Разработка и исследование электропривода на базе машины двойного питания с подключением обмоток статора и ротора к преобразователям частоты

• Автор: Безденежных, Даниил Владимирович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Липецк
• Количество страниц: 200 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ НА БАЗЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

1.1 Обзор систем электроприводов на базе асинхронного двигателя с фазным ротором

1.2 Электропривод на базе машины двойного питания с векторным управлением по цепи ротора
1.3 Электропривод на базе асинхронизированного вентильного двигателя с ортогональным управлением и поддержанием постоянства магнитного потока

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

2 ИССЛЕДОВАНИЕ МАШИНЫ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ В ЦЕПЯХ СТАТОРА И РОТОРА МАТЕМАТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

2.1 Выбор системы координат

2.2 Математическое описание машины двойного питания

2.3 Определение оптимальных режимов работы машины двойного питания

2.4 Энергетические характеристики машины двойного питания в оптимальных реяшмах работы
ВЫВОДЫ
3 ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МАШИНОЙ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ В ЦЕПЯХ СТАТОРА И РОТОРА
3.1 Расчет системы управления машиной двойного питания по методу подчиненного регулирования
3.2 Синтез вычислителя вектора главного потокосцепления
3.3 Двухзонное регулирование скорости с ослаблением главного

магнитного потока
3.4 Рекуперативные режимы работы машины двойного питания
ВЫВОДЫ
4 СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА МОТАЛКИ С МАШИНОЙ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ, УПРАВЛЯЕМОЙ ПО ЦЕПИ СТАТОРА И РОТОРА
4.1 Математическое описание механической части электропривода моталки
4.2 Сравнительный анализ электроприводов моталки по схемам
ПЧ-АДКЗ и ПЧ-МДП
4.3 Математическое моделирование электропривода моталки с машиной двойного питания
4.4 Экспериментальные исследования машины двойного питания
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ А Технические данные асинхронного двигателя и
силовых элементов преобразователей
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Расчет оптимального значения главного
потокосцепления на разных участках кривой намагничивания
ПРИЛОЖЕНИЕ В Фрагменты математической модели электропривода в
среде MATL AB-Simulink
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Г рафики переходных процессов
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Результаты эксперимента
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Акты о внедрении результатов диссертационной
работы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы определяется переходом современного промышленного производства к применению энергосберегающих технологий. Одним из основных направлений перехода является замена существующих регулируемых электроприводов (ЭП) постоянного тока на электроприводы переменного тока, обладающие лучшими массогабаритными, энергетическими и динамическими характеристиками. Наибольшее распространение среди электроприводов переменного тока получил ЭП на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (АДКЗ) с преобразователем частоты в статорной цепи. Использование в данном ЭП реяшма векторного регулирования позволяет разделить каналы управления потокосцеплением и элекгромагнитным моментом, что дает возможность строить системы подчиненного регулирования аналогично ЭП постоянного тока. Однако электропривод на базе АДКЗ обладает рядом недостатков, такими как: низкая перегрузочная способность на частотах вращения ротора выше номинальной, невысокий диапазон регулирования скорости вниз от номинальной без датчика скорости на валу двигателя и невозможность управления энергией скольжения.
Электроприводы моталок и разматывателей стальной полосы листовых прокатных станов характеризуются широким диапазоном регулирования скорости вращения приводного двигателя как вниз, так и вверх от номинальной. Применение в таких механизмах ЭП на базе АДКЗ приводит к завышению требуемой мощности двигателя и преобразователя по причине низкой перегрузочной способности двигателя на скоростях вращения выше номинальной. Диапазон регулирования скорости вниз от номинальной без датчика на валу двигателя обычно не превышает 1:50, что связано со сложностью обеспечения работы векторной системы управления на низких частотах тока статора. Для обеспечения глубокого регулирования скорости вниз от номинальной необходимо использовать датчик на валу, который снижает надежность электропривода. Устранение указанных выше недостатков возможно в

где |/1Л |/1П х)/1С (/2л_ [/2В х]/2С - полные потокосцепления обмоток статора и ротора соответствующих фаз; Щд, ііів, иіс, и 2д, и'гв, и 2с - мгновенные значения фазных напряжений статора и ротора с соответствующими фазовыми сдвигами; іід, іш, ііс, і'гл, і 2В, і2с - мгновенные значения фазных токов статора и ротора с соответствующими фазовыми сдвигами.
Однако такая математическая модель имеет слишком сложный и громоздкий математический аппарат. Более простыми являются математические модели асинхронного двигателя в ортогональных системах координат [32, 61, 62]. В системах управления электроприводами переменного тока получили распространение следующие ортогональные системы координат.
Система координат а-р неподвижная относительно обмоток статора. Данная система жестко связана с трехфазной обмоткой статора, при этом ось а направлена по оси обмотки фазы А. Система уравнений в этом случае имеет вид:
где ща - напряжение статора по оси а; Щр - напряжение статора по оси р; и2а
- приведенное напряжение ротора по оси а; и'2р - приведенное напряжение ротора по оси Р; і1а - ток статора по оси а; іір - ток статора по оси Р; і2а -приведенный ток ротора по оси а; і 2р - приведенный ток ротора по оси р; Ьт
- взаимная индуктивность; Ц;1 - индуктивность рассеяния статора; 1/з2 - приведенная индуктивность рассеяния ротора; ю - частота вращения ротора в