д.с, индуктированная в обмотке статора потоком обмотки возбуждения; хс -индуктивное сопротивление СД; в - угол между векторами напряжения питання СД и эл.си, индуктированной в обмотке потоком обмотки возбужден , определяемый положением ротора отиоситеяьио результирующего вращающегося магнитного потока статора. Поскольку эле измерить непосредственно невозможно, то os вычисление явяееообрезяо осуществят на основании известных ванных двигателя и легко измеряемых величин, таких как и ініуя винні. Эдх индуктированную в обмотке статора из выражения /67, 104, с выряяяашями 0Л н 3.7) и алгоритмом ив рис. 3.1 два пяргдявшиї зяектромагнитного момента электромеханического преобразователя на основе трехфазного неявнополюсного СД необходимо произвести измерение мгновенного значения фазного напряжения, фазного тока и частоты основной 3.2 Разработка функциональное схемы устройства косвенного
Исследование статических и динамических свойств косвенного контроля электромагнитного момента синхронного электродвигателя
В соответствии с выражениями (3.6 и 3.7) и приведенным описанием построена обобщенная функциональная схема контроля длмгтромагнитного момента неавнооомосного СД, представленная на ряс. 3.2« Блок формирования момента (БФМ) включает в себя блок оярслслскмж ігтивно состашикияея топ статора (БОАСТС) СД и шичшсмжпяыю-проабрш юватслыюс устройство (ВПУ) БФМ. Обобщенные фунжінюнаиіиііс схемы нвтормж представлены на рис. 3.3 и 3.4. В основу БОАСТС СД может быть нолоноено выражение (3.6). ВПУ БФМ может быть функционально реализовано в соответствии с вырвженнеы (3.7). Таням обрвюм, ш соответствии с функциональными схемами, легко иэмернемыж нерчіпиніх. я монкгг быть достаточно просто всалиэвнвне аяяавягснммн средстввмн ян основе интегральных имвуясіїи, яа дяинмшва, уиифияявзеенмиоА блочной системы регуявторов УБСУ - АН, УБСР - ДН. либо с использованием ныюмц щкк тн швтитпт /»»33. Ж 41. 71.120,130,141/. Исследование статических я динамических свойств косвенного контроля электромагнитного момента синхронного электродвигателя Для исследования статических и динамических свойств косвенного контроля злеі стромагнитиого момента СД ЦТМ использовались методы имитационного моделирования с применением ресурсов системы MATLAB. Разработанная нмитацнонкая модель для исследования, представленная на рис. 3.7, включает в себя стандартные элементы инструментальных библиотек системы MATLAB: источники сняусондаяьного иаирашяиия; элементы измерений (осциллографы, блоки записи в рабочее прос транс tao); блок задания нагрузки и всяомогагедьные элементы, а также разработанные на их основе подсистемы: подсистемы фазного прсобрлювания координат (а,Ь,с — d,q); &,q - a,b,c), нреястиалекм на рис. Э J н 3.9; подсистема синхронного исавиовсаиосяого ішяірцдвнищц (см. рис. 3.10). Разработана ииасреиия. прссЗреэсиаикя тратити, а также вычисления значения ш Kipoimt ми і нот о инааянта я ояшбки косвенного контроля. Текст Моделирование выиояиеио металом ояеЗ (Dormand-Prince) с гармонихн пнтаюцего напряжения производится 20 измерений. Моделирование сч пкетвляется в течение 500 периодов. Исследования проводились для неявнополюсного СД мощностью 3,5 кВт с демпферными обмотками, расположенными по осям d и q. Результаты моделирования представлены на рис. 3.11 - 3.14. Проведен ряд экспериментов при изменении заданной нагрузки в диапазоне от Q3 MM ДО 1Д МЦ. В качестве действительного значения электромагнитного момента прингго значение, полученное с подсистемы СД» так как модель синхронного нелвяополюсного электродвигателя разработана в строгом соответствии с его математическим описанием (2.1). Анализ полученных результатов моделирования в установившемся режиме работы СД ЦТМ показывает, что точность метода косвенного контроля момента зависит от нагрузки ив налу электродвигателя. Кривая угон зависимости представлена на рис 3.13. В зоне малых нагрузок оиииит имеет свои мяятималі mic значніш и не может быть принята как ОТГ )#ч5 lVa jf а также яри HepatpyjBc синхронного нсаінополвхнот электродвигателя до 1.5 Ми ошибка косвенного контроля находится в пределах от 3,3% до -3% Анализ диитичеспш характеристик, представленных на рис. 3.12, понті—ст, что сигнал восвеїиіого воніролв несколько запаздывает по отиоимниїв к деяствитеяывэму. Роема івивуцівіїше находится в вредя миг зиаченнА от ОДО с до йМ с, что соответствует одному и двум периодам основной гаяяяеииин наввмжиии питания. Запаздывание цииіісія незнлчнтелініпіі. тик как СД ЦТМ ввявстся более инерционным усткмвством. Можно рсномявшиндо» применение УКК При малы мнрувхах СД ЦТМ нвоіяаднив вркменять специальные мі ври і ми (ияявнемяяк, учет зввисивисти оввибии от загрузки при 1. В соответствии с выражениями (3.6 и 3.7) и разработанным алгоритмом можно контролировать косвенным путем электромагнитный момент трехфазного неявнополюсного СД ЦТМ. Для этого необходимо произвести измерение мгновенного значения фазного напряжения, фазного тока и частоты основной гармоники напряжения, и произвести операции преобразования, перемножения, интегрирования и деления. 2. Разработанный метод косвенного контроля электромагнитного момента СД ЦТМ может быть использован для получения текущей информации о загрузке электродвигателя в диапазоне нагрузок от 0,6 MN до 1,5 MN. При малых нагрузках СД ЦТМ необходимо применять специальные алгоритмы косвенного контроля (например, учитывать зависимость ошибки от загрузки при вычислении момента). 3. Анализ динамических характеристик показывает, что момент определенный косвенным путем несколько запаздывает по отношению к действительному. Время запаздывания находится в пределах значений от 0,02 с до 0,04 с, что соответствует одному и двум периодам основной гармоники напряжения питания соответственно. Запаздывание является незначительным, так как СД ЦТМ является более инерционной системой.
Оценка точности устройства косвенного контроля электромагнитного момента синхронного электродвигателя
Различный уровень выходного сигнала первичных преобразователей обуславливает необходимость применения различных преобразователей дда совмещения с устройствами передачи данных. Так, например, для преобразования вторичного напряжения ТН необходимо применение делителя напряжения (резнсінаиого, оптического и т.п.). Согласование выжодиого сигнала ТТ с устройствами передачи данных можно осуществить с помощью элемента УБСР АИ датчика тока ДТ-ЗАИ использована для преобразования сигнала с выхода измерительного шунта. К недостачам элементов УБСР можно отнести относительно невисокую точность преобразования, погрсианость составляет от I % до 2 % /124/. Кроме того, преобразование измеряемого нервичтия нреобрвзоавтожем тока статора СД может быть осуществлено с помощью устройства /11, 12/, токовый сигнал в котором яресбразуется в напраясеиие уровня от- 5 В до +5 В. Погрешность такого
Два «радячи данных целесообразно использовать оптоволоконную связь t%W. Да этого нсобясдимо вровбраювьівать напряжение в частотный сигнал ( f - преебразоаяиие). Эту операцию можно осуществить, яеяоиьзуя і вповий нвеобваэвавтеяь AD65KP /2/. Частота сигнала ив выходе AD65XF авуыу тьа от О до 2 МГц. При маасимальиом значеним частоты оограввность преобразования составляет 0»02 %. На рис 4.11 представлен график зависимости частоты выходного сигнала AD65KP от величины входного напряжения. На рис. 4.12 представлена функциональная схема устройств преобразования и передачи данных сигналов с выходов первичных устройств измерения к УКК координат СД. 4»/2 напряжением u/f - преобразователя. измерителя шЛ щрваДраиманла; б) устройство {# - преобразователь); с ятагані ю оптоволоконной сигмам а аналоговый; » цифровой; а) устройство с входным 4Л Оценка і очное і и устройства косвенного контроля электромагнитного момента синхронного электродвигателя
