авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Разработка и исследование векторных систем управления асинхронными электроприводами с автономными инверторами тока с релейным регулированием

На правах рукописи

Абросимов Александр Сергеевич РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕКТОРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ С АВТОНОМНЫМИ ИНВЕРТОРАМИ ТОКА С РЕЛЕЙНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ Специальность 05.09.03 – «Электротехнические комплексы и системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Липецк – 2013 2

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образова тельном учреждении высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Мещеряков Виктор Николаевич

Официальные оппоненты:

Фащиленко Валерий Николаевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет», профессор кафедры «Электрификация и энергоэффективность горных предприятий»;

Соболев Александр Иванович, кандидат технических наук, ОАО «Чер метавтоматика», генеральный директор

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный тех нический университет»

Защита диссертации состоится «31» мая 2013 года в 16:30 на заседании диссертационного совета Д 212.108.01 при федеральном государственном бюд жетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет» по адресу: 398600, г. Липецк, Московская 30, административный корпус, ауд. 601.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке при федеральном гос ударственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессио нального образования «Липецкий государственный технический университет».

Автореферат разослан « 22 » апреля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета В. И. Бойчевский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы определяется необходимостью повышения качества напряжения на обмотке статора электродвигателя путем формирования синусо идальной формы первой гармоники напряжения при питании от преобразователя частоты при сохранении высокой точности регулирования, обеспечения жесткости механических характеристик. Широко используемые преобразователи частоты на основе автономных инверторов напряжения формируют несинусоидальные импульсные по форме напряжения на обмотке статора асинхронного электродвигателя, определяемые принципом ШИМ модуляции ключей инвертора. Существующие системы управления, обеспечивающие высокую точность регулирования и жесткость механических характеристик, не позволяют достичь формы напряжения на зажимах обмотки статора асинхронного электродвигателя близкой к синусоидальной. Это приводит к необходимости применения специальных мер, увеличивающих стоимость установки электропривода и время его ремонта в случае выхода из строя. Системы ПЧ–АД на базе автономного инвертора тока с релейными регуляторами тока и напряжения позволяют получить форму тока и напряжения близкую к синусоидальной с минимальным уровнем высших гармоник на зажимах обмотки статора электродвигателя, что определяет акту альность проведения исследований по данному направлению.

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России (2009 – 2013 годы) Цель работы – разработка и исследование векторных систем частотного управления асинхронным электроприводом с замкнутым внутренним контуром релейного регулирования переменных статора с обеспечением улучшенного качества питающего напряжения.

Идея работы заключается в создании векторной системы управления электроприводом на базе автономного инвертора тока с релейными регулято рами тока и напряжения, которые поддерживают ток или напряжение на обмот ке статора электродвигателя в заданных границах, что позволяет получить кри вые напряжения и тока близкие к синусоидальным.

Научная новизна:

- предложен способ формирования напряжения на обмотке статора элек тродвигателя, питающегося от преобразователя частоты на базе автономного инвертора тока, отличающийся от существующих поддержанием высокого ка чества напряжения на обмотке статора электродвигателя за счет новых алго ритмов управления ключевыми элементами автономного инвертора тока;

- предложена система векторного частотного управления асинхронным электроприводом с преобразователем частоты на базе автономного инвертора тока с релейным регулятором тока, отличающаяся обеспечением высокой точ ности регулирования с достижением высоких показателей качества электро энергии на обмотке статора электродвигателя;

- предложена система векторного частотного управления асинхронным электроприводом с преобразователем частоты на базе автономного инвертора тока с релейным регулятором напряжения, отличающаяся обеспечением форм тока и напряжения близких к синусоидальной с достижением высокой точности регулирования и жесткости механических характеристик;

- разработаны математические модели систем векторного управления асинхронным электроприводом с преобразователем частоты на базе автономно го инвертора тока, отличающиеся учетом релейных регуляторов и вентильных элементов, входящих в систему электропривода.

Практическая значимость: предложенные системы управления обеспечи вают высокие показатели качества электроэнергии на выходе инвертора, харак теризующиеся низким коэффициентом несинусоидальности THDu = 2…10% в различных режимах работы;





предложенные системы управления асинхронным электроприводом позволяют расширить область применения преобразователей частоты на базе автономных инверторов тока, которые обеспечивают высокие качества электроэнергии на выходе преобразователя.

Методы и объекты исследования. При решении поставленных в диссер тационной работе задач использовалась теория автоматического управления, теория электрических машин, а также методы математического моделирования.

Численное решение уравнений математических моделей выполнялось на ЭВМ с помощью пакета математических программ Simulink. Объектом исследования являлась векторная система управления асинхронным электроприводом на базе автономного инвертора тока.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждена матема тическим обоснованием разработанных моделей, сопоставимостью результатов математического моделирования с результатами расчетов, а также сопостави мостью полученных результатов с положениями теории электропривода.

Реализация работы. Полученные результаты используются при разработ ке проекта модернизации дрессировочного стана №1 цеха ПХПП ОАО «НЛМК» и внедрены в учебный процесс специальности «Электропривод и ав томатика промышленных установок и технологических комплексов» Липец кого государственного технического университета.

На защиту выносится:

– разработанная векторная система управления асинхронным электро приводом на базе автономного инвертора тока с релейным регулятором тока, позволяющая обеспечить высокую точность регулирования с достижением вы соких качеств электроэнергии на зажимах обмотки статора;

– разработанная векторная система управления асинхронным электро приводом на базе автономного инвертора тока с релейным регулятором напря жения, позволяющая обеспечить формы тока и напряжения близкие к синусои дальным с достижением высокой точности регулирования и жесткости механи ческих характеристик;

– схемы АИТ, позволяющие формировать в нагрузке трехфазные синусо идальные токи и напряжения с низким уровнем коэффициентов нелинейных искажений;

– алгоритм оптимизации работы ключей автономного инвертора тока, обеспечивающий непрерывность протекания тока через нагрузку;

– результаты исследования векторных систем управления асинхронным электроприводом на базе автономного инвертора тока с релейными регулято рами тока и напряжения.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «АЭП–2012» (Иваново 2012);



на IX конференции «Управление большими системами» (Липецк 2012);

на Международной научно–технической конференции «Состояния и перспективы развития электротехнологии» (XVI Бенардосовские чтения к 130– летию изобретения электродуговой сварки Н.Н. Бенардосом) (Иваново 2011);

на IX Международную научно–практическую интернет–конференцию «Энерго– и ресурсосбережение – XXI ВЕК " (Орел 2011);

на III Международная научно– практическая конференция «Энергосбережение, электромагнитная совместимость и качество в электрических системах» (МК–1–412) (Пенза 2012);

на международной научно–практической конференции «Энергетика и энергоэффективные технологии» (Липецк 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 опубликованы в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, 1 патент на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из вве дения, 4 глав, заключения, библиографического списка, включающего наименований, и 9 приложений. Общий объем работы – 189 страниц. Основная часть изложена на 144 страницах текста, содержит 69 рисунков, 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определены решаемые в диссертационной работе научно– технические проблемы и цели, обоснована актуальность, показаны новизна и практическая значимость работы, выделены основные защищаемые положения.

В первой главе проведен обзор современного состояния и направлений развития современных систем частотного асинхронного электропривода пере менного тока, приведена классификация способов частотного управления.

Предложенная классификация отражает основные отличия в методах управле ния и показывает направление их постоянного развития. Проведен сравнитель ный анализ основных методов управления, приведены их достоинства и недо статки. Рассмотрены различные типы преобразователей частоты, таких как:

непосредственный преобразователь частоты (НПЧ), автономный инвертор напряжения (АИН), автономный инвертор тока (АИТ).

Выявлено, что одними из все более важных факторов при внедрении но вых систем регулируемого электропривода переменного тока являются повы шение энергоэффективности и повышение качества питающего напряжения асинхронного двигателя с достижением высокой точности регулирования и жесткости механических характеристик. Существующие системы на базе стан дартных инверторов напряжения не обеспечивают синусоидальную форму напряжения на зажимах обмотки статора асинхронного двигателя, что приво дит к множеству негативных последствий. Поставлена задача создания систем электропривода, которые могут обеспечивать высокую точность регулирова ния, жесткость механических характеристик и форму питающего напряжения, близкую к синусоидальной. Таким образом, перспективным направлением раз работок является создания систем электропривода на базе автономного инвер тора тока с улучшенными характеристиками, выполненных на распространен ной элементной базе.

