автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Совершенствование динамических свойств контура тока асинхронного электропривода с непосредственным преобразователем частоты

НИ1ЕГ0Р0ДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Охоткин Григорий Петрович

. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОНТУРА ТОКА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ

Специальность 05.09.03 - Электротехнический комплексы и системы, 'включая их управление и регулирование

А в г о р в ф е р а т .

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нианий Новгород 1991

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском, проектно-конструктэрскои и технологической институте релестрое-ния (ВНИИР) г. Чебоксары.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Онищенко Г.Б.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Фираго Б.И. - кандидат технических наук, доцент Титов В.Г. : ____

Ведущее предприятие - Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков "ЭНШС", г.Москва

Защита диссертации состоится " .17-" МО!Я 1991 г. в Ш— часов на заседании специализированного Совета К 063.85.06 Нижегородского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института (аудитория 1258).

С диссертацией ыожно ознакомиться в ,библиотеке ННПИ.

Просим Вас принять участие в обсуждении диссертации или . прислать отзыв в 2-х экземплярах, заверенный печатью. . /;'-'.'

Адрес института: 603600, ГСП-41, д Нижний Новгород

ул.Минина, 24

Автореферат разослан * 10 л С(1ЧРВ/1Я 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета К.063.85.06, с.н.с. В.В.Соколов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Реализация самого экономичного способа управления асинхронным короткозамкнутым двигателем (АД) - частотного управления,- возмоана с помощью непосредственных преобразователей частоты с естественной коммутацией тока в вентилях (НПЧ). По сравнении с другими типами вентильных преобразователей частоты НПЧ имеют ряд преимуществ, благодаря которым асинхронный электропривод (АЭП) обладает широкими возможностями и большим разнообразием свойств, способных удовлетворить требованиям производства.

Статические и динамические характеристики АЭП ограничены влиянием несинусоидальности формы выходного напряжения (тока) преобразователя. Кроме того с увеличением частоты основной гармоники выходного напряаения (тока) НПЧ ухудшается ее гармонический состав и появляются постоянные и субгармонические составляющие в тока нагрузки. При этом для обеспечения удовлетворительных энергетических показателей электропривода приходится ограничивать верхнюю граничную частоту НПЧ, что приводит к неэффективно. ыу использованию по мощности серийно выпускаемых АД, предназначенных для работы от промышленной' сети частотой 50 Гц, и ограничивает область использования АЭП.

. В настоящее время наибольшее распространение получило управлению АЭП з системе с подчиненными контурами регулирования фазных токоз. Повышение точности/воспроизведения задаваемых фазных токоз. системой автоматического регулирования (САР) тока АЭП с. НПЧ позволяет расширять верхнюю граничную частоту. Пределом повышения точности является организация управления вентилями НПЧ так, чтобы;на"каждом интервале.дискретности точно отработать •среднее значение выходного тока. Наиболее эффективным направлением повышения точности отработки задаваемых фазных токов является совершенствование динамических свойств. САР тока АЭП с НПЧ.

Цель работы. Целью диссертационной работы является комплексное исследование и разработка, быстродействующей системы регулирования тога асинхронного электропривода с НПЧ, позволяющей увеличить верхний предел выходной частоты преобразователя за счет повышения точности отработки.задаваемых фазных токов.

Задачи исследования.. ■

1. Разработка математической модели контура регулирования тока асинхронного электропривода с НПЧ, позволяющая описать его динамические процессы по мгновенный значениям переменных с полным учетом всех особенностей преобразователя.

2. Синтез структуры САР, обеспечивающей высокую точность отработки тока.

3. Сравнительный анализ динамических показателей системы управления с различными регуляторами тока и устройствами им-пульсно-фазового управления.

4. Разработка способа сопрявения регулировочных характеристик преобразователя в режимах непрерывного и прерывистого токов зо всем диапазоне изменения угла управления при помощи устройств линеаризации характеристик и линеаризированных СНОУ.

5. Разработка способа повышения точности отработки тока НПЧ при изменении противо-ЭДС асинхронного двигателя на интервале проводимости вентиля.

