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

Структура и алгоритмы управления регулируемым асинхронным электроприводом с обеспечением максимального быстродействия по контуру тока (момента) для горных машин Горбик Владислав Сергеевич

Структура и алгоритмы управления регулируемым асинхронным электроприводом с обеспечением максимального быстродействия по контуру тока (момента) для горных машин
<
Структура и алгоритмы управления регулируемым асинхронным электроприводом с обеспечением максимального быстродействия по контуру тока (момента) для горных машин Структура и алгоритмы управления регулируемым асинхронным электроприводом с обеспечением максимального быстродействия по контуру тока (момента) для горных машин Структура и алгоритмы управления регулируемым асинхронным электроприводом с обеспечением максимального быстродействия по контуру тока (момента) для горных машин Структура и алгоритмы управления регулируемым асинхронным электроприводом с обеспечением максимального быстродействия по контуру тока (момента) для горных машин Структура и алгоритмы управления регулируемым асинхронным электроприводом с обеспечением максимального быстродействия по контуру тока (момента) для горных машин Структура и алгоритмы управления регулируемым асинхронным электроприводом с обеспечением максимального быстродействия по контуру тока (момента) для горных машин Структура и алгоритмы управления регулируемым асинхронным электроприводом с обеспечением максимального быстродействия по контуру тока (момента) для горных машин Структура и алгоритмы управления регулируемым асинхронным электроприводом с обеспечением максимального быстродействия по контуру тока (момента) для горных машин Структура и алгоритмы управления регулируемым асинхронным электроприводом с обеспечением максимального быстродействия по контуру тока (момента) для горных машин Структура и алгоритмы управления регулируемым асинхронным электроприводом с обеспечением максимального быстродействия по контуру тока (момента) для горных машин Структура и алгоритмы управления регулируемым асинхронным электроприводом с обеспечением максимального быстродействия по контуру тока (момента) для горных машин Структура и алгоритмы управления регулируемым асинхронным электроприводом с обеспечением максимального быстродействия по контуру тока (момента) для горных машин
>

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

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Горбик Владислав Сергеевич. Структура и алгоритмы управления регулируемым асинхронным электроприводом с обеспечением максимального быстродействия по контуру тока (момента) для горных машин: диссертация ... кандидата технических наук: 05.09.03 / Горбик Владислав Сергеевич;[Место защиты: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный""], 2014.- 116 с.

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1 Структура и алгоритмы управления электроприводом главных механизмов горных машин 10

1.1 Современное состояние регулируемого электропривода механизмов горных машин 10

1.2 Современное состояние бесконтактного асинхронного электропривода горных машин 15

1.3 Выводы к главе 1 20

ГЛАВА 2 Математическое описание элементов асинхронного электропривода для математического моделирования 21

2.1 Особенности моделирования и анализа структуры асинхронного электропривода 21

2.2 Математическое описание двухуровнего автономного инвертора напряжения 23

2.3 Математическое описание асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 25

2.4 Высокодинамичные алгоритмы управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором 29

2.4.1 Алгоритм векторного управления 29

2.4.2 Алгоритм прямого управление моментом 33

2.5 Системы автоматического управления автономным инвертором напряжения 42

2.5.1 Широтно – импульсная модуляция 42

2.5.2 Пространственно-векторная модуляция 46

2.6 Выводы к главе 2 51

ГЛАВА 3 Теоретические и экспериментальные иссследования частотно-регулируемого асинхронного электропривода с разрывными алгоритмами управления 52

3.1 Описание лабораторной установки 52

3.2 Описание проведения измерений и получения осциллограмм токов в различных режимах 58

3.3 Описание математической модели асинхронного привода с 60

DTC алгоритмом управления 60

3.4 Адекватность математической модели реальному объекту 64

3.5 Выводы к главе 3 72

ГЛАВА 4 Исследование асинхронного электропривода с высокодинамичными алгоритмами управления 73