Выполненный анализ позволил сформировать следующие задачи иссле дования:

– разработка векторных систем управления асинхронным электроприво дом на базе автономного инвертора тока с релейным регулятором тока и релей ным регулятором напряжения;

– разработка математических моделей предлагаемых систем управления электроприводом;

– сравнительный анализ предложенных систем управления асинхронным электроприводом;

– анализ установившихся режимов работы предлагаемых асинхронных электроприводов;

– анализ переходных процессов предложенных векторных систем управ ления;

– разработка принципа оптимизации работы ключей автономного инвер тора тока при управлении от релейного регулятора;

– оценка эффективности предложенных систем управления применитель но к электроприводу рабочих валков дрессировочного стана цеха ПХПП ОАО «НЛМК».

Во второй главе проведено исследование свойств асинхронного двигателя математическими методами. Представлены математические модели асинхрон ного двигателя с короткозамкнутым ротором в естественной системе координат A, B, C и во вращающейся системе координат d, q, которые отражают все про цессы, протекающие в АД. Уравнения двигателя в осях d, q имеют вид приве денный в системе (1).

d1d d 2d u1d r1i1d dt 2 рп 1q ;

u 2d r2i 2d (2 рп 1 ) 2q ;

dt u r i d1q р ;

d 2q u 2q r2i 2q (2 рп 1 ) 2d ;

1q 1 1q 2 п 1d dt dt 1d L1i1d +L mi 2d ;

2d L mi1d +L2i 2d ;

(1) L i +L i ;

2q L mi1q +L2i 2q ;

1q 1 1q m 2q d M L m pп i1qi 2d i1di 2q ;

M Mc J.

2 dt где u1d, u1q и u 2d, u 2q – проекции векторов напряжений статора и ротора на ортогональные оси d–q;

i1d, i1q и i 2d, i 2q – проекции векторов токов статора и ротора на ортогональные оси d–q;

1d, 1q и 2d, 2q – проекции потокос цеплений статора и ротора на ортогональные оси d–q;

r1, r2 – активные сопро тивления фазных обмоток статора и ротора;

2 – частота вращения ротора дви гателя;

L m – взаимная индуктивность, учитывающая магнитную связь одной фазы статора с тремя обмотками ротора и соответственно одной обмотки рото ра с тремя обмотками статора;

L1 Lm L1 – индуктивность обмотки статора, учитывающая магнитную связь с двумя другими фазными обмотками статора;

L2 Lm L2 – индуктивность обмотки ротора, учитывающая магнитную связь с двумя другими фазными обмотками ротора;

L1, L2 – индуктивности рассеяния фазных обмоток статора и ротора соответственно.

Приведено математическое описание релейного принципа формирования напряжения и тока на обмотке двигателя питающегося от ПЧ на базе АИТ.

Уравнения описывающие принцип релейного регулирования приведены в си стеме уравнений 2:

Q A 1, если I1A h 2;

Q A 0, если I1A h 2;

Q B 1, если I1B h 2;

Q B 0, если I1B h 2;

Q 1, если I h 2;

Q 0, если I h 2;

C 1C C 1C (2) Q A 1, если u1A h 2;

Q A 0, если u1A h 2;

Q B 1, если u1B h 2;

Q B 0, если u1B h 2;

Q 1, если u h 2;

Q 0, если u h 2, C 1C C 1C где I1a, I1b, I1c – разница мгновенных значений между заданным и действу ющим током статора соответственно фаз A,B,C;

u1A, u1B, u1C – разни ца мгновенных значений между заданным и действующим напряжением стато ра соответственно фаз A, B, C;

h – модуль гистерезиса, задаваемый из условия точности поддержания тока статора и устойчивости работы системы регулиро вания;

QA,QB,QC – состояние выходов релейного регулятора тока или напряжения в зависимости от системы регулирования. На основе предложенного математиче ского описания разработаны алгоритм работы релейных регуляторов тока и напря жения.

На следующем этапе предложено математическое описание векторной системы управления асинхронным электроприводом на базе автономного ин вертора тока с формированием задания на ток обмотки статора, учитывающее влияние релейного регулятора тока. На рисунке 1а представлена функциональ ная схема системы векторно-токового управления.

