Введение к работе
Актуальность работы. В последнее десятилетие наблюдается быстрое развитие электроприводов со статическими преобразователями частоты (СПЧ), в схемах которых используются высокоскоростные переключающие устройства. Эти новые преобразователи частоты имеют высокую удельную мощность, низкие потери в силовых ключах и широкий диапазон частот на выходе.
Развитие СПЧ привело к появлению электрических машин, специально проектируемых для использования с этими новыми высококачественными преобразователями.
Одним из видов таких машин являются синхронные реактивные электромеханические преобразователи (СР ЭМП), оснащенные аксиально-ламинированным ротором или ротором с внутренними немагнитными барьерами. Такие электрические машины в малополюсном исполнении не уступают, а зачастую и превосходят асинхронные двигатели по массогабаритным и энергетическим показателям, выгодно отличаясь от последних легкостью управления. При этом СР ЭМП новых конструкций имеют практически ту же стоимость, что и асинхронные, и могут производиться на том же технологическом оборудовании, что дает им заметное преимущество перед дорогими электромеханическими преобразователями с постоянными магнитами на роторе.
Таким образом, электромеханотронные преобразователи на базе СР ЭМП, совмещенных с СПЧ и системой управления и защиты, называемые синхронными реактивными двигателями (СРД) дают возможность создавать недорогие и надежные исполнительные устройства для различных областей применения, таких как сложная бытовая техника, электроинструмент, электротранспорт, медицинское и социально-реабилитационное оборудование и т.д.
При создании электромеханотронных преобразователей для указанного класса применений необходима разработка такой системы управления, которая, при сохранении достаточно широкого диапазона регулирования обеспечивала бы работу электромеханотрон-ного преобразователя с максимально высоким КПД при низкой себестоимости. Исследования в этой области являются весьма актуальными.
Цель работы - разработка и исследование системы векторного управления СР ЭМП с косвенным заданием положения вектора тока статора путем соответствующей модуляции фазных напряжений.
Основные задачи исследования:
Описание СР ЭМП как объекта регулирования с учетом питания от статического преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией фазных напряжений.
Разработка законов векторного управления СР ЭМП с косвенным заданием положения вектора тока статора.
Исследование динамических процессов в системе векторного управления СР ЭМП.
Разработка схем реализации системы векторного управления СР ЭМП.
Изготовление лабораторной установки и проведение экспериментальных исследований системы векторного управления СР ЭМП.
Методы исследования. Исследование выполнялось с использованием методов математического моделирования электромеханических систем с полупроводниковыми преобразователями, тензорного анализа, векторно-матричной алгебры, современной теории управления (метод пространства состояний), численных методов расчета с использованием ЭВМ, методов символьной математики пакета программ MATHCAD 6.0+.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Впервые получен ряд математических моделей и структур СР ЭМП с СПЧ в различных системах координат;
Разработаны и исследованы законы векторного управления СР ЭМП с позиционной модуляцией фазных напряжений;
Проведена оценка влияния изменения параметров на точность этихзаконов;
Получены линеаризованные модели и структурные схемы СРД
Определены области неустойчивой работы СРД в случае использования позиционной модуляции фазных напряжений.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
Предложена и испытана новая схема блока силовых ключей СПЧ с
использованием бутстрептного способа питания управляющих це
пей силовых транзисторов без применения дополнительных источ
ников напряжения, обеспечивающая широкий диапазон регулиро-
вания, высокий КПД и надежную защиту от токовых перегрузок при низкой себестоимости и высокой технологичности в изготовлении;
Разработана и испытана схема аналогового варианта системы векторного управления СР ЭМП;
Разработана структура и алгоритмы микропроцессорной реализации системы векторного управления СР ЭМП, а так же пример программы для микропроцессора.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались на 2-й Всесоюзной научно-технической конференции по электромеханотронике, Санкт-Петербург, октябрь 1991 г., на региональных научно-технических конференциях "Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири", г. Иркутск, апрель 1994 г. и апрель 1995 г., на Всероссийской научно-технической конференции "Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири", г. Иркутск, октябрь 1994 г., конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ, Санкт-Петербург, 1994-1996 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано семь печатных работ, из них шесть тезисов докладов и одна статья.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы, включающего 128 наименований и двух приложений. Основная часть работы изложена на 124 страницах машинописного текста. Работа содержит 70 рисунков и одну таблицу.
