Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор 10
1.1 Состояние исследований и разработок в области регулируемого асинхронного электропривода 10
1.2 Состояние исследований метода прямого управления моментом 19
2 Математическое описание элементов модели 33
2.1 Выбор математического описания модели асинхронного двигателя 33
2.2 Матемашческое описание асинхронного электродвигателя 37
2.3 Математическая модель метода прямого управления моментом 45
2.4 Матема і ическое описание системы оценки частоты вращения 55
3 Моделирование асинхронного электропривода 59
3.1 Критери и качества электропривода с прямым управлением моментом 59
3.2 Моделирование асинхронного двигателя 60
3.3 Базовая модель асинхронного электропривода с реализацией метода прямого управления моментом 67
3.4 Особенности измерения напряжения, оценки потокосцепления и момента 70
3.5 Анализ особенностей цифровой реализации системы прямого управления моментом 79
3.6 Модель системы оценки частоты вращения ротора 87
3.7 Исследование электропривода с ПУМ с адаптивной оценкой частоты вращения 94
4 Практическая проверка результатов 106
4.1 Проведение и анализ эксперимента 106
4.2 Рекомендации по практической реализации асинхронного электропривода с прямым управлением моментом 118
5 Заключение 121
6 Литература 126
- Состояние исследований и разработок в области регулируемого асинхронного электропривода
- Выбор математического описания модели асинхронного двигателя
- Критери и качества электропривода с прямым управлением моментом
- Рекомендации по практической реализации асинхронного электропривода с прямым управлением моментом
Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время весьма актуальными являются вопросы внедрения управляемых асинхронных электроприводов на промышленных объектах. Во многом это связано с необходимостью обеспечения сложных требований технологического процесса, а также с развиваемой в России и за рубежом концепцией энергосбережения в промышленной и муниципальной сфере. Так, в июне 2003 г. в г. Вернигерод (Германия) был проведен симпозиум группы VEM по разработке и исследованиям в области приводной техники и энергосбережения [18]. Отмечено, что имеется реальная возможность снижения на 30% потребления электроэнергии при эксплуатации электроприводов.
В России существует множество примеров отечественных инжиниринговых организаций, проводящих модернизацию промышленных объектов, и основное внимание в автоматизации технологических процессов и энергосбережении уделяющих регулированию частоты вращения применяемых асинхронных электродвигателей (АД) посредством частотного регулирования.
Кроме того, общий рост промышленного производства вызывает рост реализации приводной техники. Так по данным [2] в 2000 году относительно 1999 года производство и сбыт электроприводов возросло на 6 %. При этом сбыт 3-фазных электродвигателей переменного тока существенно опережает рост двигателей постоянного тока (9,2 % процента против 5 % соответственно). Показательна іенденция технически развитых европейских стран: опрос среди фирм в пищевой промышленности и в промышленности по производству напитков в Германии показал, что 64,4% опрошенных фирм практически ежемесячно вкладывают средства в новые электропривода [16]. По мнению специалистов, в 2008 г. потребность в приводах в Германии в указанных отраслях оценивается в 238,3 млн. долларов. По оценке специалистов [17], оборот интеллектуальных приводов, в которых сочетаются две функции - привода и управления, возрастет с 335,4 млн. долларов в 2002 г до 552,2 млн. долларов в 2009 г. или количественно со 118 100 до 200 000 штук.
Обеспечение требуемых параметров современного технологического процесса достигается с помощью регулирования частоты вращения приводных двигателей с высокой статической и динамической точностью. Высокодинамичное управление по заданному алгоритму в функции параметра технологических датчиков требует реализации быстродействующего управления электромагнитным моментом асинхронного двигателя и широко востребовано в приводах конвейеров, транспортеров, дозаторов, подъемных механизмов и робот отехнических комплексов.
Особенное внимание в общемировой и российской практике получает вопрос эффективного управления уже действующими асинхронными электродвигателями. При этом преобразователь должен работать с двигателями различных серий и производителей, обеспечивая устойчивость и качество регулирования при большом разбросе параметров. Преобразователь должен обладать робастностью, возможностью ввода в эксплуатацию при минимуме известных параметров двигателя и способностью идентифицировать эти параметры, работать при стохастическом изменении параметров во времени, например температурном изменении активного сопротивления статора электродвигателя. Это определяет актуальность исследовательских работ в направлении разработки электроприводов на базе стандартных асинхронных электродвигателей общепромышленного исполнения с короткозамкнутым ротором.
Работа выполнена в рамках НИР ВГТУ по госбюджетной теме № ГБ04.09 «Исследование и разработка методов проектирования средств автоматизации и роботизации технологических процессов». Цель и задачи работы
Целью диссертационной работы является исследование модели цифрового быстродействующего бездатчикового асинхронного электропривода с прямым управлением моментом и регулированием частоты вращения и анализ влияния системы оценки скорости и цифровой реализации системы управления на характеристики электропривода. Для ее решения были поставлены и решены следующие основные задачи:
1. Проведен аналитический обзор текущего состояния и тенденций развития способов управления АД и, в частности, способа прямого управления моментом АД, уточнена классификация современных способов прямого управления моментом. Выявлены результаты проводимых исследований в области прямого управления моментом и актуальные в настоящий момент вопросы.
2. Выделены наиболее существенные для моделирования электропривода с прямым управлением моментом на базе АД аспекты теории обобщенной электрической машины, как оптимальной для компьютерного моделирования и исследования автоматизированного электропривода с прямым управлением моментом. Выявлены особенности объекта управления и их влияние на ожидаемые результаты моделирования. Аргументирован выбор на основании аналитического обзора и рассмотрены системы бездатчиковой оценки частоты вращения ротора в асинхронном электроприводе.
3. Разработана и исследована модель бездатчикового асинхронного электропривода с прямым управлением моментом с учетом дискретности по времени расчета управляющего воздействия, соответствующей периоду расчета управляющего воздействия в реальной микропроцессорной системе и дискретности по уровню сигналов, ограниченности внутренних интерполяционных ресурсов.
4. Разработана и исследована модель электропривода с прямым управлением моментом, включающая в себя адаптивную с настраиваемой моделью систему оценки частоты вращения ротора. 5. Исследовано влияние изменения параметров электрической машины на характеристики электропривода с прямым управлением моментом в режимах регулирования электромагнитного момента и частоты вращения ротора.
6. Экспериментально подтверждена достоверность модели. Разработаны рекомендации по практическому внедрению результатов.
Методы исследования
В работе применены методы теории электропривода, теории электрических машин, теории автоматического управления, синтеза цифровых систем управления, системного анализа, математического моделирования.
Научная новизна
В работе получены следующие результаты, отличающиеся научной новизной:
1. Разработана оригинальная математическая модель асинхронного электропривода с прямым управлением моментом, учитывающая особенности как электрической машины, так и цифровой системы управления с адаптивной настраиваемой моделью замыкания контура скорости.
2. Исследовано влияние особенностей микропроцессорной реализации системы управления электропривода с прямым управлением моментом на работоспособность и показатели работы электропривода.
3. Получены качественные и количественные результаты исследования работы электропривода с прямым управлением моментом, замкнутого по значению частоты вращения, получаемой путем оценки с применением адаптивной системы с настраиваемой моделью на основании вычисления потокосцепления рассеяния ротора.
4. Проведен анализ влияния изменения параметров электрической машины на характеристики электропривода с прямым управлением моментом. Опреде лены допустимые границы изменения параметров, необходимая точность их определения при работе электропривода.
Практическая значимость работы
Практическую значимость диссертационной работы составляют:
- Уточненная классификация современных способов управления асинхронного электропривода в части структур системы управления электропривода с прямым управлением моментом.
- Разработанная модель высокодинамичного цифрового бездатчикового электропривода с адаптивной оценкой значения частоты вращения, которая может найти применение в проектных и научно-исследовательских институтах, а также в учебном процессе вузов по специальностям: «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов», «Робото-технические системы», «Электрические машины».
- Разработанные рекомендации по организации системы управления и на стройке электроприводов с прямым управлением моментом.
Предложенные модели и программные средства могут быть использованы при системном проектировании электроприводов данного типа в рамках процедур принягия решений проектного типа.
Полученные теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс дисциплин «Моделирование технических систем», «Исполнительные системы роботов» для студентов робототех-нических специальностей ВГТУ.
Апробация результатов работ
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональной научно-технической конференции "Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве" (Воронеж, 2002 г.), на региональной научно-технической конференции "Новые тех нологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве" (Воронеж, 2003), на межвузовской студенческой научно-технической конференции "Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники" (Воронеж, 2003), на Всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, 2005), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов кафедры автоматики и информатики в технических системах ВГТУ (Воронеж, 2004-2006).
Публикации
Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 12 научных работах, в том числе 1 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателем предложено: в [1, 2, 3, ,4] - обзор и уточнение модели асинхронного электропривода в пакете MatLab; в [5, 8] - обзор современного состояния исследований в области перспективных систем управления; в [6, 9] - модель преобразователя с учетом дискретности сигналов; в [7, 10] -анализ характеристик электропривода; в [11] - организующие аспекты формирования электронного блока многофункционального электропривода.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 138 страниц основного текста, 70 рисунков, 10 таблиц. Список литературы включает 136 наименований. Содержание работы
Во введении Обоснована актуальность темы, сформированы цели исследования, показана научная новизна и практическая ценность работы.
Первая глава Проанализировано современное состояние исследований и практической реализации в области способов управления асинхронными двигателями и, в частности, способа прямого управления моментом.
Уточнена классификация современных способов управления общепромышленными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором и выделены актуальные вопросы.
Вторая глава Изложены наиболее существенные зависимости теории обобщенной электрической машины, оптимальной для описания процессов в электродвигателе, регулируемом методом прямого управления моментом. Изложены основные принципы метода прямого управления моментом асинхронного злекіродвигателя. Обоснован выбор и изложено математическое описание оценки частоты вращения ротора для замыкания бездат-чикового электропривода по скорости.
Третья глава Разработана и исследована комплексная модель электропривода с последовательным уточнением и снятием ограничений, проведено исследование и проанализированы результаты моделирования с целью определения наиболее эффективных принципов регулирования, динамических и статических характеристик электропривода, предъявляемых к аппаратной реализации требований и свойств невосприимчивости к неточное і и знания параметров двигателя.
Четвертая глава
Приведены результаты экспериментальной проверки достоверности модели, приведена структурная схема и описание экспериментального стенда. Изложены рекомендации по промышленной реализации динамичного асинхронного электропривода с прямым управлением моментом, структурная схема алгоритма для микропроцессорной реализации.
Состояние исследований и разработок в области регулируемого асинхронного электропривода
В настоящее время для управления асинхронными двигателями с корот-козамкнутым ротором применяются ряд установившихся способов, существенно отличающихся по качеству регулирования, стоимости и сложности технической реализации. Кроме того, при реализации каждого способа могут быть использованы специфические приемы и методы уточнения базовых принципов регулирования. Выбор способа управления является важной задачей, позволяющей создавать электроприводы переменного тока с требуемыми характеристиками и минимальной стоимостью.
Скалярное U/f управление широко применяется в современных частотных преобразователях, так как позволяет реализовать регулирование частоты вращения АД с минимумом затрат. Диапазон регулирования частоты вращения невысок и составляет от 1:40 до 1:70. Точность поддержания заданной частоты вращения составляет 2..3 %. При работе с компенсацией частоты скольжения точность может достигать 0,5...1 %. Алгоритмы скалярного управления не позволяют реализовать контроль и управление вращающим моментом электродвигателя, а также режим позиционирования. Наиболее эффективная область применения данного способа управления: вентиляторы, воздуходувки и насосы [90, 103].
Для создания в фазах двигателя требуемого напряжения применяют ряд программных и аппаратных способов, основанных на принципе широтно импульсной модуляции (ШИМ): шестипозиционная коммутация силовых ключей, синусоидальная ШИМ, модуляция пространственного вектора напряжения, расширенная модуляция пространственного вектора напряжения (12-тактная), гистерезисное управление. Наиболее эффективные из отмеченных методов нашли применение в векторном управлении и прямом управлении моментом [93].
Векторное управление (ВУ) по потокосцеплению ротора. Для динамичного управления АД наиболее распространен способ ориентированного по потокосцеплению ротора векторного управления (Блашке 1971) [51]. Применение данного способа впервые позволило полноценно реализовать управление скоростью и моментом АД и получило первую реализацию в системе «Трансвектор» фирмы Siemens. Преимуществом метода является возможность раздельного управления потоком и моментом асинхронного электродвигателя в координатных осях Парка-Горева, связанных с потокосцеплением ротора, существенно приближая принципы регулирования к электроприводу постоянного тока [50]. Метод основан на разделении контуров поддержания постоянства пото-косцепления рогора и регулирования момента, создании подчиненных контуров. При этом переменные электродвигателя меняются не по гармоническому закону неподвижной системы координат, а являются псевдопостоянными величинами, исчерпывающей характеристикой которых является знак и текущее значение. Метод ВУ позволяет поддерживать частоту вращения с точностью 0.01 % и электромагнитный момент с точностью 3...5 %. Перегрузочная способность систем векторного управления достигает 150...200 %. Следует отметить, что диапазон регулирования скорости в открытых и замкнутых системах векторного управления существенно отличается. В замкнутых системах ВУ он достигает 1:10000, в то время как в бездатчиковых системах он значительно меньше и составляет 1:200.
В настоящее время практически исключены системы ВУ, использующие датчики потокосцепления АД вследствие малой технологичности установки та ких датчиков на большом числе регулируемых ЭП. Отсутствие датчиков пото-косцепления компенсируется вычислениями по дифференциальным уравнениям, описывающим работу АД, в которые входят неточно известные и переменные параметры, такие как сопротивления ротора и статора, приведенный момент инерции ротора, момент нагрузки. Собственные индуктивности ротора и статора, а также их взаимная индуктивность вследствие эффекта магнитного насыщения имеют сложную зависимость от тока намагничивания. В связи с этим системы В У без принятия специальных мер являются очень чувствительными к неопределенности этих параметров. Исключение данного эффекта требует применения специальных методов обеспечения робастности (нечувствительности) систем управления к разбросу их параметров. Это адаптивные системы, системы с переменной структурой, робастные комбинированные системы с наблюдателями, нейронные системы, системы с нечеткой логикой. Основным источником поірешности системы ВУ является неточность определения опорного вектора (вектора потокосцепления ротора) в статорной системе координат. Для устранения этой неточности широко предлагается использовать адаптивные наблюдатели типа MRAS (Model reference adaptive system - адаптивная система с настраиваемой моделью) [57, 58, 59], генетические алгоритмы [60], нейронные сети [61, 62], нечеткую логику [63, 64, 65], наблюдатели переменной структуры [66, 67]. Для устранения этой же неточности в работе [68] предложено использовать в качестве синхронной системы координат систему координат, связанную не с вектором потокосцепления ротора, а с оценкой вектора потокосцепления роюра с помощью наблюдателя.
Выбор математического описания модели асинхронного двигателя
Модель асинхронного двигателя применяется для анализа статических и динамических характеристик при разработке и исследовании современных способов управления. Как правило, при исследовании АД применяют ряд искусственных приемов и допущений. Главным приемом является представление асинхронного двигаїеля в виде обобщенной электрической машины. Соответственно, в процессе рассмотрения свойств ПУМ сводится к минимуму оперирование трехфазными величинами. Обоснованность такого решения становится очевидна, если снова вспомнить легкость управления двигателем постоянного тока, а именно к нему приближает систему ПУМ использование теории обобщенной электрической машины. Модель АД основана на трехфазно-двухфазном преобразовании координат, то есть переходе от трехфазных величин реального двигателя к переменным в осях (q,d). Соответственно должен реализовываться и обратный переход к трехфазным величинам. Приближение модели АД к реальной электрической машине может быть выполнено с различной точностью, что во многом определяется расчетными возможностями вычислительной машины и целесообразностью того или иного уточнения. При этом возможна как детализация модели двигателя, так и иных элементов электропривода: автономного инвертора, механической части, датчиков и собственно системы управления с алгоритмами ПУМ.
Разработка универсальной векторно-матричной математической модели, получившей название обобщенной электрической машины, началась в конце 20-х годов и завершилась в конце 40-х годов XX века [86]. Эта модель позволяет описывать электромагнитные процессы в идеализированной электрической машине с помощью аппарата линейной алгебры.
Модель способна с определенной степенью точности имитировать любую электрическую машину. Данное утверждение базируется на возможности при ведения электрической машины с п-фазной обмоткой статора и m-фазной обмоткой ротора к двухфазной модели. Например, при питании обмоток статора от двух источников переменного синусоидального тока, смещенных по фазе на 90 , в рабочем зазоре создается круговое вращающееся магнитное поле. Если одну из обмоток ротора подключить к источнику постоянного тока, получается модель синхронной машины. Если обе обмотки ротора замкнуть накоротко, то образуется модель асинхронной короткозамкнутой машины, при этом в обмотках ротора наводятся токи с частотой f2 = fl-s, где s - скольжение асинхронного двигателя. Если подать на одну из обмоток обобщенной машины переменное напряжение и затормозить ротор (сог= 0), то можно получить модель трансформатора. Наконец, если одну из обмоток статора подключить к источнику постоянного тока, а обмотки ротора подключить к двум источникам переменного синусоидального тока с частотой, равной частоте вращения ротора, и фазовым смещением в 90, таким образом, чтобы поле ротора вращалось в направлении противоположном направлению вращения его вала, то мы получим модель машины постоянного тока. В этой модели поле ротора формируется источниками питания переменного тока с управляемой частотой, роль которых в реальной машине играет источник постоянного тока и коллектор. В нашем случае представляет интерес рассмотрение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
При рассмотрении обобщенной электрической машины исходят из определенных положений [86, 87], представленных ниже: - электрический пространственный угол определяется как произведение механического угла поворота ротора на число пар полюсов; - каждому полюсу соответствует по две фазных зоны на статоре и роторе, при этом предполагается синусоидальное распределение плотности тока; - фазные зоны статора и ротора сдвинуты в пространстве на 90 электрических ірадусов; - магнитное поле статора имеет периодически повторяющуюся неравномерность, магнитное поле ротора равномерно; - не учитывается размещение обмотки в пазах, то есть влияние пазов на картину распределения магнитного поля; - воздушный за юр принимается равномерным, в случае исследования явнопо-люсной машины возможен учет неравномерности введением гармонической составляющей; - контакты фазных зон статора неподвижны в пространстве, контакты фазных ротора неподвижны относительно ротора; - фазные зоны сіатора предполагаются идентичными, аналогичное утверждение верно для фазных зон ротора; - пренебрегается нелинейностью кривой намагничивания; - исключается наличие в машине электростатического поля, таким образом, не учитывается наличие емкостей внутри электрической машины.
Приведенные утверждения существенно упрощают расчет процессов в обобщенной электрической машине, однако, в то же время, снижают точность.
Одним из главных недостатков можно считать линейность кривой намагничивания стали в модели машины. Как правило, в реальных машинах рабочая точка выбирается в начале нелинейного участка характеристики намагничивания и в процессе работы, особенно в динамических режимах, может смещаться в сторону глубокого насыщения, что приводит к изменению собственных, взаимных и индукгивностей рассеяния. При этом динамика приобретает иной характер, главным образом уменьшается время переходного процесса, поэтому представляется целесообразным учет нелинейности кривой намагничивания, вводя соответствующие функции индуктивностей.
Критери и качества электропривода с прямым управлением моментом
В соответствии с изложенной в предыдущих разделах теорией, применение метода прямого управления моментом позволяет непосредственно управлять электромагнитным моментом асинхронного электродвигателя, что создает предпосылки создания электроприводов с высокими динамическими характеристиками и хорошей перегрузочной способностью.
Сформулируем основные критерии качества электропривода, критичные для рассматриваемого электропривода с ПУМ, часть которых распространена для анализа иных систем электропривода [96, 104]: - максимальный электромагнитный момент электродвигателя и электромагнитный момент при ограничении значения тока. - неравномерность формируемого электромагнитного момента в статическом режиме; - неравномерность поддержания модуля потокосцепления; - время реакции по моменту на изменение задания электромагнитного момента, полоса пропускания по электромагнитному моменту.
Для регулируемого по скорости электропривода с ПУМ к отмеченным выше добавляется ряд критериев: - статическая и динамическая точность отработки заданной частоты вращения; - полоса пропускания по частоте вращения; - показатели переходного процесса по скорости при пуске.
Таким образом, основными критериями оценки качества разомкнутого электропривода с ПУМ являются качественные показатели формируемого электромагнитного момента, динамические и статические. Для замкнутого по косвенно оцениваемому значению скорости электроприводу также существенное значение имеют статическая и динамическая значения скорости.
Моделирование выполнено в приложении Simulink 5.0 R13 программы MatLab 6.5 R13. MATLAB - это интерактивная система, основным объектом которой является массив, для которого не требуется указывать размерность явно [91]. Это позволяет решать многие вычислительные задачи, связанные с век-торно-матричными формулировками, существенно сокращая время, которое понадобилось бы для программирования на скалярных языках типа С или FORTRAN. Маїрицьі, дифференциальные уравнения, массивы данных, графики - это общие объекты и конструкции, используемые в системе MATLAB. Именно эта фундаментальная основа обеспечивает программе высокие вычислительные возможное і и. Система MATLAB - это одновременно и операционная среда и язык программирования. Одна из наиболее сильных сторон системы состоит в том, что на языке MATLAB могут быть написаны программы для многократного использования. Пользователь может сам написать специализированные функции и программы, которые оформляются в виде М- файлов [92], данный механизм активно применяется при моделировании цифровой модели управления в рамках данной диссертации.
При моделировании в использованы MatLab - параметры асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором мощностью 4 кВт. Параметры электродвигателя приведены в табл. 6.
Расчетным методом является численный метод MatLab Discrete (no continuous states) с постоянным шагом Ts. Период дискретизации расчетов Ts принят равным Ts = 1 мкс, что обеспечивает устойчивость и точность расчета переходных процессов в АД. Окна настроек Simulink численного расчета при моделировании приведено на рис. 11. В данной модели используется механизм передачи матрицы текущих переменных и времени в рабочую область MatLab с последующим использованием в m-функциях. Передача переменных в т-функцию обеспечивается через обозначенные глобальные переменные «global».
Рекомендации по практической реализации асинхронного электропривода с прямым управлением моментом
Высокие динамические показатели и сравнительно малые требования к вычислительным ресурсам системы управления ПУМ создают предпосылки для успешной практической реализации бездатчикового электропривода с ПУМ. При этом должен учитываться ряд особенностей, вносимых системой управления. Представленная выше модель позволила осуществить анализ работы системы управления с учетом специфических особенностей системы управления: учесть время генерации управляющего воздействия, учесть дискретность внутреннего представления сигналов и математических функций, ограниченность разрядной сетки по внутренним переменным.
Построение системы управления и программа работы в сильно степени зависит от аппаратной реализации: разрядности и быстродействия выбранного типа микропроцессора, быстродействия АЦП, размера памяти программ и данных. Однако процесс разработки и отладки модели, а также проведенное моделирование позволяют сформировать ряд рекомендаций по созданию базовой микропроцессорной системы ПУМ:
- на основании математического описания АД и выражений для метода ПУМ следует рекомендовать алгоритм работы, представленный на рис. 69, 70. На рисунке указана минимальная разрядность, обеспечивающая приемлемые показатели работы электропривода;
- при выборе разрядной сетки особенное внимание следует обратить на недопустимость насыщения двухфазных составляющих при вычислении пото-косцепления рассеяния статора на основании выражений 51 и 52, что может привести к резкому снижению точности расчета;
- при невозможности точной оценки сопротивления статора или его стохастическом изменении во времени следует придерживаться меньших значений, что повышает точность расчета и устойчивость электропривода, снижает вероятность насыщения магнитной системы АД; - система ПУМ чувствительна к фазовым и амплитудным погрешностям измерения тока фаз статора, целесообразен выбор параллельного АЦП. Минимальная разрядность АЦП составляет 8 бит, рекомендуемая 10 бит.
Современный асинхронный электропривод представляет собой сложное электротехническое устройство, вобравшее в себя новейшие достижения в теории управления и практике создания микропроцессоров, силовых полупроводниковых приборов, защиты от помех, программных наработок в области управления и интерфейсов, а также создания надежных и высокоэффективных электродвигателей.
В рамках данной диссертации показано, что исследования в области создания динамичных асинхронных электроприводов с функцией регулирования момента крайне важны для промышленности. На основании проведенного обзора и анализа отобранного материала отмечено, что моделирование динамичных регулируемых асинхронных электроприводов является актуальной научной и практической задачей.
В настоящее время растет объем исследований перспективных систем прямого управления моментом асинхронного электропривода, существуют примеры промышленного внедрения электроприводов на базе ПУМ, однако, как показал анализ существующих публикаций и проводимых исследований российских и зарубежных специалистов, в практике исследования электроприводов с ПУМ недостаточно проработаны вопросы комплексного моделирования асинхронного электропривода с ПУМ, учитывающего особенности электрической машины, цифровой реализации системы управления и бездатчиковой оценки потокосцепления рассеяния статора, электромагнитного момента и частоты вращения ротора. Соответствующие модели и результаты их исследования в литературе не приводятся, чем вызывает актуальность исследований в данном направлении.
В ходе работы над диссертацией выделены основные уравнения теории обобщенной электрической машины, существенные для моделирования асинхронного электропривода с ПУМ, раскрыт физический смысл метода ПУМ, приведены существенные уравнения, описывающие характер процессов в элек 121 троприводе с ПУМ. Отмечены принципиальные преимущества и недостатки метода прямого управления моментом, выделена необходимость исследования модели в функции управления как электромагнитным моментом, так и управления частотой вращения. Представлена структурная схема управления моментом электродвигателя, в которой отмечены пути уточнения модели в части учета микропроцессорной реализации системы управления ПУМ.
В рамках диссертации выбраны и рассмотрены две основные системы оценки частоты вращения вала двигателя без использования механических датчиков (скорости, положения или ускорения): разомкнутая система и адаптивная система с настраиваемой моделью. Отмечено, что данные системы хорошо зарекомендовали себя в составе электроприводов переменного тока с векторным управлением моментом. Приведено математическое описание систем, в структуре адаптивной системы применены основная и настраиваемая модели, позволяющие оценить частоту вращения ротора на основании данных о проекциях пространственного вектора потокосцепления ротора.
Научную новизну представляет рассмотрение адаптивной модели оценки частоты вращения ротора в структуре электропривода с ПУМ в ключе комплексного моделирования бездатчикового динамичного электропривода с целью определения соответствия привода основными критериями оценки качества: для разомкнутого электропривода с ПУМ являются качественные показатели формируемого электромагнитного момента, динамические и статические. Для замкнутого по косвенно оцениваемому значению скорости электроприводу также существенное значение имеют статическая и динамическая значения скорости.
