Введение к работе
Актуальность темы. Как следует из статистических данных, наиболее распространенным в настоящее время является асинхронный электропривод. Одним из эффективных путей при создании массового управляемого асинхронного электропривода (ЭП) является применение систем "тиристорний преобразователь напряжения - асинхронный двигатель" (ТПН-АД). Системы данного типа приходят на смену неуправляемому асинхронному ЭП, что позволяет решать задачу плавного пуска и энергосбережения. В результате возрастает срок службы оборудования, уменьшаются затраты на его эксплуатацию. Кроме того, подобные ЭП, оснащенные микропроцессорными системами управления, легко сопрягаются с системами управления верхнего уровня, обладают расширенными функциями контроля и диагностики. Как следствие, существенно возрастает их конкурентоспособность. Косвенным подтверждением этого служит тот факт, что в каталогах всех ведущих производителей ЭП присутствуют системы ТПН-АД.
Работы по созданию ЭП на базе системы ТПН-АД ведутся достаточно давно. Тем не менее, возникает ряд научных и практических проблем, связанных с разработкой систем данного типа, которые предназначены для реализации режима энергосбережения, особенно без датчика скорости. Этот режим предполагает работу АД в области подсинхронных скоростей на пониженном напряжении. Существующие математические модели систем ТПН-АД не позволяют в полной мере описать процессы в этой зоне. Отдельную научную и практическую проблему представляет собой анализ электромагнитной совместимости системы ТПН-АД, работающей в режиме энергосбережения, и питающей сети. Таким образом, задача разработки методик анализа и проектирования подобных систем, несомненно, является актуальной.
Целью работы является разработка принципов построения, рациональных структур и методик проектирования и анализа электроприводов
4 на основе системы ТПН-АД, предназначенных для решения задачи плавного пуска и энергосбережения без датчика скорости на валу двигателя. Основные задачи исследования:
Разработка уточненной динамической модели системы ТПН-АД. позволяющей учесть влияние внутренних обратных связей, тип синхронизации СИФУ (по напряжению сети или по току статора), влияние питающей сети.
Анализ возможностей построения бездатчиковых САР скорости для энергосберегающего режима. Разработка структур бездатчиковых САР. Синтез алгоритмов управления системой ТПН-АД, позволяющих реализовать режим энергосбережения недогруженных АД при работе на подсинхронной скорости. Анализ динамических свойств системы в режиме энергосбережения.
Исследование энергетического баланса и электромагнитной совместимости системы ТПН-АД с питающей сетью. Оценка энергетических показателей электропривода при работе с пониженным моментом сопротивления, включая анализ реактивной мощности, потребленной системой в процессе регулирования.
Формулирование требований к архитектуре аппаратной части электропривода и структуре программного обеспечения. Разработка методик проектирования электроприводов на основе системы ТПН-АД с учетом этих требований.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с привлечением современной математической теории электрических машин переменного тока, классической и современной теории непрерывных линейных систем. В работе широко используется имитационное моделирование на ОВМ с применением численных методов прикладной математики. Экспериментальные исследования проведены на опытном образце электропривода, разработанном и созданном при участии автора.
Достоверность научных результатов обеспечивается корректным использованием применяемых математических аналитических и численных методов и подтверждается экспериментальными данными.
5 Научная новизна. На защиту выносятся следующие новые научные результаты, полученные в работе:
Динамическая модель системы ТПН-АД, учитывающая внутренние обратные связи по углу нагрузки и ЭДС двигателя, тип синхронизации СИФУ (по напряжению сети или по току статора), влияние питающей сети.
Структура САР скольжения асинхронного ЭП с ТПН, замкнутой по углу нагрузки и предназначенной для реализации режима энергосбережения.
Алгоритмы регулирования скольжения АД в зоне подсинхронных скоростей.
Результаты исследования динамических свойств объекта управления и САР скольжения с замыканием по углу нагрузки.
Практическая ценность заключается в возможности использования ее результатов для проектирования асинхронных ЭП с ТПН, позволяющих реализовать функцию энергосбережения без датчика скорости на валу двигателя. Разработана методика анализа энергетических показателей систем ТПН-АД. Также в работе даны рекомендации по использованию различных структур системы для возможных областей применения асинхронных ЭП с ТПН.
Результаты проведенных исследований использованы при разработке асинхронного ЭП для штанговых глубинных насосов в ОАО "УралНИТИ" и агрегатов воздушного охлаждения в ассоциации "Проммонтажавтоматика".
Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены и
обсуждены на 11-й международной научно-технической конференции
"Электроприводы переменного тока" (Екатеринбург, 1998); 2-й межвузовской
научно-технической конференции "Автоматизация и прогрессивные
технологии" (Новоуральск, 1999); международной электронной научно-технической конференции "Прогрессивные технологии автоматизации" (Вологда, 1999); научно-технической конференции "Научные идеи В.Л. Шубенко на рубеже веков" (Екатеринбург, 1999); 3-м международном симпозиуме по усовершенствованным электромеханическим системам (Греция,
Патрас, 1999); международной научно-технической конференции SPEEDAM' 2000 (Италия, Искья 2000).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 101 названия и приложений и содержит 207 страниц, 129 рисунков и 2 таблицы.
