Асинхронный моментный электропривод с векторным управлением для имитации усилий запорной арматуры магистральных нефтепроводов

• Автор: Ланграф, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 164 с. : ил.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО СТЕНДА ДЛЯ ПРОВЕРКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ
1.1. Конструкция и эксплуатация запорной арматуры
1.2. Математическое описание процессов в элементах запорной арматуры
1.3. Обзор систем электропривода для запорной
арматуры
1.4. Требования, предъявляемые к электроприводам запорной арматуры
1.5. Формирование требований к нагрузочному электроприводу испытательного стенда для проверки электроприводов запорной арматуры
1.6. Выводы
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ КОМПОНЕНТОВ НАГРУЗОЧНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
2.1. Математическое описание процессов в асинхронном двигателе
2.1.1. Система относительных единиц
2.1.2. Стационарная система координат
2.1.3. Система координат с принудительной ориентацией по вектору потокосцепления ротора
2.2. Инвертор напряжения
2.3. Элементы механической передачи нагрузочного электропривода
2.4. Выводы
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НАГРУЗОЧНЫМ
МОМЕНТНЫМ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ
3.1. Имитационный формирователь моментов нагрузки

3.2. Синтез структуры и параметров для оптимальной настройки системы векторного управления асинхронным электроприводом
3.2.1. Контуры управления составляющими вектора тока статора
3.2.2. Контур управления потокосцеплением ротора
3.2.3. Контур управления частотой вращения
3.2.4. Контур управления положением
3.3. Система косвенного определения переменных асинхронного двигателя, недоступных для прямого измерения
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ НАГРУЗОЧНОГО МОМЕНШОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
4.1. Исследование динамических характеристик нагрузочного моментного электропривода методом численного моделирования в среде МаНаЬ
4.1.1. Линеаризованная система нагрузочного электропривода
4.1.2. Система нагрузочного электропривода с учётом нелинейностей
4.2. Исследование динамических характеристик разработанной системы
4.2.1. Описание экспериментальной установки
4.2.2. Результаты экспериментальных исследований
4.3. Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Актуальность темы. В настоящее время системы электропривода (ЭП) прочно занимают лидирующее место среди приводных устройств и обеспечивают бесперебойную и надёжную работу механизмов во многих областях техники и жизнедеятельности человека. Функциональные возможности и эксплуатационные параметры современных ЭП во многом определяются характеристиками применяемых систем управления.
В качестве приводного двигателя в последнее время наибольшее распространение находит асинхронный двигатель (АД) с короткозамкнутым ротором. Изобретённая ещё в конце XIX века N. Tesla и модернизированная М.О. Доливо-Добровольским простая и надёжная конструкция трёхфазного АД явилась прообразом для большинства современных электродвигателей данного типа. Первые системы управления позволяли обеспечить работу АД лишь в режиме пуска-останова и не предполагали регулирование частоты вращения, что долгое время сдерживало широкое применение асинхронного ЭП.
Современный асинхронный ЭП реализован на базе силовой полупроводниковой техники с применением микропроцессорного управления. Его возможности позволяют организовать регулирование выходных координат ЭП в широком диапазоне, с высоким быстродействием и большой точностью. В создание и развитие теории систем ЭП переменного тока большой вклад внесли выдающиеся отечественные и зарубежные учёные - М.М. Ботвинник, И.Я. Браславский, A.A. Булгаков, А.М. Вейн-гер, Д.А. Завалишин, Н.Ф. Ильинский, В.И. Ключев, М.П. Костенко, В.В. Рудаков, Ю.А. Сарбатов, О.В. Слежановский, И.М. Чиженко, Р.Т. Шрей-нер, В.А. Шубенко, И.И. Эпштейн, F. Blaschke, J. Holtz, W. Leonard, Т.A. Lipo, D.W. Novotny и многие другие.
В настоящее время развитие систем асинхронного ЭП с микропроцессорным управлением позволяет путём создания новых программных алгоритмов синтезировать ЭП с широким набором эксплуатационных характери-

ое"Л~5.7234.1(Г4
= 122.3 05 - момент инерции.
(2.43)
Рассчитаем вспомогательные коэффициенты (2.18) в соответствии с системой относительных единиц:
гэ=г5+ Ггк2г = 0.04915 + 0.0739 • 0.965262 = 0.118;
На данном этапе все необходимые параметры и коэффициенты имитационной модели АД переведены в систему относительных единиц. Кроме удобства при проведении исследований, в дальнейшем при создании системы управления асинхронным ЭП будет показано преимущество системы относительных единиц в виде возможности произвольного масштабирования рабочих переменных, что незаменимо при использовании ограниченных ресурсов микропроцессорной системы (целочисленная арифметика, уменьшенные диапазоны).
2.1.2. Стационарная система координат
При исследовании систем асинхронного ЭП модель АД в стационарной системе координат позволяет получить математическое описание, наиболее близко имитирующее процессы, происходящие в реальном двигателе. Отсутствие координатных преобразователей и определённая простота организации данного варианта имитационной модели АД позволяют рассмотреть его в качестве основы для проведения исследований асинхронного ЭП.
Уравнения, описывающие АД в неподвижной системе координат получаем из (2.21) с учётом особенностей относительной системы единиц и сок = 0.
к 120715 г /, 1.25059
= 0.96526;
1.207152 1.25059
= 0.15804;
(2.44)