Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние методов и средств частотно-регулируемого асинхронного электропривода 10
1.1 Технико-экономические предпосылки применения частотно-регулируемых асинхронных электроприводов на электростанциях 10
1.2 Аналитический обзор средств частотного управления асинхронным электроприводом 21
1.3 Анализ методов управления частотно-регулируемым асинхронным электроприводом . 27
1.4 Аналитический обзор современных методов управления параметров асинхронных электродвигателей 31
1.5 Основные пути повышения энергетической эффективности асинхронных электроприводов 41
Выводы по первой главе... 44
2 Исследование системы прямого управления моментом асинхронного электропривода 45
2.1 Система прямого управления моментом асинхронного электропривода 45
2.2 Математический аппарат системы прямого управления моментом 56
2.3 Недостатки системы прямого управления моментом асинхронного электропривода 63
Выводы по второй главе 69
3 Разработка релейно-векторной системы управления асинхронным электроприводом ... 70
3.1 Предпосылки к совершенствованию системы прямого управления моментом асинхронного электродвигателя .. 70
3.2 Разработка цифрового регулятора потокосцепления статора асинхронного электродвигателя... ...75
3.3 Моделирование релейно-векторной системы управления асинхронным электродвигателем 90
Выводы по третьей главе 102
4 Разработка технических средств частотно-регулируемого асинхронного электропривода 103
4.1 Разработка экспериментальной установки 103
4.2 Моделирование системы управления частотно-регулируемым асинхронным электроприводом 114
4.3 Анализ результатов эксперимента и моделирования режимов работы частотно-регулируемого электропривода 116
4.4 Совершенствование противоаварийной автоматики вспомогательного электропривода собственных нужд электростанций 123
Выводы по четвертой главе 128
Заключение 129
Список использованных источников
- Технико-экономические предпосылки применения частотно-регулируемых асинхронных электроприводов на электростанциях
- Система прямого управления моментом асинхронного электропривода
- Предпосылки к совершенствованию системы прямого управления моментом асинхронного электродвигателя
- Моделирование системы управления частотно-регулируемым асинхронным электроприводом
Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из направлений совершенствования технологического процесса производства электроэнергии является применение частотно-регулируемого асинхронного электропривода собственных нужд электростанций, что позволяет улучшить условия эксплуатации механизмов пароводяного тракта и тягодутьевых установок, увеличить их надежность, снизить расходы на ремонт и, тем самым, обеспечить повышение показателей работы электростанций. При плавном регулировании частоты вращения привода насосных и вентиляционных механизмов с квадратичной характеристикой сопротивления их расход, напор, а также мощность на валу изменяются пропорционально первой, второй и третьей степеням частоты вращения соответственно, следовательно, КПД механизма в диапазоне регулирования поддерживается максимальным. Применение регулируемого асинхронного электропривода позволяет исключить дросселирование и реализовать зону максимальных КПД агрегатов, обеспечить оптимальные условия пуска мощных механизмов, создать необходимые предпосылки для развития систем автоматизации энергоблоков тепловых электростанций.
Применение регулируемого электропривода, помимо выигрыша за счет повышения эффективности работы механизмов, позволяет обеспечить экономию электроэнергии и топлива в системе собственных нужд электростанций. Эффективность применения на тепловых электростанциях частотно-регулируемых асинхронных электроприводов особенно высока при оснащении ими питательных насосов мощностью 2,5-17 МВт с номинальной частотой вращения 3000 об/мин и тягодутьевых механизмов мощностью 0,3-5 МВт с номинальной частотой вращения 375-1000 об/мин. Так, например, для энергоблока 200 МВт тепловой электростанции экономия электроэнергии на собственные нужды при внедрении частотно-регулируемого асинхронного электропривода на этих механизмах может достигать 8-10 % номинального расхода, а снижение удельного расхода топлива - 1,6-2 г/кВтч условного топлива, что в целом обеспечивает окупаемость затрат на частотно-регулируемый асинхронный электропривод. В масштабах Российской Федерации применение частотно-регулируемого электропривода может обеспечить экономию топлива в размере 60-65 млн. т условного топлива за десятилетний период.
