Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ систем частотно-токового управления на базе асинхронного электродвигателя 9
1.1 Обзор частотно-токовых систем управления асинхронным электродвигателем 9
1.2 Анализ и классификация способов регулирования асинхронного электропривода при частотном управлении 13
1.3 Обзор систем оптимального регулирования асинхронного электропривода 20
Выводы 23
2 Математическе описание систем асинхронного электропривода 25
2.1 Математические модели асинхронного электродвигателя 25
2.2 Математическое описание АД в системе координат, ориентированной по вектору потокосцепления ротора 39
2.3 Математическая модель силовой части асинхронного электропривода с частотно-токовым управлением 42
2.4 Оптимальное регулирование асинхронного электропривода по критерию минимума тока статора 47
Выводы 49
3 Разработка и исследование векторных систем управления ад с оптимальными параметрами 50
3.1 Разработка оптимальной системы векторного управления с опорным вектором потокосцепления ротора 50
3.2 Разработка оптимальной системы векторного управления с опорным вектором потокосцепления статора 68
3.3 Разработка оптимальной системы векторного управления с опорным вектором главного потокосцепления АД 76
3.4 Сравнительный анализ векторных систем управления АД с оптимальными параметрами 83
3.5 Разработка оптимальной системы векторного управления с учетом насыщения АД 100
Выводы 116
4 Применение оптимальной системы векторного управления для электропривода кондкнсатного насоса подогревателя сетевой воды 117
4.1 Описание основных элементов технологического процесса системы теплофикационной установки 117
4.2 Энергетические потери АД и методы их оптимизации 127
4.3 Определение энергетических показателей по результатам математического моделирования электропривода 130
4.4 Программная реализация коррекции по продольной составляющей тока статора 134
Выводы 140
Заключение 141
Библиографический список
- Анализ и классификация способов регулирования асинхронного электропривода при частотном управлении
- Математическое описание АД в системе координат, ориентированной по вектору потокосцепления ротора
- Разработка оптимальной системы векторного управления с опорным вектором потокосцепления статора
- Энергетические потери АД и методы их оптимизации
Введение к работе
Актуальность работы определяется возрастающей ролью управляемых
электроприводов для решения проблемы сбережения энергетических ресурсов
на производстве. В связи с развитием силовой электроники и
микропроцессорной техники в целях энергосбережения существует тенденция
внедрения частотного преобразователя для таких механизмов как насосы и
вентиляторы. При этом необходимой задачей является увеличение
эффективности электропривода с точки зрения энергосбережения. Это
осуществляется за счет совершенствования имеющихся и разработки новых
типов электродвигателей, а также использования полупроводниковых
преобразователей частоты с повышенными энергетическими характеристиками.
Существуют различные топологии преобразователей частоты, но в настоящее
время благодаря развитию элементной базы силовой электроники применяются
полностью управляемые IGBT транзисторы с высокой коммутационной
способностью. Теперь стало возможным управление силовыми ключами
преобразователя по новым алгоритмам, приводящим к уменьшению
высокочастотных гармоник в формируемом напряжении. Однако типовые
системы управления асинхронного электропривода не претерпели серьезных
изменений. Применяемые алгоритмы управления не являются
энергоэффективными и, несмотря на наличие высокой теоретической базы в
области оптимального регулирования асинхронного двигателя,
энергосберегающие законы управления редко используются в электроприводах. Следовательно, необходимо усовершенствование унифицированных систем, а разработку и выбор алгоритмов управления производить согласно требуемым задачам для данного типа электропривода.
Работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2010-2013 гг.
Степень разработанности темы исследования. Многие исследователи
неоднократно обращались и продолжают обращаться к проблеме
энергетической оптимизации статических режимов работы электропривода. Огромный вклад в области оптимального управления работы электроприводов переменного тока внесли отечественные и зарубежные ученые – В.И. Ключев, Н.Ф. Ильинский, Г.Б. Онищенко, В.В. Рудаков, И.Я. Браславский, Р.Т. Шрейнер, В.А. Мищенко, В.Н. Бродовский, В.В. Панкратов, Булгаков, А.М. Вейнгер, Ю.А. Сабинин, В.А. Шубенко, A. Abbondanti, W. Leonard, F. Blaschke, D.W. Novotny, J. Holtz и др. Рассмотрен ряд работ, посвященных
оптимизации режимов работы асинхронного электропривода по критерию минимума тока статора. Возникает проблема поиска наилучшего решения и разработки новых систем, которые отвечают принципам оптимального управления и являются наиболее простыми в реализации для рассматриваемого типа механизма.
