Введение к работе
Актуальность работы. Основной тенденцией развития современных электроприводов переменного тока является использование асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, управляемых посредством вентильных преобразователей. В то же время в качестве приводных двигателей для общепромышленных механизмов, например подъемно-транспортных, широкое распространение получили асинхронные двигатели с фазным ротором, в связи с чем на предприятиях даже при проведении модернизации в качестве приводных оставляют этот тип двигателей.
Среди регулируемых приводов наибольшее распространение получили системы асинхронных вентильных каскадов (АВК) и системы с тиристорными преобразователями частоты (ТПЧ). При этом для механизмов общепромышленного назначения целесообразно разрабатывать системы электропривода, которые обеспечивали бы сочетание высоких динамических свойств и энергетических показателей. Важной задачей является также снижение потребляемой системой электропривода реактивной мощности, которое достигается за счет схемных решений в силовой цепи. В этом случае перспективным направлением является создание гибридных схем, сочетающих в себе свойства каскадных и частотных электроприводов. В соответствии с этим требуется проводить анализ динамических процессов в системе каскадно-частотного электропривода, рассматривать такие важные параметры, как перегрузочная способность двигателя в проектируемой системе и способы ее повышения, критерии оптимизации энергетических характеристик. Поэтому работы, направленные на создание вентильных систем асинхронного электропривода с каскадно-частотным управлением являются актуальными, т.к. в конечном итоге способствуют улучшению энергетических показателей механизмов общепромышленного назначения.
Объектом исследования являются силовые схемы электропривода, разработанные на основе синтеза вентильных каскадов и частотно-управляемых приводов.
Цель работы. Совершенствование систем каскадного и частотного электропривода путем новых схемных решений, улучшающих энергетические показатели механизмов общепромышленного назначения.
Идея работы заключается в разработке вентильных систем асинхронного электропривода с использованием гибридных схем, сочетающих в себе свойства каскадного и частотного электроприводов.
Задачи, которые ставились и выполнялись в ходе работы:
моделирование асинхронного двигателя как объекта управления в системе каскадно-частотного электропривода;
моделирование замкнутой системы каскадно-частотного электропривода;
построение энергетических характеристик системы каскадно-частотного электропривода;
проведение экспериментальных исследований с целью определения статических, динамических и энергетических свойств системы каскадно-частотного электропривода.
Методы исследования. Поставленные в работе задачи решались структурным и частотным методами теории автоматического управления, методами математического моделирования на ЭВМ с использованием численных методов, а также методами экспериментального анализа.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- построена математическая модель замкнутой системы каскадно-час
тотного электропривода;
- предложен метод коррекции ее динамических свойств;
- сопоставлены энергетические показатели действующих систем кас
кадного и частотного электроприводов и системы каскадно-частотного элек
тропривода;
- рассмотрены критерии оптимизации энергетических показателей;
- построена энергетическая диаграмма системы каскадно-частотного
электропривода.
Практическая ценность работы состоиг в том, что:
на базе асинхронных двигателей с фазным ротором создана система, сочетающая в себе свойства систем ТПЧ-АД и АВК с повышенным коэффициентом мощности по сравнению с действующими каскадными электроприводами;
разработана инженерная методика синтеза регуляторов при построении замкнутых систем управления каскадно-частотным электроприводом;
регулирование момента в системе каскадно-частотного электропривода осуществляется путем применения более простой одноканальной схемы управления выпрямленным током в отличие от двухканальных схем в частотно-управляемых электроприводах;
использование серийного оборудования делает возможным использовать систему каскадно-частотного электропривода в общепромышленных механизмах.
Достоверность положений, результатов и выводов подтверждена: точностью математических моделей, учитывающих динамические свойства и нелинейность характеристик асинхронного двигателя и элементов электропривода; строгой доказанностью результатами математического моделирования и экспериментальными данными полученных аналитических выражений; сопоставимостью полученных результатов с положениями общей теории электропривода.
Реализация результатов работы
Диссертация выполнена на кафедре электропривода Липецкого государственного технического университета в рамках НИР «Энергосберегающие системы асинхронного электропривода подъемно-транспортных механизмов». Создан опытный образец электропривода с каскадно-частотным управлением. Математическая модель системы каскадно-частотного электропривода внедрена в учебный процесс и используется в курсовом и дипломном проектировании, что подтверждено актом внедрения.
На защиту выносятся:
- результаты математического моделирования системы каскадно-час
тотного электропривода;
результаты синтеза регуляторов замкнутых систем управления каскадно-частотным электроприводом;
энергетические характеристики системы каскадно-частотного электропривода;
результаты экспериментальных исследований.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации были представлены на областной научной конференции «Молодежь и наука на рубеже XXI века» (Липецк, 1997); международной научно-технической конференции «Энергосбережение-98» (Тула, 1998); научно-технической конференции кафедры «Электропривода и автоматизации промышленных установок и технологических комплексов», посвященной 25-летию кафедры электропривода ЛГТУ (Липецк, 1999); II региональной научно-технической конференции «Современная электротехнология в промышленности центра России. Исследования, инновации, применение» (Тула, 1999).
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 6 печатных работах, из них 2 статьи, 4 тезиса докладов на конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 59 наименований, приложения. Общий объем работы составляет 171 страницу. Основная часть изложена на 113 страницах текста, работа содержит 48 рисунков на 46 страницах, 24 таблицы.