С другой стороны, современное состояние механизмов, используемых в технологических процессах производства электроэнергии, характеризуется высокой степенью износа: средний срок эксплуатации оборудования превышает 30 лет, а 40-50 % его парка выработало свой физический ресурс. При этом наблюдается устойчивая тенденция ежегодного роста на 0,4-0,7 % количества технологических нарушений и аварий. Применение частотно-регулируемого асинхронного электропривода позволит продлить ресурс оборудования, увеличить межремонтные периоды и обеспечить экономию электроэнергии и топлива.
В таких условиях актуальной научной и практической проблемой является исследование и совершенствование принципиально новых методов, а также разработка средств регулирования частоты вращения асинхронных электродви-
гателей, повышение надежности функционирования противоаварийной автоматики, что важно как для основного (мощного) электропривода, так и для вспомогательного электропривода.
Основополагающие исследования в теории современных систем управления частотно-регулируемого асинхронного электропривода представлены в работах Козярука А. Е., Рудакова В. В., Терехова В. М, Осипова О. И., Виноградова А. Б., Takahashi L, Noguchi Т., Vas P.
Диссертационное исследование соответствует «Энергетической стратегии России на период до 2020 года», утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации № 1234-р от 28 августа 2003 года.
Тема диссертации соответствует шифру специальности ВАК 05.14.02 -Электростанции и электроэнергетические системы: п. 6 - Разработка методов математического и физического моделирования в электроэнергетике; п. 9 -Разработка методов анализа и синтеза систем автоматического регулирования, противоаварийной автоматики и релейной защиты в электроэнергетике.
Целью работы является совершенствование технического обеспечения технологических процессов электростанций путем разработки алгоритмов управления и средств частотного регулирования асинхронных электроприводов механизмов собственных нужд и противоаварийной автоматики вспомогательного электропривода.
Достижение данной цели обеспечивается при решении следующих научных задач:
анализ методов и средств повышения эффективности работы электроприводов собственных нужд электростанций, выбор перспективного метода частотного регулирования асинхронных электроприводов технологических процессов электростанций;
исследование структуры и математического аппарата классического алгоритма прямого управления моментом асинхронных электроприводов, определение основных направлений совершенствования;
разработка и исследование усовершенствованной системы релейно-векторного управления частотно-регулируемым асинхронным электроприводом;
разработка цифровой системы релейно-векторного управления частотно-регулируемым асинхронным электроприводом на базе микропроцессорной техники и проведение экспериментальных исследований его характеристик;
совершенствование средств противоаварийной автоматики вспомогательного электропривода сильноточной преобразовательной техники.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались методы математического моделирования систем управления и электрических схем, численные методы решения уравнений, теория электрических цепей и нечеткой логики, прикладное программирование и натурные эксперименты.
Научная новизна работы:
Обоснована целесообразность использования частотно-регулируемого асинхронного электропривода в технологических процессах электрических станций Российской Федерации. Показано, что экономия электроэнергии на собственные нужды достигает 8-10 % номинального расхода, а снижение удельного расхода топлива - до 1,6-2 г/кВтч условного топлива. Сформулированы требования к частотно-регулируемому асинхронному электроприводу при работе в составе собственных нужд электростанций. Обоснован выбор алгоритма прямого управления моментом асинхронными электродвигателями в качества основного.
Исследована классическая система прямого управления моментом частотно-регулируемого асинхронного электропривода технологических процессов электростанций. Определены ее существенные недостатки: пульсации электромагнитного момента до 30 %, тока статора до 50 %, качество процесса регулирования не соответствует требованиям, предъявляемым к электромеханическому оборудованию, эксплуатируемому на электростанциях.