На следующем этапе предложено математическое описание векторной системы управления асинхронным электроприводом на базе автономного ин вертора тока с формированием задания на напряжение обмотки статора, учиты вающее влияние релейного регулятора напряжения. На рисунке 1б представле на функциональная схема системы векторного управления по напряжению, от личающаяся от схемы векторно-токового управления применением дополни тельных регуляторов тока и блока коррекции ЭДС. Регулятор тока и блок кор рекции ЭДС построен на основании уравнений (3):

dI dI U1d E1d (R1 k 2R 2 )I1d L1 1d, U1q E1q (R1 k 2R 2 )I1q L1 1q. (3) 2 dt dt * I1a I* * * M q Преоб * Б I1b not разо Б 2 БВ1 БП В * I* ватель 2d О d 2d РП БВ2 3 частоты * У not I1c not 2d I1a Id ДТ БВ I1b БП I1c 1 Iq ДТ БВ Датчик скорости а) * I* U* M* U1a * q q Преоб 2 + + Б * U1b - not Б Iq разо Б 2 В БП1 В U* 2d I* О ватель 1 * d not U1c У d частоты + not U1a 2d Id БВ4 U1b * БИ U1c 2d БВ РП + I1a БП2 ДТ Iq I1b БВ 1 I1c ДТ Датчик скорости б) Рисунок 1 – Функциональная схема системы векторного управления по мгновенному значению а) - тока;

б) - напряжения В третьей главе разработаны схемы АИТ на базе IGСT тиристоров управляемых релейными регуляторами тока и напряжения. Способ частотного управления АД с АИТ и РРН защищен патентом на изобретение [11]. Устрой ство реализующее способ приведено на рисунке 2. Проведенные исследования показывают, что предложенные схемы управления на базе релейного регулиро вания позволяют достичь формы напряжения и тока на зажимах обмотки ста тора близкие к синусоидальной (рисунок 3). Особенностью работы автономно го инвертора тока является необходимость непрерывного протекания тока нагрузки. При работе релейного регулятора возможна ситуация когда ток нагрузки не протекает через АИТ в случае, если замкнуты одновременно ключа анодной или катодной групп инвертора. Разработан алгоритм оптимиза ции работы ключей, обеспечивающий непрерывность протекания тока нагрузки (рисунок 4).

На следующем этапе исследования разработаны модели векторных си стем управления асинхронным электроприводом на базе управляемого выпря мителя, автономного инвертора тока с релейным регулятором тока и с релей ным регулятором напряжения. Управление инвертором производится путем формирования управляющих сигналов релейным регулятором тока, на вход ко торого поступает задание на ток или напряжение в виде:

i1a I1 sin(1 t);

i1b I1 sin(1 t-2 3);

i1c I1 sin(1 t 2 3);

* * * * * * * * * * (4) u1a U1 sin(1 t);

u1b U1 sin(1 t-2 3);

u1c U1 sin(1 t 2 3).

* * * * * * * * Кроме того исследования показали, что при работе автономного инверто ра тока возникают ситуации, когда высокая частота коммутации ключей одной фазы инвертора приводит к дефициту реактивного тока и возникают незначи тельные провалы в форме тока для релейного регулятора тока и форме напря жения для релейного регулятора напряжения. Применение дополнительных от секающих диодов и конденсаторных батарей малой емкости в силовой части АИТ позволяет компенсировать дефицит реактивного тока. На рисунке 5 пока заны графики переходных процессов при пуске АД с последующим набросом нагрузки при векторной системе управления с РРТ. В работе также приведен сравнительный анализ предложенных систем управления по критерию частоты коммутации ключей от нагрузки на валу, емкости коммутирующих конденса торов, точности формирования регулируемого параметра. Полученные резуль таты показывают общий характер зависимостей при применении РРТ и РРН.

Однако, при использовании РРН частота коммутации ключей АИТ выше, чем при применении РРТ. Проведен анализ предложенных систем управления на базе автономного инвертора тока с релейным регулированием. Полученные ре зультаты сравнительных характеристик гармонического состава напряжений и токов сведены в таблицу 1, по которым видно, что предлагаемые системы управления имеют лучший гармонический состав.

ПЧ L АИТ БИ1 БИ2 АД ~ ЗИ ПИ i* u* d d id i1B i1A РБ * u1A Q1A ЛБ БВ U1 u1A * u I 1B Q1B БЗ u1B f1 * u Q1C 1C u1C Рисунок 2 – Структурная схема АИТ с РРН фаз U, В I, A 200 150 100 50 0 10 t,мc 2 4 6 10 t,мc 0 2 а) б) I, A U,В 10 t,мc 0 10 t,мc 2 2 4 г) в) Рисунок 3 – Формы мгновенных значений напряжения и тока: а – напряжение при РРН;

б – ток при РРН;

в – напряжение при РРТ;

