Главная » 2014 » Август » 27 » Скачать Импульсно-векторное управление асинхронным электроприводом с фазным ротором. Валов, Артем Владимирович бесплатно
4:55 AM
Скачать Импульсно-векторное управление асинхронным электроприводом с фазным ротором. Валов, Артем Владимирович бесплатно
Импульсно-векторное управление асинхронным электроприводом с фазным ротором
Диссертация
Автор: Валов, Артем Владимирович
Название: Импульсно-векторное управление асинхронным электроприводом с фазным ротором
Справка: Валов, Артем Владимирович. Импульсно-векторное управление асинхронным электроприводом с фазным ротором : диссертация кандидата технических наук : 05.09.03 / Валов Артем Владимирович; [Место защиты: Юж.-Ур. гос. ун-т] - Челябинск, 2009 - Количество страниц: 166 с. ил. Челябинск, 2009 166 c. :
Объем: 166 стр.
Информация: Челябинск, 2009
Содержание:
Введение
Глава 1 ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
11 Проблемы энергосбережения в современных электроприводах промышленных предприятий
111 Пути энергосбережения
112 Рабочие механизмы, где перспективы энергосбережения наиболее доступны и значительны
12 Современные способы и средства улучшения регулировочных возможностей асинхронных двигателей
121 Современные преобразователи частоты для энергосберегающего электропривода
122 Оценка возможности применения системы ТПН-АД в энергосберегающем вентиляторном электроприводе
123 Существующие схемы импульсного регулирования скорости АД
13 Импульсно-векторный способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором
131 Принцип действия
132 Физическая модель привода
133 Алгоритм управления вентилями
14 Выводы
Глава 2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ИМПУЛЬСНО-ВЕКТОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
21 Разработка модели
211 Исходные положения и допущения
212 Математическое описание комплекса ТП-АД
22 Исследование на математической модели режимов работы электропривода
221 Механическая и электромеханическая характеристики электропривода
222 Энергетические характеристики электропривода
223 Показатели при пуске двигателя
224 Особенности формирования момента в системе импульсно-векторного управления
225 Способы увеличения момента в схеме импульсно-векторного управления
23 Выводы
Глава 3 СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
31 Тиристорный преобразователь - асинхронный двигатель как звено системы импульсно-векторного управления
311 Математическое описание асинхронного двигателя как объекта регулирования
312 Уточнение модели ТП - АД с учетом реальных характеристик тиристорного преобразователя
313 Частотные характеристики комплекса "тиристорный преобразователь - асинхронный двигатель" в схеме импульсно-векторного управления
32 Способы демпфирования комплекса ТП-АД
33 Синтез регуляторов в импульсной замкнутой системе электропривода
331 Идея подхода
332 Схема с последовательным соединением импульсных регуляторов
333 Схема с параллельными импульсными регуляторами
334 Особенности коррекция системы на низких скоростях вращения
335 Особенности коррекции системы на средних и высоких скоростях вращения
34 Выводы
Глава 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ИМПУЛЬСНО-ВЕКТОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
41 Конструирование макетного образца
411 Схемы силовых цепей установки
412 Функциональная схема лабораторного макета
413 Логика работы датчика положения ротора
42 Средства и методика измерений импульсных сигналов
43 Экспериментальные исследования макета
431 Зависимость момента от угла поворота вала
432 Механическая и электромеханическая характеристики электропривода
433 Энергетические характеристики электропривода
434 Частотные характеристики электропривода
44 Перспективы применения импульсно-векторного управления асинхронным двигателем с фазным ротором
45 Выводы
Введение:
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В настоящее время подавляющее большинство вспомогательных механизмов и, в первую очередь, механизмов, требующих пониженной скорости вращения без нагрузки, таких, как транспортеры в ночное время суток, вентиляторы, насосы, компрессоры, воздуходувки, остаются нерегулируемыми. В условиях роста цен на электроэнергию и другие виды энергоресурсов появилась необходимость в их модернизации. Эти механизмы потребляют около 2530% от всей электроэнергии. Из-за отсутствия регулирования производительности изменением частоты вращения для них характерно завышенное электропотребление. Переход к регулированию частоты вращения приводит к заметной экономии электроэнергии, во многих случаях до 30-40%.
Имеются современные двухзвенные преобразователи частоты на полностью управляемых ключах. Они решают все проблемы регулирования. Однако их применение не всегда оправдано из-за высокой стоимости, сложной эксплуатации, высокого уровня квалификации персонала, так как в них заложены избыточные регулировочные возможности.
Имеются также простые способы регулирования скорости: переменное число пар полюсов в двигателе, регулирование напряжения на статоре, импульсное регулирование и т.д. Данные способы обладают малыми капитальными затратами, простотой эксплуатации. Но они, вместе с этим, обладают большим значением потерь, главным образом, за счет скольжения.
Для названного класса механизмов, не требующих высокой точности поддержания скорости, полезно найти решения, которые, с одной стороны, отвечали бы признаку "простота", а с другой, — не несли бы с собой потери скольжения в асинхронном двигателе. По этой причине работа, посвященная изучению возможностей электропривода с векторно-импульсным управлением, является актуальной.
