Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Развитие теории и разработка усовершенствованных электроприводов на основе системы тиристорный преобразователь напряжения — асинхронный двигатель

Диссертация: Развитие теории и разработка усовершенствованных электроприводов на основе системы тиристорный преобразователь напряжения — асинхронный двигатель
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Практическая ценность выполненной работы заключается в возможности использования полученных результатов при проектировании технологических асинхронных электроприводов с тиристорными преобразователями напряжения. При этом имеется возможность реализации режима энергосбережения, что позволяет существенно повысить конкурентоспособность данных систем. Кроме того, реализация систем с синхронизацией… Читать ещё >

Содержание

  • 1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
    • 1. 1. Основные направления разработок систем ТПН-АД
    • 1. 2. Системы плавного пуска
    • 1. 3. Энергосбережение в системах ТПН-АД
    • 1. 4. Современные способы вычисления скорости двигателя
    • 1. 5. САР с оценкой скорости по полному сопротивлению двигателя
    • 1. 6. Постановка задачи исследования
  • 2. РАЗРАБОТКА УТОЧНЕННОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ТПН-АД
    • 2. 1. Постановка задачи. Общие положения
    • 2. 2. Разработка модели ТПН с учетом влияния угла нагрузки
    • 2. 3. Разработка модели ТПН с учетом влияния ЭДС нагрузки
    • 2. 4. Уточненная модель системы ТПН-АД
    • 2. 5. Эффект смещения первой гармоники напряжения
    • 2. 6. Сравнение динамических свойств систем ТПН-АД с различными типами синхронизации
    • 2. 7. Разработка динамической модели системы СЕТЬ-ТПН-АД

Развитие теории и разработка усовершенствованных электроприводов на основе системы тиристорный преобразователь напряжения — асинхронный двигатель (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В области массовых асинхронных электроприводов основной тенденцией в последние годы стал переход от нерегулируемых приводов к системам, оснащенным преобразователями частоты и преобразователями напряжения [1, 14,30,51,62,68]. Причина этой тенденции состоит, прежде всего, в необходимости внедрения ресурсосберегающих и энергосберегающих технологий. Безусловно более дорогие, по сравнению с нерегулируемым приводом, данные системы электроприводов очень быстро окупают себя, позволяя сократить затраты на электроэнергию и продлить срок службы оборудования. Оснащение подобных электроприводов микропроцессорными системами управления позволяет легко состыковывать их с системами автоматизации различных уровней, решать задачи контроля и диагностики.

В технический язык входит термин «объектно-ориентированный электропривод». Его основным признаком является интеграция системы управления приводом с системой технологической автоматики. В этом случае система управления ориентирована на реализацию конкретного технологического процесса с обеспечением контроля и упреждающей диагностики. Очевидно, что подобная задача может быть решена только микропроцессорной системой. Одним из вариантов технологического электропривода стал мехатронный модуль движения.

Разработка тиристорных преобразователей напряжения (ТПН), предназначенных для работы с асинхронными двигателями является одним из весьма важных направлений развития современного асинхронного технологического электропривода. Доказательством того служит, прежде всего, тот факт, что в каталогах практически всех крупных мировых производителей систем электроприводов присутствуют системы Soft-Start на основе ТПН. Подобные разработки активно ведутся и российскими предприятиями, в том числе и с участием кафедры ЭАПУ Уральского государственного технического.

VHWRPrtrwrPTP j———А————-5.

Необходимо отметить, что одним из вариантов решения задачи энергосбережения для асинхронных электроприводов, не требующих регулирования скорости, является система ТПН-АД [12,13,46]. Особенно важно решение данной задачи для технологических электроприводов массового применения.

Целью данной работы является исследование динамических и энергетических свойств систем ТПН-АД, не регулирования скорости при решении технологической задачи и разработка принципов построения технологических электроприводов на основе систем ТПН-АД с реализацией энергосберегающих режимов.

Теоретические исследования выполнены с привлечением современной математической теории электрических машин переменного тока, классической и современной теории линейных систем. Результаты теоретических исследований проверены методами математического моделирования и натурными экспериментами.

