Анализ системных свойств асинхронного электропривода. Монография

F6( ) 0;

Mm i1qo(t)p2 j1q 2o(t)

F7( ) 2 ;

L2

2o2 (t)

F8( ) 0;

n 5.

Варьируя параметр Mm , получаем

n 7.

92

Рис. 3.5. Структурная схема устройства генерации функций чувствительности разомкнутого асинхронного электропривода

93

F7( ) 0;F8( ) 0;

n 8.

На основании математического описания (3.55) – (3.64) разработана структурная схема устройства генерации функций чувствительности разомкнутого асинхронного электропривода [81, 82], приведенная на рис. 3.5.

Здесь блоку «Невозмущенное состояние системы СПП – АД» соответствует математическое описание в виде системы уравнений (3.55). Сигналами управления для этого блока являются напряжения

u1âõd , u1âõq , поступающие на входы силовых полупроводниковых преобразователей. Выходными сигналами являются u1do , u1qo , i1do , i1qo , 2o , o , 1o , 2o , представляющие собой базовое решение

системы (3.55) при отсутствии возмущений. Эти сигналы поступают на первые входы блоков 1 – 8. На вторые входы блоков 1 – 8 поступают возмущения в виде вариации параметров k , T , R1 , L1 , R2 , L2 , Mm , J соответственно. Блоки 1 – 8 вырабатывают функции чувствительности v1dn , v1qn , j1dn , j1qn , p2n , wn , w1n , w2n в соответствии с системами уравнений (3.56) – (3.64).

Таким образом, проведенный анализ математического описания системы СПП – АД позволил записать выражения функций чувствительности разомкнутого асинхронного электропривода и разработать для него структурную схему устройства генерации функций чувствительности.

3.4.Выводы

1.Для анализа управляемости асинхронного двигателя целесообразно использовать математическое описание обобщенной

94

электрической машины при традиционных для систем векторного управления преобразованиях.

2.Установлено, что асинхронный двигатель и силовой полупроводниковый преобразователь обладают свойством полной управляемости. Следовательно, выполненный на их основе разомкнутый электропривод будет обладать свойством полной управляемости.

3.Предлагается использовать термин «порядок управляемости», который при ступенчатых сигналах управления и нулевых начальных условиях совпадает с младшей степенью разложения законов изменения фазовых координат электропривода в ряд Маклорена.

4.Показано, что разомкнутая система «силовой полупроводниковый преобразователь – асинхронный двигатель» по напряжениям фаз статора имеет первый порядок управляемости, по токам фаз статора и электромагнитному моменту – второй, по потокосцеплению ротора и угловой скорости ротора – третий, а по углу поворота ротора – четвертый.

5.С помощью математического описания обобщенной электрической машины проведено исследование наблюдаемости асинхронного двигателя. Получены выражения не подлежащих непосредственному измерению фазных токов короткозамкнутого ротора. В качестве переменных в этих выражениях фигурируют напряжения фаз статора, токи фаз статора и их производные.

6.Возможность наблюдать токи короткозамкнутого ротора позволит осуществлять идентификацию параметров асинхронного двигателя и реализовывать алгоритмы управления систем частотнорегулируемого электропривода, включая векторное управление, без датчиков магнитного поля.

7.Проведено исследование чувствительности разомкнутой системы «силовой полупроводниковый преобразователь – асинхронный двигатель». Получены уравнения функций чувствительности по параметрам электропривода, разработана структурная схема устройства генерации функций чувствительности.

95

З А К Л Ю Ч Е Н И Е

Разработана методика преобразования уравнений линейной математической модели трехфазного асинхронного двигателя в фазных координатных осях к системе координат d, q, отличительной особенностью которой является сохранение величин магнитного потока одного полюса, результирующих МДС и эффективного количества витков фаз обмоток. Использование этой методики позволило получить математическую модель обобщенной электрической машины, позволяющую сохранить физику магнитных процессов реального двигателя и допускающую применение традиционных методик проектирования. Предложенная методика преобразования уравнений линейной математической модели трехфазного асинхронного двигателя может получить дальнейшее развитие при учете насыщения магнитопровода. Алгоритмы управления частотно-регулируемого электропривода строятся с широким привлечением математических моделей обобщенной электрической машины, поэтому предлагаемый подход позволит в дальнейшем при аппроксимации кривой намагничивания без особых сложностей учитывать насыщение магнитопровода двигателя, что позволит строить более точные математические модели и разрабатывать энергосберегающие алгоритмы управления частотнорегулируемого электропривода с асинхронными двигателями.

На основании анализа системных свойств разомкнутого асинхронного электропривода с силовым полупроводниковым преобразователем установлено, что данный электропривод обладает свойством полной управляемости; показано, что порядок управляемости дает качественную оценку динамики переменных состояния электропривода; существует возможность наблюдать токи короткозамкнутого ротора на основании измеряемых напряжений и токов фаз статора; получены уравнения функций чувствительности по параметрам электропривода, позволяющие оценить влияние отклонений параметров на процессы и характеристики асинхронного электропривода.

Разработаны функциональная схема асинхронного электропривода с устройством наблюдения токов короткозамкнутого ротора и структурная схема устройства генерации функций чувствительности

96

разомкнутого асинхронного электропривода. Функциональная схема сопровождается расчетными соотношениями и допускает реализацию на серийно выпускаемых элементах.

Разработанные алгоритмы анализа управляемости, наблюдаемости и чувствительности асинхронного электропривода могут быть применены в широком классе асинхронных электроприводов при реализации мероприятий по энерго- и ресурсосбережениию.

Дальнейшее развитие изложенных методик и теоретических положений требует широкого макетирования и экспериментального исследования для выявления перспективных областей внедрения, а также для коррекции и совершенствования предложенных методологий и технических решений.

97

Библиографический список

1.Браславский, И. Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод / И. Я. Браславский, З. Ш. Ишматов, В. Н. Поляков. –

М.: Академия, 2004. – 256 с.

2.Булгаков, А. А. Частотное управление асинхронными двигателями / А. А. Булгаков. – М.: Наука, 1966. – 297 с.

3.Сандлер, А. С. Частотное управление асинхронными двигателями / А. С. Сандлер, Р. С. Сарбатов. – М.: Энергия, 1966. – 144 с.

4.Грузов, В. Л. Асинхронные маломощные приводы со статическими преобразователями / В. Л. Грузов, Ю. А. Сабинин. – Л.:

Энергия, 1970. – 136 с.

5.Асинхронный электропривод с тиристорными коммутаторами / Л. П. Петров [и др.]. – М.: Энергия, 1970. – 128 с.

6.Соколов, М. М. Асинхронный электропривод с импульсным управлением в цепи выпрямленного тока ротора / М. М. Соколов, П. Е. Данилов. – М.: Энергия, 1972. – 72 с.

7.Шубенко, В. А. Тиристорный асинхронный электропривод с фазовым управлением / В. А. Шубенко, И. Я. Браславский. – М.:

Энергия, 1972. – 200 с.

8.Бродовский, В. Н. Приводы с частотно-токовым управлением / Под ред. В. Н. Бродовского. – М.: Энергия, 1974. – 169 с.

9.Сандлер, А. С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями / А. С. Сандлер, Р. С. Сарбатов. – М.:

Энергия, 1974. – 328 с.

10.Онищенко, Г. Б. Асинхронные вентильные каскады и двигатели двойного питания / Г. Б. Онищенко, И. Л. Локтева. – М.: Энергия, 1979. – 200 с.

11.Шрейнер, Р. Т. Оптимальное частотное управление асинхронными электроприводами / Р. Т. Шрейнер, Ю. А. Дмитренко.

–Кишинев: Штиинца, 1982. – 234 с.

12.Эпштейн, И. И. Автоматизированный электропривод переменного тока / И. И. Эпштейн. – М.: Энергоиздат, 1982. – 192 с.

13.Глазенко, Т. А. Полупроводниковые системы импульсного асинхронного электропривода малой мощности / Т. А. Глазенко, В. Н. Хрисанов. – Л.: Энергоатомиздат, 1983. – 176 с.

98

14.Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями / О. В. Слежановский [и др.]. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 256 с.

15.Сабинин, Ю. А. Частотно-регулируемые асинхронные электроприводы / Ю. А. Сабинин, В. Л. Грузов. – Л.: Энергоатомиздат, 1985. – 126 с.

16.Цифровые электроприводы с транзисторными преобразователями / С. Г. Герман-Галкин [и др.]. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 248 с.

17.Рудаков, В. В. Асинхронные электроприводы с векторным управлением / В. В. Рудаков, И. М. Столяров, В. А. Дартау. – Л.: Энергоатомиздат, 1987. – 136 с.

18.Браславский, И. Я. Асинхронный полупроводниковый электропривод с параметрическим управлением / И. Я. Браславский. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 224 с.

19.Дацковский, Л. Х. Современное состояние и тенденции в асинхронном частотно-регулируемом электроприводе / Л. Х. Дацковский [и др.] // Электротехника. – 1997. – № 10. – С. 45 – 51.

20.Поздеев, А. Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах / А. Д. Поздеев. – Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1998. – 172 с.

21.Суптель, А. А. Асинхронный частотно-регулируемый электропривод / А. А. Суптель. – Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2000. – 164 с.

22.Шрейнер, Р. Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты / Р. Т. Шрейнер. – Екатеринбург: УРО РАН, 2000. – 654 с.

23.Панкратов, В. В. Векторное управление асинхронными электроприводами / В. В. Панкратов. – Новосибирск: НГТУ, 1999. – 66 с.

24.Белов, М. П. Автоматизированный электропривод типовых

576с.

25.Беспалов, В. Я. Перспективы создания отечественных электродвигателей нового поколения для частотно-регулируемого

99

электропривода / В. Я. Беспалов // Тр. IV Междунар. (XV Всерос.) конф. по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития». –

Магнитогорск, 2004. – Ч. 1. – С. 24 – 31.

26.Козярук, А. Е. Современное и перспективное алгоритмическое обеспечение частотно-регулируемых электроприводов / А. Е. Козярук, В. В. Рудаков. – СПб: СПб Электротехническая компания, 2004. – 127 с.

27.Амирова, С. С. Автоматизированный электропривод с

асинхронными двигателями: учеб. пособие / С.С. Амирова, В. И. Елизаров, В. Г. Макаров. – Казань: Казан. гос. технол. ун-т, 2005. – 223 с.

28. Соколов, Ю. Г. Проектирование тиристорного преобразователя частоты регулируемого электропривода переменного тока / Ю. Г. Соколов, И. Г. Цвенгер, В. Г. Макаров. – Казань: Казан. гос.

технол. ун-т, 2005. – 108 с.

29. Соколовский, Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием / Г. Г. Соколовский. – М.: Академия, 2006.

– 272 с.

30. Терехов, В. М. Системы управления электроприводов / В. М. Терехов, О. И. Осипов. – М.: Академия, 2006. – 304 с.

31.Шрейнер, Р. Т. Электромеханические и тепловые режимы асинхронных двигателей в системах частотного управления / Под ред. Р. Т. Шрейнера. – Екатеринбург: Рос. гос. проф.-пед. ун-т, 2008. – 361 с.

32.Москаленко, В. В. Электрический привод / В. В. Москаленко. – М.: Высшая школа, 2000. – 368 с.

33.Ключев, В. И. Теория электропривода / В. И. Ключев. – М.: Энергоатомиздат, 2001. – 704 с.

34. Фираго, Б. И. Теория электропривода / Б. И. Фираго, Л. Б. Павлячек. – Минск: Техноперспектива, 2004. – 527 с.

35.Blaschke, F. Das Prinzip der Feldorientierung, die Grundlage fur die TRANSVEKTOR – Regelung von Drehfeldmaschienen // SiemensZeitschrift. – 1971. – Bd. 45. – H. 45. – S. 757 – 760.

36.Buja, G., Kazmierkowski, M. P. Direct Torque Control of PWM InverterFed AC Motors – A Survey: III Summer Seminar on Nordick

100