Методы исследования. Исследование динамических свойств САР тока АЗП с НПЧ проведен на основе математического и физического моделирования. Для определения структуры САР, обеспечивающей высокую точность отработки тока и зозмоаной оптимальной области параметров регулятора, линеаризируя систему в малом, произведен синтез, применяя математический аппарат линейных импульсных сайте^, а затем на цифровой модели й экспериментом на установке уточнены параметры САР. . ^

Научная новизна.

1. Разработана новая модель АД, .справедливая при питании двигателя несинусоидальным напряжением, как в рениме непрерывного, так и в ренимэ прерывистого тока независимо от вида'преобразователя частоты, позволяющая непосредственно' определить ток статора.

2. Получены условия инвариантности комбинированных систем регулирования тока АД с НПЧ с различными регуляторами тока при мглых отклонениях координат. Показано,' что динамические характеристики импульсного регулятора типа интегральный регулятор тока со сороссм интеграла до нуля (И-со сбросом) в малом не изменяется с введением в регулятор делителя для усреднения интегрального сигнала на интервале дискретности, то есть динамические свойства

И-со.сбросом регулятора и регулятора среднего тока (РОТ идентичны'.

3. Комбинированная система регулирования с импульсными регуляторами тока оказывается более быстродействующей и обладает

. меньшим запасом устойчивости ,особенно с делителем, чем система с интегральным регулятором тока. Доказано и получены условия обеспечения инвариантности переходного процесса к моментам подачи управляющего сигнала в системе И-со сбросом регулятором тока.

4. Предложены принцип и устройство линеаризации с сопряжением регулировочных характеристик преобразователя в режимах непрерывного и прерывистого токов в широком диапазоне изменения угла управления, а также принцип и устройство для компенсации

. противо-ЭДС. АД.

. . Практическая ценность. Разработана методика структурного синтеза САР и синтеза комбинированной системы управления, основанная на анализе переходных процессов в малом. Разработаны оригинальные схемные, решения основных узлов САР тока АЭП с НПЧ, новизна и полезность которых подтвервдена положительными решениями о выдача авторских свидетельств.- Предложенная САР тока АЭП с НПЧ расиирила верхнюэ граничнув частоту преобразователя до 50 Гц.

- Внедрение. Теоретические исследования, проведенные в работа, нами применение, при разработке и модернизации тиристорных ..асинхронных электроприводов серии ЭТА!, производимых во Всесоюзном научно-исследовательском, /проектно-конструкторском и технологическом институте релестроения (ВНИИР), г.Чебоксары.

■'.- Автор защищает; .-,-■•'..

■1. Модель асинхронного двухфазного двигателя.

2. Результаты сравнительного анализа динамических показателей комбинированной системы управления с различными регуляторами тока и СИУ. ^ " '

3. Принцип и устройство линеаризации с сопряжением регулировочных характеристик преобразователя в режимах непрерывного и прерывистого токов в широком диапазоне изменения угла управления, а также принцип и устройство для компенсации противо-ЭДС АД.

Апробация работ. Основные положения и результаты диссерта- • ционной работы были доложены и получили одобрение на:

конференции молодых специалистов ВНИИэлектропривод, Москва, 1988; восьмой научно-технической конференции "Электроприводы • переменного тока с полупроводниковыми преобразователями", Сверд-. ловск, 1989; республиканской научно-технической конференции "Ая-туальные проблемы машиностроения Казахстана на этапе перестрой-, ки", Павлодар, 1989; региональной научно-технической конференции "Управляемые электромеханические системы", Киров, 1990.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ. ' -

Объем и структура работы. Диссертационная работа излоиена. на 144 с. машинописного текста, иллюстрированного рисунками на 75 е., объем прилоаения 2 с. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 137 наименований и прилоаения.

