автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Асинхронный электропривод на основе непосредственного преобразователя частоты с промежуточным звеном повышенной частоты

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

УДК 62-83:621.313.333

РГЗ ОД

МУСА Абдулсалам Маджвд

АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД НА ОСНОВЕ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ЗВЕНОМ ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТЫ

05.09.03 — Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1996

Работа выполнена на кафедре "Электропривод и автоматизация промышленных установок л технологических комплексов" Белорусской государственной политехнической академии.

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор Флраго Б.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Кузнецов В.П.,

кандидат технических наук, доцент Кузьмиикпй И.Ф.

Оппонирующая организация -Научно-производственное

государственное малое предприятие "Гранат-• автоматика"

Защита состоится 1996 г. в 10°° часов на

заседании совета по защите диссертаций Д.02.05.02 в Белорусской < государственной политехнической академии по адресу;

220027, г.Минск, пр.Ф.Скорины, 65, к.2, ауд.201, Белорусская государственная политехническая академия.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусской государственной политехнической академии. Автореферат разослан _ 1996 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций ;

доктор технцческнх наук, .

профессор. Короткевмч М.Л.

© Муса А., 1996

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Существенная роль в совершенствовании оборудования и технологии промышленного производства принадлежит автоматизированному электроприводу (АЭП), который строится на базе электродвигателей постоянного и переменного токов ,Укрупненно АЭП разделяются на электроприводы широкого (массового) применения и специальные электроприводы. К этим электроприводам предъявляются разные требования.

АЭП массового применения обычно имеют умеренные требования к показателям качества регулирования (точность, диапазон, плавность, быстродействие) и повышенные требова-вания к надежности, экономичности, простоте управления и массо-габаритным показателям. Основными электроприводами промышленных и транспортных установок являются массовые АЭП, которые определяют технологический уровень оборудования и экономичность электромеханического преобразователя энергии. Экономичность регулирования скорости массовых АЭП может быть достигнута в системе "преобразователь частоты — асинхронный двигатель" (система ПЧ —АД). Надежность системы ПЧ — АД может быть повышена с помощью применения тйристорного непосредственного преобразователя частоты (НПЧ), который, однако, имеет ограничение но верхней выходной частоте при питании от промышленной сети. Совершенствование системы НПЧ —АД может идти по пути применения промежуточного звена повышенной частоты, построенного таким образом, чтобы АЭП обладал почти всеми положительными качествами системы НПЧ —АД и в то же время не имел ограничений по выходной частоте (с возможностью использования серийного асинхронного двигателя на частоту 50 Гц), а кривая тока нагрузки приближалась к синусоиде. Решение ряда задач но достижению указанной цели и определяет актуальность темы диссертации.

Связь работы с крупными научными программам», темами. Работа выполнялась в соответствии с темой научно-исследовательских работ кафедры "Электропривод н автоматизация промышленных установок и технологических комплексов" БГПА ГБ —91-22 ".разработать высокоэффективные

асинхронные электроприводы с полупроводниковыми преобразователями частоты".

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является совершенствование системы электропривода НПЧ-АД путем введения промежуточного звена однофазного тока повышенной частоты, ШИМ выходного напряжения в однофазно-трехфазном ■ тиристорном' НПЧ и разработка методики расчета усовершенствованной системы электропривода.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

разработать структуру электропривода с определением функций основных ее элементов;

выбрать и обосновать способ формирования кривой выходного напряжения НПЧ;

провести гармонический анализ выходного напряжения НПЧ для принятого способа ШИМ;

■ разработать методику расчета установившихся динамических режимов работы усовершенствованной системы электропривода;

разработать математическую модель исследуемой системы ■электропривода;

разработать структуру системы управления электроприводом;

провести имитационное моделирование установившихся и переходных процессов исследуемой системы электропривода;

провести сопоставление результатов расчета с результатами моделирования.