4.1 Выбор объекта регулирования 73

4.2 Математическая модель асинхронного электропривода с векторным алгоритмом управления с ШИМ 75

4.3 Математическая модель асинхронного электропривода с DTC алгоритмом управления с переменной частотой переключения ключей инвертора 78

4.5 Сравнение высокодинамичных алгоритмов управления по результатам моделирования 82

4.6 Выводы к главе 4 86

ГЛАВА 5 Использование электропривода с DTC алгоритмом управления в составе горной машины 87

5.1 Описание объекта регулирования 87

5.2 Исходные данные для построения математической модели механизма подъема 89

5.3 Математическая модель механизма подъема экскаватора 93

5.4 Выводы к главе 5 102

Заключение 103

Список литературы 104

Введение к работе

Актуальность работы. На сегодняшний день, на горных машинах преимущественно установлены системы электроприводов постоянного тока (генератор-двигатель (Г-Д), тиристорный преобразователь – двигатель (ТП-Д), транзисторный преобразователь-двигатель (ТрП-Д)), которые не отвечают современным требованиям по быстродействию, надежности, энергопотреблению, предъявляемым к механизмам горных машин. Основными недостатками систем электроприводов постоянного тока являются: наличие щеточно-коллекторного узла, большие габариты и масса двигателей постоянного тока по сравнению с двигателями переменного тока соответствующей мощности.

Характерным для технологического процесса горных машин являются ударные нагрузки и систематические «стопорения» рабочего органа и связных с ним элементов механизма. При «стопорениях» запасенная во всех поступательно и вращательно движущихся частях кинетическая энергия переходит в потенциальную энергию упругих деформаций элементов механизма, что ведет к выходу из строя механизма, перегреву и снижению срока службы электрических двигателей. Поэтому к системам электроприводов механизмов горных машин предъявляются жесткие требования по обеспечению статических и динамических характеристик.

Системы электроприводов переменного тока с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором лишены недостатков, присущих системам электроприводов постоянного тока. Требования по быстродействию приводят к внедрению релейно-импульсных систем с алгоритмом прямого управления моментом (DTC алгоритм). DTC алгоритм основан на таблице переключений, входными сигналами которой являются выходные сигналы с релейных гистерезисных регуляторов, наличие которых объясняет переменную частоту переключений ключей инвертора, что ведет к увеличению коэффициента нелинейных искажений тока, а также - к увеличению пульсаций электромагнитного момента на валу двигателя. Поэтому разработка и создание новых алгоритмов

управления для релейно-импульсных систем является актуальной задачей.

Степень разработанности

Работа базируется на результатах исследований Рудакова В.В., Емельянова А.П., Ключева В.И., Микитченко А.Я., Чаплыгина Е.Е., Шрейнера Р.Т., Герман-Галкина С.Г. Парфенова Б.М., I. Takahashi, T. Noguchi, M. Depenbrock.

Современным решением задачи обеспечения максимального
быстродействия по контуру тока (момента) для горных машин
является применение асинхронного электропривода с векторным
алгоритмом управления, существенным недостатком которого
является большой объем вычислений при прямом и обратном
преобразовании координат, наличие запаздывания в формировании
электромагнитного момента, обусловленное ограничением
быстродействия регуляторов тока. При этом, не был рассмотрен
вопрос применения релейно-импульсных систем с алгоритмами,
обеспечивающими показатели электромагнитной и

электромеханической совместимости.

Целью работы является обеспечение максимального быстродействия по контуру момента и улучшение энергетических показателей асинхронного электропривода за счет совершенствования алгоритмов управления асинхронным электроприводом.

Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих задач:

  1. Разработка математической модели регулируемого асинхронного электропривода с высокодинамичными алгоритмами управления.

  2. Экспериментальные исследования на лабораторном стенде асинхронного двигателя, управляемого преобразователем частоты с алгоритмом прямого управления моментом (DTC). Оценка адекватности математической модели реальному объекту.

