Введение к работе
В настоящее время для механизмов малой и средней мощности широкое распространение получили асинхронные электроприводы на базе преобразователей частоты с автономным инвертором напряжения, использующие широтно-импульсную модуляцию, что объясняется простотой системы управления и силовой части, а также высокими динамическими характеристиками. Системы частотного асинхронного электропривода на базе инверторов тока используются в меньшей мере, т.к. требуют совершенствования.
Актуальность работы определяется необходимостью повышения качества напряжения на выходе преобразователей частоты. Преобразователи частоты на базе автономного инвертора напряжения формируют не синусоидальные импульсные по форме напряжения на обмотке статора асинхронного двигателя. Импульсное выходное напряжение преобразователей частоты с автономными инверторами напряжения приводит к таким негативным явлениям как перенапряжения на зажимах двигателя, разрушение подшипников, ускоренное старение изоляции кабеля и двигателя. Это, в свою очередь, приводит к необходимости применения специальных мер, увеличивающих стоимость установки электропривода и время его ремонта в случае выхода из строя. Использование преобразователей частоты на базе автономного инвертора тока, формирующих более качественные формы токов и напряжений статора двигателя, сдерживается необходимостью построения сложных замкнутых систем управления с датчиком скорости на валу двигателя.
Целью работы является разработка и исследование принципа управления асинхронным электроприводом с автономным инвертором тока, который позволяет создавать простые системы управления без датчика скорости на валу двигателя.
Идея работы заключается в создании системы управления электроприводом на базе автономного инвертора тока, которая, используя релейные регуляторы и сигналы обратной связи по напряжению, поддерживает напряжение
на конденсаторах выходного фильтра в заданных границах, что придает инвертору тока некоторые свойства источника напряжения и позволяет отказаться от использования обратной связи по скорости вала асинхронного двигателя. Задачи, которые ставились и выполнялись в ходе работы:
разработка и математическое описание принципа формирования напряжения на конденсаторах выходного фильтра асинхронного электропривода с автономным инвертором тока;
анализ установившихся режимов работы предлагаемого асинхронного электропривода;
разработка систем управления для предлагаемого электропривода;
исследование качества тока, потребляемого предлагаемым асинхронным электроприводом из питающей сети, и методов его повышения;
определение экономической целесообразности применения предлагаемого асинхронного электропривода.
Научная новизна:
предложен принцип формирования напряжения на конденсаторах выходного фильтра автономного инвертора тока, отличающийся от существующих возможностью реализации систем управления без использования датчика скорости на валу двигателя;
предложены системы управления асинхронным электроприводом с автономным инвертором тока и формированием мгновенного значения напряжения на конденсаторах выходного фильтра на базе релейного регулятора напряжения с внутренним контуром регулирования напряжения;
предложена система частотного управления асинхронным электроприводом, отличающаяся поддержанием на оптимальном уровне абсолютного скольжения с обеспечением минимума потерь в асинхронном двигателе.
Практическая ценность:
- предложенный принцип формирования напряжения на конденсаторах
выходного фильтра позволяет создавать разомкнутые по скорости системы
управления асинхронными электроприводами на базе инверторов тока, а так-
же использовать в них двигатели общего назначения;
- улучшена форма выходного напряжения инвертора, характеризующаяся уменьшением коэффициента не синусоидальности в 3 раза.
Методы и объекты исследования - практические исследования и математическое моделирование систем частотного асинхронного электропривода на базе автономного инвертора тока на языке моделирования Modelica.
Достоверность результатов и выводов подтверждается математическим обоснованием разработанных моделей, сопоставимостью полученных результатов с положениями общей теории электропривода и электротехники и экспериментальными данными.
Реализация работы. Полученные в исследовании математические модели внедрены в учебный процесс специальности «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» Липецкого государственного технического университета (ЛГТУ).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на II Всероссийской научно-технической конференции «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» г. Уфа, 2009 г.; на научно-технической конференции, посвященной 35-летию кафедры электропривода, 3 июля 2009 г., ЛГТУ, г. Липецк.; на региональной научно-технической конференции «Организационное, информационное и методическое содействие созданию и развитию инновационно-технологических центров, бизнес-инкубаторов, малых инновационных организаций по привлечению к инновационной деятельности высших учебных заведений», 2009 г., ЛГТУ, г. Липецк.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе одна работа опубликована в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и 14 приложений. Общий объем диссертации 187 с, в том числе 123 с. основного текста, 36 рисунков, список литературы из 60 наименований, 14 приложений на 64 с.