Научная новизна полученных результатов. Впервые для АЭП массового применения по системе НГ1Ч--ШЙМ — АД с промежуточным звеном повышенной частоты:

предложен способ синусоидальной ШИМ по усредненным на интервалах полупериода повышенной частоты значениям напряжения, изменяющимся от середины одного Полупериода к другому по синусоидальному закону, который записан в виде формулы для определения углов открывания вентилей;

получены аналитические выражения для расчета первой и высших гармоник выходного напряжения по усредненной и реальной кривой для принятого способа синусоидальной ШИМ, причем но усредненной кривой первая гармоника

. напряжения определяется без учета параметров нагрузки с погрешностью, не превышающей 3%;

разработана методика расчета токов ротора и статора АД в установившихся динамических режимах, основанная на однофазной схеме замещения асинхронного двигателя, позволяющая на этапе проектирования провести оценку электромеханических свойств и энергетических показателей , установившихся динамических процессов электропривода;

составлена математическая модель системы электропривода НПЧ ШИМ-АД с промежуточным звеном повышенной частоты, разрешенная относительно токов статора й ротора АД, которой удобно пользоваться при питании АД от полупроводниковых преобразователей, управление ключами которых осуществляется в зависимости от тока;

разработаны алгоритмы и программы для компьютерного моделирования системы электропривода, с помощью которых можно осуществлять быстрые эксперименты с моделью при различных входных воздействиях, возмущениях и изменении параметров.

Практическая значимость полученных результатов.

Полученные формулы для расчета углов открывания вентилей в принятом способе синусоидальной ШЙМ и для расчета первой гармоники выходного напряжения НПЧ по усредненной по полупериодам кривой являются исходной информацией для Микропроцессорной системы управления разработанным электроприводом.

Разработанная методика расчета токов ротора и статора асинхронного двигателя и других величин системы электропривода позволяет выявить электромеханические свойства и энергетические показатели для ряда выходных дискретных частот в установившихся динамических режимах без моделирования, что весьма важно для быстрой предварительной оценки проектируемого электропривода.

Разработанная математическая модель и программа имитационного моделирования системы НПЧ ШИМ-АД с промежуточным звеном повышенной частоты дают возможность исследовать установившиеся и переходные процесс!)! при любых выходных частотах, изменении параметров электропривода для разных законов задания частоты в переходных

процессах, что позволяет иметь полную оценку показателей и свойств электропривода.

Экономическая значимость полученных результатов. Результаты исследования могут найти применение при разработке и проектировании асинхронных регулируемых электроприводов с повышенными требованиями к надежности в различных отраслях хозяйства Республики Беларусь и Сирии. Основные положения, выносимые на защиту: аналитические выражения для гармонического анализа и расчета углов открывания вентилей в выпрямительном и инверторном режимах для однополярной синусоидальной ШИМ, позволяющие' реализовать данную ШИМ без использования аналоговых синусоидальных сигналов переменной частоты и амплитуды и без запоминания значений углов открывания вентилей;

• • методика расчета установившихся динамических процессов в системе НПЧ — ШИМ - АД, которая дает возможность определить мгновенные и интегральные величины и показатели системы на этапе предварительного проектирования;

математическая модель системы НПЧ —ШИМ —АД и результаты имитационного моделирования, по которым можно полностью оценить электромеханические свойства и энергетические показатели при различных режимах, нагрузках и параметрах электропривода.

Личный вклад соискателя выразился в разработке идеи по совершенствованию, системы НПЧ-АД с помощью однополярной синусоидальной ШИМ при . наличии звена повышенной частоты, проведении расчетов и интерпретации их результатов, разработке математической модели и отладке программы имитационного моделирования электропривода. Анализ результатов проведен под руководством научного руководителя, а при разработке математической модели и при моделировании системы научным консультантом был профессор Павлович С.Н.

Апробация результатов диссертации. Материалы диссертации докладывались на:

научно-технических конференциях профессорско-преподавательского, состава БГПА (1993-1995 г.);

республиканской научно-технической конференции "Автоматизированный электропривод промышленных установок" (Минск 1994 г.);

научно технической конференции "Теория и создание интеллектуальных САПР" (Минск 1994 г.);

международной 51-ой научно-технической конференции, посвященной 75-летию Белорусской государственной политехнической академии, "Состояние и перспективы развития науки и подготовки инженеров высокой квалификации в Белорусской государственной политехнической академии"(Минск 1995 г.);

на международном симпозиуме по электрическим машинам (Польша) в 1995 году;

на международной научной конференции в Остраве (Чехия) в 1995 году.