Разработан и исследован основанный на нечеткой логике гибридный регулятор управляемых координат асинхронного электродвигателя, позволяющий оптимизировать переходные процессы, повысить скорость реакции системы регулирования на возмущающие воздействия и сократить в 2,46 раза пульсации управляемых координат асинхронного электродвигателя.
Разработана экспериментальная установка с цифровыми средствами контроля и регистрации параметров частотного регулирования асинхронных электродвигателей, отличающаяся открытой архитектурой.
Предложен принцип построения устройств противоаварийной автоматики вспомогательного электропривода, основанный на авторской схеме регистрации возникновения несимметрии токов статора трехфазного асинхронного электродвигателя при анормальных режимах работы.
Практическая ценность результатов работы:
-разработана усовершенствованная релейно-векторная система прямого управления моментом частотно-регулируемых асинхронных электроприводов, обладающая робастностью к их параметрам, что позволяет легко адаптировать систему для асинхронного электропривода конкретного технологического процесса электростанции, и, в свою очередь, снизить пусковые токи, увеличить КПД электропривода, сделать процесс преобразования энергии оптимальным;
- разработана экспериментальная установка для исследования методов частотного регулирования асинхронных электродвигателей с открытой архитектурой, позволяющая оценить эксплуатационные характеристики электродвигателей, значительно снизить сроки натурных экспериментов и опытно-конструкторских работ;
-разработано программное обеспечение, реализующее гибридный регулятор потокосцепления статора, позволяющее проводить модернизацию существующих преобразователей частоты на основе микроконтроллеров Texas Instruments серии С2хх;
- разработаны устройства для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей в однофазных сетях от анормальных и аварийных режимов и измерения времени действия перегрузочного тока.
Реализация результатов работы.
Алгоритм работы разработанной релейно-векторной системы прямого управления моментом асинхронного электропривода использовался в опытно-конструкторской работе в ОАО «Схема» и является управляющим алгоритмом преобразователя частоты, прошедшего экспериментальные исследования в ОАО «Ставропольская ГРЭС». Разработанное устройство для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей внедрено и обеспечивает защиту электродвигателей вентиляторов охлаждения силовой установки преобразователей напряжения, серийно выпускаемых ОАО «Электроавтоматика». Разработанное устройство для защиты электрооборудования и измерения времени действия перегрузочного тока находится на стадии внедрения в производство в ЗАО «КИЭП Энергомера».
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
Анализ опыта внедрения частотно-регулируемого асинхронного электропривода на электростанциях. Оценка состояния и тенденций в области современных методов управления асинхронным электроприводом. Требования к системам управления регулируемого асинхронного электропривода,
Результаты исследования классической структуры системы прямого управления моментом асинхронного электропривода; структура, алгоритм работы и математический аппарат. Достоинства и недостатки системы.
Результаты разработки и исследования гибридного регулятора управляемых координат статора асинхронного электродвигателя для релейно-векторной системы частотно-регулируемых асинхронных электроприводов на основе систем на нечеткой логике.
Экспериментальная установка для исследования систем управления частотно-регулируемым асинхронным электроприводом. Результаты исследования, отличающиеся снижением уровня пульсаций регулируемых координат.
Способ построения противоаварийной автоматики вспомогательного электропривода, основанный на регистрации возникновения несимметрии токов статора трехфазного асинхронного электродвигателя при анормальных режимах работы, и структура устройств, реализующих его.
Апробация работы и публикации.
Основные положения и научные результаты диссертации докладывались автором на VII, VIII, IX региональных научно-практических конференциях «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону» (г. Ставрополь, СевКавГТУ, 2004, 2005, 2006 гг.); XXXIII, XXXIV научно-технических конференциях по итогам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов (г. Ставрополь, СевКавГТУ, 2004, 2005 гг.); IV международной научно-практической конференции «Современные энергетические системы и комплек-
сы и управление ими» (г. Новочеркасск, ЮРГТУ (НИИ), 2004 г.). Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 12 работах, из них -одна статья в ведущем рецензируемом научном журнале, одна заявка на изобретение Российской Федерации, один патент Российской Федерации на полезную модель и одно свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации.