С0ДЕР1АНИЕ РАБОТЫ. '

3 первой главе рассмотрена математическая модель САР тока * АЭП с НПЧ, позволяющая описать динамические'процессы контура то- '•■. ка по мгновенным значениям переменных с полным.учетом всех особенностей НПЧ. Слонность теоретического, анализа динамических ■ процессов, происходящих в системе регулирования тока привела при •. исследованиях к использованию средств вычислительной. техники .и' динамических моделей в малой. . ."•

Получение математической модели системы связано с преобразованием дифференциальных уравнений асинхронного дзигазеля в системе координат, неподвианой относительно статора. На основе анализа электромагнитных процессоз в системе-НПЧ - АД при долу-' ценил о синусоидальности намагничивающего тока синтезирована -. математическая модель асинхронного двухфазного двигателя (АДД) с наиболее строгим и полным учетом влияния иапины как активного преобразователя энергии, в первую очередь ез противо-ЭДС. В мо- ' дали АДЦ токи статора и ротора образованы под воздействием на входе инерционных звеньев последовательности отрезкоз синусоидального выходного напряжения преобразователя, ЭДС вращения и падания напряжения от тока намагничивания. Причем при определении гока статора берут падение напряжения от тока намагничивания на элементах роторной цепи АД, а при определении тока ротора на элементах статорной цепи

б

• . -/?, * . V" ^ £ . ш

Поскольку на интервале бестоковой паузы -статора ток ротора равен току намагничивания,- то для получения тока ротора ДДД в зависимости от токового режима -преобразователя в модель введены фазо-чувствительные выпрямители, релейные элементы, инверторы, аналоговые ключи и элементы памяти для реализаций начальных значений токрв ротора. Разработанная модель АДЦ позволяет легко определить аналитические зависимости тока статора и ротора, и рассчитать электромагнитный момент независимо от режима работы и от

• вида преобразователя частоты.

.С целью снижения затрат машинного времени в цифровую модель САР тока АЭП с НПЧ заложены аналитические зависимости (решения дифференциальных уравнений) тока статора, полученные на основе •модели.АД на интервале дискретности преобразователя вместе с логическими условиями перехода от одного интервала дискретности к другому,. представленные з виде переключающих функций. 'Аналитические выражения'токов статора,работающие одновременно в обоих ' токовых рештах, получены путем определения реакции инерционных . звеньев модели АДЦ на интервале проводимости вентиля использованием формулы разложения--в преобразовании Лапласа-для дискрет.. ных функций- Переключающие функции синтезированы по выходному

току.ЕПЧ, что обеспечивает их независимость от токового режима. !. В цифровой модели предусмотрена возможность моделировать работу системыс любыми известными типами регуляторов тока и системы ~ импульсно-фазозого управления (СИ5У). Результаты моделирования ;,' свидетельствуют о высокой степени адекватности процессов, разработанной, модели процессам реальной системы. ■

В кавянных'методах поиск оптимальных структур САР и ее па. раиатров. базируется ка множественном расчете процессов при изменении параметров и выборе из семейства репений одного - удовлетворяющего поставленным 'требованиям.- Это,приводит-к значительным - затратам- кгшишого времени и увеличению её разрешающей способности. Поэтому для ограничения поиска оптимальных соотношений параметров САР тока АЭП с НПЧ разработана ее динамическая модель ' в малом в окрестности рабочей точки, соответствующей стационарному режиму работы управляемых выпрямителей. При этом предлагается динамические свойства рассматривать в малом в широком диа-

; 7

паэоне изменения угла регулирования сС от нуля до & для воз- , действия типа единичного скачка, что соответствует аппросимации.. гармонического воздействия ступенчатым и исследованию динамических процессов на каждой ступеньке за полпериода изменения, гармонического воздействия. :. •

Вторая глава посвящена определению структуры САР, обеспечивающей высокую точность отработки тока. С этой целью произведен анализ точности существующих систем управления НПЧ на основе ди- . намических моделей в малом в режиме непрерывного тока при угле коммутации вентилей, равном нулю.