  3. Теоретические и экспериментальные исследования типовых режимов работы горных механизмов на разработанной математической модели.

4. Выдача рекомендаций по проектированию систем автоматического управления (САУ) с максимальным быстродействием по контуру тока для горных механизмов.

Методы исследований. При решении поставленных задач использованы: положения теории систем управления электроприводов, методы компьютерного моделирования.

Экспериментальные данные получены в лаборатории кафедры «электротехники, электроэнергетики, электромеханики» Горного университета.

Научная новизна:

  1. Показано что релейно-импульсные системы обеспечивают максимальное быстродействие по контуру тока (момента), требуемое для обеспечения высокопроизводительной работы и ограничения нагрузок механического и электрического оборудования главных механизмов горных машин;

  2. Разработана усовершенствованная математическая модель регулируемого асинхронного электропривода, позволяющая анализировать энергетические характеристики электропривода и обеспечивающая выбор алгоритма САУ с максимальным быстродействием по контуру тока (момента) и требуемые показатели качества напряжения и тока электродвигателя.

Защищаемые научные положения:

  1. Усовершенствованная математическая модель регулируемого асинхронного электропривода позволяет анализировать энергетические характеристики электропривода и осуществить выбор алгоритма САУ с максимальным быстродействием по контуру тока (момента) и обеспечением требуемых показателей качества электромагнитной и электромеханической совместимости.

  2. Релейно-импульсные системы обеспечивают максимальное быстродействие по контуру тока (момента), требуемое для обеспечения высокопроизводительной работы и ограничения нагрузок механического и электрического оборудования главных механизмов горных машин.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов, теоретических положений подтверждается математическим моделированием и экспериментальным исследованием.

Практическая значимость работы заключается в разработке:

1. Системы управления регулируемым асинхронным
электроприводом, обеспечивающей максимальное быстродействие
по контуру тока (момента) и удовлетворительные энергетические
показатели;

2. Математической модели асинхронного электропривода с
высокодинамичными алгоритмами управления.

Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований обсуждались на международном форуме-конкурсе молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт – Петербург, Горный университет, 2012 г.), IX международной научно-технической конференции «Повышение эффективности эксплуатации коллекторных электромеханических преобразователей энергии» (Омск, ОмГУПС, 2013 г.), XIX международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика» (Украина, Кременчуг, 2012 г.).

Личный вклад автора:

  1. Исследование алгоритмов управления электроприводом для механизмов горных машин с высокими динамическими характеристиками.

  2. Теоретическое и экспериментальное обоснование обеспечения максимального быстродействия при использовании релейно-импульсных регуляторов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 86 наименований, содержит 39 рисунков и 13 таблиц. Общий объем работы – 116 страниц.

Современное состояние бесконтактного асинхронного электропривода горных машин

Горные машины являются одним из главных звеньев в технологической цепи добычи полезных ископаемых. При добыче используются одноковшовые экскаваторы, роторные экскаваторы, буровые станки, ленточные конвейеры.

Главные рабочие механизмы горных машин, выполняющие функции разрушения и перемещения горных пород, оснащены регулируемым электроприводом и условно группируются по типам: лебедочные (подъем, напор, тяга и т.д.), опорно- поворотные (механизмы поворота), ходовые гусеничные, ходовые шагающие, вращение бурового става, конвейеры.