Цель работы – разработка и исследование векторных систем управления асинхронным электроприводом, оптимизированных по критерию минимума потребления тока статора из сети, на базе автономного инвертора напряжения с релейным регулятором тока с применением коррекции по продольной составляющей тока статора.
Идея работы заключается в создании векторных систем управления электроприводом, в которых поддерживается требуемый угол между моментообразующими векторами как в статических, так и в динамических режимах насосных механизмов.
Научная новизна:
предложены оптимальные по критерию минимума тока статора векторные системы управления по потокосцеплению статора и главному потокосцеплению, отличающиеся обеспечением поддержания значений моментообразующих векторов на требуемом уровне;
предложена оптимальная по критерию минимума тока статора векторная система управления по потокосцеплению ротора, отличающаяся введением коррекции в канал управления продольной составляющей тока статора;
- предложена оптимальная по критерию минимума тока статора система
векторного управления с учетом насыщения АД, отличающаяся введением
корректирующего воздействия на продольную составляющую тока статора,
оценка которой происходит в зависимости от реального значения угла между
током статора и потокосцеплением ротора.
Теоретическая и практическая значимость:
- предложенные системы обеспечивают снижение потребление тока
статора из сети на 6-8 % по сравнению с классической векторной системой, и
как следствие увеличение максимально допустимого момента и уменьшение
общих потерь;
- разработаны системы оптимального управления асинхронным
двигателем с опорным вектором потокосцепления ротора, которые можно
применить для большинства серийных преобразователей частоты, добавив
коррекцию в канал управления продольной составляющей тока статора.
Методология и методы исследования. Объектами исследования являлись оптимальные векторные системы управления асинхронным электроприводом по критерию минимума тока статора. При решении поставленных в диссертационной работе задач использовалась теория автоматического управления, теория электрических машин, а также методы математического моделирования. Численное решение уравнений математических моделей выполнялось на ЭВМ с помощью пакетов математических программ Simulink.
Достоверность полученных результатов и выводов подтверждена обоснованием разработанных математическим моделей, результатами математического моделирования и сравнения их с результатами расчетов, а также сопоставимостью полученных результатов с положениями теории электропривода.
Реализация работы. Полученные результаты используются при разработке проекта модернизации электропривода конденсатного насоса подогревателя сетевой воды структурного подразделения УТЭЦ ОАО «НЛМК».
На защиту выносится:
– сравнительный анализ векторных систем управления по потокосцепле-нию статора, ротора и главному потокосцеплению АД;
– сравнительный анализ оптимальных режимов работы АД при поддержании оптимального угла и стабилизации угловой скорости скольжения;
– разработанная оптимальная по критерию минимума тока статора векторная система с поддержанием угла между током статора и потокосцеплением ротора;
– разработанная оптимальная по критерию минимума тока статора векторная система управления по потокосцеплению ротора с учетом насыщения АД.
– результаты исследования разработанных оптимальных векторных систем управления по потокосцеплению ротора асинхронным электроприводом.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации
докладывались и обсуждались на VII Международной (XVIII Всероссийской)
конференции по автоматизированному электроприводу «АЭП–2012» (Иваново
2012); на IX Всероссийской конференции «Управление большими системами»
(Липецк 2012); на X Международной научно–практической интернет–
конференции «Энерго– и ресурсосбережение – XXI ВЕК " (Орел 2012); на III
Международной научно–практической конференции «Энергосбережение,
электромагнитная совместимость и качество в электрических системах» (МК–
1–412) (Пенза 2012); на IV Международной научно–практической конференции
«Энергетика и энергоэффективные технологии» (Липецк 2010), V
международной научно-практической конференции «Энергетика и
энергоэффективные технологии» (Липецк 2012), IX международной научно-практической конференции «Современные научные достижения – 2013» (Чехия, Прага).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 4 опубликованы в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, 1 патент на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка, включающего 119 наименований, и 6 приложений. Общий объем работы – 164 страниц. Основная часть изложена на 153 страницах текста, содержит 62 рисунка, 4 таблицы.
