Разработка и исследование систем асинхронного электропривода с частотно-токовым управлением для насосных механизмов

• Автор: Цветков, Павел Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Липецк
• Количество страниц: 163 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ СИСТЕМ ЧАСТОТНО-ТОКОВОГО УПРАВЛЕНИЯ НА БАЗЕ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
1.1 Обзор частотно-токовых систем управления асинхронным электродвигателем
1.2 Анализ и классификация способов регулирования асинхронного электропривода при частотном управлении
1.3 Обзор систем оптимального регулирования асинхронного электропривода. 20 Выводы
2 МАТЕМАТИЧЕСКЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
2.1 Математические модели асинхронного электродвигателя
2.2 Математическое описание асинхронного двигателя в системе координат, ориентированной по вектору потокосцепления ротора
2.3 Математическая модель силовой части асинхронного электропривода с частотно-токовым управлением
2.4 Оптимальное регулирование асинхронного электропривода по критерию
минимума тока статора
Выводы
3 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕКТОРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ОПТИМАЛЬНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
3.1 Разработка оптимальной системы векторного управления с опорным вектором потокосцепления ротора
3.2 Разработка оптимальной системы векторного управления с опорным вектором потокосцепления статора
3.3 Разработка оптимальной системы векторного управления с опорным вектором главного потокосцепления асинхронного двигателя
3.4 Сравнительный анализ векторных систем управления асинхронным двигателем с оптимальными параметрами
3.5 Разработка оптимальной системы векторного управления с учетом насыщения асинхронного двигателя
і і і
7 ІР ЇЖШШГ

Выводы
4 ПРИМЕНЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА КОНДКНСАТНОГО НАСОСА ПОДОГРЕВАТЕЛЯ СЕТЕВОЙ ВОДЫ
4.1 Описание основных элементов технологического процесса системы теплофикационной установки
4.2 Энергетические потери асинхронного двигателя и методы их оптимизации
4.3 Определение энергетических показателей по результатам математического моделирования электропривода
4.4 Программная реализация коррекции по продольной составляющей тока статора
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ А Передаточные функции модели асинхронного двигателя
в координатах ABC
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Анализ угла 5 для различных типов электродвигателей
ПРИЛОЖЕНИЕ В Определение расчетных параметров электродвигателя
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Графики переходных процессов потокосцепления
и токов асинхронного двигателя
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Технологическая схема УТЭЦ
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Акт внедрения результатов диссертации
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Программа коррекции потокосцепления ротора в STEP 7 Manager
і [ і її і li ні япчтчяшттгт’ r n ■ • у i > ■ in r

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования определяется возрастающей ролью управляемых электроприводов для решения проблемы сбережения энергетических ресурсов на производстве. В связи с развитием силовой электроники и микропроцессорной техники в целях энергосбережения существует тенденция внедрения частотного преобразователя для таких механизмов как насосы и вентиляторы. При этом необходимой задачей является увеличение эффективности электропривода с точки зрения энергосбережения. Это осуществляется за счет внедрения в производство новых высокоэффективных типов электродвигателей, а также использования полупроводниковых преобразователей частоты с повышенными энергетическими характеристиками. Существуют различные топологии преобразователей частоты, но в настоящее время благодаря развитию элементной базы силовой электроники применяются полностью управляемые ЮВТ транзисторы с высокой коммутационной способностью. Теперь стало возможным управление силовыми ключами преобразователя по новым алгоритмам, приводящим к уменьшению высокочастотных гармоник в формируемом напряжении. Однако типовые системы управления асинхронного электропривода не претерпели серьезных изменений. Применяемые алгоритмы управления не являются энергоэффективными и, несмотря на наличие высокой теоретической базы в области оптимального регулирования асинхронного двигателя, энергосберегающие законы управления практически не используются в электроприводах. Следовательно, необходимо усовершенствование унифицированных систем, а разработку и выбор алгоритмов управления производить согласно требуемым задачам для данного типа электропривода.
Степень разработанности темы исследования. Многие исследователи неоднократно обращались и продолжают обращаться к проблеме энергетической оптимизации статических режимов работы электропривода. Огромный вклад в области оптимального управления работы электроприводов переменного тока внесли отечественные и зарубежные ученые - В.И. Ключев, В.Н. Мещеряков, Н.Ф. Ильинский, Г.Б. Онищенко, В.В. Рудаков, И.Я. Браславский, Р.Т. Шрейнер, В.А.

провода, то выполняется соотношение УЛ+Ув+Ус=0 и третья координата векторной переменной оказывается линейно зависимой от двух остальных координат. Порядок координатных преобразований уменьшается на единицу.
V. 1 1 Я 0 Ч
% Тз Ч
(2.19)

ч=-(ч+ч)-
(2.20)
ч СОЯфк ьтфк ч
ч -Нпфк соьФк ч
ч СО ьфк -ЭШфк ч
ч Ппфк СОЯфк ч
(2.21)
(2.22)
Допустим, что статор и ротор идеализированной машины вращаются в пространстве с произвольной скоростью шк. Можно предположить, что величина скорости С0к меняет вид уравнений, упрощая или усложняя их. Допустим, что вводимая идеализированная машина двухфазная (рисунок 2.6) и эквивалентна трехфазной реальной машине по намагничивающим силам, создаваемым как токами обмотки статора, так и токами ротора. Обмотки статора и ротора неподвижны друг относительно друга и расположены вдоль осей координатной системы (х-у), причем, обе оси в общем случае могут вращаться в пространстве с произвольной скоростью шк. В каждую обмотку включены добавочные электродвижущие силы е, которые и учитывают вращение ротора относительно статора в реальной асинхронной машине, а также и величину скорости вращения юк координатной системы (х-у).
С учетом этого преобразованные уравнения статорной цепи в координатах (х-у) примут вид [62]: