Электропривод малой мощности на основе однофазного коллекторного двигателя с улучшенными энергетическими характеристиками

• Автор: Мешков, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 165 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ЕЛАВА 1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ МАЛОЙ МОЩНОСТИ С ОДНОФАЗНЫМ КОЛЛЕКТОРНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Аналитический обзор современного состояния систем однофазного коллекторного электропривода
1.2 Анализ особенностей энергетики приводов с ОКД и результатов исследований
1.2.1 Сравнение технико-энергетических показателей ЭП с ОКД с различной структурой силовой части
1.2.2 Анализ существующих методов синтеза оптимального управления однофазным коллекторным электроприводом с двигателем последовательного возбуждения по критерию минимума потерь
1.3 Постановка задачи исследования
Выводы по первой главе
ГЛАВА 2. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СИНТЕЗ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ОКД
2.1 Синтез структуры электропривода с нелинейными обратными связями
2.2 Синтез алгоритмов управления электроприводом с заданными статическими характеристиками
2.3 Синтез алгоритмов управления с нелинейной коррекцией динамических параметров
2.4 Постановка задачи оптимизации
2.5 Разработка оптимального закона управления, с точки зрения энергоэффективности
Выводы по второй главе
ГЛАВА 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОПРИВОДА В ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ
3.1 Разработка математической модели электропривода

3.2 Исследование статических характеристик электропривода с ОКД
3.3 Исследование динамических характеристик электропривода с ОКД
3.4 Исследование энергетических показателей электропривода. Сравнительный анализ разработанной системы управления с существующими
Выводы по третьей главе
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРАБОТАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ МАЛОЙ МОЩНОСТИ С ОКД
4.1 Схемная реализация системы управления электроприводом с ОКД
4.2 Экспериментальные исследования разработанной системы управления электроприводом с ОКД
4.3 Оценка сходимости результатов математического и физического моделирования
Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ Акты, подтверждающие практическую значимость диссертационной работы

ВВЕДЕНИЕ
Энергосбережение является одним из приоритетных направлений технической политики во всех развитых странах мира и сводится, как правило, к повышению энергоэффективности и снижению энергоемкости производства. Анализ структуры потерь в сфере производства, распределения и потребления электроэнергии показывает, что основная составляющая потерь (до 90%) приходится на сферу потребления электрической энергии [52, 70]. Одним из основных потребителей электрической энергии во всем мире является электропривод [51]. При этом следует отметить, что в промышленном секторе в каждом конкретном случае необходимы конкретные решения по оптимизации существующих производств, разработке новых технологий с целью повышения энергосбережения. Сегодня особое внимание в этом вопросе уделяется мощным электроприводам, однако, если учесть, что, например, мощные электродвигатели имеют и без того КПД порядка 95-99%, то процентный эффект здесь трудно получить значительным. С другой стороны, массовый электропривод малой и микро мощности при, казалось бы, незначительном повышении его энергоэффективности (на единицы ватт час) даст мегаваттчасовые результаты экономии электроэнергии за счет своей многомиллионное™, ведь многие предприятия как в Хабаровском крае, так и во всем мире массово используют такой электропривод малой мощности в электрифицированном инструменте, специальном строительном оборудовании, медицинской и сложной бытовой технике. Кроме того, КПД двигателей малой мощности составляет от 30 до 60%, оставляя сравнительно большие возможности для его повышения, особенно в регулируемом электроприводе, а, следовательно, имеется значительный резерв экономии электроэнергии и, главное, достижимый. Но, следует отметить, что в настоящее время достаточно мало внимания уделяется построению энергоэффективных систем управления электроприводами малой мощности, вследствие, незначительности эффекта энергосбережения в единичном случае и дешевизны таких при-

(1.2)
Ф +

Где Л0 - постоянная, а Я - функция от г.
В коллекторных электродвигателях последовательного возбуждения нельзя пренебрегать реакцией якоря, так как магнитный поток зависит от тока якоря. Формула оптимального управления выводится для произвольной зависимости между током и магнитным потоком Ф=Ф(і). Такая зависимость между магнитным потоком и током якоря с хорошим приближением выражается формулой:
где а+Ь-1, а величина q для разных двигателей лежит в пределах 3-7. Тогда оптимальный закон управления имеет вид:
Кривые оптимальных диаграмм основных координат привода представлены на рисунке 1.14.
Наиболее полно вопросы оптимального управления коллекторным двигателем последовательного возбуждения описано в [58]. Конкретно же были рассмотрены следующие задачи для регулируемых и следящих приводов:
а) задача о максимальной производительности при заданных тепловых потерях в двигателе и заданном времени движения;
і = а Ф + Ъ
(1.3)
(1.4)