г – ток при РРТ Начало Ввод a, b, c и a, b, c Если а = 1 и b = 1 и с = ДА НЕТ ИЛИ a 1 и b 1 и c Вывод Вывод Т1 = a, Т3 = b, Т5 = c, Т1 = 1, Т2 = 1, Т3 = 1, Т4 =a, Т6 = b, Т2 = c Т4 = 1, Т5 =1, Т6 = Конец Рисунок 4 – Алгоритм оптимизации работы ключей АИТ w, 16 М, кН I, кА phi, Вб рад/c 12 1,2 100 0, 8 50 - - 00 t,c 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1, 0,2 0,4 0,6 0,8 1 t, c б) а) w, U, B рад/c 0,4 в)0,6 1,2 t,c М, кН 0,8 0,2 9 г) Рисунок 5 – Графики переходных процессов при разгоне до номинальной скорости с последующим набросом нагрузки при частоте коммутаций 3-5 кГц:

а – скорости и момента;

б – тока и потокосцепления;

в – напряжения;

г – динамическая характеристика Таблица 1 – Результаты расчета THDU в различных режимах работы частота, Гц нагрузка, о.е. точность,% THDU-РРТ THDU-РРН 20 0 2 3.5 2. 5 5.31 4. 8 10.12 9. 10 15.07 14. 0.5 2 5.53 4. 5 6.93 6. 8 12.03 11. 10 17.15 16. 1 2 5.51 4. 5 6.99 6. 8 12.13 11. 10 17.19 16. 50 0 2 6.5 5. 5 7.31 6. 8 11.12 10. 10 17.07 16. 0.5 2 6.71 6. 5 7.38 7. 8 13.12 12. 10 17.27 16. 1 2 6.71 6. 5 7.38 7. 8 13.12 12. 10 17.27 16. Применение релейного регулятора напряжения позволяет достичь лучше го качества напряжения по сравнению с релейным регулятором тока, но при этом частота коммутации ключей для АИТ с РРН выше. Проведенные исследо вания показывают, что для построения векторных систем управления более це лесообразно использовать схему управления на базе РРТ. Схема управления на базе РРН может использоваться в скалярных системах управления, т.к. управ ляющими сигналами скалярного регулирования являются амплитуда и частота напряжения.

В четвертой главе была предложена схема адаптации частотного электро привода на базе АИТ с РРТ для использования на дрессировочном стане ПХПП ОАО «НЛМК». Для создания такой схемы были проанализированы технологи ческие требования к электроприводу рабочих валков дрессировочного стана ПХПП ОАО «НЛМК», который является реверсивным и предъявляются высо кие требования к точности регулирования, поэтому применение векторной си стемы управления необходимо для данного привода.

В процессе исследования была также проанализирована существующая схема электроснабжения и предложена схема, адаптированная к существую щей, которая не требует существенного изменения существующей схемы. Кро ме того проанализирована существующая схема автоматизации электропривода рабочих валков дрессировочного стана и предложена адаптированная к суще ствующей схема автоматизации. Установлено, что не требуется значительного изменения верхних уровней существующей структуры автоматизации.

Проведено математическое моделирование переходных процессов элек тродвигателя рабочих валков, управляемого векторной системой управления на базе автономного инвертора тока с релейным регулятором тока. Также произ ведена оценка возможности рекуперации энергии в сеть. Полученные графики переходных процессов показывают, что разработанная система управления обеспечивает высокую точность регулирования, жесткость механических ха рактеристик с достижением формы кривой напряжения, близкой к синусои дальной и подтверждают устойчивость системы в статическом режиме.

На следующем этапе проведен анализ динамических и энергетических показателей предложенной системы управления, который показывает, что при рекуперации энергии в сеть коэффициент нелинейных искажений THDU дости гает 35 %. Применение дополнительного сетевого фильтра позволяет улучшить качество электроэнергии при рекуперации ее в сеть на 20-25%. Возможность рекуперации электроэнергии в сеть без применения дополнительных блоков значительно улучшает энергоэффективность всей системы по отношению к си стемам управления асинхронным электроприводом на базе АИН в которой энергия рекуперации гасится на тормозном сопротивлении, увеличивая при этом тепловые потери.

