Регулируемый асинхронный электропривод для типовых производственных механизмов

Используя принцип построения функциональных и структурных схем и методику расчета параметров настройки многоконтурных систем автоматического регулирования асинхронных электроприводов с частотным векторным управлением, оценить возможность их практического применения и внести требуемые изменения и дополнения с учетом цифровой реализации систем управления современных электроприводов с квантованием сигналов по уровню и времени.

По результатам проведенных в диссертационной работе
теоретических исследований и компьютерного моделирования систем
регулируемого асинхронного электропривода с частотным векторным
управлением можно сделать следующие выводы.
1. Применение типовых четырехконтурных структур систем
управления электроприводов с датчиками скорости и простым
наблюдателем потока на основе модели ротора двухфазного двигателя в
неподвижной системе координат позволяют реализовать асинхронные
реверсивные электроприводы однозонного и двухзонного
регулирования скорости, обеспечивающие широкий диапазон и работу с
нагрузкой как реактивного, так и активного характера.
2. При питании асинхронного электропривода с частотным
векторным управлением от промышленной сети напряжением
10 %
U c  3  380 15 % В полное использование асинхронного
электродвигателя с номинальным линейным напряжением 380 В по
скорости достигается только при двухзонном регулировании, что
требует снижения нагрузки двигателя в зоне работы с ослабленным
полем. Для обеспечения максимальной производительности
производственного механизма преобразователь и двигатель в этом
случае требуется выбирать большего габарита по мощности и скорости.
Для полного использования электродвигателя по скорости и моменту
питание асинхронного электропривода с частотным векторным
управлением следует осуществлять от трехфазной сети с линейным
напряжением не менее 420 В.
3. Предельное быстродействие асинхронного электропривода с
частотным векторным управлением определяется значением частоты
ШИМ инвертора и достигается при обеспечении равенства временного
интервала управления ключами инвертора и интервалов расчета
управлений в контурах токов, потокосцепления ротора и скорости
Т к. с  Т к.   Т к. т  Т шим (увеличение быстродействия возможно, если
выполнить условие Т к. с  Т к.   Т к. т  0.5  Т шим ). Практически
быстродействие электропривода определяется дискретностью –
квантованием по уровню сигнала датчика скорости.
4. Разработанные базовые модели реверсивных, регулируемых,
однозонных и двухзонных электроприводов с датчиком скорости,
способных работать с реактивной и активной нагрузкой, а так же
реверсивного, регулируемого бездатчикового электропривода для
механизмов с реактивной нагрузкой позволяют осуществить
имитационные исследования методом компьютерного моделирования
асинхронных электроприводов с частотным векторным управлением
общего назначения для типовых промышленных механизмов.
Предложенные имитационные модели асинхронных электроприводов
работоспособны, характеризуются универсальностью и в максимальной
степени обеспечивают достоверность расчетов процессов в аналоговых
элементах силовой части электропривода с учетом дискретности
управления ключами инвертора и в элементах цифровой системы
автоматического управления электропривода, работающих с временными
интервалами квантования, равными или кратными периоду ШИМ
инвертора.
5. Предложенные в работе дополнения в методику расчета
параметров настройки элементов систем управления асинхронных
электроприводов с частотным векторным управлением [6.1, 6.2]
позволили при известных параметрах двигателя с высокой степенью
достоверности рассчитать параметры и настроить модели цифровых
систем управления асинхронных электроприводов и предварительно
оценить их качественные показатели работы. Основные положения
методики сводятся к следующему:
– регуляторы тока имеют постоянную настройку,
соответствующую
k пр (U d )  k инв (U d )  k у (U d )  2  U иф.доп  const ,
где
3  2  U иф.доп
k у (U d )  ;
Ud
– найденные регуляторами токов управления u1d и u1q
двухфазным двигателем корректируются
u1d  u1d  k у (U d ) , u1q  u1q  k у (U d )
и ограничиваются их предельные значения

mod u1dq  u1d2  u1q2  1
с приоритетным управлением потоком и зависимым управлением
моментом:
mod u1d макс  1  k у (U d ) mod u1q макс  (1  k у (U d )) 2  (u1d ) 2 ;

– выбор временных интервалов расчета в контурах токов и
наблюдателя потокосцепления ротора
Т к. т  Т шим , Т к. набл.  Т к. т ;
– выбор временных интервалов расчета в контуре скорости и
потокосцепления ротора
Tк. с  Tк.   0.002  0.001 с ;
– выбор разрядности АЦП аналогового датчика скорости
nацп дс  12 ;
– выбор временного интервала расчета аналогового датчика
скорости
Т к. анал.дс  Т к. набл. ;
– выбор числа импульсов на оборот импульсного датчика
скорости
nимп.дс  4  2500 (с учетверением);
– выбор временного интервала расчета импульсного датчика
скорости
Т к. имп.дс  Т к. с ,
а для наблюдателя потока использовать экстраполированное значение
датчика скорости, например линейную экстраполяцию
N ω i  N ω i 1 k Tк. набл N ω i  N ω i 1
N ω набл.  N ω i    , где
2 1 T к. дс 2
Tк.дс
k .
Tк.набл 

Яуре А.Г., Певзнер Е.М. Крановый электропривод: Справочник. –
М.: Энергоатомиздат, 1988. – 344 с.
1. Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. – 2-е
изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 2001. – 704 с.
2. Белов М.П. Автоматизированный электропривод типовых
производственных механизмов и технологических комплексов: Учебник
для вузов / М.П. Белов, В.А. Новиков, Л.Н. Рассудов. – М.:
Издательский центр «Академия», 2004. – 576 с.
3. Ключев В.И., Терехов В.М. Электропривод и автоматизация
общепромышленных механизмов: Учебник для вузов.– М.: Энергия,
1980. – 360 с.
4. Лебедев Е.Д., Неймарк В.К., Пистрак М.Я., Слежановский О.В.
Управление вентильными электроприводами постоянного тока. М.:
Энергия, 1970. – 200 с.
5..Фишбейн В.Г. Расчет систем подчиненного регулирования
вентильного электропривода постоянного тока. М.: Энергия, 1972. – 136
с.
6. Ключев В. И. Ограничение динамических нагрузок
электропривода. – М.: Энергия, 1971. – 320 с.
7. Егоров В. Н., Шестаков В. М. Динамика систем
электропривода.– Л.: Энергоатоммаш: Ленингр. отд-ние, 1983.– 216 с.
8. Электротехнический справочник. В 3 т. Т. 3: В 2 кн. Кн. 2.
Использование электрической энергии/ Под общ. ред. И.Н. Орлова (гл.
ред.) и др. – 7-е изд., испр. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 616 с.
(Раздел 52).
9. Михайлов О.П. Автоматизированный электропривод станков и
промышленных роботов: Учебник для вузов. – М.: Машиностроение,
1990. – 304с.
10. Фотиев М.М. Электропривод и электрооборудование
металлургических цехов: Учебник для вузов.- 3-е изд., перераб. и доп. –
М.: Металлургия, 1990. – 352 с.
11.Автоматизированныйэлектроприводпромышленных
установок / Под ред. Г.Б. Онищенко.– М.: РАСХН- 2001.-520с.
12. Труды 5 Международной конференции «Электромеханика,
электротехнологии и электроматериаловедение», МКЭЭЭ – 2003
(ICEEE – 2003), Часть 1. – М.: Изд-во МЭИ, 2003. – 830 с. (с. 694 – 811.
Секция 4. Электрические приводы и системы).
13. Анучин А.С. Системы управления электроприводов: учебник
для вузов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2015. – 373. с.
14.ШенфельдР.,Хабигер Э. Автоматизированные
электроприводы: пер. с нем. / под ред. Ю. А. Борцова. – Л.:
Энергоатомиздат, 1985. – 464 с.
15. Терехов В. М. Системы управления электроприводов: учебник
для студ. высш. учеб. заведений / В. М. Терехов, О. И. Осипов; под ред.
В. М. Терехова. – М.: Издательский центр “Академия”, 2005. – 304 с.
16. Браславский И.Я. Энергосберегающий асинхронный
электропривод: Учеб. пособие для студ. учеб. заведений / И.Я.
Браславский, З.Ш. Ишматов, В.Н. Поляков; Под ред. И.Я.
Браславского.–М.: Издательский центр «Академия», 2004.–256с.
17. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с
частотным регулированием: Учебник для студ. высш. учеб. заведений/
Г.Г. Соколовский. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 272 с.
18.ШрейнерР.Т.Математическоемоделирование
электроприводовпеременноготокасполупроводниковыми
преобразователями частоты. – Екатеринбург: УРО РАН, 2000. – 654 с.
19. Мощинский Ю.А., Беспалов В.Я., Кирякин А.А. Определение