Опубликованность результатов. Основные положения диссертации освещены в 2 статьях и 5 тезисах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и приложений., изложенных на 204 машинописного текста, 79 рисунков (на 41 с.у таблицы; списка использованных источников, включающего 105 наименований (на 8 с .), и 4 приложений на 55 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дан анализ свойств и характеристик преобразователей частоты, применяемых в регулируемом асинхронном электроприводе, и выявлены преимущества НПЧ с естественной коммутацией (НПЧ ЕК) по сравнению с НПЧ с искусственной коммутацией (НПЧ ИК) и автономным инвертором (АИ), а также установлено, что для полного использования частотного диапазона серийных асинхронных двигателей НПЧ ЕК следует питать напряжением повышенной частоты. Показано, что для регулируемых электроприводов массового применения с главными требованиями по надежности и экономичности можно создать систему на основе комбинации наиболее простых и надежных узлов разных видов преобразователей: неуправляемого выпрямителя, звена повышенной " частоты на базе однофазного автономного инвертора напряжения с прямоугольной формой -кривой п однофазно-трехфазного тиристорного- НПЧ ЕК формированием

кривой выходного напряжения НПЧ методом однополярной синусоидальной ЩИ М.

Во второй главе приведена функциональная схема предложенного электропривода, которая состоит из неуправляемого выпрямителя В, преобразователя повышенной частоты ППЧ с системой управления СУ, однофазно-трехфазного НПЧ ЕК й трехфазного короткозамкнутого АД

Рис. Г . функциональная схема электропривода.

Формирование кривой выходного напряжения НПЧ осуществляется предложенным методом однополярной синусоидальной ЦШМ, при котором средние за полупериод несущей частоты значения выпрямленного напряжения изменяются от полупериода к полупериоду по синусоидальному закону, т.е. мгновенное -значение первой гармоники выходного напряжения НПЧ на временном интервале, соответствующем середине n-го полупериода несущей частоты, равно среднему значению напряжения на n-м полупериоде:

ud(n) = U(lmsin((n7t/v) + (n/2v)>, (1)

где Щп—амплитуда первой гармоники выходного напряжения;

п = [Э/п] —цедоечисло, соответствующее номеру полупериода несущей частоты, п = 0, 1, 2, 3...;

v = f1/f2—отношение входной частоты НПЧ к выходной; S = C0|t = 27xftt — угол в радианной мере входной частоты; t—время.

Преобразователь повышенной частоты работает с постоянной частотой (f, -- const) и неизменным значением напряжения Ud0. Выходная частота НПЧ регулируется за счет изменения v, а амплитуда первой гармоники—за счет глубины модуляции g:

. g = Udm/Ud0... (2)

Получены аналитические выражения для определения углов открывания тиристоров в выпрямительном ап и инверторном Рп режимах«

an = р п = к[) - g |sm((nn/v) + (л/2у»|) . (3)

Длительность импульса на п-м интервале в выходном напряжении НПЧ будет равна Хп.= п- ап. На остальной части интервала напряжение равно .нулю.

Длительность, инвертирования на каждом полупериоде выходной частоты оценивается числом Nt полупериодов несущей частоты:

N, >. ф„\'./71 . . , (4)

где ф„ —угол нагрузки, определяемый и5 эквивалентной схемы АД при данной выходной частоте и данной нагрузке (абсолютном скольжении sa).

Проанализированы две структуры электропривода с реализацией закона частотного управления с поддержанием постоянства потокосцепления взаимоиндукции (vjym) АД. Одна из структур предпочтительна для практической реализации электропривода, а вторая — для имитационного моделирования. Реализация рассмотренных структур Электропривода требует знания первой гармоники выходного напряжения НПЧ. Задача определения, первой гармоники выходного напряжения решалась с помощью гармонического анализа реальной ч усредненной кривых напряжения.