На сегодняшний день, на горных машинах преимущественно установлены системы электроприводов постоянного тока (генератор двигатель (Г-Д), тиристорный преобразователь – двигатель (ТП-Д)), которые отличаются высоким энергопотреблением (0,5-0,6 кВт ч/м3 для систем ТП-Д, 0,9-1,1 кВт ч/м3 для систем Г-Д). Постоянный рост цен на энергоносители, рост энергоемких технологий, возрастающая сложность получения электроэнергии и цена на нее определяют необходимость экономии электроэнергии. Также растут требования к качеству выполнения технологических операций, повышению надежности и производительности горных машин. В связи с этим увеличивается доля систем электроприводов переменного тока с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором (АДКЗР). Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет ряд преимуществ по сравнению с двигателями постоянного тока: простота конструкции, меньшие габариты и масса, повышенная надежность, отсутствие щеточно-коллекторного узла. [38] В горной промышленности существует ряд механизмов, к электроприводам которых предъявляются высокие требования по статическим и, особенно, динамическим характеристикам. Примерами таких механизмов являются: буровые станки, главные механизмы экскаваторов, автосамосвалы. Для этих механизмов характерны следующие условия работы: - циклический характер работы в напряженном повторно кратковременном режиме с частыми пусками, реверсами и торможениями; -механизмы являются многомассовыми с упругими кинематическими связями (канаты обладают наименьшей жесткостью); управляющие или возмущающие воздействия вызывают слабо затухающие колебания упруго связанных масс; -широкий диапазон изменения и существенная несимметрия статических нагрузок относительно направления движения, обусловленные активным моментом нагрузки, взаимовлиянием приводов и случайным характером нагружения; - наличие в рабочем цикле продолжительных этапов «удержания», в течение которых привод должен работать со скоростью, близкой к нулю, развивая на валу значительный момент; - систематические «стопорения», которые в рабочем процессе носят случайный характер и которыми завершается процесс практически в каждом цикле; - значительный приведенный к валу двигателя момент инерции вращающихся частей горной машины, в 5-10 (иногда более) раз превышающий суммарный момент инерции двигателей; механизм работает преимущественно в переходных режимах; - существенные изменения суммарного момента инерции. [38,86]

На сегодняшний день, на многих предприятиях идет техническое перевооружение. Техника изношена на 70% и более, электротехнические системы горных машин не отвечают современным требованиям надежности, энергосбережения, производительности. Наблюдается тенденция к увеличению единичной производительности горных машин за счет увеличения массогабаритных показателей, предприятия заказывают экскаваторы с большими объемами ковшей, автосамосвалы с предельной грузоподъемностью. [38]

Системы электроприводов постоянного тока являются устаревшими и требуют замены. Система генератор - двигатель (система Г-Д) - классический экскаваторный привод постоянного тока. Возбудитель генератора может быть выполнен как на полупроводниковых коммутаторах, так и на магнитных усилителях. Система ТП-Д - экскаваторный привод постоянного тока тиристорный преобразователь-двигатель. Система ТрП-Д - экскаваторный привод по система транзисторный преобразователь - двигатель постоянного тока. Главными недостатками систем электроприводов постоянного тока являются: наличие щеточно-коллекторного узла, большие габариты и масса двигателей постоянного тока по сравнению с асинхронными двигателями сопоставимой мощности, высоким энергопотреблением. [38,86]

Характерным для технологического процесса таких машин как карьерные экскаваторы, буровые станки, очистные и проходческие комбайны является режим «стопорения», когда рабочий орган горной машины сталкивается с непреодолимым препятствием. Результатом столкновения является полная остановка рабочего органа и связанных с ним узлов и деталей механизма, в том числе и электрических двигателей. Запасенная во всех поступательно и вращательно движущихся частях кинетическая энергия при быстрой остановке переходит в основном в потенциальную энергию упругих деформаций элементов механизма. Со стороны электропривода режим «стопорения» влечет к мгновенному увеличению развиваемого движущего момента, что создает дополнительные нагрузки в элементах механизма и рабочем оборудовании, и, как следствие, могут возникать поломки механизма и выход из строя электрических двигателей. Например, при «стопорении» ковша экскаватора в подъемном канате развивается критическое усилие [35]: где - критическое усилие, развиваемое в подъемном канате, – максимальное усилие в подъемном канате. При этом может наблюдаться выход из строя подъемного механизма экскаватора. Основным требованием к системе управления электроприводами механизмов горных машин для ограничения критических усилий является обеспечение максимального быстродействия по контуру момента.