Анализ показал, что в комбинированной системе управления . (КСУ), обеспечивающей независимость .(инвариантность) ошибки САР от задающего и возмущающего воздействий, достигается наиболее высокая точность отработки тока рис, Г. В комбинированных систе- .' . мах вследствие сочетания принципов управления по .отклонению и по управлению (возмущению) устраняется противоречие ыевду условиями ' уменьшения вынужденной и переходной составляющих ошибок. Анализ точности САР проведен с непрерывными и импульсными регуляторами тока рис.2, на основе разработанных для этого динамических моделей импульсных регуляторов, в частности интегрального регулятора ■ тока со сбросом интеграла до нуля и его модификации с добавлен;;- •. ем корректора - усреднителя сигнала, ошибки на интерзале-дискретности РСТ рис.3. • \ '.V \ ' ' ' ■'•'.-..> •'.'■■■..'■• ' ■ : "'

На основе динамических'моделей, импульсных регуляторов тока ; установлено, что динамические свойства интегрального регулятора тока со сбросом интеграла до нуля в налом не.изменяется с.введе-нием в регулятор делителя для усреднения интегрального' сигнала ■ на интервале дискретности, а установившееся значение выходвдх -'•..' напряиений импульсных регуляторов отличается на величину, пропорциональную периоду дискретности. Из этого следует, что введз- . ние корректора-усреднителя в малом равносильно введения безинер-ционного звена с коэффициентом передачи, обратно пропорциональ-. ним периоду дискретности, а в большом коэффициент передачи яз-\ ляется функцией длительности интервала проводимости вентиля. ;.'■ Получены условия инвариантности комбинированных систем управления с различными регуляторами тока из которых следует, что . условия инвариантности могут бить обеспечены только в дискретные :.;эмен:гы времени и не зависят от типа регулятора тока и управляю-

щего и -возмущающего воздействий

■ Установлено, что при синтезе передаточной функции программного канала исходя из условий обеспечения абсолютной инвариантности б переходных режимах САР возникает дополнительная ошибка, обусловленная работой регулятора тока, для исключения которой требуется принять дополнительные меры. Отмечено, что одной из эффективных мер, позволяющих устранить эту дополнительную ошибку, при прямоугольном законе модуляции НПЧ является исключение или удержание около нуля сигнала по каналу регулятора тока в переходных рени-мах, а при синусоидальном законе модуляции - синтез передаточной функции программного канала исходя из обеспечения условий иква-риантности в статическом режиме работы САР, соответствующий ста. : ционарному режиму работы управляемых выпрямителей. В этом случае / динамическая ошибка по управляющему;воздействию системы регулирования тока АЭП с НПЧ во многом зависит от регулятора тока,

В третьей глазе произведен сравнительный анализ устойчивос-, : ти и динамических показателей комбинированной системы управления •с различными регуляторами тока а СИйУ на основе динамических моделей л ыалоы работающих в режиме непрерывного тока.при угле коицутащш вентилей, равные нуло.

V Установлено,- что при"одинаковых параметрах область устойчивости с импульсными регуляторами тока уже по сравнению с инте'-.-.". гральшл регулятором тока. Так,. например, область устойчивости с интегральны:.! регулятором тока со сбросом-интеграла до нуля в два раза ужа области устойчивости КСУ. с интегральным регулятором тока, а добавление корректора-усреднителя дополнительно сужает область устойчивости на величину, обратную величине периода дискретности ркс.4.

Исследованы условия устойчивости КСУ с интегральным регулятором, тока со сбросом интеграла до нуля с различными СИйУ: с линейными опорными напряжениями (СИФУЛ); с косинусоидальными опорными напряжениями (СИОУА); с опорными напряжениями состоящими на двух составляющих - косннусоидального и синусоидального (СШУТк На основе теоретических исследований установлено, что осласть устойчивости КСУ от типа С112У не зависит. Однако критически;: хо-

эффициент усиления КСУ с СИФУА или СИФУТ от угла управления имеет меньшую зависимость, чем КСУ с СИ8УЛ. СИ8УТ при определенных соотношениях амплитуд косинусоидального и синусоидального составляющих опорного напряхения для заданой постоянной времени . нагрузки обеспечивает в КСУ абсолютную инвариантность условия устойчивости САР от угла управления.

Расчет переходных процессов в системе проведен с регулято-. рами тока типа: пропорционально-интегральный (ПИ), интегральный (И) и интегральный со сбросом интеграла до нуля (И-со сбросом) при управляющем воздействии типа единичного скачка.