В результате гармонического анализа было установлено, что первую гармонику выходного напряжения НПЧ можно определять с погрешностью менее 3% по усредненной" кривой, форма которой не зависит от параметров нагрузки. Получена простая формула, для вычисления .первой . гармоппкм

напряжения. Амплитуда первой гармоники изменяется пропорционально глубине модуляции. Высшие гармоники напряжения следует рассчитывать по реальной кривой напряжения, при этом гармоники с наибольшими амплитудами располагаются в области частотного спектра k = 2v ± 1. С возрастанием индуктивного, характера нагрузки амплитуды высших гармоник напряжения возрастают, а при уменьшении выходной частоты спектр "резонансных" гармоник смещается в сторону более высоких частот.

В гладе проанализированы показатели качества кривой напряжения: коэффициенты несинусоидалыюсти и гармоник, которые зависят от глубины модуляции и отношения частот.

В рассмотренной структуре электропривода применен наиболее простой способ частотного торможения -- шшерторпое торможение.

В третьей главе проведен математический анализ установившихся динамических процессов в системе НПЧ — ШИМ —АД с промежуточным звеном повышенной частоты. На основе эквивалентной схемы замещения АД при несинусоидальном питающем напряжении при = const разработан аналитический метод /расчета токов ротора и статора, электромагнитного момента и . других величин АД в исследуемой системе. Уравнения кривых токов ротора (-i'2) и статора i( получены в замкнутой форме при дискретных' выходных частотах (рис,2).

-til,,

Рис.2. Кривые токов АД при V = 60, - 0,04

На интервалах инвертирования кривая тока ротора АД выражается уравнениями: а) 1ь = +и,|(,; пл 2 й < пл + к - р„ :

,-iSx = A,(n)exp(- S^JiS) + Id - ImSsin(9/v - Фе - Фк) . (5) со, Ik

6)u2 = Ö; (п + 1)я - ßn < 9 < (n+lb:

-i'20 = A2(n)exp(- & - (п+1)я + ßn) _ Usin(9/v . ф1 - фк), (6) ш,Гк

где A,(n), A2(n)—постоянные интегрирования, которые определяются по рекуррентным формулам, полученным из разностных уравнений исходя из непрерывности тока на границах интервалов;

Фе> Фк~ начальные фазы; . '__

1(1 = Udo/^k'. ImE = Етг/ "\/К2ад + Х-АД ;

Тк = Lk/Rk ; Rk = R, + R'_, ; Lk = Lo1 + Lo2 ; R-дд, ХЛД-эквивалентц£1е активное и индуктивное сопротивления схемы замещения АД для первой гармоники при данной частоте и абсолютном скольжении;

Ems-суммарная синусоидальная ЭДС в расчетной эквивалентной схеме АД при несинусоидальном напряжении.

На интервалах выпрямления кривая тока ротора выражается уравнением

а) и2 = 0; птт < 9 < пл + ап :

-i'20 = ВДгОехрС-^-Ш) - I sih(9/v- Фг - срк) (7)

(о,Тк

б) u2 = +Üd0 ; П71 + а„ < 9 < (п+ 1)л: -

-i'zx = B2(n)exp(- 3 ' n* ' а") + I(1 - ImS.sin(a/v -.фЕ - Фк), (8)

"'t

где В/п), B2(n) — постоянные интегрирования, определяемые аналогично А,(п), А-2(п).

Кривая тока статора записывается в виде

. ¡1 - ч'У+. iM , (Ч)

где iM —ток намагничивания, определяемых -уравнением

!ц = ImnSirn(S/v - - у) • (10)

!„>,,—амплитудное значение намагничивающего тока, определяемое заданным значением, vjv, фц, у—начальные значения фазы д ока i.,.

При« известных уравнениях . тока первой фазы и симметрии трехфазной системы получены уравнения токов двух других фаз и составляющие векторов этих токов на неподвижные оси координат lot, 1$. Потокосцепление взаимоиндукции принималось синусоидальным, а электромагнитный момент рассчитывался повекторному произведению

М = 3ptl[vTr. х I7J/2 . . Ш)

Полученные в диссертации уравнения являются основой для аналитического исследования установившихся динамических режимов в системе НПЧ —ШЦМ — АД.

В четвертой главе выявлены показатели, характеризующие качество преобразования энергии при несинусоидальных токах н напряжениях в системе НГ1Ч—ШИМ — АД, как по мгновенным, так и по интегральным значениям. Дано теоретическое обоснование смещению максимума КПД двигателя в сторону меньших нагрузок по сравнению с номинальным режимом при уменьшении частоты и ухудшении формы кривой тока (рис.3).