Для экспериментального подтверждения результатов, полученных по средством компьютерного моделирования, была разработана лабораторная установка на базе контролера TMS320 F2812, которая реализует схему трех фазного инвертора на IGBT транзисторах с релейным регулятором тока. Ре зультатами эксперимента являются графики тока инвертора при пуске и графи ки тока инвертора в статике. Полученные зависимости соотносятся с результа тами математического моделирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате проведенных в диссертационной работе исследований была решена актуальная задача, заключающаяся в разработке систем векторного ча стотного управления асинхронным электроприводом с преобразователем ча стоты на базе автономного инвертора тока с релейными регуляторами тока и напряжения. Системы управления обеспечивают формы напряжения и тока на обмотках статора электродвигателя близкие к синусоидальной и позволяют до стичь высокую точность регулирования и жесткость механических характери стик.

Основные результаты, полученные в диссертации, позволяют сформулиро вать следующие выводы:

1. Разработаны векторные системы управления асинхронным электропри водом на базе автономного инвертора тока с релейным регулятором тока и ре лейным регулятором напряжения, которые обеспечивают высокие качества напряжения и тока на зажимах обмотки статора, характеризующиеся коэффи циентом несинусоидальности THDu равным 5-10 % во всех режимах работы с достижением высокой жесткости механических характеристик и точности ре гулирования.

2. Разработаны математические модели предложенных систем управления асинхронным электроприводом, которые стали основой для проведения иссле дований систем векторного управления электроприводом с преобразователем частоты на базе автономного инвертора тока во всех режимах работы, учиты вающие элементы релейного регулирования и позволяющие получить графики переходных процессов.

3. Проведен сравнительный анализ предложенных систем управления асинхронным электроприводом. Предпочтение отдано векторной системе управления асинхронным электроприводом с преобразователем частоты на базе автономного инвертора тока с релейным регулятором тока, т.к. имеет меньшую частоту коммутации ключей 3-5 кГц автономного инвертора тока при одинако вой емкости выходного фильтра (С = 17 мФ) и точности поддержания регули руемого параметра (5%). Частота коммутации ключей АИТ с РРН при этом со ставляет 6-10 кГц в зависимости от режима работа.

4. Предложенные системы управления в установившихся режимах работы обеспечивают заданную точность регулирования, высокую жесткость механи ческих характеристик, устойчивость работы и близкие к синусоидальной фор мы напряжения и тока на зажимах обмотки статора, характеризующиеся коэф фициентом нелинейных искажений THD равным 3-5 %.

5. Проведен анализ переходных процессов предложенных систем вектор ного управления, который показывает, что они обеспечивают постоянство пус кового момента независимо от изменения нагрузки на валу от 0 до 100 % номи нального момента в пределах требуемого диапазона регулирования скорости 1:10.

6. Разработан принцип оптимизации работы ключей автономного инверто ра тока при управлении от релейного регулятора. Предложенный принцип управления обеспечивает постоянное сохранение цепи через нагрузку АИТ.

7. Проведена оценка эффективности системы векторно-токового управле ния с релейным регулятором тока применительно к электроприводу рабочих валков дрессировочного стана цеха ПХПП ОАО «НЛМК». Предложенная си стема управления отвечает требованиям, предъявляемым к электроприводу, обеспечивает близкие к синусоидальным формы напряжения и тока на зажимах обмотки статора асинхронного двигателя в режимах потребления и рекупера ции электроэнергии в сеть.

Работы, опубликованные по теме диссертации:

1. Мещеряков, В. Н. Анализ систем управления электроприводом на базе автономного инвертора тока с релейными регуляторами тока и ре лейными регуляторами напряжения со сглаживающим емкостным филь тром / В. Н. Мещеряков, А. C. Абросимов // Электротехнические комплек сы и системы управления. – Воронеж, ВГТУ. – 2011. – №3. – С. 64–68.

2. Мещеряков, В. Н. Векторная система управления асинхронным электроприводом на базе автономного инвертора тока с релейным регуля тором тока / В. Н. Мещеряков, А. C. Абросимов // Электротехнические комплексы и системы управления. – Воронеж, ВГТУ. – 2012. – №4. – С. 61–65.

3. Мещеряков, В. Н. Системы управления асинхронным электропри водом на базе автономного инвертора тока / В. Н. Мещеряков, А. C. Абро симов // Известия высших учебных заведений. Электромеханика: ФГБОУ ВПО «Южно–Российский государственный технический университет» – Новочеркасск, ЮРГТУ. – 2012. – №4. – С. 53–57.