Ведущие производители горной техники давно и успешно применяют асинхронный привод для своих разработок. Так, например, американская фирма «Bucyrus», входящая в состав корпорации «Caterpillar», применяет асинхронные приводы для всей производственной линейки экскаваторов. Ее конкурент – компания «P&H» применяет асинхронный привод на самом большом своем экскаваторе «4100C BOSS Shovel». Китайский производитель экскаваторной техники TYHI для своих приводов использует общепромышленные системы электроприводов «Simovert». [86]

Математическое описание асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

В основе векторного управления лежит оперирование с обобщающими векторами и их проекциями на ортогональные оси. Асинхронный двигатель представляет собой многоканальный объект с перекрестными связями [20]. Использование обобщающих векторов позволяет упростить систему уравнений асинхронного двигателя и производить вычисления с их проекциями как со скалярными величинами. Векторные системы управления в своем составе содержат тригонометрические и фазовые преобразователи.

Тригонометрические преобразователи служат для преобразования проекций обобщающих векторов из одной системы координат в другую систему координат. Как правило, одна система координат неподвижная и связана со статором, другая система координат вращается синхронно с выбранным опорным вектором. Фазовые преобразователи преобразуют трехфазную систему токов и напряжений в двухфазную систему, а также осуществляют обратное преобразование. Для проекций обобщающего вектора тока статора 1и преобразование из неподвижной системы координат - во вращающуюся систему координат 1-2 осуществляется по формулам (2.4.1.1) [61]:

Преобразование проекций из вращающихся системы координат 1-2 в неподвижную систему координат - производится по формулам: Для напряжений и токов статора при включении двигателя в “звезду” переход от трехфазной системы к двухфазной системе и обратно производится по формулам:

Для упрощения математических операций вращающуюся систему координат ориентируют по вектору потокосцепления ротора. В этом случае функциональная схема электропривода имеет наименьшее число перекрестных связей, что позволяет наиболее просто осуществлять регулирование скорости при стабилизации потокосцепления ротора. Уравнения короткозамкнутого асинхронного электродвигателя в системе координат, вращающейся со скоростью вектора потокосцепления ротора, имеют вид: UA= L[+Kr -ItlL[%+RJAt

Использование представленных уравнений позволяет раздельно управлять потокосцеплением и электромагнитным моментом двигателя в каналах регулирования. [61]

Каждый из каналов регулирования строится по принципу подчиненного регулирования. В зависимости от требований к системе регулирования, структура канала регулирования может быть различной. Для систем электропривода с невысокими требованиями к динамическим режимам, каналы регулирования представляют собой одноконтурные схемы. В системах электропривода с высокими предъявляемыми требованиями - каналы регулирования строятся двухконтурными. [61]

Канал регулирования потокосцепления ротора двигателя содержит внутренний контур регулирования составляющей тока статора isl с ПИ-регулятором «регулятор тока 1» и внешний контур регулирования модуля потокосцепления xrm с ПИ-регулятором «регулятор потока». На входе «регулятора потока» действует постоянное задание.

Канал регулирования электромагнитного момента асинхронного двигателя содержит контур регулирования составляющей тока статора is2 с ПИ-регулятором «регулятор тока 2» и контур регулирования скорости а с ПИ-регулятором «регулятор скорости», на входе которого включен задатчик интенсивности (рисунок 2.4.1.1). [61] Рисунок 2.4.1.1 - Структурная схема электропривода с векторным управлением 2.4.2 Алгоритм прямого управление моментом

Метод прямого управления моментом и потоком статора (Direct Torque Control или сокращенно DTC) впервые был предложен Takahashi и Noguchi в 1985г. Ведущим производителем комплектных частотно-управляемых электроприводов, в которых практически реализован алгоритм управления DTC, является фирма АВВ. По информации фирмы-изготовителя эти системы отрабатывают стопроцентный скачок задания момента за 1-2 мс, обеспечивают регулирование момента при низких частотах вращения, включая и нулевую, а также обеспечивают точность поддержания скорости на уровне 10% скольжения АД без использования датчика скорости и 0,01% - с использованием датчика скорости. [35,36,37]

Описание проведения измерений и получения осциллограмм токов в различных режимах

Для получения необходимых кривых тока, была проведена предварительная настройка преобразователей частоты. В преобразователе частоты ABB ACS 600 были установлены параметры двигателя, был выбран DTC алгоритм управления двигателем, задано время разгона до номинальной скорости 0,4 с, время торможения с номинальной скорости до 0 – 0,5 с. В преобразователе частоты Siemens SIMOREG DC были установлены параметры двигателя 4ПБ100S2, установлено задание поддержания момента на валу двигателя 30% от номинального. Далее, осуществлялся одновременный пуск преобразователей частоты ABB и Siemens, установившийся режим, задание на торможение асинхронного двигателя и одновременное выключение преобразователей. Повторное снятие осциллограмм тока статора проводилось через 10 минут согласно руководству по эксплуатации преобразователей частоты.

На рисунке 3.1.4 показан осциллограф с осциллограммой тока статора в момент пуска двигателей. На рисунке 3.2.1 показана панель управления преобразователем частоты ABB ACS 600 перед пуском(а) и в установившемся режиме (б).

В результате проведения экспериментальных исследований, были получены осциллограммы тока статора, представленных в приложении А на рисунках А.1 – А.6. 3.3 Описание математической модели асинхронного привода с DTC алгоритмом управления

Общая схема модели привода представлена на рисунке 3.3.1. Схема модели системы управления представлена на рисунке 3.3.2. В схемах использованы стандартные блоки программы Matlab/Simulink.

Регулятор скорости построен на основе ПИ - регулятора. Функциональная схема регулятора скорости показана на рисунке 3.3.3, соответствующая ему реализованная модель - на рисунке 3.3.4. Рисунок 3.3.4 - Модель регулятора скорости в программе Matlab

Блок DTC представленный на рисунке 3.3.5 состоит из 5 основных блоков:

Блок вычисления крутящего момента и потока (Т, Fs) используется для оценки потока двигателя в осях - и электромагнитного момента. Вычисления получаются путем решения дифференциальных уравнений, описывающих процессы в АД;

Блок «- vector» используется, чтобы найти сектор - плоскости, в которой лежит вектор потока. Плоскость с координатными осями - разделена на шесть различных секторов, разнесенных на 60 градусов;

Блоки регуляторов электромагнитного момента и потокосцепления содержат гистерезисные компараторы - двухуровневый для контроля потока и трехуровневый - для электромагнитного момента;

Блок таблицы коммутации содержит две таблицы , которые выбирают результирующий вектор напряжения в соответствии с выходными сигналами компараторов потока и электромагнитного момента. Этот блок также производит начальный поток в машине;

Блок управления переключениями используется для ограничения частоты коммутации инвертора до максимального значения; Рисунок 3.3.5 - Блок DTC

Блок сброса энергии содержит конденсатор, подключенный к шине постоянного тока и транзистор, срабатывающий при динамическом торможении и подключающий тормозной резистор, который используется для поглощения энергии. 3.4 Адекватность математической модели реальному объекту

Для оценки адекватности математической модели, проведем моделирование режимов, аналогичных экспериментальным, с параметрами двигателя АИР72В4У3, представленными в таблице 3.4.1.

При моделировании были заданы следующие параметры: время разгона двигателя – 0,4 с; время торможения – 0,5 с; время работы в установившемся режиме – 1,35 с. Время работы в установившемся режиме было выбрано меньше, чем при экспериментальном исследовании ввиду большого количества вычислений и связанное с этим длительное время расчетов полного процесса.

В результате моделирования были получены кривые тока статора. На рисунке 3.4.1 представлена кривая тока статора фазы А двигателя.

В третьей главе представлено теоретическое и экспериментальное исследование асинхронного электропривода с алгоритмом прямого управления моментом. Основные выводы к главе заключаются в следующем:

1. Выполнено подробное описание лабораторной установки для исследования асинхронного электропривода

2. Представлено описание проведения эксперимента по получению осциллограмм тока статора асинхронного двигателя, полученные осциллограммы представлены в приложении А на рисунках А.1-А.6.

3. Выполнено математическое моделирование в программе Matlab/Simulink асинхронного электропривода с параметрами исполнительного двигателя лабораторной установки для режимов: пуск, установившийся режим, торможение.

Установлено, что полученные осциллограммы в результате математического моделирования отражают поведение реального объекта. Сравнение осциллограмм выполнено по критерию Фишера и доказана адекватность математической модели реальному объекту. Сделан вывод о возможности применения разработанной математической модели для исследования типовых режимов работы горных механизмов.

Математическая модель асинхронного электропривода с векторным алгоритмом управления с ШИМ

Для моделирования привода с системой прямого управления моментом, были использованы данные полученные ранее.

При разработке модели формирования управляющего воздействия для системы управления электроприводом подъема было сделано допущение, что управляющие воздействия изменяются во времени в строгом соответствии с типовой нагрузочной диаграммой электропривода механизма подъема. Расчетная нагрузочная и скоростная диаграммы электропривода механизма подъема экскаватора ЭКГ-5А, соответствующие расчетному циклу экскавации, приведены на рисунке 5.3.7.

В приложении Б на рисунке Б.1 представлены кривые изменения частоты вращения двигателя механизма подъема, электромагнитный момент, развиваемый двигателем, амплитудные значения токf статора электродвигателя.

В пятой главе диссертации рассмотрены общие принципы моделирования кинематических особенностей и движения механизмов горных машин на примере механизма подъема карьерного экскаватора. Выводы к пятой главе заключаются в следующем:

1. Рассмотрено и выполнено математическое моделирование движения механизма подъема карьерного экскаватора, реализующего нагрузочную характеристику подъема экскаватора ЭКГ – 5А;

2. Выполнено исследование асинхронного электропривода с алгоритмом прямого управления моментом с пространственно-векторной широтно-импульсной модуляцией для механизма подъема. Полученные переходные процессы доказывают, что система управления с DTC с ПВМ обеспечивает быстродействующее, прямое управление вращающим моментом и поддержание потокосцепления статора на заданном уровне в асинхронных машинах. Коэффициент нелинейных искажений тока статора не превышает значения 4%. Единственным настраиваемым регулятором является регулятор скорости. Настройка релейных регуляторов заключается в установке желаемой частоты переключения ключей инвертора.

В диссертации, представляющей собой законченную научно квалификационную работу, в которой приведены теоретические и экспериментальные положения, представляющие совокупность научно технических решений задачи обеспечения максимального быстродействия по контуру тока (момента) асинхронного электропривода. Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Обосновано применение релейно-импульсных систем, обеспечивающих максимальное быстродействие по контуру тока (момента) за счет применения гистерезисных релейных регуляторов, табличных алгоритмов.

2. Разработана математическая модель регулируемого асинхронного электропривода с высокодинамичными алгоритмами управления;

3. Выполнены экспериментальные исследования режимов работы асинхронного двигателя, управляемого преобразователем частоты с алгоритмом прямого управления моментом на лабораторном стенде, доказывающие адекватность разработанной математической модели;

4. Обосновано применение метода пространственно- векторной широтно импульсной модуляции, позволяющего снизить коэффициент нелинейных искажений тока, а также уменьшить пульсации электромагнитного момента асинхронного электропривода с алгоритмом прямого управления моментом при типовых режимах работы механизмов горных машин.

Похожие диссертации на Структура и алгоритмы управления регулируемым асинхронным электроприводом с обеспечением максимального быстродействия по контуру тока (момента) для горных машин