При исследовании динамических свойств системы ТПН-АД был разработан пакет моделирующих программ, написанных на языке PASCAL и MATLAB. Также была привлечена моделирующая среда SIMULINK. При создании опытных образцов системы ТПН-АД были разработаны управляющие программы, предназначенные для контроллера электропривода на базе клонов процессора Intel8051. В качестве языка программирования был использован язык PLM51.

В ходе работы получены следующие новые научные результаты:

1. Разработана линеаризованная модель силовой системы ТПН-АД, учитывающая наличие внутренних обратных связей по углу нагрузки и противоЭДС двигателя.

2. Разработана линеаризованная модель системы СИФУ-ТПН-АД для случаев с синхронизацией по напряжению сети и по току статора АД.

3. Предложена структура САР замкнутой по углу нагрузки с интегральным регулятором (линейный и нелинейный вариант) для реализации 6 энергосберегающего режима. Исследованы динамические свойства замкнутой по углу нагрузки системы.

4. Исследован баланс мощностей в системе ТПН-АД. Показано, что ТПН увеличивает потребление системой реактивной мощности при работе на пониженном напряжении по сравнению с АД без преобразователя.

5. Предложены структуры технологического электропривода на основе системы ТПН-АД.

Работа является частью комплексных исследований, проводимых кафедрой «Электропривод и автоматизация промышленных установок» Уральского государственного технического университета.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Теоретические результаты: математические модели силовой части асинхронного электропривода с тиристорным преобразователем напряжения совместно с системой управления преобразователем, учитывающие внутренние обратные связиструктура замкнутой по углу нагрузки системы автоматического регулированияоценка баланса реактивной мощности в системе ТПН-АД.

2. Практические результаты: алгоритмы регулирования угла нагрузки асинхронного электропривода с тиристорным преобразователемрекомендации по созданию технологических электроприводов на основе системы ТПН-АД.

Практическая ценность выполненной работы заключается в возможности использования полученных результатов при проектировании технологических асинхронных электроприводов с тиристорными преобразователями напряжения. При этом имеется возможность реализации режима энергосбережения, что позволяет существенно повысить конкурентоспособность данных систем. Кроме того, реализация систем с синхронизацией по току позволит проектировать системы ТПН-АД на достаточно большую мощность.

Основные результаты работы доложены и обсуждены на 11 -ой международной конференции «Электроприводы переменного тока с 7 полупроводниковыми преобразователями» (Россия, Екатеринбург, 1998 г.) — семинарах выставок «Энергосбережение. Городское хозяйство» (Россия, Екатеринбург, 1999, 2000 гг.) — 2-ой межвузовской отраслевой научно-технической конференции (Россия, Новоуральск, 1999 г.), а также опубликованы в журнале Электротехника (№ 8 1998 г.- № 1 2000 г.) — сборнике тезисов докладов международной электронной научно-технической конференции (Россия, Вологда, 1999 г.) — 3-ем международном симпозиуме по электромеханическим системам (Греция, Патрас, 1999 г.) — международной научно-технической конференции SPEED AM' 2000 (Италия, Искья 2000).

По материалам диссертации опубликовано четырнадцать печатных работ.

Основные результаты работы, включающие в себя методики анализа и проектирования систем плавного пуска с режимом энергосбережения, структуры технологических электроприводов на основе систем ТПН-АД приняты к использованию в практике проектирования указанных систем в хх.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложений и содержит 204 страниц, 129 рисунков, 2 таблиц, списка использованных источников из 101 наименования.

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Разработана уточненная линеаризованная разложением в ряд Тейлора математическая модель силовой части системы ТПН-АД, позволяющая учесть внутренние обратные связи по углу нагрузки и противоЭДС асинхронной машины.

2. Разработана линеаризованная модель полной системы СИФУ-ТПН-АД с различными типами синхронизации (по напряжению сети и по току статора). Также в модели учтено влияние питающей сети.

3. Исследованы динамические свойства линеаризованной модели системы ТПН-АД. Результаты подтверждены процессами в полной модели системы с учетом идеальных вентилей. Описаны эффект смещения первой гармоники напряжения статора и эффект автоколебаний системы с асинхронными машинами общепромышленной серии в области подсинхронных скоростей. Проведен анализ совместной работы системы ТПН-АД с соседними устройствами.

4. Показано, что возникновение автоколебательного режима связано с наличием внутренних обратных связей в системе, наличие которых приводит к возникновению областей неустойчивости в зоне подсинхронных скоростей. Наличие автоколебаний делает практически невозможным работу системы на пожженном напряжении в рабочей зоне. Синхронизация системы по току статора позволяет исключить автоколебательный режим за счет введения стабилизирующих обратных связей.

5. Предложена структура бездатчиковой системы регулирования скорости АД на основе регулирования угла нагрузки, предназначенная для обеспечения энергосберегающего режима. Разработана линеаризованная модель системы как объекта управления с выходом по углу нагрузки.

6. Исследованы динамические свойства линеаризованной системы ТПН-АД как объекта управления. Результаты подтверждены процессами в полной модели системы с учетом идеальных вентилей.

7. Сформулированы условия работы системы в режиме энергосбережения. Разработана структура системы регулирования угла нагрузки для реализации энергосберегающего режима.

8. Показана необходимость линеаризации ТПН, в простейшем случае, по статической характеристике, поскольку статический коэффициент передачи преобразователя существенно изменяется в зависимости от сигнала управления.

9. Исследованы динамические свойства замкнутой по углу нагрузки системы ТПН-АД. Показано, что применение регулятора с переменной структурой позволяет в среднем на 25% уменьшить время переходных процессов в системе.

Ю.Отмечено, что в силу энергетических и динамических свойств системы ТПН-АД применение замкнутых по углу нагрузки систем энергосбережения целесообразно для двигателей малой и средней мощности.

11 .Проведен анализ электромагнитной совместимости системы ТПН-АД с питающей сетью. Исследован баланс реактивной мощности в системе ТПН-АД, спектральный состав входных напряжений и токов преобразователя в зависимости от мощности сети, а также энергетические характеристики системы в пусковых режимах. Показано, что с точки зрения минимизации пусковых потерь время нарастания напряжения должно составлять 0.2 — 0.5 с.

12.Показано, что ТПН увеличивает потребление реактивной мощности системой за счет эффекта смещения первой гармоники напряжения статора относительно напряжения сети.

13.Проведен анализ различных структур ООЭ. Разработана структура технологического электропривода на основе системы ТПН-АД, предназначенная для решения задач технологического управления станком-качалкой. Разработана общая аппаратная конфигурация системы и общая.

186 структура программного обеспечения. Даны рекомендации для разработчиков ПО систем с технологическими электроприводами.

14. Предложенная методика анализа и проектирования ООЭ с системами ТПН-АД принята к использованию в «Промавтоматика» .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Автоматизированный электропривод / Под общ. ред. Н. Ф. Ильинского, М. Г. Юнькова. М.: Энергоатомиздат, 1986. 448с.
  2. Адаптивное оценивание скорости вращения асинхронного электродвигателя / Ю. А. Борцов и др. // Электроприводы переменного тока с полупроводниковыми преобразователями: Тезисы докладов к 9-й Научно-технической конференции. Екатеринбург: У ПИ, 1992. С. 28.
  3. В.А., Горнов А. О., Москаленко В. В. Реализация регулируемого асинхронного электропривода на базе гибридных регуляторов напряжения. // Электроприводы переменного тока: Труды 11-й Научно-технической конференции. Екатеринбург: УГТУ, 1998. С. 121.
  4. Н.П., Курнышев Б. С., Лебедев С. К. Применение идентификаторов состояния в асинхронном электроприводе. // Автоматизированный электропривод / Под общ. ред. Н. Ф. Ильинского, М. Г. Юнькова М: Энергоатомиздат, 1990. С. 359−361.
  5. Асинхронный регулируемый электропривод станка-качалки. Браславский И. Я., Буйначев С. К., Зюзев A.M. и др. // Электропривод переменного тока: Доклады десятой научно-технической конференции. Екатерибург: УГТУ, 1995. С. 168−172.
  6. В.А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М.:Наука, 1972. 768 с.
  7. И.Я. Возможности энергосбережения при использовании регулируемых асинхронных электроприводов // Электроприводы переменного тока: Труды 11-й Научно-технической конференции. Екатеринбург: УГТУ, 1998. С. 102−107.
  8. И.Я. О возможностях энергосбережения при использовании регулируемых асинхронных электроприводов // Электротехника. 1998. № 8. С. 2−5.
  9. М.Браславский И. Я. Обобщение теории, разработка и внедрение полупроводниковых асинхронных электроприводов с параметрическим управлением: Дис. докт. техн. наук. М.: МЭИ. 1985. 484с.
  10. И.Я., Зюзев A.M. Исследование частотных характеристик асинхронных трехфазных двигателей при различных способах управления // Изв. вузов. Электромеханика. 1982. № 3. С. 268−278.
  11. И.Я., Зюзев A.M. Опыт внедрения тиристорных асинхронных электроприводов с фазовым управлением Свердловск: ЦНТИ, 1981. 36с. (Автоматизированный электропривод. Вып. 2).
  12. И.Я., Зюзев A.M. Рациональные тиристорные схемы динамического торможения для асинхронных двигателей // Электротехническая промышленность. Сер. Электропривод. 1976. № 1 С. 15−16.
  13. И.Я., Зюзев A.M., Кокшаров Л. П. Линеаризация САР скорости асинхронного электропривода с тиристорным фазовым управлением // Электричество. 1981. № 12. С. 42−46.
  14. И.Я., Зюзев A.M., Костылев A.B. Баланс реактивной мощности в системе тиристорный преобразователь напряжения асинхронный двигатель. // Электротехника. 2000. № 1. С. 30 — 33.
  15. И.Я., Зюзев A.M., Костылев A.B. Синтез нейроконтроллера для системы ТПН-АД // Перспективные технологии автоматизации: Тезисы докладов Международной электронной научно-технической конференции. Вологда, 1999. С. 78- 79.
  16. И.Я., Зюзев A.M., Шилин С. И. Синтез цифровых систем управления асинхронным двигателем с тиристорным преобразователем напряжения // Научна сесия ВМЕИ «Ленин» '89': Тезисы докл. Международной конференции. София, 1989. С. 39.
  17. В.М. Сравнительный анализ асинхронных параметрически управляемых электроприводов с различными схемами силовых полупроводниковых преобразователей: Дисс. канд. техн. наук. Свердловск: УПИ, 1983. 189 с.
  18. A.M. Проектирование электроприводов: Справочник. Свердловск: Средне-Уральское кн. изд-во, 1980, 160с.
  19. Генетические алгоритмы, искусственные нейронные сети и проблемы виртуальной реальности / Вороновский Г. К., Махотило К. В., Петрашев С. Н., Сергеев С. А. Харьков: ОСНОВА, 199/. 112 с.191
  20. Р.П. Динамика асинхронных электроприводов крановых механизмов. М.: Энергоатомиздат, 1986. 270с.