Технико-экономические предпосылки применения частотно-регулируемых асинхронных электроприводов на электростанциях
Энергосбережение, как мировая проблема, стала наиболее актуальной в последние годы. В масштабах России она усугубляется стабильным ростом цен на энергоносители и, особенно, на электроэнергию. В сложившейся ситуации, в соответствии с указом Президента Российской Федерации «Об основных направлениях энергетической политики и структурной перестройки топливно-энергетического комплекса Российской Федерации на период до 2010 года» [1], принята Федеральная целевая программа «Энергосбережение России», в рамках реализации которой Федеральная энергетическая комиссия Российской Федерации в 2001 году соответствующим решением рекомендовала считать приоритетным направлением энерго- и ресурсосбережение в электроэнергетике. Комиссией было признано целесообразным при расчетах тарифов на электрическую и тепловую энергию ввести инвестиционную составляющую, компенсирующую затраты на проекты внедрения регулируемых электроприводов. Это должно стать серьезным стимулом широкого внедрения регулируемых электроприводов в электроэнергетике при выполнении проектов технического перевооружения и реконструкции тепловых электростанций, как одного из наиболее эффективных энерго- и ресурсосберегающих, экологически чистых технологических направлений.
Задачи энергосбережения, определенные в Законе Российской Федерации «Об энергосбережении» [2], предполагают реализацию правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов и вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии. Указанным законом также было введено понятие «энергосбережение» - реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и эко номических мер, направленных на эффективное (рациональное) использование (и экономное расходование) топливно-энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии.
Ведущие отрасли топливно-энергетического комплекса, такие как ОАО «Газпром», во главу энергосберегающих мероприятий ставят использование частотно-регулируемого асинхронного электропривода, о чем свидетельствует разработка ведомственного руководящего документа «Методические указания по выбору и применению асинхронного частотно-регулируемого электропривода мощностью до 500 кВт. ВРД 39-1.10-052-2001» [3].
Высокая эффективность применения частотно-регулируемого электропривода для обеспечения требуемых энергетических и механических параметров и оптимизации работы различных технологических систем с механизмами, особенно с насосными и вентиляционными установками, работающими в переменных режимах, подтверждена многолетним мировым опытом. Как правило, в большинстве технологических систем энергетики, промышленности, сферы коммунального хозяйства и других отраслей установлены асинхронные электродвигатели в расчете на максимальную производительность эксплуатируемого оборудования, в то время как часы пиковой нагрузки, т.е. время работы оборудования с максимальной производительностью, составляют всего 10-15% общего времени его использования. При этом в общей структуре потребления электроэнергии в народном хозяйстве России на долю таких электродвигателей приходится около 40 % вырабатываемой электроэнергии. В результате электродвигатели, работающие с постоянной частотой вращения, потребляют значительно - до 50 % - больше электроэнергии, чем это требуется для обеспечения оптимального технологического процесса. При этом ежегодно теряются миллиарды киловатт-часов электроэнергии, миллионы кубических метров воды.
Проведенный в 1999-2000 годах энергоаудит собственных нужд порядка 50 тепловых электростанций [4] позволил дать экспертные оценки по количеству и номенклатуре механизмов собственных нужд, оснащение которых регули руемым электроприводом наиболее перспективно, а также определить расчетную экономию электроэнергии: -питательные насосы с суммарной установленной мощностью регулируемых электроприводов 727825 кВт - расчетная экономия электроэнергии 12,737 млн. кВт-ч; - дутьевые вентиляторы с суммарной установленной мощностью регулируемых электроприводов 185300 кВт - расчетная экономия электроэнергии 389,136 млн. кВт-ч; - дымососы с суммарной установленной мощностью регулируемых электроприводов 252000 кВт - расчетная экономия электроэнергии 442,030 млн. кВт-ч; - сетевые насосы с суммарной установленной мощностью регулируемых электроприводов 211575 кВт - расчетная экономия электроэнергии 3,248625 млн. кВт-ч.
