Системы асинхронного электропривода с частотным управлением и коррекцией динамических свойств

Цель работы – снижение динамических нагрузок в электромеханических системах с асинхронным электроприводом путем ограничения рывка на начальном этапе пуска за счет уменьшения ускорения в процессе выхода на пониженную скорость с дальнейшим разгоном с заданным ускорением до рабочей скорости и ограничение колебаний электромагнитного момента асинхронного двигателя с помощью новых корректирующих средств систем частотного управления. Объект исследования – системы коррекции асинхронных электроприводов с преобразователем частоты. Предмет исследования – методы ограничения динамических нагрузок в асинхронных электроприводах с помощь корректирующих средств. Задачи диссертационной работы: 1. Анализ математической модели АД при управлении током статора и определение выражения для момента с использованием зависимостей между переменными, обусловленных взаимным положением и соотношением модулей векторов токов статора, ротора и тока намагничивания, которые могут быть идентифицированы при построении системы коррекции. 2. Разработка двухканальной системы коррекции электропривода на базе АДФР с частотно-токовым управлением, использующей измеренные значения фазных токов статора и ротора и обеспечивающей улучшение динамических свойств за счет демпфирования колебаний момента и уменьшение потребления активной энергии в процессе пуска. 3. Анализ воздействия импульсного коммутатора c релейным управ-лением и накопителем энергии, управляемого в функции ускорения асинхронного электропривода, на скорректированную работу преобразователя частоты и процесс формирования выходных переменных автономного инвертора напряжения, управляемого релейными регуляторами фазных токов. 4. Разработка и исследование системы асинхронного электропривода на базе АДКЗ с ЧТУ и регулированием напряжения на входе инвертора с помощью импульсного коммутатора с релейным регулятором на основе обработки идентифицированного сигнала ускорения электропривода, обеспечивающей уменьшение рывка в кинематической цепи электропривода за счет ограничения ускорения в начальный момент пуска на пониженную скорость, поддержание заданного значения ускорения, уменьшение колебаний момента и снижение потребления энергии в течение пуска. 5. Разработка и исследование системы частотного асинхронного электропривода с векторным управлением и корректирующим импульсным регулированием напряжения на входе инвертора, действующей на основе обработки идентифицированного сигнала ускорения электропривода и обеспечивающей в течение пуска уменьшение рывка в кинематической цепи электропривода за счет ограничения ускорения в начальный момент пуска на пониженную скорость, поддержание заданного значения ускорения и уменьшение амплитуды колебаний упругого момента в двух-массовой ЭМС. 6. Создание экспериментальной установки и снятие осциллограмм мгновенных значений переменных в импульсной системе, корректирующей работу инвертора напряжения, питающего АД. Научная новизна работы: - усовершенствован метод коррекции электропривода на базе АДФР с частотно-токовым управлением, отличающийся построением двухканальной системы коррекции (регулирование амплитуды и введение дополнительного фазового сдвига в сигналы задания мгновенных значений фазных токов статора) и реализуемый на основе обработки измеренных фазных токов статора и ротора; - разработан метод двухканального релейно-гистерезисного управления АИН, отличающийся одновременным релейно-гистерезисным регулированием напряжения на входе инвертора, осуществляемым в функции ускорения асинхронного электропривода, и релейно-гистерезисным регулированием выходного трехфазного тока инвертора, обеспечивающий снижение количества коммутаций ключевых элементов АИН при пониженной частоте вращения электропривода. - разработан метод импульсного регулирования напряжения на входе АИН в системах частотно-токового и векторного управления АД, расширяющий возможности управления пусковым моментом двигателя, отличающийся релейным принципом выработки сигнала управления импульсным коммутатором в функции отклонения от заданного значения идентифицированного ускорения электропривода, определяемого путем дифференцирования сигнала от датчика скорости механизма, с обеспечением уменьшения количества коммутаций ключевых элементов ПЧ в процессе пуска, снижения уровня колебаний момента АД, а также ограничением динамических нагрузок в ЭМС с упругой связью. Научные результаты, выносимые на защиту: - получена нелинейная зависимость момента АД от угловых пере-менных, формируемых в системе частотно-токового управления, и методика ее использования при настройке систем коррекции электропривода; - система стабилизации пускового тока статора за счет коррекции сигнала задания амплитуды тока статора при частотно-токовом управлении АДФР, обеспечивающая выработку корректирующего сигнала на основании обработки сигналов фазных токов статора и ротора, получаемых с датчиков токов, с последующим расчетом взаимного положения соответствующих обобщенных векторов переменных и сравнения полученного результата с заданным значением; - результаты исследования работы АДКЗ при частотно-токовом управлении с разработанным корректирующим устройством, использующим принцип коррекции переменных преобразователя частоты на основе идентификации ускорения электропривода и позволяющим выполнить начальный разгон электропривода без рывка; - результаты исследования работы асинхронного ЭП с векторным управлением с предложенным корректирующим устройством, принцип коррекции переменных преобразователя частоты на основе идентификации ускорения ЭП, позволяющий выполнить начальный разгон ЭП без рывка при наличии упругой связи в механической части; - результаты исследований импульсной системы понижения напряжения с релейным принципом коррекции переменных преобразователя частоты на экспериментальной установке, основные закономерности и графики, полученные методом математического моделирования и на экспериментальной установке.