Введение к работе
Актуальность работы. Вентильно-индукторные электродвигатели (ВИД) относятся к новому типу двигателей, которым в последнее время уделяется повышенное внимание специалистов, главным образом, благодаря их конструктивной простоте Они имеют неодинаковое число явновыраженных полюсов на статоре и роторе, причем фазные обмотки в виде сосредоточенных катушек располагаются только на полюсах статора, а ротор выполняется пассивным Из широко известных типов электродвигателей наиболее близким к ВИД по конструкции и структуре управления являются шаговые двигатели (ШД) Различия между ними обусловлены тем, что в ШД, как правило, стремятся к получению высокой точности отработки заданных перемещений, а для ВИД наиболее важными являются энергетические показатели Поэтому структуры и алгоритмы управления ШД а также другими двигателями, оказываются мало пригодными для ВИД
В настоящее время ВИД рассматриваются, как альтернатива широко применяемым в промышленности частотно-регулируемым асинхронным двигателям, прежде всего, в массовых регулируемых электроприводах таких установок, как конвейеры, вентиляторы, насосы и т п При этом ВИД значительно превосходят своего конкурента по простоте конструкции, технологичности, надежности и ремонтопригодности, низкой стоимости, функциональной гибкости и более высоким массогабаритным и энергетическим показателям Активные работы по исследованию ВИД и систем управления ими ведутся в таких промышленно развитых странах, как Германия, Великобритания, Швеция, Италия, США, Австралия, Япония
В силу характерных для ВИД нелинейностей и дискретности в управлении реально реализовать все их достоинства стало возможным только в последние годы благодаря успехам силовой и информационной электроники. Для ВИД характерно наличие двух независимых каналов управления - традиционного для большинства электрических машин канала за счет изменения амплитуды прикладываемого к фазам напряжения (амплитудного) и специфического - за счет изменения положений ротора в момент подключения и отключения фаз (аналогичного фазовому управлению) При этом, несмотря на то, что фазовое управление в той или иной мере используется в традиционных бесконтактных электрических двигателях, в частности, в бесконтактных двигателях постоянного тока (БДПТ), двухфазных исполнительных асинхронных двигателях, в ШД и т.п, специфичность ВИД исключает использование в них готовых технических решений
В известных публикациях, касающихся регулирования положений коммутации фаз ВИД, в основном, затрагиваются проблемы принципиальной возможности формирования тех или иных режимов работы ВИД в зоне высоких скоростей, но не раскрывается функциональная и алгоритмическая реализация необходимого для этого регулятора Практически нет работ, касающихся оценки эффективности регулирования положений коммутации ВИД и построения соответствующего регулятора в зоне низких скоростей Обычно в этой зоне предполагается лишь амплитудное управление при фиксированных усредненных положениях включения и отключения фаз Это снижает энергетические и регулировочные показатели ВИД Во многом это объясняется сложностью аналитического исследования этих явлений, а известные компьютерные модели ВИД либо достаточно
грубы и не позволяют получать приемлемые оценки, либо чрезвычайно громоздки. В этих условиях наиболее эффективным средством разработки и исследования элементов систем управления ВИД является имитационное моделирование
Таким образом, тема, связанная с разработкой принципов построения и алгоритмов работы наиболее специфичного и недостаточно изученного элемента системы управления ВИД - регулятора положений коммутации фаз - на базе современных компьютерных технологий, является весьма актуальной
Цель работы - Разработка регулятора положений коммутации фаз (РПК), как дополнительного функционально законченного элемента системы автоматического управления вентильно-индукторными двигателями для улучшения их регулировочных и энергетических показателей
Для достижения этой цели решены следующие задачи
определены функции и структура РІЖ в типовых режимах работы двигателя,
построена имитационная модель, наиболее полно отражающая особенности ВИД и приспособленная для решения задач синтеза структур и алгоритмов управления,
О разработаны алгоритмы работы РПК и доказана их эффективность в типовых режимах работы ВИД,
определено влияние временной дискретизации сигналов управления на ра
боту регулятора РПК при его программной реализации
Методы исследования. При решении поставленных в диссертационной работе задач использованы базовые положения теории автоматического регулирования, электрических машин, теоретические и практические аспекты компьютерного моделирования сложных динамических систем
Предложенные в диссертационной работе выводы основаны на проводимых автором в течение трех последних лет теоретических и экспериментальных исследованиях ВИД, элементов и структур его управления Основная часть экспериментальных исследований выполнена на аппаратуре и образцах ВИД кафедры автоматизированного электропривода МЭИ
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается сопоставлением теоретических и экспериментальных результатов
Новые научные положения, выносимые на защиту:
Результаты исследования работы ВИД, подтверждающие целесообразность автоматического регулирования положений коммутации фаз при изменении его скорости и нагрузки
Принципы построения РПК, как функционально законченного элемента системы управления ВИД
3. Алгоритмы работы РПК, обеспечивающие максимальное использование энергетических и регулировочных возможностей ВИД в широком диапазоне изменения скорости и нагрузки
Результаты исследования работы РПК, в том числе с учетом влияния временной дискретизации сигналов управления
Рекомендации по выбору максимально допустимой величины временной задержки сигналов управления при программной реализации РПК
Практическая значимость работы. Разработан регулятор, обеспечивающий повышение энергетических и регулировочных возможностей ВИД, а также создана имитационная модель ВИД, наиболее полно учитывающая его характерные особенности и приспособленная для решения многих задач синтеза структур и алгоритмов управления двигателем
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и неоднократно обсуждались на заседаниях кафедры электротехники и промышленной электроники МГТУ им Н Э Баумана в 2005-2008 гт Результаты работы также были доложены и обсуждены на следующих научных конференциях
Международная конференция «Образование через науку», посвященная
175-летию МГТУ им НЭ Баумана, М МГТУ, 2004 г
О Научно-методическая конференция «Современные естественно-научные и гуманитарные проблемы», посвященная 40-летию НУК ФН, М МГТУ, 2004 г
XI международная открытая научная конференция «Современные проблемы информатизации в прикладных задачах», Россия, Воронеж 2006 г
XII международная открытая научная конференция «Современные проблемы информатизации в проектировании и телекоммуникациях», Россия, Воронеж 2007 г
Реализация и внедрение результатов. Материалы диссертации использованы филиалом №9 «Северо-западный» ОАО «МОЭК» при разработке регулируемых электроприводов нового поколения циркуляционных насосов в системах горячего водоснабжения населения
Публикации. Тема и содержание диссертации отражены в 7 научных работах, из них в журналах по списку ВАК - 2
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы Работа изложена на 156 страницах основного текста, содержит 102 рисунка Список литературы включает 73 наименования
