Управление в системах с непосредственными преобразователями электрической энергии

• Автор: Прошин, Иван Александрович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 225 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ АББРЕВИАТУР

ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ТЕОРИИ УПРАВЛЯЕМЫХ СИСТЕМ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМИ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

1.1. Общая характеристика вентильно электромеханических систем

1.2. Две концепции в подходе к механизму непосредственного преобразования электрической энергии

1.3. Математическая модель непосредственного преобразователя электрической энергии.

1.3.1. Математическое описание вентильных преобразователей на основе представления механизма преобразования электрической энергии как управляемого процесса переключения многофазного синусоидального напряжения
1.3.2. Математическое описание вентильных преобразователей на основе представления механизма преобразования электрической энергии как процесса дискретного управления начальной фазой единственного гармонического колебания
1.4. Электромеханические преобразователи энергии.
1.5. Математическое описание систем управления в пространстве состояний.
1.5.1. Математическое описание систем управления в нормальной форме пространства состояний
1.5.2. Математическое описание систем управления в канонической форме пространства состояний
1.5.3. Математическое описание систем управления в форме простых множителей пространства состояний.
1.5.4. Математическое описание систем управления в пространстве
состоянии комбинированные формы представления моделей
1.6. Задачи и методы исследований.
2. УПРАВЛЕНИЕ ВЫХОДНЫМИ КООРДИНАТАМИ
НЕПОСРЕДСТВЕННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.
2.1. Непосредственный преобразователь электрической энергии как объект управления.
2.2. Принципы непосредственного преобразования частоты
2.3. Непосредственный преобразователь электрической энергии с однократным преобразованием частоты.
2.4. Управление входным током непосредственного преобразователя электрической энергии
2.5. Синтез управляющих воздействий непосредственных
преобразователей электрической энергии.
2.6. Синтез управляющих воздействий непосредственных
преобразователей электрической энергии с однократным преобразованием частоты
2.6.1. Синтез кривой выходного напряжения
2.6.2. Управление фазой входного тока
2.6.3. Управление частотой.
2.6.4. Управление напряжением
2.7. Векторное управление вентильным преобразователем
2.8. Алгоритмическая структура системы управления
непосредственного преобразователя электрической энергии
ВЫВОДЫ.
3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВЕНТИЛЬНОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
3.1. Математическая модель системы Непосредственный
преобразователь электрической энергии асинхронная машина
3.2. Математическая модель системы Непосредственный преобразователь электрической энергии синхронная машина
3.3. Математическая модель системы Непосредственный преобразователь электрической энергии машина постоянного тока
3.4. Математическая модель системы Непосредственный преобразователь электрической энергии электродинамический вибростенд
3.5. Математическая модель и структура преобразования энергии в электромашинном агрегате
3.6. Линеаризованная математическая модель электромашинного
агрегата
4. АНАЛИЗ ВЕНТИЛЬНОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
4.1. Управляемость электромеханических преобразователей
4.2. Оценка управляемости и наблюдаемости электромашинного агрегата
4.3. Оценка устойчивости электромашинного агрегата.
4.4. Анализ переходных процессов в разомкнутой системе с электромашинным агрегатом.
4.5. Исследование системы Непосредственный преобразователь электрической энергииасинхронная машина.
4.5.1. Исследование и анализ возможных способов управления в системе Тиристорный коммутатор асинхронная машина
4.5.2. Исследование системы Непосредственный преобразователь электрической энергииасинхронная машина при однократной
модуляции.
5. СИНТЕЗ УПРАВЛЯЕМЫХ ВЕНТИЛЬИО ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.
5.1. Общие принципы синтеза систем управления вентильноэлектромеханических преобразователей.
5.2. Основные положения синтеза вентильноэлектромеханических систем с векторным управлением.
5.3. Обобщнная структура векторного управления.
5.4. Основные положения синтеза вентильноэлектромеханических систем с фазиуправлением
5.5. Пространство управления фазирегулятора
5.6. Синтез законов управления в системе Тиристорный коммутатор асинхронная машина.
5.7. Выбор оптимальных управлений для статических режимов работы электромашинного агрегата по критерию минимума потерь
5.8. Синтез системы управления электромашинного агрегата
ВЫВОДЫ.
6. ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ, ИНЖЕНЕРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
И ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
6.1. Принципы обработки информации в вентильноэлектромеханических системах.
6.2. Экспериментальные исследования вентильно
электромеханических систем.
6.3. Вентильноэлектромеханические системы в промышленности
6.4. Программные и технические средства управления
6.5. Проектирование управляемых вентильноэлектромеханических систем
Рекомендации по практическому применению управляемых
вентильноэлектромеханических систем.
ВЫВОДЫ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


НПЭ это система взаимосвязанных переключающих элементов, обеспечивающая управление преобразованием электрической энергии посредством синтеза выходного напряжения каждой фазы из отдельных участков входного напряжения без промежуточного с преобразования. С позиций системного подхода НПЭ многофункциональное устройство. НПЭ как управляемый преобразователь электрической энергии напряжение, ток, частота, фаза, количество фаз под действием управляющих воздействий осуществляет энергетическую взаимосвязь различных систем электрического тока с техническим объектом. НПЭ как управляемый элемент ВЭМС устройство, обеспечивающее функциональное единство с отдельных блоков, целостность системы. НПЭ объединяет энергетическую силовую и информационную управляющую части в единое целое в систему, которая обладает новыми свойствами, неприсущими е отдельным частям. ВЭМС. В общем случае ко входу НПЭ подключена ш фазная система входных напряжений, имеющих частоту или круговую частоту со 2я, количество фаз т с амплитудой входного напряжения Ст, фазовым сдвигом рпх и мгновенным значением и с0 рис. Ут0 тп,Гфш. Р,
СУ
и. Рг
Рис. На выходе НПЭ с помощью системы управления формируется выходное напряжение с частотой 2 круговой частотой со2 2л2, количеством фаз , с амплитудой т2, фазовым сдвигом рвых и мгновенным значением со2. Таким образом, в НПЭ как в преобразователе электрической энергии в общем случае производится преобразование количества фаз, величины напряжения, его фазы и частоты. Выходное напряжение НПЭ образуется из участков каждой фазы входного напряжения 1. Поэтому математическое описание кривой выходного напряжения на ом выходе записывают в виде выражения , , , 2, 6 ,со2 у Ко К1 1 . Уравнение 1. С,ю,Х ПЬ, Кьи2щ0 2 1ь1
. ЖК2И 1ьКп2
М1 Емь,,1 ИЕкт1ки. Подстановка переключающих функции из формул 1. С2Ш0 . Следовательно, выходное напряжение ой фазы НПЭ сеть сумма произведений ПФ каждой входной фазы на напряжение соответствующего входа. Дсо2. Равенство 1 означает, что входное напряжение й фазы податся на вывод , то есть я фаза входного напряжения непосредственно подключена к й фазе выходного напряжения. Выходное напряжение со каждой фазы от СДсо До со2 пРеД ставим через систему входных напряжений 1. Ар1 Ог1со, Ир2 ю,. О ипы2 К ИО0 2 г 2о, . И Утш,0. Количество строк матрицы определяется количеством фаз выходного напряжения, а количество столбцов количеством фаз входного напряжения. Каждый элемент матрицы ПФ определяет состояние соответствующего ключа в данный момент времени, то есть описывает действие силовых ключей. Ап п2 пт
Из 1. Приведнное математическое описание механизма непосредственного преобразования электрической энергии основано на моделировании с помощью переключающих функций каждого ключевого элемента, обладает достаточной универсальностью и нашло самое широкое применение в практике исследования как аналитического так и на ЭВМ различных систем НПЭ. Вместе с тем, в ряде случаев применение систем управления с НПЭ затруднено изза недостаточной изученности процессов, протекающих в таких установках при различных способах и алгоритмах управления. Особенно это относится к электромеханическим системам. Моделирование и исследование систем управления на основе такого подхода и . Кроме того необходимость задания способа и алгоритма управления путм определения ПФ для каждого управляемого элемента НПЭ усложняет процедуру изменения режимов работы исследуемых систем. Изменение структуры и способа управления в такой модели сопряжено с изменением размерности переключающей матрицы и вектора синусоидального напряжения, что требует использования большого количества структур при моделировании и дополнительных примов по преобразованию переключающей матрицы 2, достаточно громоздко и трудомко, но не всегда физически наглядно. Это не позволяет использовать одну и ту же ММ для исследования различных систем с НПЭ. Попытки ряда исследователей сократить на основе традиционной концепции количество моделируемых структур и упростить ММ для конкретных систем не позволяют получить оптимальные модели с минимальным количеством ПФ для систем с произвольной структурой и способом управления НПЭ. Поскольку гармонические колебания, описываемые системой уравнений 1.