Рис.3. Зависимость относительных энергетических НПЧ —ШИМ —АД от абсолютного скольжения sa при v = 90

Оптимальный коэффициент загрузки К, омт, соответствующий максимуму КПД определяется выражением

Кэ.опт. = а К„.л/а" , (12)

где

а — АР„о,;т.|;ом/АР[|ф.1:оМ » Кис = 1К1)/1| •

Установлено, что при частотах < 20Гц в системе НПЧ —ШИМ —АД практически отсутствует увеличение потерь в меди от высших гармоник тока. В номинальном режиме для АД типа А02-42-6 при f:) = 50Гц потери в меди возрастают на 22%, КГ1Д уменьшается на 0,5%, а завышение габаритной мощности двигателя составляет 12%. •

В это» же главе дан анализ электромеханических свойств системы электропривода. Сделано аналитическое описание электромеханических свойств переходных процессов электропривода при наличии колебаний электромагнитного момента и получена формула

5 = Дш./Дш(<) =л / 1 + , (13)

У(\ - Т,ТМП,)2 + (ОТ.,)2

позволяющая оценить колебания скорости при известных постоянных времени (Тэ, Т„) и частоте П изменения переменной составляющей электромагнитного момента.

Пятая глава посвящена моделированию исследуемой системы НПЧ—ШИМ —АД. За основу было взято создание математической модели исследуемого объекта и выбора наиболее подходящего языка программирования и сервисных программ, обеспечивающих минимальные затраты времени на моделирование. Программа моделирования состоит из двух частей: модели асинхронного двигателя и модели системы частотного управления, Поскольку управление ключами НПЧ в исследуемой системе осуществляется в функции токов статора, была разработана трехфазная модель АД в

ненодвижной системе координат 1а, 1р, 1у, разрешенная относительно токов.

В модели системы частотного управления по закону ij;„, = const мгновенные, значения напряжений трех фаз генерируются в соответствии с логическими функциями, которые определяют продолжительность и знак задаваемого выходного напряжения НПЧ, режим работы преобразователя, номер полупериода несущей частоты (число п), углы открывания тиристоров ап на п-.м интервале, допустимое значение тока статора, принимаемое за ноль^

На бестоковых интервалах статора в фазе индуктируется ЭДС, которая будет равна измеряемому на статоре напряжению. Это явление учтено в модели электропривода.

При созданных моделях трехфазного АД и системы частотного управления процесс имитационного моделирования задается законом изменения частоты в переходном процессе. В диссертации при имитационном моделировании использовался линейный закон задания частоты. В переходном процессе следует формировать кривую выходного напряжения так, чтобы ее первая гармоника в переходном процессе изменялась таким же образом, как и при синусоидальном питающем напряжении. А это требует специального формирования углов открывания тиристоров в переходном процессе. В диссертации решены эти вопросы с помощью выведенных аналитических выражений v(t) для переходных процессов при линейном задании частоты. ■

Разработанная модель трехфазного АД в неподвижной системе координат la, l[i, 1у справедлива при постоянных параметрах.

Программа моделирования исследуемого электропривода записана на языке Паскаль и скомпелирована с помощью пакета Борланд-Паскаль 7.0. '

Моделирование системы электропривода выполнено для нескольких АД примерно одинаковой мощности но заметно отличающимися параметрами.

Характер переходных процессов в первую очередь зависит от соотношения постоянных времени m = Тм/Т.,. При m < 2 при разгоне до половинной скорости проявляются электромагнитные колебания независимо от формы кривой напряжения (рис..4);

• Рис. 4; Кривые скорости и момента АД при V = 12, Мс. = МЖ1М, } = 1,5Лд„

При ш > 2 электромагнитные процессы оказывают малое влияние на характер переходного процесса.

Результаты моделирования подтвердили правильность методики расчета установившихся динамических режимов электропривода как для мгновенных значений неременных, так и для интегральных показателен. В частности, погрешность максимального значения, кривой тока статора не превышает

0.5%, а действующего значения —менее 3%. В пределах инженерной точности находятся ц другие переменные.

