Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА I. Анализ взаиглосвязанного асинхронного электро
привода. Обоснование принципов построения сис
темы управления -W
-
Требования к электроприводу ^
-
Технико-экономическое обоснование системы
II
электропривода хх
-
Обоснование переменной структуры системы уп-равления iU
-
Анализ системы управления методом преобразования координатного базиса ^
1.5. Основные выводы по главе I ^3
ГЛАВА 2. Исследование силовой преобразовательном уста
новки взаимосвязанного электропривода 25
-
Требования к силовой преобразовательной установке ^5
-
Разработка методики определения показателей алгоритмов 27
-
Классификация и краткая характеристика алгоритмов 36
-
Исследование алгоритмов по критерию максимального использования напряжения ^
-
Исследование влияния дополнительных запретов на степень использования напряжения ^8
-
Относительное уменьшение напряжения на двигателях в практически реализуемых системах 51
-
Основные выводы по главе 2 57
ГЛАВА 3. Исследование системы управления с переменной
структурой в режиме слежения за мгновенным
значением вектора тока статора 58
-
Обоснование подхода к построению системы управления 58
-
Особенности СПС регулирования вектора тока статора асинхронного двигателя 63
-
Исследование СПС регулирования вектора тока статора асинхронного двигателя 71
3.4. Основные выводы по главе 3 84
ГЛАВА 4. Разработка устройств преобразования координат
ных систем 85
-
Разработка методики преобразования координатной системы 85
-
Разработка устройства ориентации по вектору потокосцепления ротора 115
-
Разработка устройства вычисления переменных состояния асинхронного двигателя 127
4.4. Основные выводы по главе 4 133
ГЛАВА 5. Результаты экспериментальных исследований 136
-
Разработка силовой преобразовательной установки 136
-
Разработка системы регулирования вектора тока статора 144
-
Режимы работы системы векторного управления.. 151
-
Переходные режимы работы взаимосвязанного электропривода 157
5.5. Основные выводы по главе 5 165
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 166
_ 4 -
ЛИТЕРАТУРА I68
ПРИЛОЖЕНИЕ І. Расчет экономического эффекта. Материалы
о внедрении ^45
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Преобразование системы координат. Вектор
ные диаграммы алгоритмов ^^
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Характеристика алгоритмов производной
группы 203
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Программа и результаты расчета на ЦВМ 208
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Модель комплекса "СПС регулирования векто
ра тока статора - автономный инвертор - асинхронный дви
гатель" 211
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Преобразование уравнений системы "Автоном
ный инвертор напряжения - асинхронный двигатель" с перио
дическими коэффициентами к тензорным уравнениям 215
ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Свойства тензора поворота в координатной
системе, связанной с трехмерным ортогональным прямоли
нейным базисом 232
ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Матричная форма преобразования тензоров
первой и второй валентности 241
ПРИЛОЖЕНИЕ 9. Формулы, облегчающие вычисление компонент
тензора поворота при преобразовании координатной систе
мы 250
ПРИЛОЖЕНИЕ 10. Фотографии станций управления асинхронным
электроприводом 253
ПРИЛОЖЕНИЕ II. Варианты устройств вывода избыточной
энергии из звена постоянного напряжения 255
Введение к работе
Актуальность темы. В соответствии с "Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" одной из коренных задач в области технического перевооружения промышленности является "...переход к массовому применению высокоэффективных систем машин и технологических процессов, обеспечивающих комплексную механизацию и автоматизацию производства". Создание прогрессивного оборудования, работающего в составе технологических комплексов, неразрывно связано с совершенствованием автоматизированного электропривода.
Рост потребности в регулируемых электроприводах при одновременном ограничении материальных и трудовых ресурсов требует увеличения производства электроприводов с двигателями переменного тока, в частности, с асинхронными двигателями, более дешевыми и удобными в эксплуатации, менее материалоемкими по сравнению с другими типами электроприводных устройств.
Асинхронные электроприводы отличаются большим разнообразием как в построении силовой части, так и в построении системы управления. Одной из перспективных систем асинхронных электроприводов является электропривод с преобразовательной установкой на основе общего неуправляемого выпрямителя, питающего группу автономных инверторов. Внедрение таких электроприводов целесообразно в первую очередь в текстильном производстве, в производствах легкой и химической промышленности, где по условиям окружающей среды в качестве электроприводных устройств поточных линий желательно применение асинхронных двигателей.
Электропривод с общим неуправляемым выпрямителем обладает рядом достоинств по сравнению с другими системами элек- троприводов: применение неуправляемого выпрямителя существенно уменьшает величину коммутационных провалов в напряжении питащей сети, что особенно важно при большом числе электроприводов (например, в цехах текстильного производства), т.к. уменьшение искажений напряжения питащей сети снижает взаимное влияние электроприводов друг на друта, а также на другие потребители; коэффициент мощности первой гармоники потребляемого из сети тока близок к единице в широком диапазоне регулирования скорости электропривода, что позволяет снизить установленную мощность фильтро-компенсирущих устройств; питание автономных инверторов от общих шин постоянного напряжения обеспечивает обмен энергией между отдельными электроприводами без применения специальных систем управления. При массовом внедрении асинхронных электроприводов перечисленные преимущества (особенно пониженное влияние на питащую энергосистему) являются определяющими в выборе структуры силовой части электропривода.
В последние годы сформировался качественно новый подход к созданию асинхронных электроприводов, основанный на принципе векторного управления переменными асинхронного двигателя. Несмотря на то, что перспективность систем векторного управления теоретически обоснована, число разработок, доведенных до уровня практической реализации, недостаточно, а область их применения ограничена лишь уникальными установками. Это вызвано, в частности, необходимостью введения в систему управления относительно сложных элементов (например, векторный фильтр), а также необходимостью автоматической коррекции динамических свойств регуляторов при изменении параметров асинхронного двигателя.
В настоящее время предпринимаются попытки решения ряда научных и технических задач в области векторного управления асинхронным электроприводом в классе систем с переменной структурой, что дает возможность принципиально на новом уровне подойти к созданию как элементов, так и системы управления в целом. Однако объем исследований в этой области минимален, что определяет актуальность темы данной работы.
Целью работы является создание системы управления, обеспечивающей повышение технико-экономических показателей асинхронного электропривода для поточных линий. Теоретической основой повышения качества характеристик электропривода является построение управляющих устройств в классе систем с переменной структурой и применение принципа ориентации по вектору по-токосцепления ротора.
Для достижения цели работы поставлены следующие основные задачи.
Определение законов управления автономным инвертором, обеспечивающих согласование выходного напряжения неуправляемого выпрямителя с напряжением асинхронного двигателя за счет рационального выбора алгоритмов.
Исследование статических и динамических характеристик асинхронного электропривода при управлении по принципу слежения за мгновенным значением вектора тока статора.
Разработка системы с переменной структурой для управления асинхронным электроприводом, основанной на принципе слежения за мгновенным значением вектора тока статора.
Разработка устройства с переменной структурой, обеспечивающего слежение за мгновенным значением вектора тока статора в системе координат, ориентированной по вектору потокосцепле-ния ротора.
5. Разработка тиристорного автономного инвертора с ограниче- ниєм перенапряжений на силовых элементах в переходных режимах работы электропривода.
Методы исследования, которые были применены в исследованиях, - это метод разложения электромагнитных процессов в асинхронном двигателе на медленную и быструю составлящие, метод преобразования координатного базиса, метод математического моделирования и эксперимент.
Научная новизна работы определяется следующими основными положениями:
Разработана методика и выявлена универсальная зависимость, позволяющие определить степень использования напряжения в режиме слежения за мгновенным значением вектора тока статора при различных алгоритмах.
Исследованы статические и динамические характеристики асинхронного электропривода при управлении по принципу слежения за мгновенным значением вектора тока статора.
Разработано устройство с переменной структурой, обеспечивающее слежение за мгновенным значением вектора тока статора в системе координат, ориентированной по вектору потокосцепле-ния ротора.
Разработан алгоритм определения показателей сложности системы векторного управления в зависимости от выбора координатного базиса, обеспечивающий максимальное упрощение технической реализации. Алгоритм разработан на основе тензорного математического аппарата.
Практическая ценность. Для инженерной практики значение имеют следующие результаты работы:
I. Исследования статических и динамических характеристик асинхронного электропривода при управлении по принципу слежения за мгновенным значением вектора тока статора.
Универсальная зависимость для определения степени использования напряжения, позволяющая сделать расчет силовых элементов преобразовательной установки.
Тиристорний автономный инвертор, обеспечиващий совместную работу с асинхронным двигателем при ограничении перенапряжений на силовых элементах в переходных режимах электропривода.
Структуры системы векторного управления и координатных преобразователей, обеспечивающие практическую реализацию электропривода.
Автор защищает: законы управления автономным инвертором, обеспечивающие согласование питающей сети и двигателей по напряжению в режиме слежения за мгновенным значением вектора тока статора; алгоритм определения показателей сложности системы векторного управления в зависимости от выбора координатного базиса, обеспечиващий максимальное упрощение технической реализации; устройство с переменной структурой, обеспечивающее слежение за мгновенным значением вектора тока статора в системе координат, ориентированной по вектору потокосцепления ротора.
Реализация в промышленности. Разработан и внедрен опытный образец двухдвигательного взаимосвязанного асинхронного электропривода для сушильно-ширильной машины отделочного производства текстильных материалов. Электропривод выполнен на основе преобразовательной установки с общим неуправляемым выпрямителем, питающим два тиристорних автономных инвертора. Мощность двигателя привода клуппных цепей - II кВт, мощность двигателя привода опережения - 1,5 кВт.
