Разработка и исследование векторных систем управления асинхронными электроприводами с автономными инверторами тока с релейным регулированием

• Автор: Абросимов, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Липецк
• Количество страниц: 189 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ЧАСТОТНЫМ И ЧАСТОТНО-ТОКОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
1.1 Обзор структур преобразователей частоты используемых в настоящее время
1.2 Сравнительный анализ преобразователей частоты на базе АИН и преобразователей частоты на базе АИТ
1.3 Классификация способов частотного регулирования асинхронным электроприводом
Выводы
2 ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СИСТЕМ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА МАТЕМАТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
2.1 Математические модели асинхронного двигателя
2.2 Математическое описание инвертора тока на полностью управляемых ключах и управляемого тиристорного выпрямителя
2.3 Описание релейного принципа формирования напряжения и тока па обмотке двигателя, питающегося от ПЧ на базе АИТ
2.4 Математическое описание векторных систем управления
Выводы
3 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕКТОРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ НА БАЗЕ
АИТ С РЕЛЕЙНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ
3.1 Разработка принципиальной схемы частотного векторного управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором на базе инвертора тока с релейным регулятором тока
3.2 Разработка принципиальной схемы частотного векторного управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором на базе инвертора тока с релейным регулятором напряжения
3.3 Оптимизация конструкции инвертора тока с РРТ и РРН
3.4 Сравнительный анализ предложенных систем векторного управления .
Выводы

4 АДАПТАЦИЯ ЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА БАЗЕ АИТ С РРТ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НА ДРЕССИРОВОЧНОМ СТАНЕ ПХПП ОАО «НЛМК»
4.1 Описание технологического процесса. Формулирование требований к системе управления
4.2 Разработка системы автоматизации и управления дрессировочным
станом
4.3 Векторно-токовое управление двухдвигательным электроприводом дрессировочного стана
4.4 Исследование динамических и энергетических показателей предложенной системы управления
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Модель асинхронного электропривода на базе АИТ с РРТ
с векторным управлением
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Модель асинхронного электропривода на базе АИТ с РРН
с векторным управлением
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Графики переходных процессов при векторном управлении асинхронным электроприводом на базе АИТ с РРН
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Описание технологического процесса дрессировочного
стана ПХПП ОАО «НЛМК»
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Технические данные асинхронного двигателя с коротко-
замкнутым ротором типа 1ЬА8407 Siemens и расчет параметров обмоток
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 Методика расчета емкости коммутирующих конденсаторов и индуктивности сглаживающего реактора
ПРИЛОЖЕНИЕ 7 Реализация лабораторной установки на базе контроллера
ТМ8320 Б2
ПРИЛОЖЕНИЕ 8 Расчет ожидаемого экономического эффекта
ПРИЛОЖЕНИЕ 9 Акты об использовании результатов диссертации

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы определяется необходимостью повышения качества напряжения на обмотке статора электродвигателя путем формирования синусоидальной формы первой гармоники напряжения при питании от преобразователя частоты при сохранении высокой точности регулирования, обеспечения жесткости механических характеристик. Широко используемые преобразователи частоты на основе автономных инверторов напряжения формируют несинусоидальные импульсные по форме напряжения на обмотке статора асинхронного электродвигателя, определяемые принципом ШИМ- модуляции ключей инвертора. Существующие системы управления, обеспечивающие высокую точность регулирования и жесткость механических характеристик, не позволяют достичь формы напряжения на зажимах обмотки статора асинхронного электродвигателя близкой к синусоидальной. Это приводит к необходимости применения специальных мер, увеличивающих стоимость установки электропривода и время его ремонта в случае выхода из строя. Системы ПЧ-АД на базе автономного инвертора тока с релейными регуляторами тока и напряжения позволяют получить форму тока и напряжения близкую к синусоидальной с минимальным уровнем высших гармоник на зажимах обмотки статора электродвигателя, что определяет актуальность проведения исследований по данному направлению.
Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России (2009 - 2013 годы)».
Цель работы - разработка и исследование векторных систем частотного управления асинхронным электроприводом с замкнутым внутренним контуром релейного регулирования переменных статора с обеспечением улучшенного качества питающего напряжения.
Идея работы заключается в создании векторной системы управления электроприводом на базе автономного инвертора тока с релейными регуляторами тока и напряжения, которые поддерживают мгновенные значения тока или напряжения

где рп- число пар полюсов АД, 1ыД|ЧЛм,12а" проекции токов статора и ротора на оси координат {Л, q}.
Уравнение динамики электропривода имеет вид:
где ш2 - угловая частота вращения ротора асинхронного двигателя, Мс - момент на валу двигателя, 1 - приведенный момент инерции двигателя. Решение уравнения выполняется численными методами.
На основании полученных уравнений передаточных функций для тока ротора по току статора и тока статора по напряжению питания, электромагнитного момента и уравнения динамики можно отобразить в виде структурной схемы модель вращающегося короткозамкнутого асинхронного двигателя, представленной на рисунке 2.2 [83, 87].
Для создания векторных систем управления асинхронными электроприводами широкое распространение получила система координат б, ц вращающаяся со скоростью ротора. Для систем регулирования, в которых возмущающее воздействие на входной ток или напряжение подается в системе координат сі, q, предложенная модель является наиболее удобной.
Напряжение статора описывается следующей системой уравнений:

(2.7)
(2-8)
и,ч=г,і1ч+-^ + со2рп1ї']1г
где иы, и,ч, ім, і,ч, д1сі, у1ц- фазные напряжения, токи и потокосцепления статора асинхронного двигателя, спроектированный на оси вращающейся прямоугольной системы координат б, q.