Результаты расчета свидетельствуют, что настройка ПИ-регу-ллтора тока на процессы'конечной длительности вызывает большие '■ перерегулирования. Максимальное перерегулирование возникает при подачз управляющего сигнала без запаздывания на интервале дис-крэтно-гги. Переходный процесс в системе заканчивается после по-ю^иуцения типа скачка за два периода дискретности. При настройке ПИ-регулятора тока на компенсацию постоянной времени нагрузки реакция системы оказывается также чувствительной к моменту подачи управляющего сигнала и.имеет .большие перерегулирования. При неизменном запасе устойчивости в комбинированной системе управления величина перерегулирования больше, чем в САР о управлением по отклонению на величину Т/Тн, независимо от вида настройки ПИ-регулятора тока. ; :'■'

В системе с И-со сбросом регулятором тока реализовать процессы конечной длительности не удается. Однако, здесь есть воз- ' можность постоянную времени интегратора выбирать из условия СО7 , ответствия первого выброса тока установившемуся значению с заданным перерегулированием 6/>

Л., ты \ ; (3)

Тогда благодаря отсутствию возмоаности накопления ошибки в система с И-со сбросом регулятором тока происходит быстрое затухание переходного процесса после первого интервала дискретности. . Установлено, что в системе имеется принципиальная возможность обеспечить инвариантность переходного процесса к моменту подачи управляющего сигнала в определенной зоне интервала дискретности, йга зона определяется областью устойчивости. 'Гак зона возмогной

настройки регулятора тока на соответствие первого выброса тока установившемуся значению на интервале дискретности для КСУ с США и СШТ шире, чем для КСУ с СИ2УЛ на 1/4 интервала дискретности; Расчеты переходных процессов подтвердили возможность КСУ с И-со сбросом регулятора тока отработать ток за один интервал дискретности независимо от момента подачи управляющего сигнала рис.5. Для сравнения приведены процессы с И-регулятором тока при аналогичной настройке рис.5. Ошибка, накопленная в И-ре-гуляторе тока на первом интервале дискретности, вызывает большое перерегулирование на втором и последующих интервалах дискретности.

Реализация инвариантности переходного процесса к моменту подачи управляющего сигнала потребует определенных аппаратных затрат. В главе оценена возмоаность исключения этих затрат. Для чего рассмотрены переходные процессы при настройке регулятора тока на первый интервал дискретности, когда управляющий сигнал на вход системы подается без запаздывания. В этом случае длительность переходного процесса и динамическая ошибка системы возрастают с увеличением запаздывания управляющего сигнала на интервале дискретности. Расчеты показали, что максимальная длительность, переходного процесса не превышает два интервала дискретности. . .

В четвертой глазе рассмотрены вопросы точности САР тока АЭП с-НПЧ. Точность определяется линеаризацией преобразователя и полной компенсацией противо-ЭДС.АД. Линеаризация преобразователя обеспечивает идентичность переходного процесса при изменении угла управления в различных реаишх тока и связана сг решением двух задач... Первая задача заключается з- обеспечении идентичности переходного процесса КСУ с И-со сбросом регулятором тока в широком диапазоне изменения угла управления,, а вторая ? а сопряжении регулировочных характеристик преобразователя з резинах непрерывного и прерывистого тока, во всем диапазоне изменения угла управления.

С изменением точки установившегося реаима системы для некоторых типов СИФУ изменяется коэффициент передачи преобразователя, вследствие изменения коэффициента передачи по напряаениз и фактора пульсаций. Поэтому это обстоятельство требует перестройки параметров коэффициента передачи программного канала и регу-

лятсра тока так, чтобы з новых условиях они соответствовали оптимальному режиму работы системы., В связи с этим в главе дается оценка качества регулирования при изменении точки установившегося разима системы, когда остались, неизменными настроенные на определенную точку установившегося режима параметры регулятора тока и программного канала, а также определяется зависимость динамической ошибки системы по первому выбросу тока

'' г . / ♦ Тс! / Тн

С 1 Щ . ¡/(пГ-О)а^о и>

Расчеты свидетельствуют, что качество регулирования тока в системе с СйФУЛ при изменении точки установившегося режима значительно ухудшается. Так, например, динамическая ошибка системы по первому выбросу тока приближается к 60 % по отношению к точке настройки. Езличины относительных динамических ошибок КСУ с СИ-ЗУ А и СИ5УТ на'презьгааа? одного процента во воем диапазона изменения угла управления. Поэтому использование этих типов СИйУ наиболее целесообразно з непосредственных'преобразователях частоты, работающих на повызеяных частотах (25-50 Гц) с большой глубинен модуляции. У ''''.--,''•.-.' ,'