При оценке результирующей суммарной погрешности системы следующие допущения /71/: ошибки, вносимые каждым блоком, от ошибок других блоков; математическое ожидание ошибок всех блоков равны нулю; каждый блок выдает хотя бы раз за время задачи выходную величину, близкую к максимальному схемы, включенных дал которых погрешности имеют между собой 100% на j вход усилителя. , произвели оценку YKK зявктромнгиитиого момента СД. Входные БФМ востуямют с устройств преобразования сигналов и мнпгпгвиаииой передачи данных, частота основной гармоники напряжения измеряется частотомером. При реализации аналогового УКК электромагнитного момента трехфазного неявнополюсного СД в соответствии с функциональными схемами (рис. 3.5 и 3.6) можно использовать стандартные ячейки УБСР ЛИ с заранее известной погрешностью: ячейка усиления -1%, умножения - 1.5%, деления - 2%, датчик напряженка - 1%, датчик тока - 1% /124/; амшогоаый частотомер - 1% /157/, измерительный ТТ имеет класс точности йХ а ТН - О J /І40Л
Расчет максимально возможной погрешности аналогового УКК электромагнитного момента СД для этого случая показал, что в иориадаиои режиме работы погрешность УКК может составить 5.5%.
Рассмотрим другой возможный вариант реализации схемы пвеобрвісвмпи сигнаяоа первичных измерителей и многоканальной влрядвчи даииьяг, рассмотренный » разделе 4.1.2. Устройство гпгмгпиипи Btnr одного сигнала ТТ е входным напряжением u/f -HpoogpHJOMiuJu имеет ммгеимаямсую погрешность 0.1% /2/; врееораэаоамия сигнала составляет QJB2% Ш. 8 этом случае максимально швтшютт пегреияяоеть аналогового УКК электромагнитного момента СД составляет 4Л%
Погреашость аналогового УКК достаточно высока и требует сшшвнм . Так как яри яоетраяавя СУ СД ЦТМ рекомендуется игивиииить іяаміиш е более вмеркей точностью. Это связано с тем, что реэуттируюаявя ипгренптгть системы управления складывается из яяязмявиости вносимой яиині ілсммпом: регуляторами, различными овжяггь мчи ir типа влияние на формкфеаяаеле управляющего сигнала.
Повысить точность устройства можно двумя способами: прайм ІНШІ в аналоговых элементов с бодая высоким классом точности или использование микропроцессорных комплектов. Первый способ связан со значительным увеличением стоимости устройства, а второй - с проблемой выбора разрядности и быстродействия процессора, а также необходимого объема памяти.
При использовании микропроцессоров для выполнения научно и управления технологическими объектами и иметь повышенную надежность, высокое бнетродеяствие (сайте 20000 операции секунду) для решения задачи управления в темпе реального времени, и с ограниченным объемом ОЗУ (до 0.5 10 двоичных знаков) /139/.
При реалнэазяск УКК электромапоггного момента СД на микрояюдщеегарнвй базе два определения типа процессора необходимо учесть виды и количество выполняемых ойерадея, а также процесс ввода к вывод вычисление ! величины. Современные тысяч операций в секунду /28, 31, За\ 41,1ЭСУ, таким обваюм, рассматриваемое устройство микропроцессорном іе процессоры К5Я0, КИЮ или mwf КЯ6. Сі рук і ура іаивуепр сщессорного комплекта К5Ю pcaiaiywiwaa вичисленім злеягірсаавгнитного момента СД міс 3.15. Увеличении требований к точности и СУ меякгг іииївесіи к увеличению требований (рис Х5 и 3.6) стремится к нулю. ! е яявтнцы ТТ {класс точности 0.2) и 0J). Маапеиелыим яогреошость устройства ТТ и игТ - иргобраюеітгля - 0.1% /11, 12/; u/f - преобразователя 0.02 /2/, преобразователя частота - код 0.02% /2/. В этом случае максимально возможная погрешность УКК электромагнитного момента СД составит 1.9%.