ЦЕЛЬЮ диссертационной работы является улучшение регулировочных и энергетических характеристик асинхронного электропривода с тиристорным преобразователем напряжения.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
• систематизация сведений по современным способам улучшения энергетических показателей асинхронных электроприводов;
• разработка импульсно-векторного управления асинхронным электроприводом с фазным ротором как одного из способов улучшения энергетических показателей;
•разработка математической модели импульсно-векторного управления асинхронным электроприводом с фазным ротором;
• разработка структуры электропривода;
• создание алгоритма управления электроприводом;
• проектирование и реализация лабораторного стенда для проведения натурных испытаний электропривода, чтобы проверить предложенные алгоритмы управления и характеристики, полученные с помощью математической модели.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. При решении поставленных задач использовались основные положения теории электромеханического преобразования энергии, общей теории электротехники, практические аспекты промышленной электроники, методы экспериментального исследования, методы математического моделирования систем на ЭВМ, метод физического эксперимента.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ:
• предложен новый импульсно-векторный способ регулирования скорости асинхронным двигателем с фазным ротором при питании двигателя от источника с неизменной постоянной частотой, в котором удается повысить энергетические показатели за счет исключения потерь скольжения (патент РФ №2288535).
• предложены обобщенные расчетные модели электропривода с импульсно-векторным регулированием, которые включают в себя на разных этапах проектирования фрагменты типовых расчетов, общепринятых для машин асинхронных и синхронных, позволяющие решать задачи анализа статики и динамики системы управления, оптимального выбора элементов,;
• разработаны перспективные структуры электропривода с импульсно-векторным управлением, отличающиеся улучшенными регулировочными и энергетическими характеристиками.
ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ. Научное значение работы заключается в следующем:
• систематизированы сведения по простым способам регулирования скорости вала двигателя и предложен перспективный новый способ регулирования скорости асинхронного двигателя с фазным ротором при питании двигателя от источника с неизменной постоянной частотой, имеющий повышенные энергетические показатели за счет исключения потерь скольжения;
• предложены обобщённые расчётные математические модели электропривода с импульсно-векторным управлением, позволяющие решать задачи оптимального выбора элементов, синтеза систем автоматического управления, анализа динамики систем управления;
• предложены и обоснованы алгоритмы управления импульсно-векторным электроприводом;
• разработаны перспективные структуры электропривода, имеющие высокие регулировочные и энергетические показатели.
Научная новизна работы подтверждена двумя патентами на изобретение РФ.
Практическое значение работы заключается в следующем:
•разработаны структурные, функциональные и принципиальные схемы векторно-импульсных систем управления электроприводом;
• предложена методика расчёта установившихся и динамических процессов в асинхронном электроприводе с векторно-импульсным управлением;
• разработаны рекомендации по проектированию электропривода;
• разработан и реализован лабораторный стенд установки на основе асинхронного двигателя с фазным ротором, на котором проверены все предположения.
ВНЕДРЕНИЕ. В учебном процессе теория импульсно-векторного управления применяется:
• при чтении лекций по курсу "Системы управления электроприводов" на кафедре электропривода Южно-Уральского государственного университета;
•при проведении лабораторных работ по курсу "Системы управления электроприводов".
В производственном процессе электропривод с импульсно-векторным управлением применяет ООО НТЦ "Приводная техника" при модернизации электроприводов шахтных вентиляторов и ленточных транспортеров.
ОБЩАЯ СТРУКТУРА РАБОТЫ И ЕЁ СОДЕРЖАНИЕ представлены на рис. В.1. Задача разработки и исследования импульсно-векторного управления электроприводом решалась в пять этапов.
Первый этап — это постановка задачи исследования. Задача ставиться как результат анализа существующих путей энергосбережения в электроприводе, и обращается внимание на электроприводы тех механизмов, где эта задача, при всей своей актуальности, требует меньшего вложения. Как результат было предложено импульсно-векторное управление.
Второй этап — "разработка импульсно-векторного управления" (глава 1 и глава 2). Здесь решались следующие задачи:
• рассмотрен принцип работы электропривода и его функциональная схема;
• определен алгоритм управления асинхронным двигателем с фазным ротором;
Общая структура работы
Постановка задачи исследования
Рис. В. 1. Общая структура работы и ее содержание
• разработана математическая модель;
• на математической модели делался электромагнитный расчет электропривода в статических и переходных режимах. На основании этого расчета и делался первоначальный вывод о энергетической эффективности данного способа управления и его потенциальных возможностях.
На третьем этапе (глава 3) математически описан электропривод (неизменяемая часть системы), изучены его динамические характеристики, предложены структуры разомкнутых и замкнутых систем электропривода с учетом импульсного характера работы системы преобразователь — двигатель, обоснованы и исследованы варианты с разными типами импульсных регуляторов.
На четвертом этапе (глава 4) Произведена экспериментальная проверка основных теоретических положений на лабораторном макете электропривода.
Наконец, на пятом этапе (глава 4):
• рассмотрены и обоснованы перспективы применения импульсно-векторного способа управления для получения низких скоростей вращения вала ротора двигателя, в которых удачно раскрываются его техническо-экономические выгоды: малое энергопотребление, пониженный износ деталей механической передачи, высокие регулировочные показатели.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. В полном объёме работа докладывалась на расширенном заседании кафедры "Электропривод и автоматизация промышленных установок" Южно-Уральского государственного университета.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах, в том числе на:
• 14 международной научно-технической конференции "Электроприводы переменного тока - ЭППТ 2007", Екатеринбург: УПИ, 2007 г.;
•Международной конференции "Электроэнергетика и автоматизация в металлургии и машиностроении", Магнитогорск, 2008 г. 22 — 24 октября;
• 11 и 12 Международных конференциях "Электромеханика, электротехнологии, электрические материалы и компоненты", Алушта, 2006 и 2008 годы;
• 12 Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых "Современные техника и технологии", Томск: Томский политехнический университет, 2006 г., 27-31 марта;
• Всероссийской конференции — конкурсе студентов выпускного курса высших учебных заведений, -С.-Пб.: Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова (технический университет), 2006 г.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 2 патента РФ. Одна печатная работа опубликована в издании, рекомендованным ВАК.