: Рассмотрены' дга пути сспряаенйя регулировочных характеристик преобразователя- з резимах непрерывного и прерывистого тока во всем диапазоне' изменения угла- управлеюю. Первый путь связан с введением устройств линеаризации, характеристик преобразователя з общий канал регулирования, а второй'- - созданием опорных напряжений,:' отрмащ;« зависимость среднего тока нагрузки от угла управления в'о'боих резинах, тока, то есть линеаризованных СИ5УТ. Реализация устройств линеаризации характеристик преобразователя осуществляется на нелинейных званьях. Причем для линеаризации преобразователя з пироном-диапазоне,изменения угла управления необходимо точку излома 2!злпн&йного звена выбирать исходя из предельно-непрерывного'тока з функции противо-ЭДС. На основе анализа установлено, что слеаение точки излома нелинейного звена за противо-ЭДС процэ реализовать, когда абсцисса и ордината этой точки изменяются з функции. противо-ЭДС. Определены эти законы изменения п предложено оригинальное устройство линеаризации с сопряжением регулировочных характеристик преобразователя з рези-

мах непрерывного и прерывистого тока в широкой диапазоне изменения угла управления. При второй способе линеаризации болев: простои схемотехнически оказывается одноканальная линеаризованная СИ5УТ с одним блоком линеаризации. В области прерывистых токов опорный сигнал блоком линеаризации формируется по закону,^соответствующему зависимости среднего значения прерывистого тока преобразователя от текущего угла управления. -При этой угол соответствующий предельно-непрерывному .току нагрузки преобразователя определяется точкой пересечения основного опорного напряжения с противо-ЭДС, а угол управления при котором ток нагрузки становится равным нулю - точкой пересечения линейного напряжения сети и противо-ЭДС. Кроме того СИ5УТ при формировании опорных напряжений учитывает изменения напряжения сети, что по сравнению с первым обеспечивает инвариантность выходного тока преобразователя к изменениям напряжения питающей сети и дополнительно повышает точность. . •

Ток статора АД на интервале проводимости вентиля протекает под воздействием отрезков синусоидального выходного напряжения преобразователя и противо-ЭДС машины. Изменение противо-ЭДС АД на интервале проводимости вентиля снижает точность отработки то ка преобразователя. В главе изучены зависимости.длительности . протекания тока и его среднего значения наиатервале проводимое ти вентиля от амплитуды, частоты и фазы противо-ЭДС вд интервалах, где скорость изменения противо-ЭДС максимальна. Исходя из полученных зависимостей сформулирован принцип,^ заключающийся в смещении компенсирующего сигнала .в;сторону опереаения относи- ; тельно самой противо-ЭДС на различные'углы ка восходящем'; и падающем участках и получено оригинальное устройство для комленс. ЦИИ противо-ЭДС. ' - . •' . ,; ' ' . . ' .

В пятой главе отражены результаты экспериментальных иссле дований комбинированной системы регулирования тока с дикеариза ванной СИйУТ и интегральным регулятором тока со сбросом интегр ла до нуля в составе серийного электропривода ЭТА1-01 с асинхронным двигателем типа АДЧ 160Й4 и нагрузочного агрегата, выполненного из двигателя постоянного тока типа В-7А и ткристор-ного инвертора типа БТУ3601. Экспериментальные исследования П] водились с целью проверки работоспособности, оценки огшбки ра: раоотанной системы регулирования тока ка повышенных!25-50 Гц

частотох работы: электропривода и определения максимального рабочего момента на валу АД при выходной частоте НПЧ 50 Гц в продолжительном ревиме работы в соответствии с.установленным предельно-допустимым превышением температуры обмоток статора над температурой окружающей среды. '■■"■-•

С целью обеспечения оптимального использования АД и высоких энергетических и.динамических показателей электропривода функциональный преобразователь аналог-частота, реализующий требуемую зависимость меаду током статора и частотой тока ротора настроен для "горячего" состояния АД по минимуму тока статора, а регулятор скорости - на оптимальный с 5 % перерегулированием переходный процесс при отработке единичного скачка.

