Введение к работе
Актуальность темы исследования Синхронные двигатели (СД) получили широкое распространение в промышленности благодаря таким качествам как дешевизна, регулируемый coscp, высокий КПД, приемлемые массогабаритные показатели В настоящее время ими оснащены практически все высокомощные неуправляемые механизмы, например, вентиляторы, насосы В связи с увеличивающимися технологическими и экономическими требованиями все большая часть данного вида приводов переводится в разряд регулируемых Внедрение частотного преобразователя позволяет повысить экономичность установленного СД, а также повышает срок службы механической составляющей привода, благодаря плавности операций пуска-торможения Развитие промышленной электроники позволило создать системы электропривода (ЭП) на базе СД, которые по своим характеристикам не уступают системам с двигателями постоянного тока (ДПТ) Тем не менее, структуры систем управления синхронного ЭП, сложившиеся в настоящее время, требуют дальнейшего совершенствования
Системы частотного синхронного ЭП находят все большее применение на мощных производственных механизмах, например, прокатных станах В этом случае к ЭП предъявляются высокие требования в отношении динамических и экономических свойств В ЭП турбомеханизмов, напротив, требования к динамике и глубине регулирования частоты вращения не столь критичны, поэтому здесь наилучшим решением является применение системы управления, обеспечивающей регулирование расхода и давления воздуха при помощи регулирования скорости вращения ротора СД с использованием системы без датчика скорости Таким образом, разработка экономичных систем векторного управления синхронного ЭП с использованием современного математического аппарата является актуальной и своевременной
Выше изложенное позволяет сделать вывод об актуальности разработки новых систем автоматизированных электроприводов на основе синхронного двигателя
Работа написана в рамках научного направления кафедры электропривода ЛГТУ «Разработка и исследование систем электропривода переменного тока», а также при поддержке гранта РФФИ 07-08-96431 «Анализ и синтез систем
управления динамическими процессами в нелинейных электромеханических системах»
Целью работы является исследование систем частотного электропривода и их совершенствование путем внедрения новых алгоритмов управления, разработанных на основе модифицированной математической модели СД, обеспечивающих энергосбережение в статических и динамических режимах
Задачи работы
разработка принципов построения многодвигательного энергосберегающего синхронного ЭП компрессорной станции при режиме работы нескольких (от 1 до 3) компрессоров с постоянной производительностью и одного частотно регулируемого электропривода,
разработка структуры системы рационального частотного управления синхронным ЭП на основе математической модели, позволяющей учитывать насыщение СД по двум координатам,
разработка математической модели синхронного ЭП, наиболее полно учитывающей физику работы силовой части преобразователя частоты (ПЧ), инвертора тока (ИТ) с релейным регулятором, позволяющей исследовать свойства СД при питании от несинусоидального источника тока, построенного на базе регулируемых выпрямителя и инвертора,
разработка методики расчета энергетических характеристик разработанной системы частотного ЭП компрессорной станции
Методы исследования В работе использованы методы классической теории автоматического управления, математического моделирования на базе современных вычислительных и программных средств, экспериментального подтверждения
Научная новизна
- предложена новая система управления преобразователя частоты (ПЧ) с
инвертором тока и с релейным регулятором, отличающаяся от известных
возможностью работы с минимальной частотой коммутации ключей инвертора,
обеспечивая тем самым снижение потерь в ПЧ,
- предложен принцип построения системы векторного управления с
датчиком скорости, отличающийся от известных возможностью задания
модулей вектора тока статора и вектора основного потока и угла между ними, с
обеспечением любых режимов работы от высокодинамичных до статических с
улучшенными энергетическими характеристиками,
- предложена новая система экономичного управления без датчика угла
положения ротора, отличающаяся от известных наличием наблюдателя угла
положения ротора и скорости, обеспечивающая повышение энергетических
показателей такого привода за счет поддержания минимального тока статора
Практическая значимость
- разработанный ЭП позволит сократить потребление активной мощности
из сети на 20-25%, что улучшит энергоснабжение кислородной станции №2
ОАО НЛМК,
- равномерно перераспределены тепловые потери между трехфазной
обмоткой статора и обмоткой ротора,
- разработанная программа «Наблюдатель» позволяет определить
качество и количество потребляемой электроэнергии, а также вести архив,
необходимый для учета временных изменений расхода электроэнергии и
событий связанных с этим
Апробация работы Основные положения диссертационой работы докладывались и обсуждались на научно-практической конференции "50-и летие образования Липецкой области" г Липецк, 2003 г, на научно-технической конференции "Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве" г Воронеж, 2003 г, на IV Международной научно-практической конференции "Участие молодых ученых, инженеров и педагогов в разработке и реализации инновационных технологий" г Москва, 2003 г, на V Всероссийской научно-практической конференции "Ресурсосбережение и экологическая безопасность" г.Смоленск, 2006г, конференции молодых ученых, посвященной 50-летию ЛГТУ "Технические науки - региону" г Липецк, 2007 г, на ежегодных научных конференциях и семинарах ЛГТУ
Публикации По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе одна работа опубликована в издании, рекомендованном ВАК РФ
В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателю принадлежит в [1] рассчитан угол между током статора и потокосцеплением ротора для улучшения энергетических показателей, в [7] разработаны функциональная и принципиальная схемы преобразователя частоты для механизмов общепромышленного назначения, в [8] предложен метод улучшения энергетических показателей за счет поддержания постоянного угла управления между током статора и потокосцеплением ротора
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений Общий объем диссертации 175 с, в том числе 96 с основного текста, 80 рисунков, список литературы из 115 наименований, 3 приложения
