Введение к работе
Актуальность работы В настоящее время большое значение имеет развитие полупроводниковых преобразователей с микропроцессорным управлением для регулирования скорости асинхронных, вентильных и вентильно-индукторных двигателей Однако не утратил актуальность вопрос создания тиристорного микропроцессорного управления для электропривода (ЭП) постоянного тока, который отличается высокой надежностью, обратимостью преобразования электроэнергии, низкой стоимостью и простотой алгоритмов управления (скалярное управление вместо векторного в транзисторных системах) В настоящее время во многих приводах ответственных механизмов в горной, металлургической, полиграфической, цементной и в других отраслях промышленности широко применяется ЭП постоянного тока Поэтому нет оснований утверждать, что в обозримом будущем произойдет полное вытеснение тиристорных систем регулирования постоянного тока электроприводом переменного тока
Особый прогресс в развитии серийного тиристорного электропривода постоянного тока в нашей стране наблюдался в 70 - 80 гг XX века. Большой вклад в развитие этого направления внесли российские ученые Булгаков А А, Шишшго В П, Слежановский О В , Юньков М М, Ключев В И, Ильинский Н Ф, а также основатель Чебоксарской школы приводчиков Поздеев А Д, его ученики и продолжатели Иванов А Г, Донской Н В , Никитин В М, Горчаков В В , Альтшуллер М И и др
За рубежом наибольших успехов в развитии тиристорных систем регулирования ЭП достигли фирмы Siemens, ABB, BOSCH и др, которые наряду с современными приводами переменного тока провели модернизацию аналоговых систем приводов постоянного тока и успешно применяют современные тиристорные ЭП с цифровым управлением Однако использование результатов этих разработок ведущих инофирм при модернизации отечественных тиристорных систем регулирования оказывается практически невозможным Это обусловлено засекреченностью информации в условиях рыночных отношений и, в отличие от аналоговых систем, большими техническими трудностями по алгоритмической и программной расшифровке принципиальных решений
В настоящее время в России и СНГ освоен большой парк двигателей постоянного тока (серии 2П, 4П, 4ПФ, ДПР и др) различной мощности и тиристорных преобразователей для ЭП (серии ЭПУ1, ЭПУ2, ЭПУ5, ЭТУ, БОТ и др), которые нуждаются в модернизации с использованием достижений современной силовой
электроники и микроэлектроники, в том числе микропроцессорной техники Применение микропроцессорной техники позволяет реализовать новые функции и алгоритмы, не доступные ранее для аналоговых систем В связи с этим задачи модернизации рассматриваемых систем с улучшением их потребительских свойств, динамических показателей и структуры регулирования являются актуальными
Дель диссертационной работы. Целью работы является разработка и исследование тиристорного выпрямителя (ТВ) с микропроцессорной системой управлением (МПСУ) для широкорегулируемого электропривода постоянного тока В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи
-
Обоснование технических требований к разработке микропроцессорной системы управления тиристорным выпрямителем для электропривода постоянного тока
-
Разработка структуры, алгоритма системы регулирования и методики автонастройки параметров регуляторов
-
Исследование особенностей динамических процессов системы регулирования при больших диапазонах регулирования с нелинейной нагрузкой и оптимизация ее динамических характеристик
-
Экспериментальные исследования, подтверждение достоверности результатов теоретических положений, изложенных в диссертации
Методы исследования При выполнении работы применялись методы теории электрических цепей, теория автоматического регулирования, теория цифровых систем управления, методы имитационного моделирования, а также численные методы Разработка и отладка программных продуктов осуществлялась с помощью сред разработки C++, VisualDSP Экспериментальная часть вьшолнялаоь на опытном образце модернизированного тиристорного преобразователя ЭПУ1М с применением персонального компьютера, отладочного средства ADMC300 EVALUTION KIT
Научная новизна
-
На основании исследования зарубежных и отечественных разработок синтезирована микропроцессорная система управления тиристорным выпрямителем по известному аналоговому прототипу - серийному электроприводу ЭПУ1М, отличающаяся автонастройкой параметров регуляторов, компенсацией моментной нелинейности и нелинейности режима прерывистого тока
-
В результате проведенного теоретического исследования коэффициента передачи тиристорного выпрямителя для наиболее распространенных на практике случаев
{соЬя»Яя) получены аналитические зависимости, позволяющие осуществлять компенсацию нелинейности режима прерывистого тока.
-
На основании аналитических исследований и компьютерного моделирования выполнен анализ процессов пуска и реверса двигателя в тиристорной САР при большом диапазоне регулирования скорости с нагрузочным моментом типа «сухое трение» и получены новые результаты
-
Предложен и экспериментально испытан способ повышения быстродействия пусковых режимов двигателя при малых скоростях вращения под нагрузкой
Практическая ценность
-
Разработана и испытана МИСУ ТВ для регулирования скорости двигателя постоянного тока с автонастройкой, которая рекомендуется при модернизации аналоговых устройств типа ЭПУ1М, КЭП и др
-
Разработаны алгоритмы и программы для синтеза микропроцессорной системы с аналоговыми датчиками скорости и ЭДС
-
Создан опытный образец трехфазной реверсивной тиристорной микропроцессорной системы электропривода и выполнены его экспериментальные исследования
-
Проведена экспериментальная проверка эффективности предложенного способа повышения быстродействия тиристорной системы регулирования при пуске и реверсе двигателя на малых скоростях вращения при статическом моменте типа «сухое трение»
Практическая реализация Практическая ценность диссертации подтверждается решением ряда актуальных задач Предложенные в работе новые технические решения защищены патентами, а результаты исследования рекомендуется взять за основу при разработке и внедрении нового поколения тиристорных электроприводов взамен выпускаемых ОАО «ЧЭАЗ» серий ЭПУ1М, КЭШ, БОТ и ЭПУ5
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Структура МПСУ ТВ, алгоритм автонастройки регуляторов и методика определения параметров двигателя
-
Методика аналитического определения коэффициента передачи ТВ в режиме прерывистого тока (РПТ) и его использование для линеаризации регулировочных характеристик
-
Результаты исследований динамических характеристик САР скорости двигателя при больших диапазонах регулирования со статическим моментом типа «сухое трение»
4 Результаты экспериментальных исследований опытного образца МПСУ тиристорным выпрямителем и двигателем с обратной связью по скорости и ЭДС
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждались на V, VI и VII Всероссийских научно-технических конференциях «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем» (г Чебоксары, 2003, 2005 и 2007 гг), V и VI Всероссийских научно-технических конференциях «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике» (г Чебоксары, 2004 и 2006 гг), II и Ш Республиканских научно-технических конференциях молодых специалистов «Электротехника, электроэнергетика, электромеханика» (г Чебоксары, 2004 и2005гг)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, из них 15 научных статей в научных журналах и материалах научных конференций По теме диссертации получены 4 патента РФ на изобретения и полезные модели
Объем и структура диссертации Диссертационная работа объемом 152с состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 72 наименований и 2 приложений Работа содержит 44 рисунка и 1 таблицу