Испытания разработанной системы регулирования тока показали ее работоспособность в составе электропривода ЭТА1-01 вплоть до частоты питающей сети 50 Гц. Электропривод ЭТА1-01 с разработанной САР тока обеспечивает 90 Н м на частоте Еращения зала АД 1500 об/мин при перегреве обмоток статора 98,5° С. Сравнительные экслеримеятзльныэ исследования электропривода ЭТА1-01 со своей САР тока при аналогичных условиях, показали, что перегрев обмоток фаз АД выпе предельно-допустимого (100° С) на 15,5® С. При этом установлено, что для обеспечения предельно-допустимого перегрева необходимо при моменте 00 Я м уменьшить выходную частоту НПЧ до 4? Гц или при выходной частоте НПЧ 50 Гц уменьпить момент на 8 -1. ■' , ■ ■ '

В прилозенни приведены документы, подтверздаящне внедрение разработанной системы;.' '

' ЭАШЗЧШШ; . ' •'..."'

' В- результата проведенных теоретических и экспериментальных исследований получены следуащио'результаты:

I. Разработана новая .модель асинхронного двухфазного двигателя, справедливая при питании двигателя несинусовдальным капря-яеннем как ц.'реяимз непрерывного, так а з резиме прерывистого тока независимо от вида Преобразователя частоты, позволяющая непосредственно определить ток статора. На основе модели Адд разработана цифровая модель и динамическая модель в малом систем регулирования тока асинхронного электропривода с непосредствеа-

ныи преобразователей частоты дня исследования ее динамических / свойств.

2. Получены условия инвариантности комбинированных систем регулирования тока асинхронного электропривода с НПЧ, достигаемые в дискретные моменты времени с различными регуляторами тока при малых отклонениях координат на основе разработанных для этого динамических моделей импульсных регуляторов. Показано, что динамические возможности интегрального регулятора тока со сбросом интеграла до нуля в малом не изменяются с введением в регулятор делителя для усреднения интегрального сигнала на,интервале дискретности.

3. Комбинированная система регулирования с импульсными регуляторами тока оказывается более быстродействующей и обладает меньшим запасом устойчивости, особенно с делителей, чем система с непрерывным интегральным регулятором тока.. Определены условия инвариантности переходного процесса к моментам подачи управляют щего сигнала в комбинированной системе управления о интегральным регулятором тока со сбросом интеграла до нудя.

4. Установлено, что с изменением точки установившегося режима комбинированной системы управления с интегральным регулятором тока со сбросом интеграла до нуля в малом точность отработка тока для системы с СИ$У с линейными ^опорными валряаешшл! ниже на 60 5>, чем для системы, с СНОУ, с косинусоидалькыма опорными напряжениями и СИйУ, состоящей из косинусоадодьного и синусоидального опорных напряжений. •' -';.-;„ : ■'•-', •

5. Предложены принцип и устройство линеаризации с сопряже-. нием регулировочных характеристик преобразователя в режимах непрерывного и прерывистого тока в еирокои.диапазоне изменения уг ла управления с использозаниоа нелинейных звеньев к созданием . опорных напряжений, отражающих зависимость среднего тока нагруз ки от угла управленш! в обоих.режимах тодо/При.8TCU .схемотехнически оказывается более простой однокакальвая линеаризованная Ci'iVT с одним блоком линеаризации, которая обеспечивает инвариантность выходного тока преобразователя к изменению напряжен« пихающей сети. "'..'.■'

6. Для повышения точности отработки тока НПЧ, работающего на АД, предложен принцип и устройство для компенсации негативно го влияния изменяющейся на интервале проводимости вентиля прои

{5 , ' , ■ ''-v:' . ■■ . '■ .у

во-ЭДС. Устройство осуществляет сдвиг сигнала компенсации проти-во-ЭДС по отношению к сапой противо-ЭДС в сторону опережения на различные углы на восходящем и падаюцец участках.