Анализ и классификация способов регулирования асинхронного электропривода при частотном управлении
Закон управления, обеспечивающий постоянство отношения напряжения к квадрату частоты, используют для управления электроприводами механизмов, которые имеют вентиляторную нагрузку [55]. В этом случае функция зависимости угловой частоты вращения от статического момента имеет вид параболы, поэтому влияние падения напряжения на активных сопротивлениях статора уменьшается. Данный закон так же не обеспечивает оптимизацию ни по одному из применяемых критериев, следует отметить, что энергетические характеристики этого закона более высокие по отношению к первому закону частотного управления [59].
В случае частотно-токового управления за счет отрицательной обратной связи по току нагрузки совместно с дроссельным фильтром преобразователь частоты можно рассматривать как источник тока [57]. При питании от источника тока электромагнитный момент становится независимым от частоты, и возможно при заданном токе статора и абсолютном скольжении, равном критическому, обеспечить больший момент, чем при питании от источника напряжения. Но следует отметить, что реализация частотно-токового управления возможна только в замкнутых системах, контролирующих абсолютное скольжение и ток двигателя в функции нагрузки [57].
Применение скалярных систем управления является достаточным для многих агрегатов, у которых небольшой диапазон регулирования. Закон скалярного управления можно организовать, используя от двух до пяти точек. Скалярные системы управления являются более простыми по отношению к векторным. Поэтому фирмы, серийно выпускающие преобразователи частоты, большое значение уделяют организации скалярных систем управления, которые имеют различные топологии. Для улучшения качества переходных процессов АД необходимо контролировать и регулировать амплитудные значения переменных и углов между моментообразующими векторами как в статических режимах, так и в динамических. Такое регулирование осуществляют системы векторного управления асинхронным электроприводом, которые в переходных режимах обеспечивают как изменение частоты и текущих значений переменных АД, так и взаимную ориентацию векторов в полярной или декартовой системах координат. [61]
Перспективным направлением в области регулирования асинхронного электропривода является векторное управление координатами двигателя [62]. Используя векторное управление, АД можно рассматривать как аналог двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, т.е. управление осуществлять, используя два независимых канала. Т.е. в системе, которая ориентирована по одному из векторов потокосцеплений, можно независимо воздействовать на продольную и поперечную составляющие вектора тока статора для управления магнитным состоянием машины и электромагнитным моментом соответственно.
Системы векторного управления в настоящее время является результатом теоретических и практических исследований в области регулирования координатами АД, а также наличием широкой элементной базы силовой преобразовательной техники и микроэлектроники. Векторные системы обеспечивают качественное управление АД с короткозамкнутым ротором, как в статических, так и в динамических режимах работы. Благодаря этому область применения электропривода переменного тока значительно увеличилась, и стала возможным замена электроприводов постоянного тока на регулируемый ЭП с векторным управлением. Поэтому наряду со скалярным управлением во многих серийных преобразователях частоты поддерживаются векторные законы управления. [63]
Начальным этапом развития векторного управления является разработанная в начале прошлого века модель идеализированной электрической машины переменного тока. Данная модель была описана с использованием аппарата линейной алгебры, и ее применяли для расчета переходных процессов АД.
В 1971 году F. Blaschke [64] разработал модель асинхронного двигателя, вектор потокосцепления ротора которой направлен по действительной оси координат. На основании модели был создан метод управления координатами моментообразующих векторов. Метод основан на использовании передаточных функций управляемых переменных. Благодаря ориентации системы координат по вектору потокосцепления стало возможным осуществлять управление моментом двумя независимыми переменными, аналогично электроприводу постоянного тока. В отечественной научной литературе теоретические основы построения частотных электроприводов с векторным управлением представлены в [65], а обсуждены на VII Всесоюзной конференции по автоматизированному электроприводу в 1975 г. Результаты всесторонних исследований принципов и алгоритмов построения асинхронных электроприводов с векторным управлением, проводимых в Санкт-Петербургском государственном горном институте представлены в [61].
За прошедшие четыре десятилетия было разработано множество исходных моделей векторных систем [61, 65, 66], которые реализованы на разной элементной базе, опубликовано огромное количество научных работ, однако применяемые типовые системы управления не претерпели серьезных изменений и организованы по принципу, разработанному F. Blaschke.
Управление переходными процессами в машинах переменного тока основывается на необходимости организовать управление по переменным состояния: вектору тока статора, вектору тока ротора, потокосцепления статора, потокосцепления ротора, главному потокосцеплению машины. Эти переменные состояния взаимосвязаны перекрестными связями. Базовым элементом такой системы является преобразователь координат (векторный преобразователь), при помощи которого осуществляется преобразование сигналов, пропорциональных переменным состояния, из системы координат, жестко связанной со статором или с ротором, во вращающуюся систему координат.[50]
В 1986 году был предложен новый принцип управления, который не требует наличия подчиненных токовых контуров и ШИМ – метод прямого управления моментом асинхронного двигателя, в котором действующее в течение некоторого интервала времени напряжение определяется выбранным на это время состоянием инвертора и зависит только от знаков ошибок регулируемых координат, т.е. фактически реализуется релейное управление. Для ограничения частоты переключения инвертора вводится гистерезис. Для ЭП переменного тока регулируемыми координатами в большинстве случаев являются момент двигателя и потокосцепление его статора, поэтому предлагаемый метод управления называется прямым управлением моментом (ПУМ) [67, 68, 69]. Система ПУМ имеет лучшую динамику без перерегулирования, рывка, и время реакции на задание по управлению также меньше, чем в системе векторного управления (ВУ). Обеспечивается это за счет того, что магнитный поток достигает установившегося значения быстрее и без перерегулирования, в отличие от системы ВУ. Однако система векторного управления имеет преимущества по сравнению с прямым управлением моментом: затраты вычислительных ресурсов меньше, и более плавное управление моментом, чем определяется точность регулирования АД. [70]
Математическое описание АД в системе координат, ориентированной по вектору потокосцепления ротора
Векторная система с коррекцией по продольной составляющей тока статора имеет трехфазный инвертор 1. Измерение тока статора происходит посредством датчиков тока 2 и 3, которые подключены к статорным обмоткам АД 4. Измерение угловой скорости вращения вала ротора осуществляется датчиком скорости 5. Измеренное значение скорости в блоке сравнения 6 сопоставляется с заданным значением 7. Разница угловых скоростей поступает на вход пропорционально-интегрального регулятора скорости 8, выход которого соединен с одним входом блока задания поперечной составляющей тока статора 9.
Выход блока 9 подключен к первому входу блока преобразования координат dq в ABC 10, имеющего три фазных выхода, каждый из которых соединен с первыми входами блока ШИМ релейно-гистерезисных регуляторов тока 11. Выходные значения датчиков тока 2 и 3 поступают на вход сумматора тока 12, также со вторыми фазными входами ШИМ релейно-гистерезисного регулятора тока 11 и входами блока преобразования координат ABC в dq 13, выход сумматора тока 12 соединен с соответствующим входом блока 11 и фазным входом блока 13, первый выход которого соединен с блоком определения продольной составляющей потокосцепления ротора 14, выход которого соединен со вторым входом блока задания поперечной составляющей тока статора 9 и блоком расчета угловой скорости потокосцепления статора 15, выход которого соединен с блоком преобразования координат dq в ABC 10 и вторым входом блока преобразования координат ABC в dq 13.
Второй выход блока 13 соединен с блоком расчета угловой скорости потокосцепления статора 15, выходы блока преобразования координат ABC в dq 13 соединены с блоком определения отношения продольной и поперечной составляющих тока статора 16. Выход блока 16 соединен с блоком определения угла между током статора и потокосцеплением ротора 17. Выход блока 17 соединен с сумматором 18, второй вход которого соединен с блоком задания угла 450 19. Выход сумматора 18 соединен со входом пропорционального блока 20, выход которого соединен с блоком коррекции 21, второй вход которого соединен с блоком преобразования заданного значения продольной составляющей потокосцепления ротора в значение продольной составляющей тока статора 22. Выход блока коррекции 21 соединен с блоком преобразования координат dq в ABC 10.
Опишем работу предложенной векторной системы. Инвертор 1 через датчики 2, 3 фазных токов питает статорные обмотки асинхронного двигателя 4 широтно-модулируемыми пульсациями силового напряжения, длительность которых определяется управляющими пульсациями, поступающими с выхода ШИМ релейно-гистерезисного регулятора тока 11.
Задание на скорость r, сформированное в блоке 7, сравнивается с сигналом текущей скорости вращения ротора r в блоке 6. Значение скорости вращения измеряется датчиком скорости 5, и поступает на вход регулятора 8. Значение заданного момента выхода блока 8 поступает на первый вход блока 9.
Структура регулятора скорости векторной системы строится по принципу подчиненного регулирования, также как для двигателей постоянного тока. Расчет и настройка регулятора скорости производилась по методике, приведенной в [5].
В блоке 13 осуществляется преобразование координат dq в ABC. Сориентируем ось d вращающейся декартовой системы координат по направлению вектора r . Такое регулирование токов статора описывается уравнениями:
Угол между векторами напряжения и тока статора можно определить различными способами. Этот угол можно определить на основании использования измеренных с помощью датчиков тока и напряжения мгновенных значений фазных токов и напряжений статора АД. При этом необходимо использовать первую гармонику напряжения статора, т.к. выходное напряжение преобразователя частоты имеет импульсный характер.
В неподвижной ортогональной системе координат определяются положения обобщенных векторов напряжения и тока статора. Для этого обрабатываются поступающие сигналы мгновенных фазных значений, задаваемых напряжений и измеренных токов статора. Для обобщенных векторов тока и напряжения справедливы соотношения (2.15), (2.16).
Тогда вектор напряжения будет находиться на оси ортогональной системы координат. Для каждого момента времени определяется положение вектора тока статора относительно Схема определения угла между током статора и потокосцеплением ротора методом вращающейся системы координат представлена на рисунке 3.6.
Недостатком первого способа по отношению к второму является необходимость использования датчиков фазных напряжений и соответственно фильтров для определения первой гармоники напряжений. Также данный способ вычисления угла является довольно сложным с точки зрения требования к производительности процессора. Однако определение угла в неподвижной системе координат является наиболее точным, т.к. в реальном АД действительная ось координат не совпадает с косвенно измеряемым вектором потокосцепления ротора. Следовательно, определение угла между векторами осуществляется не корректно. Следует отметить, что разница в измерениях угла между током статора и потокосцеплением ротора двумя методами не существенна, и данная погрешность не влияет на решение задачи оптимизации по критерию минимума тока статора. Поэтому в предложенной системе управления измерение угла осуществляется методом вращающейся системы координат. Точное определение угла также зависит от погрешности измерения угловой скорости вращения ротора. Данную скорость в современных ПЧ измеряется путем косвенного вычисления, однако наиболее точным является применение датчика скорости. находящимся на валу электродвигателя.
Разработка оптимальной системы векторного управления с опорным вектором потокосцепления статора
Результаты анализа показывают, что достичь оптимизации по критерию минимума тока статора можно, поддерживая оптимальное скольжение на заданном уровне. Из выше сказанного следует, что при поддержании угла между током статора и потокосцеплением ротора на уровне 45 градусов, абсолютная разница между скоростями вращения поля статора и ротора должна быть постоянной и равной согласно формуле (3.107), данное утверждение отображено графически на рисунке 3.23. В системах управления, приведенных в [94, 95] осуществляется поддержание, как оптимального угла, так и абсолютной разницы между скоростями вращения полей статора и ротора. По этой причине система управления усложняется введением дополнительных контуров, которые являются избыточными. Очевидно, что введение одновременно двух коррекций в оптимальную систему управления является нецелесообразным. Следовательно, необходимым и достаточным для проектирования оптимальных систем управления по критерию минимума тока статора являются системы, имеющие один контур параллельной коррекции по одному из приведенных параметров. Применяя различные типы электродвигателей, оптимальная частота скольжения имеет различные значения, однако оптимальный угол не зависит от типа электродвигателя и равен 45 градусов. Следовательно, для унификации оптимальной системы управления к различным электродвигателям наиболее целесообразно применение системы, в которой поддерживается оптимальный угол. Выше описанным требованиям удовлетворяет система управления, приведенная на рисунке 3.3.
Механические характеристики АД при различных угловых скоростях и моментах нагрузки На рисунках 3.19, 3.20 представлены динамические характеристики момента и угловой скорости асинхронного электродвигателя, зависящие от времени. На рисунке 3.21 показана динамическая характеристика скорректированного угла между током статора и потокосцеплением ротора. Исследования предложенной системы показывают, что в предлагаемой модели вследствие внесения коррекции в канал управления продольной составляющей тока статора угол между током статора и потокосцеплением ротора составляет примерно 45о. Следует отметить, что поддержание заданного угла осуществляется как в установившемся режиме, так и переходном. Графики переходных процессов токов и потокосцепления АД приведены в приложении Г.
Принцип построения систем с опорными векторами потокосцепления статора и главного потокосцепления идентичен. Это очевидно, если сравнить структурные схемы, приведенные на рисунках 3.8 и 3.10. В системах отличными являются только коэффициенты, входящие в передаточные функции. Принципиальным образом отличается система векторного управления по потокосцеплению ротора. В данной системе развязаны каналы управления потоко- и моментообразующих составляющих тока статора.
По векторной диаграмме АД видно, что вектор тока ротора перпендикулярен вектору потокосцепления ротора. По этой причине при построении системы с опорным вектором потокосцепления ротора наиболее просто формируется задание на продольную составляющую тока статора. Причем скорость формирования потока ротора при изменении продольной составляющей тока статора не уступает векторным системам по потокосцеплению статора и главного потокосцепления.
При оценке по максимальной перегрузочной способности систем можно сделать вывод, что векторная система по потокосцеплению ротора ведет себя устойчиво во всем диапазоне изменения угловой частоты и электромагнитного момента АД и имеет наибольший момент при заданной скорости вращения. 100 Однако преимуществом векторных систем по потокосцеплению статора и главного потокосцепления является наиболее простая оценка угловой частоты вращения ротора. Из приведенного анализа следует, что для оптимальной векторной системы, где необходимо регулирование магнитного состояния машины, наиболее целесообразно применение опорного вектора потокосцепления ротора.
Самым распространенным критерием оптимизации режимов работы асинхронного электродвигателя по технико-энергетическим показателям является критерий минимума потребляемого тока статора. Оптимизация по данному критерию позволяет получить максимальную перегрузочную способность двигателя, а также минимум потерь в активных сопротивлениях статорной обмотки и ПЧ и связана с необходимостью изменения потокосцеплений двигателя при варьировании значения момента нагрузки. При питании от полупроводникового преобразователя частоты асинхронный электродвигатель, у которого магнитное состояние изменяется в соответствии с законами энергооптимального регулирования, является объектом с нелинейной характеристикой намагничивания. Величину момента АД образуют активный ток статора и величина потокосцепления, поэтому при разработке оптимальных алгоритмов управления следует учитывать нелинейность характеристики намагничивания и, соответственно, производить исследования векторных систем управления требуется с учетом последней. [111]
Сложность реализации энергооптимальных алгоритмов заключается в необходимости знания большого количества параметров электрической машины, а автоматический поиск в процессе функционирования электропривода экстремума функции оптимального критерия, оцениваемой на основании реальных измерений, характеризуется высокими требованиями к 101 производительности системы. Для разработки алгоритмов векторных систем управления асинхронными электроприводами переменного тока следует реализовать заранее определенные оптимальные соотношения координат двигателя на основе текущей идентификации переменных параметров объекта управления, что позволит создать экстремальные системы управления, учитывающие нелинейность магнитной цепи. [112]
Представим модель АД с учетом кривой намагничивания, где модуль вектора главного потокосцепления т и ток намагничивания im связаны нелинейной зависимостью. Для учета эффекта насыщения существуют два метода. Первый - метод статических индуктивностей, в котором нелинейность цепи намагничивания учитывается статической зависимостью между главным потокосцеплением и током намагничивания. Второй - метод динамических индуктивностей, в котором изменение магнитного состояния двигателя определяется динамически. Последний — существенно сложнее, но для синтеза систем управления использовать его наиболее целесообразно, т.к. метод динамических индуктивностей имеет высокую точность в описании динамических процессов. Определение взаимной индуктивности осуществляется табличным способом в зависимости от тока намагничивания электродвигателя.
