Диссертация (Энергоэффективное прямое управление моментом асинхронных тяговых электродвигателей), страница 2

Изучениесуществующихэнергоэффективныхсистемуправленияэлектроприводами, выбор оптимальной базовой системы управления;2. Разработка энергоэффективного способа и алгоритма управления на базесистемы с прямым управлением моментом АТД и создание функциональнойсхемы, реализующей данный алгоритм;3. Разработкаматематическойикомпьютерноймоделисистемыэнергоэффективного управления асинхронным тяговым электроприводом;4.

Анализ на компьютерной модели введения в структуру системы DTCузлов оптимизации задания потокосцепления статора с целью сниженияпотребления тока статора;5. Оценканаосновемоделированиявлияниянадинамическиехарактеристики асинхронного тягового электропривода энергосберегающегоалгоритма управления.7Методы исследованияПри проведении исследований и разработке математических моделей вдиссертационнойработеприменялисьосновныеположенияизтеорииэлектропривода, электрических машин, автоматического управления, методэкспериментального подтверждения аналитических результатов.

Компьютерныеисследования энергосберегающей системы и алгоритмов управления проводилисьпри помощи моделирования электромеханических процессов асинхронногоэлектропривода в основной библиотеке программного комплекса Matlab/Simulinkи программном комплексе «Универсальный механизм» (УМ).Научная новизна:1. Разработаны способ и система энергоэффективного прямого управлениямоментом асинхронных тяговых электродвигателей.2. Разработан энергосберегающий алгоритм управления асинхроннымтяговым электроприводом в системе прямого управления моментом по критериюминимума тока статора, реализованный на основе оптимального регулированиязадания потокосцепления статора в зависимости от задания момента АТД.3. Предложен блок логики переключений системы управления наэнергосберегающий алгоритм формирования задания потокосцепления длятягового электропривода локомотивов с учётом контроля текущего режима иусловий работы электропривода.4.

Определены оптимальные по критерию минимума тока статоразависимости потокосцепления статора и угла между векторами тока ипотокосцепления статора (моментообразующими векторами) от нагрузки дляасинхронных тяговых электродвигателей тепловозов.Теоретическая и практическая значимость:1. Разработан и теоретически обоснован энергосберегающий алгоритмрегулирования асинхронного электропривода с прямым управлением моментом,позволяющий снизить потребление тока статора от источника электроэнергии.2. Созданы математические и компьютерные модели энергосберегающеготягового электропривода локомотивов, которые могут использоваться на стадии8проектирования для анализа режимов энергоэффективного регулированияэлектропривода.3.