7. Экспериментальные исследования комбинированной системы регулирования тока с интегральным регулятором тока со сбросом интеграла до нуля и СИйУ,.состоящей из косинусоидального и синусоидального опорных напряжений, показали высокие динамические показатели и возможность увеличения выходной частоты НПЧ вплоть до частоты сети 50 Гц^ Разработанная система регулирования тока на частоте 50 Гц имеет использование асинхронного двигателя по мощности на 8 л выше по сравнению с электроприводом типа 3TA1-0J..

Научные результаты работы огранены в следующих публикациях:

1. Заявка на изобретение ¡Р 4631965/24-0?, Адаптивное устройство для управления вентильным преобразователем /А.Н.Абрамов, Г.П.Охоткин- (СССР). Решение о выдаче а.с, от 28.12.89.

2. Заявка на изобретение ¡3 4439584/24-07. Устройство для управления электроприводом переменного тока /А.Н.Абрамов, Г.П.Охоткин (СССР). Решение о выдаче а.с. от 29.05.89.

3. Заявка на изобретение ¡3 4498531/24-0?. Частотно управляемый электропривод /А.Н.Абрамов, Г.П.Охоткин (СССР). Резенио о выдаче а.с. от 23.11.89.4. Заявка на изобретение № 4683088/24-07.- Устройство для

управления т -фазным реверсивным вентильный преобразователем /Г.П.Охоткин, А.А.Суаенцоз, А.Н.Абрамов (СССР). Решение о выдаче а.с, от 20.07.90.

5. Оншценко Г.В., Охоткин Г.П. Импульсная модель асинхронного двухфазного двигателя //Проблема электропривода и автоматизации' промышленных устанозок: Кеявуз. Сб.научн-.тр. /Иван. гос. ун-т, Иван, энерг. ш-т.'- Иваново, 1989 - с.39-43^

6. Схоткин Г.П. и др. Моделирование на ЭЕ!4 электромагнитных процессов систеш "Непосредственный преобразователь частоты -асинхронный-двухфазный двигатель" //Охоткин Г.П., Алексеев S.A., Суаенцов A.A.; ВНИИрелестроения - Чебоксары, 1989 - Деп. а Ин-форкэлектро 29.12.89, i? 272 - эт.89.

7. Абрамов А.Н., Охоткин Г.П. Сравнительный анализ рег/ля-тороз тока з комбинированной ометома управления НПЧ, расотаг^его

на асинхронный двигатель. // Тез.докл. восьмой наун-техн.конф. Электроприводы переменного тока с полупроводниковыми преобразователями - Свердловск, 1989. - с.35.

8. Преобразователи тиристорные для управления асинхронными двигателями: Отчет НИР / ВЗПИ;' Руководитель д.т.н., проф. Они-щенко Г.Б. - !? ГР0186.0121625; Инв. I? 02900020810, 1990. - 50 с.

9. Охоткин Г.П. Динамические свойства тиристорных преобразователей с импульсными регуляторами тока //Электротехника, -1990. - № 7. - с.15-16.

Личный вклад автора. В работах, напечатанных в соавторстве, автором разработано:

- в /1/ - принцип слежения точки излома нелинейного звена за противо-ЭДС, аппроксимация характеристики нелинейного звена из трех прямых с последующей реализацией на функциональных преобразователях, нелинейном усилителе и усилителе. • "

- в /2/ - принцип компенсации изменяющейся противо-ЭДС АД на интервале проводимости вентиля с помоцью введенного в оригинальное устройство нелинейного звена.

- в /3/ - способ регулирования тока намагничивания АД в функции частоты и нагрузки с помощью введенных в устройство. усилителей, сумматоров и усилителя с ограничением,

- в /4/ - одноканальный принцип формирования опорных на-.-' пряжений отражающих зависимость среднего тока нагрузки от угла управления в обоих режимах тока с помоцьш введенных, в устройство1 кольцевого счетчика,.аналоговых ключей и элементов совпадения.

- в /5/ - синтез модели, • алгоритмы управления;аналоговыми , ключами, - ' - <. .

- в /6/ - алгоритмы расчетной модели, .программа для цифрового моделирования.

- в /7,8/ - теоретический анализ точности структур управления НПЧ и экспериментальное подтверждение теоретических выводов.