Система прямого управления моментом асинхронного электропривода
Современные системы частотно-регулируемых электроприводов с разрывным (релейно-векторным) управлением, реализующие принцип DTC (Direct Torque Control) - «прямого управления моментом», были предложены учеными Японии - I. Takahashi и Т. Noguchi в 1985 году [53]. Принцип данного метода управления можно описать уравнением электромагнитного момента трехфазного асинхронного электродвигателя: Мд = f Р.Ч\1. =p.Kl.sta(o. -р,), (2.1) где s - потокосцепление статора; рп - число пар полюсов; Is- ток статора, приведенный к неподвижной системе координат статора; ps - угол магнитного потока статора и as - угол вектора тока статора, приведенные к горизонтальной оси стационарной системы координат статора.
Если модуль потокосцепления статора остается постоянным и угол ps изменяется сравнительно быстро, то электромагнитный момент асинхронного электродвигателя управляем. Аналогично второй части равенства (2.1), электромагнитный момент может быть представлен следующим уравнением: Мд = оРпт т mT2 №Mps -ps), (2.2) где Lm - индуктивность намагничивания; Ls - индуктивность статора; Ls - индуктивность ротора; Ws - потокосцепление ротора.
Так как постоянная времени электромагнитных параметров короткозамк-нутого ротора асинхронного электродвигателя больше постоянной времени статора, то потокосцепление ротора изменяется сравнительно медленнее магнитного потока статора. Потокосцепление ротора можно принимать постоянным до тех пор, пока время реакции системы управления больше, чем постоянная времени электромагнитных параметров ротора. Таким образом, пока модуль потокосцепления остается постоянным, электромагнитный момент асинхронного электродвигателя можно изменять, варьируя разностью ps - рг [72, 73].
В данной работе за основу принята структура классической системы прямого управления моментом асинхронного электропривода, предложенная в работе Козярука А.Е. и Рудакова В.В., проводивших исследования DTC-систем [74]. Функциональная схема классической системы прямого управления моментом представлена на рисунке 2.1.
Классическая система прямого управления моментом асинхронного элек тродвигателя, представленная на рисунке 2.1 включает в себя следующие л функциональные блоки: - регуляторов; - формирования строк таблицы переключений; - определения фазового сектора; - таблицы переключений; - формирования фазных напряжений; - вычисления ненаблюдаемых координат электропривода. Блок регуляторов. Для блока регуляторов системы прямого управления моментом входными воздействиями являются управляющий сигнал, пропор циональный заданной частоте вращения ротора асинхронного электродвигателя сог и опорный сигнал, пропорциональный заданному значению модуля потокос цепления статора электродвигателя 4?sm а также сигналы обратных связей по фактическим значениям контролируемых переменных, а именно, по модулю потокосцепления статора Ч sm, электромагнитному моменту М э и частоте вра щения электродвигателя а г. Выходными сигналами блока регулятора являются коммутационные функции релейных регуляторов потокосцепления статора и электромагнитного момента электродвигателя dy и dM, которые служат входными воздействиями для блока формирования строк таблицы переключений.
Блок формирования строк таблицы переключений. Выходными сигналами этой подсистемы являются номера строк таблицы S1-S9, количество которых определяется выбранной конфигурацией релейных регуляторов Р и РМ и принятой таблицей переключений. Минимально допустимое количество строк таблицы переключения - 4, максимально возможное - 9. Входными воздействиями для нее являются составляющие потокосцепления статора в неподвижной системе координат Ч а и 4. На практике удобнее использовать в качестве входных сигналов для данного блока не составляющие вектора потокосцепле-ния статора, а тригонометрические функции угла v/s (sin \/s и cos ys).
Предпосылки к совершенствованию системы прямого управления моментом асинхронного электродвигателя
Предельно достижимые динамические характеристики асинхронного электропривода с учетом заданных физических ограничений энергетических параметров можно получить только в системах с релейными принципами управления, так как именно они позволяют максимально использовать имеющийся в системе ресурс управления [92]. Как правило, это достигается в ущерб энергетическим показателям электропривода, например, сопровождается увеличением дополнительных потерь системы «автономный инвертор напряжения - асинхронный электродвигатель», вызываемых высокочастотными коммутациями силовых ключей автономного инвертора.
Системы управления с жестким законом векторного формирования алгоритма управления, такие как системы прямого управления моментом асинхронного электропривода, допускают оптимизацию энергетических показателей привода по критерию минимизации дополнительных потерь и, вместе с тем, накладывают ограничения на динамические свойства привода, даже при условии применения наиболее эффективных, с точки зрения быстродействия электропривода, векторных принципов управления переменными [93, 94]. Для таких систем быстродействие определяется периодом модуляции инвертора. Чтобы получить полосу пропускания контура скорости привода 150 Гц, частоту модуляции желательно иметь не менее 10 кГц. На таких частотах существенно возрастают коммутационные потери в силовых ключах автономного инвертора напряжения, заметно проявляются проблемы, связанные с коммутационными задержками силовых ключей и влиянием «мертвой» зоны между коммутациями верхнего и нижнего ключей фазы инвертора.
Применение в системах векторного управления релейного контура тока без формирования в нем алгоритма управления, оптимизированного по крите рию дополнительных потерь, приводит к чрезмерному завышению частоты коммутаций, которая при ширине полосы тока статора, равной 5-10%-1Пот мо жет составлять десятки килогерц. Этим же недостатком характеризуются прак тически все известные системы прямого управления моментом и потокосцеп-лением, построенные на релейных принципах. Аппаратная аналого-цифровая реализация релейно-векторных систем со встроенным формирователем энергетически эффективных алгоритмов управления инвертором и векторных бездат-чиковых систем управления [95] не получила широкого распространения, главным образом, в связи со сложностью их настройки. В системе прямого управ " ления моментом асинхронного электропривода задача оптимизации сводится к снижению гармонических пульсаций электромагнитного момента, тока и пото-косцепления статора асинхронного электродвигателя. Следствием решения данной задачи является получение эффективной и экономичной системы частотно-регулируемого асинхронного электропривода во всем диапазоне частот вращения ротора.
Диапазон регулирования частоты вращения рабочих органов основных механизмов собственных нужд электростанций (пароводяного и тягодутьевого трактов) при оснащении их частотно-регулируемым асинхронным электроприводом находится в пределах от 0,5ю„Ом до юНом-[5] Однако при работе на частоте вращения близкой к 0,5юном в системе прямого управления моментом асинхронного электропривода проявляются пульсации регулируемых координат, которые усугубляется отсутствием датчика частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя. Пульсации частоты на малых оборотах питательного насоса ведут к нарушению теплового режима пароводяного котла энергоблока, а также к ряду других анормальных состояний. С другой стороны, имеет место высокая амплитуда пульсаций электромагнитного момента и потокосце-пления, что снижает точность регулирования частоты вращения ротора асин - хронного электродвигателя.
Регулирование частоты вращения ротора осуществляется в блоке регуляторов, а именно - в аналоговой ее части. Для классической реализации системы прямого управления моментом характерно использование регуляторов П- и ПИ-типа. Применение того или иного типа регулятора во внешнем контуре регулирования при работе в установившемся режиме не имеет значения, но при переходных процессах выбор регулятора существенен.
Исследования, проведенные в [74], показывают, что в системе с П-регулятором присутствует статическая ошибка, не превышающая 5 % заданной частоты вращения, в системе с ПИ-регулятором она равна нулю. Ограничение максимального значения электромагнитного момента двигателя не зависит от типа регулятора частоты вращения, а определяется только настроечными параметрами релейного гистерезисного регулятора момента.
Характеризуя такой параметр, как время переходного процесса, отметим, что в обоих случаях результат оказывается неудовлетворительным - затянувшийся переходный процесс. Поэтому эксплуатация классической системы прямого управления моментом не приемлема, так как при маневровых режимах электростанции затянувшийся переходный процесс может повлечь нарушение технологического процесса энергоблока.
В классической системе прямого управления моментом асинхронного электропривода составляющие напряжения и тока статора асинхронного электродвигателя позволяют вычислить составляющие потокосцепления статора по следующему выражению:
Моделирование системы управления частотно-регулируемым асинхронным электроприводом
Построение математической модели экспериментального стенда осуществлялось с помощью методики, изложенной в [74]. Для оценки степени приближения процессов в математической модели к процессам в асинхронном электродвигателе, было выполнено два расчета статической характеристики электродвигателя: в соответствии с уравнением статической характеристики асинхронного электродвигателя по номинальным данным машины и по структурной схеме, представленной на рисунке 4.7 в соответствии с параметрами обмоток электродвигателя.
Уравнение статической характеристики асинхронного двигателя (уравнение Клосса), как известно [76], имеет вид: где є = Rs/R r - отношение активного сопротивления фазной обмотки ста- ; тора к приведенному к статору активному сопротивлению фазной обмотки ротора асинхронного электродвигателя.
На основании уравнения (4.2) в программе Simulink программного комплекса MatLab версии 7.0.4.365 (R14) SP2 построена структурная схема, представленная на рисунке 4.7, позволяющая произвести расчет и построение статической характеристики асинхронного электродвигателя [136, 137]. В данной математической модели мы использовали единичные входные воздействия и блоки деления. Наличие последних не сказывается на устойчивости работы математической модели, так как ни в одном блоке деления делитель никогда не обращается в ноль, что обеспечивается за счет наличия постоянного воздействия на входе блоков.
Сопоставление данных, представленных в таблице 4.1, показывает, что максимальное расхождение в расчетах не превышает 4%, и, следовательно, можно считать, что математическая модель воспроизводит электромеханические процессы в асинхронном электродвигателе АИР56В2УЗ с удовлетворительной для экспериментальных исследований точностью.
1 При анализе статических режимов работы частотно-регулируемого асинхронного электропривода с релеино-векторным управлением рассматривались кривые изменения фазных напряжений и токов асинхронного электродвигателя. На рисунке 4.8 показаны характеристики работы асинхронного электропривода, полученные в результате моделирования (рисунок 4.8 (а)) и эксперимента (рисунок 4.8 (б)), при номинальной частоте вращения ротора асинхронного электродвигателя и при нагрузке, близкой к номинальной.
В представленных характеристиках присутствует явно выраженное импульсное заполнение кривой фазного напряжения на выходе автономного инвертора напряжения, обусловленное автоколебательным режимом работы гис-терезисных релейных регуляторов в системе релейно-векторного управления. Высокочастотные пульсации в кривой фазного тока асинхронного электродвигателя также присутствуют, однако первая гармоническая составляющая тока статора электродвигателя явно преобладает.
Визуальное сопоставление кривых, полученных в результате моделирования и эксперимента, указывает на их сходство. С другой стороны, численное сравнение показало, что максимальные расхождения в кривых фазного напряжения и фазного тока не превышают 10 % действующего значения.
Достаточно высокое сходство результатов математического моделирования и эксперимента мы объясняем тем, что они проводились в равных масштабах времени.
С целью проверки соответствия математической модели реальной системе в динамических режимах работы частотно-регулируемого асинхронного электропривода были получены экспериментально и при помощи математической модели характеристики изменения частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя в следующих режимах работы:
