Диссертация (Энергоэффективное прямое управление моментом асинхронных тяговых электродвигателей)

2ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 4ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМИЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ И ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ИХЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ...................................................................................... 111.1 Анализ систем частотного управления асинхронными электродвигателями .. 111.2 Пути повышения энергоэффективности электропривода с асинхроннымидвигателями. .................................................................................................................. 20ГЛАВА 2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЗАДАНИЯ ПОТОКОСЦЕПЛЕНИЯ СТАТОРАИ УГЛА МЕЖДУ МОМЕНТООБРАЗУЮЩИМИ ВЕКТОРАМИ В СИСТЕМЕПРЯМОГО УПРАВЛЕНИЯ МОМЕНТОМ АД, ОПТИМИЗИРОВАННОЙ ПОКРИТЕРИЮ МИНИМУМА ТОКА СТАТОРА .........................................................

292.1 Математическое описание методики предварительной оценки оптимальногоугла между векторами тока и потокосцепления статора асинхронного тяговогоэлектродвигателя ........................................................................................................... 302.2 Методика графоаналитического расчёта оптимальной по критерию минимуматока статора зависимости задания потокосцепления статора от задания моментаасинхронного электродвигателя ..................................................................................

452.3 Аппроксимация оптимальной зависимости потокосцепления статора отнагрузки .......................................................................................................................... 53ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕСИСТЕМЫ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО ПРЯМОГО УПРАВЛЕНИЯМОМЕНТОМ АСИНХРОННЫХ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ .............. 583.1 Разработка энергоэффективной системы регулирования тяговогоэлектропривода с прямым управлением моментом................................................... 583.2 Математическая модель системы энергоэффективного прямого управлениямоментом асинхронных тяговых электродвигателей ................................................

683.3 Проверка адекватности модели асинхронного тягового электродвигателя впрограммном комплексе Matlab/Simulink .................................................................. 87ГЛАВА 4. СОЗДАНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ МОДЕЛИ ТЯГОВОГОЭЛЕКТРОПРИВОДА С ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫМ УПРАВЛЕНЕМ. ПРОВЕРКАПРИНЦИПОВ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ АД НА МОДЕЛИИ ЛАБОРАТОРНОМ СТЕНДЕ.................................................................................... 924.1 Разработка комплексной электромеханической модели энергоэффективнойсистемы ТЭП..................................................................................................................

9234.3 Проверка принципов энергоэффективного регулирования АД на лабораторномстенде ............................................................................................................................ 109ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 122БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ....................................................................... 124ПРИЛОЖЕНИЕ А ....................................................................................................... 136ПРИЛОЖЕНИЕ Б ........................................................................................................

137ПРИЛОЖЕНИЕ В ....................................................................................................... 1384ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследованияАктуальность темы исследования определяется высокой потребностью насегодняшнийденьобщепромышленнымивэнергоэффективныхитяговымисистемахуправленияэлектроприводамис(СУ)асинхроннымидвигателями (АД), которые обладают высоким быстродействием и пониженнойчувствительностью к возмущениям и изменению параметров системы вэксплуатации.

Одной из важных конкурентных особенностей для современной СУявляется также её применимость к широкому спектру электроприводов различноймощности.Естьнескольконаправленийдлядостиженияэнергоэффективностиэксплуатации электроприводов с асинхронными двигателями:− первоначальный тщательный расчет по нагреву и мощности требуемогоэлектродвигателя (ЭД) с целью достижения оптимального коэффициентазагрузки;− модернизация конструкции и увеличение доли активных материалов ЭД, атакже применение эффективных материалов и сплавов с высокой магнитнойи электрической проводимостью.− переход к частотно – регулируемому асинхронному электроприводу на базепреобразователей частоты с автономным инвертором напряжения (АИН)либо автономным инвертором тока (АИТ).− разработкаэнергосберегающихалгоритмовуправлениячастотнымпреобразователем асинхронного электропривода, основанных на достиженииоптимальных значений контролируемых параметров, обеспечивающихвысокие показатели энергоэффективности;− совершенствование преобразователей частоты и алгоритмов управленияключамиинверторовнапряжения.дляисключениявысокочастотныхгармоник5Вкачествеосновополагающихсистемуправленияасинхроннымэлектроприводом при реализации энергоэффективных алгоритмов, зачастую,применяют скалярные и векторные системы.

По ряду технических показателейвышеприведенные СУ уступают системам прямого управления моментомасинхронных электродвигателей, иначе, системам DTC (Direct torque control).Системам прямого управления моментом присущи такие преимущества как:− высокое быстродействие системы ввиду наличия релейных регуляторовмомента и потокосцепления статора;− стабильность функционирования при наличии погрешности данных онаблюдаемых параметрах объекта управления;− стабильность функционирования при различных возмущениях в процессерегулирования координат объекта управления.Также, в сравнении с векторными системами управления, система DTC нетребует в своей структуре звеньев компенсирования перекрестных связей,преобразования координат, отдельных регуляторов каждой составляющей токастатора. При этом для систем прямого управления моментом на сегодняшний деньнедостаточнопроработаныэнергосберегающиеалгоритмыуправлениядвигателями, и это является весьма перспективным направлением исследований,которое позволит более эффективно использовать все преимущества систем DTC.Степень разработанности темы исследованияПроблему повышения энергетических показателей систем управленияасинхроннымиэлектроприводамирассматриваливсвоихтрудахтакиеисследователи как: А.Е.

Козярук, В.В. Рудаков, И.Я. Браславский, Н.А. Ротанов,В.В. Литовченко, В.М. Перельмутер, Н.Ф. Ильинский, Б.Ю. Васильев, Б.С. Лезнов,А.Г., Мищенко В.А., Мещеряков В.Н., А.Г. Гарганеев и другие учёные. Даннаятематика актуальна на данный момент во всем мире, вследствие чего не безвнимания оставили вопросы энергосбережения и зарубежные авторы: T. Noguchi,I. Takahashi D.W. Novotny, F. Blaschke, J. Holtz, M. Depenbrok. В своих работахученые наметили возможные пути повышения энергоэффетивности систем DTC ивекторных систем.

Авторы отмечают также перспективность применения СУ с6прямым управлением моментом для тяжёлых условий эксплуатации, в частностидля асинхронных тяговых двигателей (АТД).Системы DTC обладают высоким быстродействием, поскольку их типоваяструктурапредусматриваетвысокодинамичноерелейноерегулированиепотокосцепления статора и момента АД, что является немаловажным фактором дляпостроения систем управления, направленных на повышение энергетическихпоказателейобщепромышленногоитяговогоэлектропривода(ТЭП)сасинхронными двигателями.Цель работыПовышение энергоэффективности тягового электропривода с прямымуправлением моментом асинхронных электродвигателей.Объектомисследованияявляетсясистемауправлениятяговымэлектроприводом с прямым управлением моментом АД.Идея работы заключается в реализации оптимального по критериюминимума тока статора регулирования потокосцепления статора в зависимости отзадания момента в системе прямого управления моментом АТД.Задачи исследования:1.