Энергосбережение в электроприводах периодического движения с силовыми электронными преобразователями

• Автор: Собх Мазен Ибрагим
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 172 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ
1.1. Оптимальное управление движением электропривода
1.2. Современное состояние идентификации параметров двигателя постоянного тока и синхронного двигателя
1.3. Современное состояние схемотехники и теории силовых электронных преобразователей
1.4. Основные задачи и пути их решения
2. ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С МОМЕНТНЫМ
ДВИГАТЕЛЕМ И ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ В СИСТЕМАХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ
2.1. Оптимальное управление электроприводом периодического
движения с учетом момента сухого трения без учета индуктивности обмотки
2.2. Оптимальное управление электроприводом периодического
движения с учетом момента сухого трения и с учетом индуктивности обмотки
2.3. Оптимальное управление в системах периодического движения по критерию минимума потребляемой от сети мощности
2.4. Примеры выполнения электроприводом периодического движения .
ВЫВОДЫ
3. ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТОКАМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
В СИСТЕМАХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ
3.1. Оптимальное управление токами двигателей постоянного тока с независимым возбуждением без учета нелинейности кривой намагничивания
3.2. Оптимальное управление токами двигателей постоянного тока с независимым возбуждением с учетом нелинейности кривой намагничивания
ВЫВОДЫ
4. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
4.1. Идентификация параметров электродвигателя постоянного тока .
4.2. Идентификация параметров синхронного электродвигателя
ВЫВОДЫ

5. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТРЕХФАЗНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ
5.1. Усилитель неуравновешенной трехфазный системы напряжений
5.2. Минимизация мощности потерь в нагрузке по первой гармонике ШИМ управлением потенциалом нейтрали
5.3. Минимизация мощности потерь в нагрузке управлением потенциалом нейтрали по результирующему току
5.4. Минимизация мощности потерь в стали от широтно-импульсной модуляции
5.5. Мощность потерь в преобразователи и выбор частоты ШИМ
ВЫВОДЫ
6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ ПО МИНИМУМУ МОЩНОСТИ ПОТЕРЬ В АКТИВНОИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКЕ
6.1. Теоретическое обоснование экспериментов
6.2. Описание экспериментальной установки
6.3. Исследование влияния сигнала коррекции на сигналы ШИМ
6.4. Исследование влияния сигнала коррекции на форму тока одной фазы ПЧ и на мощность потерь
6.5. Поиск оптимального сигнала коррекции по критерию минимума мощности потерь в нагрузке ПЧ
6.6. Исследование ПЧ с ШИМ и с сигналом коррекции при питании асинхронного двигателя
6.7. Исследование зависимости мощности потерь в системе "ПЧ
— асинхронный двигатель" от частоты ШИМ
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Энергосбережение в настоящее время актуально в связи с истощением природных энергетических ресурсов и с проблемами экологии. В электроприводе энергосбережение возможно путем оптимизации параметров исполнительных двигателей, улучшения режимов работы усилительно-преобразовательных устройств и оптимизации законов управления, применением оптимального управления движением электропривода.
В настоящее время широко применяются электромеханические системы периодического движения, в которых исполнительный двигатель совершает за относительно длительное время основной рабочий ход с малым динамическим моментом. За относительно короткое время он возвращается в начальное положение с большим динамическим моментом. Эти системы используются в оптических системах сканирования, в станках с возвратно-поступательным движением, в промышленных роботах и другом технологическом оборудовании.
В современных электромеханических системах с периодическим движением используются электроприводы с двигателями постоянного тока электромагнитного возбуждения или с возбуждением от постоянных магнитов, с синхронными двигателями, питаемыми от преобразователей частоты. Снизить энергозатраты в электромеханических системах с периодическим движением возможно путем использования оптимального управления по критерию минимума мощности потерь в обмотках двигателя.
Важную роль в автоматизированном электроприводе играют устройства идентификации параметров в режиме нормального функционирования, позволяющие адаптировать оптимальное управление при изменении этих параметров от температуры и других факторов.
В настоящее время для питания электроприводов на основе частотноуправляемых синхронных и асинхронных двигателей используют электронные преобразователи частоты (ПЧ), обеспечивающие экономичное и плавное регулирование в продолжительных и переходных режимах работы электроприво-

Поэтому задача решается по следующему алгоритму.
1. Система дифференциальных уравнений третьего порядка (2.32) интегрировалась методом Рунге-Кутта с постоянным шагом.
2. Моменты времени £ь £2 и константа А определяются методом Ньютона (методом касательных) с симметричной вариацией искомых величин.
Метод Рунге-Кутта был реализован с помощью универсальной процедуры выполнения одного шага интегрирования и с помощью процедуры вычисления правых частей дифференциальных уравнений в нормальной форме.
Метод Ньютона (метод касательных) с симметричной вариацией применен для решения системы нелинейных уравнений
Л(Н’ *2 > ~ а(1/) = 0;
/2(?1,^2, Л) = ш(/‘/)-ю(Гр) = 0;
/з(‘1> {2 > Я) = г'(гу)-/(£р) = 0.
Следуя методу Ньютона, можно написать решение системы хк+х на (к+ 1)-ой итерации в виде
хк+1=хк -гхк)-/(хк), к = 0, 1,2, ..., где х - вектор искомых параметров (£ь £2, А)т; ./- матрица Якоби; /- вектор-функция (/, /2, /3)т.
Метод Ньютона был реализован с помощью универсальной процедуры выполнения одной итерации. Цикл итераций выполняется до тех пор, пока мо-
I —/с+1 —к I ~
дуль разности | х — х | не станет меньше определенной величины е.
При решении тестовой задачи по данному алгоритму в системе Ма1ПаЬ.7 численным методом были найдены параметры Л — ?р = 6,8897-10'4 с; tf- /2 = 3,0624-10''' с; А = 3,6371 • 103 А/с, а также законы а(£), ю(£), г'(£) и м(£) (см. рис. 2.4).
Итак, в реальном электроприводе при ограничении на напряжение питания ток измениться скачком не может и оптимальное управление состоит из следующих этапов: