Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка электропривода по системе 12-пульсный НПЧ-АД с программным формированием напряжения Маколов Владимир Николаевич

Разработка электропривода по системе 12-пульсный НПЧ-АД с программным формированием напряжения
<
Разработка электропривода по системе 12-пульсный НПЧ-АД с программным формированием напряжения Разработка электропривода по системе 12-пульсный НПЧ-АД с программным формированием напряжения Разработка электропривода по системе 12-пульсный НПЧ-АД с программным формированием напряжения Разработка электропривода по системе 12-пульсный НПЧ-АД с программным формированием напряжения Разработка электропривода по системе 12-пульсный НПЧ-АД с программным формированием напряжения Разработка электропривода по системе 12-пульсный НПЧ-АД с программным формированием напряжения Разработка электропривода по системе 12-пульсный НПЧ-АД с программным формированием напряжения Разработка электропривода по системе 12-пульсный НПЧ-АД с программным формированием напряжения Разработка электропривода по системе 12-пульсный НПЧ-АД с программным формированием напряжения Разработка электропривода по системе 12-пульсный НПЧ-АД с программным формированием напряжения Разработка электропривода по системе 12-пульсный НПЧ-АД с программным формированием напряжения Разработка электропривода по системе 12-пульсный НПЧ-АД с программным формированием напряжения
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Маколов Владимир Николаевич. Разработка электропривода по системе 12-пульсный НПЧ-АД с программным формированием напряжения : диссертация ... кандидата технических наук : 05.09.03.- Магнитогорск, 2003.- 165 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-5/3563-3

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Обоснование концепции ступенчатого регулирования для задач энергосбережения на базе НПЧ-АД 9

1.1. Анализ способов реализации задач энергосбережения на промышленных предприятиях 9

1.2. Современные пускорегулирующие средства для электроприводов переменного тока 14

1.3. Анализ состояния систем НПЧ-АД и определение области их применения в энергосберегающем электроприводе 20

1.4. Регулировочные возможности систем асинхронных электроприводов на базе НПЧ с программным формированием напряжения 27

1.5. Обобщение основных результатов исследований систем 6-пульсный НПЧ-АД с программным формированием напряжения и постановка

задач ." 31

ВЫВОДЫ 37

ГЛАВА 2. Разработка математической модели системы НПЧ-АД 39

2.1. Общие положения по разработке математических моделей АД 39

2.2. Математическое описание АД как электромеханического преобразователя энергии 45

2.3. Разработка развернутой структурной схемы АД для моделирования основных режимов работы 52

2.4. Анализ подходов к созданию моделей НПЧ 56

2.5. Основные допущения при разработке моделей НПЧ и их оценка 61

2.6. Разработка математической модели 6-пульсного НПЧ с программным формированием напряжения 65

2.7. Математическая модель 12-пульсного НПЧ и расчет основных энергетических характеристик 76

ВЫВОДЫ 83

ГЛАВА 3. Исследование на модели системы нпч-ад при программном формировании напряжения 85

3.1. Моделирование системы 6-пульсный НПЧ-АД 85

3.2. Разработка алгоритмов программного формирования различных ступеней частоты напряжения на базе 12-пульсного НПЧ и их исследования на модели с пассивной нагрузкой 91

3.2.1. Общие положения 91

3.2.2. Разработка алгоритмов программного управления вентилями 12-пульсного НПЧ и их исследование в системе с R-нагрузкой 92

3.2.3. Исследование алгоритмов программного формирования напряжения в системе 12-пульсный НПЧ - RL-нагрузка 100

3.3. Исследование системы 12-пульсный НПЧ-АД 103

ВЫВОДЫ 113

ГЛАВА 4. Оптимизация работы системы нпч-ад в стационарном режиме 114

4.1. Обоснование подхода к решению задачи 114

4.2. Анализ известных в теории электропривода подходов к минимизации тока статора 116

4.3. Вывод основных соотношений для определения условий минимизации тока статора 121

4.4. Разработка замкнутой системы программного формирования напряжения 133

ВЫВОДЫ 141

Заключение 142

Литература

Введение к работе

На основании анализа состояния электроприводов переменного тока проведенного на примере крупнейшего в мире металлургического предприятия ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» установлено, что на долю электроприводов переменного тока приходится свыше 30 % установленной мощности, а около 90 % (по совокупной мощности) этих электроприводов остаются в настоящее время нерегулируемыми. Значительная доля электропотребления приходится на электроприводы турбомеханизмов, что в масштабе ММК составляет около 200 МВт, в том числе 40 МВт приходится на асинхронные двигатели напряжением 380 В с короткозамкнутым ротором. Отсутствие возможности регулирования скорости таких механизмов не позволяет обеспечить режим рационального энергопотребления при снижении технологических нагрузок. В этой связи появилась острая необходимость в реконструкции электроприводов переменного тока с нагрузкой вентиляторного типа.

При реализации-программы энергосбережения в ОАО «ММК», учитывая высокую стоимость модернизации электроприводов, было выделено три уровня регулировочных возможностей электроприводов переменного тока с нагрузкой вентиляторного типа:

Возможность реализации управляемого пуска ("мягкий пуск") с ограничением динамических моментов и пусковых токов, что позволяет производить отключения в результате вынужденных и плановых простоев любого временного интервала.

Возможность создания управляемого пуска и ступенчатого регулирования скорости с реализацией экономичных режимов работы.

Плавное регулирование частоты вращения двигателя с высокой точностью и в широком диапазоне.

В настоящее время в основе концепции перехода к регулируемому электроприводу переменного тока в условиях действующего производства ОАО "ММК" лежит внедрение регулировочных возможностей первых двух

5 уровней. Это может дать ощутимый эффект энергоресурсосбережения при незначительных затратах путем использования тиристорных преобразователей постоянного тока, освобождаемых в результате реконструкции ряда цехов или вывода их из работы.

Превышение потребляемой мощности в вентиляторных электроприводах можно устранить только в случае перехода к регулированию частоты вращения. При этом, как показывает опыт внедрения преобразователей частоты, достигается экономия электроэнергии в пределах 30-40%. В вентиляторных электроприводах, изначально спроектированных как нерегулируемые, переход к плавному регулированию не всегда оправдан из-за высокой стоимости модернизации. Анализ потребления воды, воздуха, пара и других энергоносителей показывает, что во многих случаях существует необходимость ступенчато изменять производительность вентиляторных механизмов на длительное время, например, при остановке отдельных технологических агрегатов, смене времени суток, времени года и других случаях. Такие режимы могут быть реализованы на базе простых объектно-ориентированных устройств частотного управления. Исследования системы 6-пульсный НПЧ-АД показали, что применительно к установкам большой мощности целесообразно применение многопульсных преобразователей, в частности 12-пульсных. На их основе при программном формировании напряжения можно заметно улучшить гармонический состав тока статора АД, а также расширить диапазон изменения выходной частоты. В этой связи, в данной диссертационной работе поставлена и решена актуальная задача по созданию и исследованию объектно-ориентированного электропривода по системе 12-пульсный НПЧ-АД со ступенчатым регулированием частоты вращения для вентиляторных механизмов.

Содержание работы изложено в четырех главах.

В первой главе проведен анализ способов реализации задач энергосбережения на промышленных предприятиях с применением современных пускорегулирующих средств в электроприводах переменного тока и определена целесообразность применения ступенчатого регулирования частоты вращения для широкого круга механизмов вентиляторного типа. Рассмотрены регулировочные возможности систем асинхронных электроприводов на базе НПЧ с программным формированием напряжения и проведено обобщение основных результатов их исследований. Обоснована возможность применения системы 12-пульсный НПЧ-АД для формирования длительных режимов работы мощных электроприводов на фиксированных ступенях пониженной частоты вращения

Вторая глава посвящена разработке математической модели системы ЫПЧ-АД при программном формировании напряжения с развернутой структурой, а также разработке математического описания алгоритмов программного формирования напряжения. Проведен анализ подходов к созданию моделей, и дано обоснование принятым допущениям. Разработаны модели 6-ти и 12-пульсного НПЧ с программным формированием напряжения, позволяющие исследовать переходные и установившиеся процессы, а также производить оценку основных энергетических характеристик работы систем НПЧ-АД и НПЧ-«пассивная нагрузка». Установлено практическое сходство расчетных и экспериментальных осциллограмм по многим показателям оценки, и признана адекватность компьютерной модели системы реальному объекту.

Третья глава посвящена разработке алгоритмов программного формирования 12-пульсного напряжения, а также моделированию систем НПЧ-«пассивная нагрузка» и НПЧ-АД в пусковых и установившихся режимах в разомкнутой системе. Разработаны алгоритмы программного формирования напряжения на базе 12-пульсного НПЧ предусматривающие как 2-фазное (ступени выходной частоты 12,5; 25; 33,3 и 50 Гц), так и чередование интервалов 2-х и 3-фазного питания нагрузки (ступени 12,5; 25; 33,3; 37,5 и 42,857 Гц). Приведено наглядное графическое изображение алгоритмов управления вентилями с использованием результирующего вектора напряжения. Проведены исследования предложенных алгоритмов формирования ступеней частоты в системе с 12-пульсным НПЧ. Определены причины и условия, которые в разомкнутой системе НПЧ-АД с программным формированием напряжения могут вызвать устойчивые колебания скорости

АД. Проведен анализ влияния коэффициента мощности двигателя на форму фазного тока.

В четвертой главе рассмотрены вопросы оптимизации стационарных режимов работы системы НПЧ-АД с программным формированием напряжения. Проанализирована возможность применения известных законов частотного управления АД при формировании режимов работы на фиксированных ступенях пониженной частоты напряжения. Получено расчетное соотношение U=f(M,f) при котором достигается установление режима работы частотно-регулируемого электропривода с токами статора близкими к минимальному значению. Особое внимание уделено разработке замкнутой системы программного формирования напряжения. Обосновано применение системы с отрицательной обратной связью по напряжению для демпфирования возможных колебаний скорости АД, снижения чувствительности электропривода к просадкам питающего напряжения и обеспечения режимов длительной работы с током статора близким к минимальному. Разработана компьютерная модель замкнутой системы НПЧ-АД с программным формированием напряжения и на ее основе проведены исследования работы электропривода.

На защиту выносятся следующие основные положения:

Математические модели систем НПЧ-АД и НПЧ-«пассивная нагрузка» с программным формированием 12-пульсного напряжения, позволяющие исследовать алгоритмы управления вентилями и процессы электромеханического преобразования энергии в АД при пуске и в стационарных режимах работы как в разомкнутой, так и в замкнутой системе.

Алгоритмы программного управления вентилями 12-пульсного НПЧ, обеспечивающие пуск и длительные режимы работы электропривода при формировании симметричных и несимметричных систем трехфазных напряжений с различными фиксированными значениями частоты.

Аналитические зависимости для расчета токов, напряжений, электромагнитного момента, коэффициента мощности и скольжения АД, полученные на основе круговой диаграммы, позволяющие упростить расчет параметров настройки системы управления электроприводом и обеспечивающие режим работы с током статора близким к минимальному значению.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований на опытно-промышленной установке и компьютерной модели.

Полученные результаты создают предпосылку для разработки и изготовления промышленных образцов 12-пульсных НПЧ для применения в мощных энергосберегающих электроприводах вентиляторного типа. Расчетные формулы, полученные из круговых диаграмм, могут быть использованы для формирования напряжения в зависимости от частоты с целью минимизации тока статора в других типах преобразователей частоты.

По результатам диссертационной работы опубликовано 14 работ.

Анализ способов реализации задач энергосбережения на промышленных предприятиях

В условиях современного производства наибольший эффект энергосбережения можно получить в вентиляторных электроприводах при переходе к регулированию частоты вращения. Это обусловлено известной особенностью характеристик механизмов данного класса. Они описываются формулами: О п Н п2 М п2 Р п3 -=—=—; = —; = —; — = —, (1.1) QH пн Нн 4 Мн 4 Рн nV где Q и Н - соответственно производительность агрегата (м /с) и создаваемый напор (м); М и Р - соответственно момент сопротивления и затрачиваемая мощность; п - частота вращения (об/мин); QH Ни, Мн, Рн, пи - номинальные значения параметров.

Энергетическая эффективность регулирования производительности изменением частоты вращения определяется, как видно, кубической зависимостью между потреблением электрической мощности и частотой вращения. Именно эта особенность механизмов данного класса позволяет добиться значительной экономии электроэнергии при переводе электропривода на пониженные частоты вращения в период снижения их производительности.

Общеизвестно также, что при регулировании частоты вращения появляется возможность снизить потери энергии на преодоление излишнего гидравлического сопротивления трубопровода. Это позволяет насосному агрегату работать в диапазоне скоростей, соответствующих минимальным удельным расходам "электроэнергии на перекачку. Кроме того, как уже отмечалось, применение регулирования частоты вращения позволяет также сократить утечки, в том числе через сальники насоса, уменьшить износ подшипников электродвигателя и насоса, т.к. в отличие от регулирования производительности дросселированием агрегат работает при пониженном напоре. Также важно отметить, что при регулировании частоты вращения удается исключить гидроудары при пуске и тем самым снизить вероятность возникновения аварий на трубопроводах.

Анализ требований, предъявляемых к разновидностям механизмов данного класса, показал возможность использования в целях энергосбережения трех основных способов регулирования их производительности: плавное, ступенчатое и «старт - стопное». Необходимо подчеркнуть, что в современных условиях доля нерегулируемых электроприводов остается преобладающей. Такое положение исключает возможность снижения электропотребления средствами электропривода.

В области регулируемого электропривода наибольшее развитие до настоящего времени имела концепция широкого применения плавного и «старт-стопного» регулирования и по этой причине широкое распространение получили преобразователи частоты (ПЧ) с плавным регулированием выходной частоты и пусковые устройства на базе тиристорных регуляторов напряжения (ТРН).

В поисках резервов энергосбережения электрослужбами предприятий были приняты к реализации различные организационно-технические мероприятия, а также пересмотрены и уточнены требования к электроприводам вентиляторных механизмов. В этой связи получила развитие концепция ступенчатого регулирования производительности механизмов данного класса. Действительно, существует значительная доля вентиляторных механизмов, для которых ступенчатое регулирование является достаточным с точки зрения потребностей производства во многих отраслях промышленности. Для этих целей можно применить более простые и соответственно относительно дешевые технические средства регулирования. Общеизвестно, что преобразователи. с повышенными регулировочными возможностями имеют соответственно и более высокую стоимость. Из этих соображений следует, концепция ступенчатого регулирования является вполне экономически обоснованной. Существует много примеров, когда ступенчатое регулирование позволяет извлечь основной эффект энергосбережения. В частности, ступенчатое регулирование необходимо при остановке отдельных технологических агрегатов, смене времени суток, при сезонной смене температуры окружающей среды и других случаях [1-5]. Только на базе металлургического производства (в условиях ОАО «ММК») можно привести достаточное количество примеров заметного снижения электропотребления при ступенчатом регулировании. В частности, расчет, проведенный для электропривода вентилятора машзала ЛГЩ-4; ОАО "ММК" (мощность двигателя 630 кВт, напряжение 3.15кВ), показывает, что перевод в зимнее время (на 120 суток) на частоту вращения 75% от основной позволяет экономить за этот период свыше 1 млн. кВт ч. Такая возможность энергосбережения обусловлена тем, что снижение производительности и соответственно частоты вращения всего на 25% приводит к уменьшению потребляемой из сети мощности практически в два раза. Кроме того, при таком регулировании экономия достигается еще и за счет снижения утечек тепла, а следовательно и затрат на отопление помещения в холодное время года. В ОАО «ММК» работают десятки подобных цехов.

Установление производительности на уровне ниже номинальной за счет снижения частоты вращения при полностью открытых задвижках, заслонках, направляющих аппаратах способствует значительной экономии электроэнергии [6]. В этой ситуации часто следует вести речь не о регулировании частоты вращения вентиляторного механизма, а о более простом решении: переводе его на длительное время в режим работы с заданной пониженной частотой вращения.

Математическое описание АД как электромеханического преобразователя энергии

Кроме того, следует принять, что насыщение магнитопровода АД по главному пути магнитного потока и по путям рассеяния не влияют друг на друга и могут учитываться раздельно.

Чаще всего исходная информация о характеристике намагничивания двигателя представляется в графической либо табличной форме, представляющей совокупность точек (ysmnJmn), п = 1,...,N. В этом случае в качестве характеристики намагничивания удобно использовать аналитическое представление в виде функции [39]: іт( т) = 11еі2Ґ і = 12,...,к. (2.9) /=/

В этой форме кривая намагничивания представляется степенными многочленами. Выбор нечетных степеней полинома обеспечивает симметрию характеристики относительно начала координат. В связи с возможным разбросом точек исходного массива данных коэффициенты полиномиальной аппроксимации g(. находятся методом наименьших квадратов. Для удовлетворительной аппроксимации характеристик намагничивания машин нормального исполнения (в диапазоне у/т = 0...1,3, включающем зону существенного насыщения) практически достаточно ограничиться к = 4, т.е. L (Vm ) = SlVm +23т+ gsVli + S m (2.10)

Применение процедуры полиномиальной регрессии к последней функции приводит к следующему матричному уравнению: сз С С2 сз С4 el dj С3 С4 С5 2 d2 с4 С5 Сб ёз d3 с5 Сб с7_ _4_ _d4_ (2.11) где cJ=fdv2mJn\n = l,2,...,Ni j = l,2,...,2k-l, и=/ 4=ІУ І" L.n\k = 4\ n=l п, N — соответственно порядковый номер и общее количество точек из массива исходных данных. В результате решения этого уравнения находятся коэффициенты полинома gt. Полученные коэффициенты используются для аналитического представления характеристики намагничивания АД в статических и динамических моделях, учитывающих насыщение главной магнитной цепи двигателя. Более простым аналитическим представлением кривой намагничивания является зависимость т ( m) = W.i f -К,/ Л 1-е A V J + k2im, (2.12) где все необходимые параметры для этой аппроксимирующей функции достаточно просто определяются из кривой намагничивания [60].

Таким образом, для учета влияния насыщения стали по пути главного потока машины, на каждом шаге вычислений должен производится расчет координат магнитного состояния, исходя из интегральной оценки тока намагничивания и кривой намагничивания, которая аналитически задается по одному из предложенных выше выражений. Действующее значение тока намагничивания в каждый момент времени для определения точки на статической кривой ..намагничивания, которая и указывает на состояние магнитной цепи машины, определяется согласно выражению: где X!zm/v) " сУмма квадратов токов намагничивания каждой из фаз j=i машины. Исходя из найденного значения тока намагничивания и аналитически заданной статической кривой намагничивания определяется коэффициент крутизны линеаризованной кривой намагничивания lm. Последний определяется по формуле: /,,= 7 . (2.14) Учет влияния насыщения часто приводит к усложнению модели двигателя, поэтому в конкретных задачах исследований нужна оценка необходимости учета состояния насыщения АД.

Разработка алгоритмов программного формирования различных ступеней частоты напряжения на базе 12-пульсного НПЧ и их исследования на модели с пассивной нагрузкой

Общеизвестно, что 12-пульсный НПЧ на базе нулевых вентильных групп обладает более высокими энергетическими характеристиками и более широким диапазоном регулирования выходной частоты по сравнению с 6-пульсным преобразователем. Программное формирование напряжения, как уже отмечалось, позволяет существенно упростить систему управления НПЧ и расширить диапазон выходных частот за счет формирования как симметричных так и несимметричных трехфазных систем выходного напряжения. Как и для 6-пульсного НПЧ для 12-пульсного преобразователя предлагается разработать алгоритмы двухфазного питания нагрузки и алгоритмы предполагающие чередование интервалов 2-х и 3-фазного питания, а также провести их исследования.

Большой интерес в рассматриваемой схеме НПЧ представляет реализация ступеней выходной частоты для формирования длительного режима работы с симметричной трехфазной системой напряжений на двигателе. В связи с этим возникает задача исследовать и оценить качество работы системы электропривода в длительном режиме.

Рассматриваемая схема НПЧ помимо формирования ступеней выходной частоты 12,5; 25 и 33,3 Гц на которых формируется симметричная трехфазная система напряжений, позволяет расширить диапазон регулирования частоты преобразователя за счет формирования дополнительных ступеней частоты при незначительной асимметрии напряжений на фазах нагрузки. Эта асимметрия при программном формировании напряжения проявляется как в угле сдвига по фазе первых гармоник напряжений в фазах нагрузки, так и в неравенстве их действующих значений. При постоянном угле регулирования чередование интервалов 2-х и 3-фазного питания, так же как и при формировании ступеней частоты с симметричной трехфазной системой напряжений, позволяет получить в полуволне три уровня напряжения.

Алгоритмы программного формирования напряжения удобнее всего рассматривать при работе НПЧ на симметричную 3-фазную R-нагрузку. Наиболее наглядное графическое изображение алгоритмов управления вентилями может быть получено с использованием результирующего вектора напряжения [7, 37,38]. Положение результирующего вектора напряжения на любом из временных интервалов определяет значение соответствующих переключающих функций вентильных триад, что в дальнейшем удобно использовать при написании программ.

Возможные ориентации результирующего вектора напряжения при реализации алгоритмов предусматривающих 2-фазное питание нагрузки от 12-пульсного НПЧ при программном формировании напряжения представлены на рис. 3.4. Ориентации результирующего вектора напряжения при реализации алгоритмов с чередованием интервалов 2-х и 3-фазного питания представлены на рис.3.6. Как видно из рис. 3.4 и 3.6 период выходного напряжения НПЧ при реализации ступени выходной частоты 0,25 fc содержит 48 временных интервалов пульсаций (ti4s) по 30 эл.град. в угловой мере частоты сети каждый ; 24 - на ступени 0,5 fc; 18 - на ступени 0,666 fc\ 16 и 14 соответственно на ступенях 0,75/с и 0,85714/с.

Следует заметить, что формирование на выходе НПЧ несимметричных трехфазных систем напряжения с частотой выше 0,666 fc (см. рис. 3.6) возможно только при реализации алгоритмов с чередованием интервалов 2-х и 3-фазного питания (четные номера ориентации результирующего вектора напряжения), при формировании алгоритмов с двухфазным питанием нагрузки такой возможности не представляется.

Анализ известных в теории электропривода подходов к минимизации тока статора

Исследования системы НПЧ-АД при программном формировании различных ступеней частоты напряжения показали возможность устойчивой работы электропривода без обратных связей по основным координатам регулирования, а также возможность достижения минимальных значений токов АД за счет соответствующей настройки преобразователя по углу управления. Однако, разработанные методики расчета основных параметров электропривода, при которых достигается установление оптимального режима его эксплуатации, в большинстве своем остаются достаточно громоздкими и требуют дальнейшего усовершенствования.

В современных условиях на автоматизированные электроприводы промышленных установок, кроме традиционных функций управления режимами пуска, торможения и регулирования скорости и момента, возлагаются более жесткие требования с позиции энергосбережения [97]. Разработка подобных систем становится особо актуальной применительно к электроприводам различной мощности наиболее массовых механизмов [98]. При этом решение задач минимизации потерь в двигателе становится наиболее приоритетным. Наиболее просто эта задача в первом приближении решается при условии достижения минимального тока статора. Возможность достижения такого режима в системе НПЧ-АД ранее была установлена.

С позиции теории АД, основанной на описании его работы с помощью схем замещения и построенных на их основе круговых диаграмм [41 ] возникла возможность разработки новых методик оптимизации длительного режима работы АД. В [99] показаны основные приемы расчета параметров режима работы двигателя, при которых достигается установление минимума тока статора. В общем случае предлагается уменьшать потребление реактивной мощности за счет снижения напряжения статора при недогруженном двигателе. Общие подходы к реализации данного режима в системе ТПН-АД описаны в [96, 99].

Однако предложенная методика еще не до конца проработана, если вести речь о её массовом применении при решении задач оптимизации длительного режима работы при скалярном управлении. В этой связи, продолжает оставаться актуальной задача разработки упрощенной методики расчета величины напряжения, подводимого к обмоткам двигателя с целью формирования режима работы системы, при котором достигается устойчивая работа с минимальным током двигателя. С этой целью важно установить соотношения между моментом нагрузки и напряжением, подводимым к обмоткам статора двигателя, при котором достигаются наилучшие энергетические показатели работы электропривода в длительном режиме. Известно, что оптимальные значения скольжения для минимизации потерь мощности и тока статора с достаточной степенью точности могут рассчитываться через параметры схемы замещения двигателя [100]. При отсутствии таких расчетов система управления может обеспечить режим работы с минимальными токами путем применения итеративных методов управления [101]. Однако реализация такого управления в частотно-регулируемых электроприводах с длительной работой на заданных ступенях частоты вращения приводит к неоправданному усложнению системы управления. В электроприводах с заведомо известным моментом нагрузки на заданной частоте вращения, как уже отмечалось, наиболее рациональной является система скалярного управления, смысл которой сводится к формированию на двигателе величин напряжений, при которых устанавливается режим близкий к минимальному току статора и одновременно обеспечивается в системе НПЧ-АД устойчивая работа двигателя.

Системы частотного управления на базе НПЧ, как известно, обеспечивают работу двигателя с заведомо ухудшенным гармоническим составом напряжения и тока по сравнению с другими средствами частотного регулирования. Поэтому обеспечение работы с минимизацией тока статора в системе НПЧ-АД позволит в значительной степени скомпенсировать дополнительные потери, обусловленные высшими гармониками.

Ранее задачи оптимизации режима работы частотно-регулируемого электропривода решались при условии идеализации преобразователя частоты. Идеализированный преобразователь считался независимым источником питания. Такое упрощение является во многих случаях вполне оправданным, так как оно позволяло в полной мере исследовать возможности АД при частотном управлении. Обоснование такого подхода было дано в свое время в трудах Сандлера А.С., Сарбатова Р.С. и их коллег. Дальнейшая проработка вопросов минимизации тока должна, как показали исследования, проводится с решением задач демпфирования колебаний ротора, возникающих на грани устойчивости. Действительно, как уже отмечалось в первой главе, режим работы с минимальным током часто находится на границе возникновения колебательного процесса в разомкнутой системе НПЧ-АД и в этой связи необходимо рассмотреть вопрос, связанный с устранением возможности возникновения подобного режима, как при неточностях в настройке преобразователя, так и.при колебаниях сетевого напряжения.

Похожие диссертации на Разработка электропривода по системе 12-пульсный НПЧ-АД с программным формированием напряжения