параметров схемы замещения асинхронной машины по каталожным
данным// Электричество. – 1998.–№ 4. – С. 38–42.
20. Удут Л.С. Проектирование и исследование автоматизированных
электроприводов.Ч.8.Асинхронныйчастотно-регулируемый
электропривод: учебное пособие / Л.С. Удут, О.П. Мальцева, Н.В. Кояин;
Томский политехнический университет. – 2-е изд., перераб. и доп. – Томск:
Изд-во Томского политехнического университета, 2014. – 648 с.
21. Дементьев Ю.Н. Асинхронный частотно-регулируемый
электропривод типовых производственных механизмов: учебное пособие /
Ю.Н. Дементьев, В.М. Завьялов, Н.В. Кояин, Л.С. Удут; Томский
политехническийуниверситет.–Томск:Изд-воТомского
политехнического университета, 2017. – 404 с.
22. Удут Л.С. Проектирование и исследование автоматизированных
электроприводов. Ч. 7. Теория оптимизации непрерывных многоконтурных
систем управления электроприводов: учебное пособие / Л.С. Удут, О.П.
Мальцева, Н.В. Кояин: Томский политехнический университет. – 2-е изд.,
перераб. и доп. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета,
2012. – 220 с.
23. Дементьев Ю.Н. Электрический привод: учебное пособие / Ю.Н.
Дементьев, А.Ю. Чернышев, И.А. Чернышев: Томский политехнический
университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета,
2010. – 224 с.
24. Мальцева О.П., Удут Л.С., Кояин Н.В., Системы управления
электроприводов: Учебное пособие. – Томск: Изд-во Томского
политехнического университета, 2007. – 152 с.
25. Удут Л. С., Мальцева О. П., Кояин Н. В. Проектирование и
исследование автоматизированных электроприводов. Часть 1. Введение
в технику регулирования линейных систем. Часть 2. Оптимизация
контура регулирования: учебное пособие. – Изд. 2-е, перераб. и дополн.
– Томск: Изд-во ТПУ, 2007. – 156 с.
26. Удут Л. С., Кояин Н. В., Мальцева О. П. Проектирование и
исследование автоматизированных электроприводов. Ч. 6. Механическая
система электропривода постоянного тока: учебное пособие. – Изд. 2-е,
перераб. и доп.– Томск: Изд-во ТПУ, 2007. – 148 с.
27. Черных И. В. Моделирование электрических устройств в
MATLAB, SimPowerSystems и Simulink – СПб. ; М. : Питер : ДМК Пресс,
2008. — 288 с.
28. Герман-Галкин С .Г. Компьютерное моделирование
полупроводниковых систем в Matlab 6.0: учебное пособие. – СПб.:
«КОРОНА Принт», 2001. – 320 с.
29. Герман-Галкин С. Г. Matlab & Simulink. Проектирование
мехатронных систем на ПК. – СПб.: КОРОНА-Век, 2008. – 368 с.
30. Яура А.Г., Певзнер Е.М. Крановый электропривод:
Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 344 с.
31. Алиев И. И. Электротехнический справочник. — М.: ИП
РадиоСофт, 2000. – 384 с.
32. Асинхронные двигатели серии 4А: справочник / А. Э. Кравчик,
М. М. Шлаф, В. И. Афонин, Е. А. Соболенская. – М.: Энергоиздат, 1982.
– 504 с.
33. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. /Под общ. ред. И.
П. Копылова и Б. К. Клокова. Т.1. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 456 с.
34. Справочник по проектированию автоматизированного
электропривода и систем управления технологическими процессами /
Под ред. В.И. Круповича, Ю.Г. Барыбина, М.Л. Самовера – 3-е изд.,
перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1982. – 416 с.
35. Справочник по наладке электрооборудования промышленных
предприятий/ Под ред. М.Г. Зименкова, Г.В. Розенберга, Е.М. Феськова.
– 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 480 с.
36. Справочник по автоматизированному электроприводу. / Под
ред. В.А. Елисеева и А.В. Шинянского.- М.: Энергоатомиздат, 1983.-
616с.
37. ГОСТ 25778-83.Электроприводы подачи постоянного тока
металлорежущих станков с числовым программным управлением.
Общие технические требования. – М.: Изд-во стандартов, 1983. – 12 с.
38. ГОСТ 25777-83. Электроприводы главного движения
постоянного тока для металлорежущих станков с числовым
программным управлением. Общие технические требования. – М.: Изд-
во стандартов, 1983. – 12 с.
39.