Предложенный алгоритм управления асинхронным электроприводом засчет оптимизации потребления тока статора позволяет снизить потери вэлектродвигателеипреобразователеи,какследствие,повыситьк.п.д.электропривода.4. Разработанная система управления применима для широкого спектраэлектроприводов, где используются частотные преобразователи с прямымуправлением моментом.Достоверностьполученныхрезультатовдиссертационнойработыобеспечивается сопоставлением и удовлетворительной сходимостью результатоврасчётаэнергоэффективнойсистемыспрямымуправлениеммоментомасинхронного электродвигателя с экспериментальными данными, полученными налабораторной установке кафедры ЭРЭиЭС БГТУ, а также соответствиемрезультатов положениям теории электропривода и теории электрических машин.Методика расчёта оптимальной зависимости задания потокосцеплениястатора от задания момента проверена на лабораторном стенде кафедры«Электронные,радиоэлектронныеиэлектротехническиесистемы»,оборудованном индукционным регулятором, измерительным комплектом К50,асинхроннымкороткозамкнутымдвигателемАО2–42-4У3,снабжённымэлектромагнитным тормозом, и преобразователем частоты фирмы ABB ACS850.Реализация работыДиссертационнаяработавыполненавФГБОУВО«Брянскийгосударственный технический университет» (БГТУ), результаты исследованияиспользуются в учебном процессе ФГБОУ ВО Брянский государственныйтехнический университет в преподаваемых дисциплинах «Моделированиединамики электромеханических систем» и «Мехатроника» магистратуры 13.04.02«Электроэнергетика и электротехника».Результаты работы приняты Людиновским тепловозостроительным заводом(ЛТЗ) и используются при проектировании энергосберегающего тягового9электропривода перспективных тепловозов.Основные положения, выносимые на защиту− система и алгоритмы энергоэффективного регулирования электропривода спрямым управлением моментом;− аналитическиезависимостидляэнергосберегающегорегулированияпотокосцепления статора и угла между векторами тока и потокосцепления статораот задания на момент для асинхронных тяговых электродвигателей тепловозов;− алгоритм работы блока логики переключений системы управления наэнергосберегающее формирование задания потокосцепления для тяговогоэлектропривода локомотивов;− методика и результаты математического и компьютерного моделированиясистемы энергоэффективного регулирования тягового электропривода с прямымуправлением моментом;− результатыэкспериментальнойпроверкипредложенногопринципаэнергоэффективного регулирования асинхронного электропривода с прямымуправлением моментом.Апробация работыОсновные результаты диссертационного исследования были представленына Всероссийской научно-практической конференции «Автоматизированныйэлектропривод и автоматика» (Липецк, 2014); VIII Международном симпозиуме«Элтранс-2015» (Санкт-Петербург, 2015); на X Международной научнотехнической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования,проекты» (Санкт-Петербург, 2015), на 69, 70, 72 и 73-й научно-техническихстуденческих конференциях БГТУ (Брянск, 2014, 2015, 2017, 2018); на III и IVМеждународном научно-техническом семинаре «Компьютерное моделирование вжелезнодорожном транспорте» (Брянск, 2016, 2018); на I Международной научнопрактической конференции «САПР и моделирование в современной электронике»(Брянск, 2017).10ПубликацииПо теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, в числе которых 4статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, 3 патента на изобретения и 4 ‒на полезные модели.Структура и объем научно-квалификационной работыДиссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения,библиографического списка, включающего 105 наименований, и 3-х приложений.Работа включает в себя 135 страниц основного текста, содержит 48 иллюстраций и6 таблиц.11ГЛАВА 1.

АНАЛИЗ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМИЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ И ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ИХЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ1.1 Анализ систем частотного управления асинхронными электродвигателямиАсинхронный электропривод является на сегодняшний день самымвостребованным среди всего спектра приводов применяющихся в отрасляхпромышленного, военного, сельскохозяйственного производства и транспорта.Свою популярность он завоевал за счет своих высоких эксплуатационных иэнергетических показателей, а также более низкой стоимости в отношении своихконкурентов, а именно, синхронных, вентильных приводов и тем болеетрадиционных приводов постоянного тока [1, 18, 28].

В электроприводах, гдетребуется обеспечить максимальное быстродействие по контуру момента, точноерегулирования выходных координат, безотказность, надежность, приемлемыетехнико-экономическиепостоянногопоказатели,техническогопродолжительнуюобслуживания,эксплуатациюиспользуютсябезасинхронныеэлектроприводы с двигателями с короткозамкнутым ротором, которые имеютвнушительноменьшиймоментинерции,массуигабариты,нарядусбесконтактностью, а также большую перегрузочную способность при оптимальнойстоимости на рынке [80].ВXXвекеэлектроприводаприменятьсяипроизошелрезкийавтоматизированногоэлектроприводысскачоквразвитииэлектроприводачастотнымвасинхронногоцелом.управлением,Сталиоднимизосновоположников которых является наш соотечественник М.П.

Костенко,создавший основной закон частотного управления. В 60-е годы XX века былиизобретеныспособычастотно-токового(какразновидностьскалярногоуправления) и векторного управления электроприводом. Впоследствии векторноеуправление вытеснило за рубежом скалярное частотно-токовое управление.Появились также векторные системы частотно-токового управления. Первыепатенты по векторному управлению электроприводом принадлежат компании12«Siemens», система имела название «Transvektor» и подразумевала под собойрегулирование вектора тока в системе координат, связанной с потокосцеплением,с реализацией координатных преобразований [36, 74]. Огромным толчком вразвитии векторного управления электроприводом послужило появление ибыстрая модернизация новой элементной базы – мощных однокристальныхмикроконтроллеров, трехфазных транзисторных преобразователей, реализованныхна базе быстродействующих интеллектуальных транзисторных ключах (IGBT –транзисторы).