Введение к работе
Актуальность темы. Электропривод, построенный на основе транзисторного преобразователя частоты и асинхронного двигателя с коротко-замкнутым ротором является одной из наиболее перспективных и динамично развивающихся систем в области автоматизированных электроприводов. Это обусловлено высокой надежностью, технологичностью изготовления, хорошими массо-габаритными, стоимостными и регулировочными показателями асинхронного двигателя, а также современным уровнем развития электротехнической промышленности и непрерывно совершенствующейся элементной базой.
В настоящее время существует большое количество различных систем управления асинхронным электроприводом, построенных на разных теоретических подходах к управлению его координатами. Эти системы в основном ориентированы на аналоговую, либо аналого-цифровую элементную базу. Аппаратная сложность подобных систем управления, -" сложность их настройки и невозможность ее автоматизации, а также недостаточная гибкость для эффективного решения задачи адаптации электропривода при изменении режима работы и параметров силового канала создают серьезные проблемы для широкого распространения таких систем. Это обусловило необходимость перехода преимущественно к микропроцессорному управлению асинхронным электроприводом.
Микропроцессорный вариант решения задач управления асинхронным электроприводом становится, в частности, целесообразным, если повышенные требования к его динамическим показателям определяют необходимость построения довольно сложной векторной системы управления, содержащей адаптивные к изменению внешних и внутренних факторов динамические модели, что имеет место, например, в приводах подач металлообрабатывающих станков. Сложность систем управления и, следовательно, целесообразность их микропроцессорной реализации существенно возрастают, если по условиям эксплуатации (взрывоопасные, активные, агрессивные, запыленные среды) установка датчиков механических переменных нежелательна, либо абсолютно недопустима, например, в ряде механизмов химической, текстильной, горнорудной промышленности.
Другой, более обширной сферой применения асинхронного электропривода с микропроцессорными системами управления являются механизмы и технологические процессы, которые предъявляют основные требования не к регулировочным, а к энергетическим показателям электропривода (КПД, cosq>), что предполагает их оптимизацию в процессе его работы. К данной сфере относятся, например, электроприводы общепромышленных механизмов, таких как вентиляторы, насосы, подъемно-транспортные механизмы.
Ориентация на микропроцессорную реализацию системы управления требует поисков новых подходов к решению традиционных задач управления асинхронным электроприводом и, прежде всего, разработке его математической модели как нелинейного автоматического объекта управления*
При этом наиболее сложной и трудно решаемой из всех задач, относящихся к теории асинхронных машин является задача определения параметров двигателя, которая осложняется их нелинейным характером и зависимостью от многих факторов. Поэтому несмотря на значительный объем выполненных в этом направлении исследований указанную задачу нельзя считать окончательно решенной, что и определяет актуальность данной работы.
Целью диссертационной работы является разработка и исследование алгоритмов формирования переменных и разработка методик определения параметров в регулируемых системах "Инвертор напряжения-асинхронный двигатель (ИН-АД)".
В соответствии с целью работы в ней решены следующие задачи:
-
Разработана математическая модель асинхронного двигателя с ко-роткозамкнутым ротором с учетом нелинейности магнитной цепи, потерь в стали, механических и дополнительных потерь, позволяющая исследовать процессы в двигателе в статических и динамических режимах работы.
-
Разработана математическая модель системы "формирователь алгоритма управления - инвертор напряжения " с учетом неидеальности силовых вентилей, обеспечивающая формирование напряжения на обмотке статора с нужной частотой и амплитудой.
-
Выполнен анализ влияния неидеальности силовых вентилей на характеристики электропривода и разработан алгоритм компенсации такого влияния, а также обоснована возможность перехода к управлению по эквивалентным (усредненным на интервале дискретности) значениям переменных.
-
Разработаны алгоритмы автоматизированного определения параметров электропривода по системе ИН - АД, обеспечивающие его заданные характеристики.
Методы исследования
Решение указанных задач выполнено на персональном компьютере (ПК) на основе анализа и синтеза переменных системы в пространстве состояний, использования метода преобразования координатного базиса и методов прикладной математики. Полученные теоретические результаты подтверждены экспериментально.
Научная новизна выполненных исследований представлена следующими положениями.
-
Разработкой модели асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом нелинейности магнитной цепи, потерь в стали и особенностей его работы в системе "ИН - АД".
-
Разработкой математической модели системы "ИН - АД" характеристик формирования алгоритма управления, механизм, неидеальности силовых вентилей инвертора напряжения, а также обоснованием возможности перехода к управлению по эквивалентным (усредненным на интервале дискретности по времени) значениям переменных.
3. Результатами анализа влияния неидеальности ключей ИН на ха
рактеристики электропривода и созданием алгоритма компенсации их
влияния.
4. Разработкой методики определения параметров системы
"инвертор напряжения - асинхронный двигатель - механизм" и определе
нием их зависимости от заданного вектора напряжения.
Практическая ценность. Разработан пакет прикладных программ, позво
ляющий решать следующие задачи:
осуществлять анализ динамических процессов в асинхронном электроприводе с преобразователем частоты и с различными вариантами систем управления, построенных на базе как векторных, так и частотных принципов управления;
осуществлять синтез цифровых алгоритмов управления асинхронным электроприводом;
осуществлять синтез алгоритмов автоматического определения параметров системы управления асинхронным электроприводом. Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в учебный и научный исследовательский процесс кафедры "Электропривод и автоматизация промышленных установок" Ивановского государственного энергетического университета, а также используются в опытных конструкторских работах Ивановского филиала ВНИИ электропривод. Основпыетоложепия. выносимые па защиту:
-
Модель асинхронного двигателя с учетом насыщения магнитопро-вода и потерь в стали.
-
Математическая модель "формирователь алгоритмов управления -инвертор напряжения" без учета и с учетом неидеальности силовых ключей инвертора напряжения.
-
Результаты анализа влияния неидеальности ключей ИН, расчет ошибок определения вектора напряжения и способы их компенсации.
-
Методика определения параметров электропривода по системе "ИН-АД".
Апробация работы . Результаты работы, как теоретические, так и практические, докладывались и обсуждались на:
- международной научно-технической конференции « VIII БЕНАР-
ДОВСКИЕ ЧТЕНИЯ» 4-6 июня, Иваново, 1997.
XVI научно-технической конференции «Актуальные проблемы электроэнергетики», Нижний Новгород, декабрь, 1997.
научных семинарах и заседаниях кафедры ЭП и АПУ Ивановского государственного энергетического университета (Иваново, 1996, 1997, 1998).
международной научно-технической конференции « Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» ( ПРОГРЕСС - 98) 2-5 июня, Иваново, 1998.
Публикации . По результатам проведенных исследований опубликовано 5 печатных работ. Техническая новизна работы подтверждена положительным решением о выдаче патента РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 71 наименования и двух приложений. Работа содержит 140 страниц машинописного текста, 16 иллюстраций. Общий объем работы 200 страниц.