Энергетические потери АД и методы их оптимизации
Современная автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) разрабатывается как распределенная информационно-управляющая человеко-машинная система. Функциями АСУ ТП являются: производство информационно-вычислительных процессов; - автоматическое регулирование параметров; - организация технологических защит и блокировок; обеспечение удаленного управления оборудованием; - реализация различного рода сигнализации.
Автоматизированная система УТЭЦ содержит программно-технический комплекс (ПТК) системы контроля и управления типа SPPA3000 с программируемыми логическими контроллерами (ПЛК) Simatic S7-300 фирмы «Siemens». Связь с модульными станциями ЕТ-200 осуществляется по сети ProfiBus DP. Контроль и управление основного и вспомогательного оборудования осуществляется с автоматизированных рабочих мест операторов технологов, находящихся на групповом щите управления. АСУ ТП теплофикационной установки в своем определенном технологическом объеме выполняют функции: - сбора и обработки сигналов от аналоговых и дискретных датчиков, параметров и сигналов обратной связи из схем управления исполнительными устройствами; - формирования выходных дискретных команд управления исполнительными устройствами; - автоматического логического управления оборудованием (технологические защиты, блокировки); - автоматического поддержания заданных значений технологических параметров (авторегулирование);
Полевой КИП и исполнительные механизмы Рисунок 4.11 - Структурная схема АСУ ТП конденсатного насоса подогревателя сетевой воды 136 - формирование информации о текущем состоянии исполнительных устройств для передачи на верхний уровень управления УТЭЦ; – сигнализация, регистрация и документирование информации; – осуществление связи с другими функциональными подсистемами.
Структурная схема АСУ ТП конденсатного насоса подогревателя сетевой воды, электропривод которого содержит ПЧ, приведена на рисунке 4.11
Управление угловой скоростью вращения насоса можно осуществить электроприводом на базе ПЧ SIMOVERT MASTERDRIVES фирмы «Siemens». Для реализации оптимального управления по критерию минимума тока статора необходимо изменить настройку алгоритма задания потокосцепления ротора в преобразователе, при этом часть вычислений реализовать в контроллере.
Приведем описание формирования коррекции по продольной составляющей тока статора. Для связи между преобразователем частоты SIMOVERT и программируемым логическим контроллером (S7-300) используется протокол передачи данных PROFIBUS DP. Обмен данными преобразователя обеспечивается с помощью модуля CBP2, установленного на ПЧ. Программирование ПЛК и параметрирования ПЧ производится из интегрированной среды разработки STEP 7 Manager с помощью программного пакета DriveMonitor. Определение значений продольной и поперечной составляющих тока статора осуществляется коннекторами К182, К184 соответственно. В среде DriveMonitor в настройках полевой шины указываем в параметре Р734 в качестве выходных данных слово состояние, продольную и поперечную составляющие тока статора, которые отображены на рисунке 4.12. Field Bus Interface
Определение оптимального задания потокосцепления ротора происходит в ПЛК по формуле (3.37). Создана программа в среде STEP 7 Manager на языке программирования STL, позволяющая организовать оптимальное управление потокосцеплением ротора. Текст программы приведен в приложении Ж. Необходимые переменные, используемые для разработки программы, приведены на рисунке 4.13. Блок-схема программы приведена на рисунке 4.14. Функциональный параметр для задания потокосцепления ротора имеет значение Р291, которому присваивается вычисленное выходное значение блока ОВ1.
Данный способ организации коррекции продольной составляющей тока статора является простым, однако обеспечивает регулирование параметрами АД, при которых осуществляется минимизация потребления тока статора. Для электроприводов механизмов, к которым не предъявляются высокие требования динамики, данный способ задания потокосцепления является целесообразным.
