Частотно-регулируемые бесконтактные электроприводы

• Автор: Грузов, Владимир Леонидович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 48 с.; 20х15 см

Общая характеристика работы
Диссертация представляет собой обобщение результатов научно-исследовательской работы, а также опыта работ по проектированию, изготовлению и внедрению образцов бесконтактных электроприводов, в которых участвовал автор с 1960 года в институте Электромеханики АН СССР, ВНИИЭлектромаш, Вологодском политехническом институте, научновнедренческом предприятии “ЭЛКОМ”, научно-производственном предприятии “НОВТЕХ”.
К 1990 году элементная база и технические средства сделали очередной шаг в своем развитии. Это прежде всего относится к силовой электронике и микропроцессорным средствам управления. В результате появилась возможность сократить разрыв между результатами научных исследований и их реализацией в промышленных образцах электроприводов. Однако разработка, изготовление и внедрение современных бесконтактных электроприводов на предприятиях России сдерживается как по объективным, так и по субъективным причинам. Из объективных причин следует выделить и то, что свободное владение информацией, которую вобрало в себя понятие “современный автоматизированный электропривод”, требует подготовки инженеров по 3 - 4 традиционным специальностям. Поэтому в этой области необходима новая концепция подготовки научных и инженерных кадров. Из субъективных причин следует выделить часто одностороннюю оценку результатов исследований: только по достигаемым показателям качества регулирования без учета технико - экономических показателей как на стадии изготовления, так и при эксплуатации на предприятиях. В то же время зарубежные фирмы на Российском рынке предлагают широкий ассортимент бесконтактных электроприводов с микропроцессорным управлением. Однако многие зарубежные электроприводы используют принцип “абсолютной унификации”, что делает их функционально-избыточными для большинства производственных установок. В результате при их объектной ориентации необходима разработка и запись дополнительных управляющих программ, что приводит к затратам, иногда соизмеримым со стоимостью яектроприводов. Таким образом, специалисты в области электроприводов и гвтоматизации поставлены перед выбором,- либо использовать зарубежные астемы,- либо искать пути, методы и средства для организации производства знедрения отечественных электроприводов.
История и современное состояние проблемы. Создание первых промышленных образцов асинхронных и синхронных машин определило начало исследований, поисков методов и технических средств реализации регулируемых электроприводов переменного тока. В своих работах М.П. Костенко, Н.С. Ямпольский, О.Г. Вегнер, Д.А. Завалишин, И.М. Садовский,

R.H. Park, E. Rodewald, Г. Крон, А.Я. Бергер, JI.H. Грузов, А.С. Коган, Е.Д. Несговорова, А. Глязер, К. Мюллер, К. Любек к середине 50-х годов создали теоретическую базу для дальнейших исследований. Развитие работы в этом направлении получило в трудах A.A. Булгакова, В.А. Шубенко, A.A. Янко -Триницкого, Е.Я. Казовского, A.A. Горева, А.В. Иванова-Смоленского, В.Т. Касьянова, Г.Н. Штурмана, Ф.И. Бутаева, Е.Л. Этингера. В результате к началу 60-х годов был создан теоретический базис для разработки электроприводов переменного тока и сформировалось три основных направления:
- частотно-регулируемые электроприводы с асинхронными двигателями;
- частотно - регулируемые приводы с синхронными двигателями;
- вентильные преобразователи частоты.
С разработкой транзисторов, тиристоров, а затем и интегральных микросхем электроприводы переменного тока получили реальную возможность конкурировать с электроприводами постоянного тока. Благодаря работам научных коллективов, прежде всего Москвы, Санкт-Петербурга, Новосибирска, Екатеринбурга, Иванова, Киева, Харькова, Минска, в период с 1960 г. по 1996 г. создан научный базис в области анализа и синтеза систем модульного, частотно-токового и векторного управления электроприводами переменного тока, полупроводниковых преобразователей частоты, микропроцессорной реализации систем управления.
Однако инженеры, занимающиеся проектированием электроприводов, а тем более руководители, определяющие техническую политику предприятий, по-прежнему испытывают трудности в принятии решений:
- какой тип электропривода выбрать;.
- что выиграет от этого предприятие;
- как организовать обслуживание современных электроприводов.
Отсюда следует актуальность темы диссертации, что подтверждается
потребностями предприятий в современных регулируемых электроприводах переменного тока и дефицитом электроприводов отечественного производства на Российском рынке.
Целью диссертации является разработка методов идентификации, анализа, синтеза и проектирования объектно-ориентированных бесконтактных электроприводов, обеспечивающих их реализацию минимальными средствами.
Для достижения этой цели были решены следующие задачи:
• разработаны обобщенные модели вентильно-электромеханических систем и выполнена их идентификация на основе общности и различий энергетических и функциональных преобразований;
• выполнен сравнительный анализ характеристик вентильноэлектромеханических систем и характеристик механизмов и предложен принцип минимальной достаточности при выборе типа привода и способа регулирования;

- обеспечение баланса активной и реактивной энергии в режиме нерекуперативного частотного торможения;
- сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения.
При непосредственном подключении НВ к трехфазной сети пульсации выпрямленного напряжения для большинства АЭП лежат в пределах допуска. Поэтому теоретически можно ограничить задачу подбором емкости компенсирующего конденсатора на основе баланса реактвной энергии в двигательном режиме. Возврат реактивной энергии в конденсатор имеет место на интервалах несовпадения знаков напряжений и токов в обоих электромагнитных контурах ВЭМС, что соответствует режимам, близким к режиму холостого хода (К<р < 0,5). Поскольку в современных АИ fM / fs >50, для анализа энергетических процессов правомерно использовать средние значения токов на периодах модуляции, сравнивая относительные значения потребляемой энергии Wd* и энергии подзаряда Wc*. Тогда для периодов модуляции с момента смены знака напряжения (например в фазе а) для двухполярной синусоидальной модуляции можно записать:
Wd* = iB*y2c[N]; Wc* = ia *у 2с [N] - ia уга [N], (3.1)
где N - номер интервала, у - скважности импульсов.
Сравнительный анализ показал, что на каждом интервале при любой нагрузке Wd* > Wc*. Следовательно при синусоидальной модуляции расчет требуемой емкости конденсатора можно выполнять по одному периоду модуляции Тм, где Wc* наибольшая. Средние значения токов фаз на интервалах определяются по следующим уравнениям:
1а [N] =Im cos--sin[TM *- -ф] = 1ш ia*[N];

lB[N]=Iincos~sm[TM—-- cp -120°эл]=1т£в* (Nj; (3.2)
Ic [N] - Im cos-— sin[Тм~--ф + 120°эл] = Im ic* [N];
где

Учитывая, что при двухполярной модуляции подзаряд конденсатора имеет место и при Кф > 0,5, расчет емкости следует выполнять для двух режимов нагрузки. Для режима с Кф > 0,5 :
106 Im lb* г« « Тм . /_ 2N + К1г
ДЦс * ~2fM~ + Yp C0STSm(T М “2~ЭДмкф}; (13)
для режима Кф < 0,5 :
с Z —. Дур СОЗ с os (Тм - 120“эл], (3.4)
где AUc - допустимое перенапряжение на конденсаторе;