4. Мещеряков, В. Н. Векторная система управления электроприводом с ПЧ на базе АИТ с РРТ / В. Н. Мещеряков, А. С. Абросимов // Управление большими системами: материалы IX Всероссийской школы–конференции мо лодых ученых. Том 2/ Липецкий государственный технический университет. – Тамбов–Липецк: Изд–во Першина Р.В. – 2012. – С. 156–159.

5. Мещеряков, В. Н. Системы скалярного и векторного управления ча стотными электроприводами с релейным регулятором тока / В. Н. Мещеряков, А. М. Башлыков, А. С. Абросимов, О. В. Мещерякова, М. М. Лосихин // Труды VII Международной (VIII Всероссийской) научно–технической конференции по автоматизированному электроприводу: ФГБОУ ВПО «Ивановский государ ственный энергетический университет имени В.И. Ленина». – Иваново. – 2012.

– С. 37–41.

6. Мещеряков, В. Н. Система управления электроприводом на базе авто номного инвертора тока с релейными регуляторами напряжения / В. Н. Меще ряков, А. С. Абросимов // Энерго– и ресурсосбережение XXI век: сборник ма териалов IX – ой Международной научно–практической интернет конферен ции: ФГОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК». – Орел: Изд–во: ООО ПФ «Кар туш» – 2011. – С. 245–248.

7. Мещеряков, В. Н. Векторная система управления электроприводом на базе автономного инвертора тока с релейным регулятором тока / В. Н. Мещеря ков, А. С. Абросимов // Энерго– и ресурсосбережение XXI век: сборник мате риалов X – ой Международной научно–практической интернет конференции:

ФГОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК». – Орел: Госуниверситет–УНПК – 2012.

– С. 82–84.

8. Мещеряков, В. Н. Системы управления асинхронным электроприво дом, обеспечивающие высокое качество напряжения питающей сети / В. Н.

Мещеряков, А. С. Абросимов // Энергосбережение, электромагнитная совме стимость и качество в электрических системах: сборник статей III Междуна родной научно–практической интернет конференции. – Пенза: Приволжский Дом знаний – 2012. – С. 49–51.

9. Мещеряков, В. Н. Повышение качества питающего напряжения приво дов с преобразователями частоты на базе инверторов тока / В. Н. Мещеряков, А. С. Абросимов // Энергетика и энергоэффективные технологии: сборник до кладов IV международной научно–практической. – Липецк: ЛГТУ – 2010. – С. 49–51.

10. Мещеряков, В. Н. Системы управления асинхронным электроприво дом на базе автономного инвертора тока / В. Н. Мещеряков, А. С. Абросимов // Сборник научных трудов международной научно–технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» XVI Бенардосовские чтения. Том 3: ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». – Иваново. – 2011. – С. 92–95.

11. Пат. 2456742 Российская Федерация, МПК H02P25/02, H02P27/04, H02P27/06. Способ управления электроприводом переменного тока/ Мещеря ков В.Н., Безденежных Д. В., Башлыков А.М., Абросимов А.С. (Россия);

заяви тель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение выс шего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ГОУ ВПО ЛГТУ) (RU) – №2011114789/07;

заявл. 14.04.2011;

опубл. 20.07.2012, Бюл. №20. – 9 с.

Личный вклад автора в работах, написанных в соавторстве, заключается в следующем: в [1] проведен сравнительный анализ систем управления асин хронным электроприводом на базе автономного инвертора тока с релейными регуляторами тока и напряжения;

в [2] предложена схема векторной системы управления асинхронным электроприводом на базе автономного инвертора то ка с релейным регулятором тока, проведено математическое моделирование переходных процессов;

в [3] разработаны схемы систем управления асинхрон ным электроприводом на базе автономного инвертора тока;

в [4] построены векторные диаграммы векторной системы управления на базе АИТ с РРТ;

в [5] проведен сравнительный анализ систем скаляроного и векторного управления частотными электроприводами с релейным регулятором тока;

в [6] проведен анализ энергетической эффективности системы управления на базе АИТ с РРН;

в [7] проведен анализ энергетической эффективности векторной системы управления на базе АИТ с РРТ;

в [8] предложены схемы, позволяющие повы сить качество напряжения на зажимах обмотки статора асинхронного двигате ля;

в [9] разработан метод повышения качества питающего напряжения в элек троприводах на базе автономного инвертора тока;

в [10] разработаны системы управления автономным инвертором тока;

в [11] предложен способ управления асинхронным электроприводом на базе АИТ с релейным регулированием.



 


Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.