  21. A.M. Разработка и исследование рациональных методов управления тиристорным динамическим торможением асинхронных двигателей. Дис. канд. техн. наук. Свердловск: УПИ, 1975. 183 с.
  22. A.M., Костылев A.B. Области рационального применения ТПН с синхронизацией по току и по напряжению сети // Энергосбережение-2000. Городское хозяйство-2000: Тезисы семинаров выставок. 16−19 мая 2000. Екатеринбург, 2000. С. 80.
  23. Н.Ф. Энергосбережение средствами электропривода // Проблемы автоматизированного электропривода: Тезисы докладов II Международной193
  24. XIII Всероссийской) научно-технической конференции. Ульяновск: УлГТУ, 1998. С. 44−46.
  25. Н.Ф., Рожанковский Ю. В., Горнов А. О. Энергосбережение в электроприводе. М.: Энергоатомиздат, 1989. 189с.
  26. Н.Ф., Рожанковский Ю. В., Горнов А. О. Энергосбережение в электроприводе. М.: Высш. шк., 1989. 147с.
  27. В.И. Теория электропривода. М.:Энергоатомиздат, 1985. 560с.
  28. В.М. Основные тенденции развития встроенных систем управления двигателями и требования к микроконтроллерам. // Chip news.1999. № 1. С. 2−10.
  29. М.П., Пиотровский JT.M. Электрические машины. В 2-х ч. 4.2. -Машины переменного тока: Учебник для студентов высш. техн. учеб. заведений. Изд 3-е перераб. JI.: Энергия, 1973. 648с.
  30. A.B. Оценка энергии пусковых процессов в системе ТПН-АД // Вестник Уральского государственного технического университета. Вып. 8. Вопросы совершенствования электротехнического оборудования и электротехнологий. Екатеринбург, 2000. С. 164−166.
  31. О. А. Энергетические показатели вентильных преобразователей. М.: Энергия, 1978. 324с.
  32. А .Я. Получение информации о координатах асинхронного двигателя посредством датчиков Холла // Электроприводы переменного тока. Труды 11-й Научно-технической конференции. Екатеринбург: УГТУ, 1998. С. 196−199.
  33. В.А., Шрейнер Р. Т., Шубенко В. А. Оптимальный по минимуму потерь закон частотного управления асинхронным двигателем. Изв. вузов. Сер. Энергетика, 1969, № 8, С. 115−118.
  34. Применение методов нейронных сетей и генетических алгоритмов в решении задач управления электроприводами / Клепиков В. Б., Сергеев С. А., Махотило К. В., Обруч К. В. // Электротехника. 1999. № 5. С. 2 5.
  35. Пути совершенствования и перспективы использования тиристорных асинхронных электроприводов с фазовым управлением / Браславский И. Я., Кутлер Н. П. и др. Электротехническая промышленность. Электропривод. 1980. № 4(84). С.11−14.
  36. Разработка уточненных динамических моделей системы ТПН-АД / Браславский И. Я., Зюзев A.M., Костылев A.B., Шилин С. И. // Научные идеи195
  37. B.А. Шубенко на рубеже веков: Материалы научно-технической конференции. Научные школы УПИ-УГТУ № 6. Екатеринбург, 1999.1. C. 22−29.
  38. Справочник по теории автоматического управления / Под ред A.A. Красовского. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. 712с.
  39. В.М. Современные способы управления и их применение в электроприводе // Проблемы автоматизированного электропривода. Тезисы докладов II Международной (XIII Всероссийской) научно-технической конференции. Ульяновск: УлГТУ, 1998. С. 8−10.
  40. Е.Ф. Исследование и разработка методов формирования переходных процессов в двухмассовой электромеханической системе с асинхронным двигателем, управляемым тиристорным преобразователем напряжения. Дис. техн. наук., Свердловск: УПИ, 1989.
  41. Д.Г. разработка и исследование асинхронного электропривода с фазовым управлением без датчика скорости на валу двигателя. Дис. техн. наук., Свердловск: УПИ, 1989. 167 с.
  42. Управляемый выпрямитель в системах автоматического управления / Донской Н. В., Иванов А. Г., Никитин В. М., Поздеев А.Д.- Под ред. А. Д. Поздеева. М.: Энергоатомиздат, 1984, 352с.196
  43. С.И. Цифровая система управления скоростью асинхронного электропривода с тиристорным преобразователем напряжения: Дис. канд. техн. наук. Екатеринбург: УГТУ, 1996.
  44. Р.Т., Дмитренко Ю. А. Оптимальное частотное управление асинхронными электроприводами. Кишинев.: Штиинца, 1982. 224 с.
  45. В.А., Браславский И. Я. Тиристорный асинхронный электропривод с фазовым управлением. М.: Энергия, 1972.
  46. Электромагнитные переходные процессы в асинхронном электроприводе / Соколов М. М., Петров Л. П., Масандилов Л. Б., Ладензон В. А. М.:Энергия, 1967. 200с.
  47. И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока. М.:Энергоатомиздат, 1982. 192 с.
  48. An Induction Motor Flux and Speed Observer: performance evaluation of several power levels / A. Damiano, M. Fracchia, M. Marchesoni, M. Mazzucchelli, P. Segarich // Proc. of Symposium SPEED AM 98. Italy. Sorrento, 1998. PP. В 1.25-B1.30.
  49. Balara D., Timko J. Estimation of Induction Motor Parametrs Using Neural Networks Principals // Proc. of 8th International Power Electronics & Motion Control Conference PEMC '98. Czech Republic. Prague, 1998. PP. 3.6−9.
  50. Barsoum N. N. Neuro-Fuzzy Control to variable Reluctance Drive System // Proc. of Symposium SPEED AM 98. Italy. Sorrento, 1998. PP. P1.37-P1.41.
  51. Electronics & Motion Control Conference PEMC '98. Czech Republic. Prague, 1998.-PP. 4.109−4.113.
  52. Brosse A., Henneberger G. A Comparison between the Kalman filter and the Luenberger observer for the sensorless control of a SRM // Proc. of Symposium SPEEDAM 98. Italy. Sorrento, 1998. PP. P1.43-P1.48.
  53. Comparative Study of Classical Estimator and Neural Estimator for Induction Machine Flux / Bellaj Mrabet N., Jelassi K., Constnant L., Dagues B. // Proc. of Symposium SPEEDAM 98 Italy. Sorrento, 1998. PP. B1.1-B1.5.
  54. Dodds S. J., Vittek J., Perryman R. Forced Dynamic control of Shaft Sensorless Induction Motor Drives // Proc. of Symposium SPEEDAM 98. Italy. Sorrento, 1998. PP. A1.9-A1.14.
  55. Dodds S., Vittek J., Seman S. Implementation of a sensorless synchronous motor drive control system with prescribed closed-loop speed dynamics // Proc. of Symposium SPEEDAM 98. Italy. Sorrento, 1998. PP. P4.5−10.
  56. Fang-Zheng Peng, Tadashi Fukao. Robust speed identification for speed-sensorless vector control of induction motors // IEEE Transaction On Industry Application. 1994. Vol. 30, No. 5, P. 124−128.
  57. Feiler Z., Kreysa K., Patocka M. Digital Signal Processor application for Vector Control of Asynchronous Motor // Proc. of Symposium SPEEDAM 98. Italy. Sorrento, 1998. PP. P3.7-P3.ll.
  58. Hew W. P., Tamjis M. R., Saddique S. M. A Computer Based Current Sensorless Induction Motor Drive // Proc. of Symposium SPEEDAM 98. Italy. Sorrento, 1998. PP. P3.13−16.
  59. Jelonkiewicz J., Przyby A. High efficient induction motor drive for light vehicle // Proc. of 8th International Power Electronics & Motion Control Conference PEMC «98. Czech Republic. Prague, 1998. PP. 4.177−181.
  60. Razik H., Baghli L., Rezzoug A. Adaptive neuro-fuzzi speed control of an induction motor // Proc. of 8th International Power Electronics & Motion Control Conference PEMC98. Czech Republic. Prague, 1998. PP. 3.34−3.39.
  61. The synthesis of neural observer for dtc induction drive / Braslavsky I. Ya., Ishmatov Z. Sh., Zuzev A. M., Averyanov M. A., Barats E. I., Kostylev A. V. // Proc. of Symposium SPEEDAM 2000. Italy. Ischia, 2000. PP. C4.1- C4.5.
  62. Tsuji M., Yamada E. Advanced Vector Control for Induction Motor Drives // Proc. of Symposium SPEEDAM 98. Italy. Sorrento, 1998. PP. A1.1-A1.8.201
  63. В данной работе все уравнения асинхронной машины и ТПН записаны в относительных единицах. В качестве базовых величин для системы относительных единиц использованы величины, приведенные в таблице П1.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!