ВЫВОДЫ

1. Совершенствование регулируемого асинхронного электропривода с умеренными требованиями к диапазону и динамическим показателям можно осуществить на основе комбинации наиболее простых и надежных узлов разнык видов преобразователей частоты: неуправляемого выпрямителя, звена повышенной частоты на базе однофазного автономного инвертора напряжения с прямоугольной формой кривой напряжения и однофазно-трехфазного тиристор,, непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией вентилей и формированием кривой выходного напряжения методом однополярной синусоидальной ШИМ.

2. Для системы НПЧ-АД с промежуточным звеном повышенной частоты предложен новый способ однополярной синусоидальной 111 ИМ, при котором средние за полупериод несущей частоты значения выпрямленного напряжения изменяются от полупериода к полупёриоду по синусоидальному закону. В отличие от обычно применяемых методов реализация данного способа ШИМ осуществляется без аналоговых задающих синусоидальных напряжений и без запоминания углов открывания вентилей, а с помощью вычисления текущих значений углов по аналитическому выражению.

3. Гармонический анализ выходного напряжения системы НПЧ — ШИМ — АД Показал возможность определения первой гармоники выходного напряжения по усредненной кривой, форма которой не зависит от параметров нагрузки, с максимальной погрешностью, не превышающей 3%. Это позволяет сразу находить необходимую величину глубины модуляции и другие переменные системы управления, т.е. позволяет реализовать наиболее простую стратегию системы управления.

4. Разработана методика расчета и аналитического исследования установившихся динамических процессов в системе НПЧ—ШИМ —АД с промежуточным звеном повышенной частоты, основанная на использовании однофазной эквивалентной схемы АД при несинусоидальном питающем напряжении, которая позволяет на этапе предварительного проектирования провести полную оценку электромеханических свойств и энергетических показателей данной системы электропривода для ряда дискретных значений выходных частот НПЧ, обеспечивающих симметрию трехфазных напряжений.

5. Исследованная система энергетических показателей, характеризующих качество преобразования энергии в электроприводе НПЧ —ЩИМ —АД,.. позволила установить, что 'при выходных частотах НПЧ, мень'ших 20 Гц, практически отсутствует увеличение потерь в меди АД от высших гармоник. При номинальной нагрузке завышение габаритной мощности двигателя не превышает 12%. К.и.д. в номинальном режиме АД уменьшается на 0,5% по сравнению с синусоидальным питанием (для АД типа А02-42-6). С

уменьшением частоты питающего двигатель напряжения максимум КПД', смещается в сторону меньших нагрузок.

6. Дано аналитическое описание электромеханических переходных процессов электропривода при наличии гармонических колебаний электромагнитного момента АД, на основании которого получена формула, позволяющая оценить колебания скорости двигателя при известных постоянных времени электропривода и частоты переменной составляющей электромагнитного момента. В частности, для системы НПЧ — ЩИМ —АД с асинхронным двигателем типа А02-42-6

- относительные колебания скорости составляют 0,03%

7. Разработана математическая модель трехфазного асинхрон-

ного двигателя в неподвижной системе координат а, р, у, разрешенная относительно токов статора и ротора АД, которой удобно пользоваться при питании АД от полупроводниковых преобразователей, так как коммутация ключей преобразователей осуществляется в зависимости от тока,и разработана математическая модель системы частотного управления АД при стабилизации потокосцепления взаимо индукции, которая совместно с математической моделью трехфазного АД позволяет проводить имитационное моделирование системы НПЧ —ШЙМ —АД при различных входных воздействиях и'изменении параметров электропривода.

8. Результаты имитационного моделирования системы НПЧ — ШИМ —АД с промежуточным звеном повышенной частоты подтвердили правильность разработанной методики расчета установившихся динамических процессов и показали возможность, формирования заданных пуско-тормозных режимов в предложенной системе электропривода.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ СОИСКАТЕЛЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Фираго Б.И., Муса Абдулсалам. Методика расчета установившихся динамических режимов в системе НПЧ со звеном повышенной частоты АД. Материалы 50-й научно-технической конференции профессоров, преподавателей,

научных работников, аспирантов и студентов БГПА.— Минск: БГПА, 1994 г.-С. 123.

2. Фираго Б.И., Муса Абдулсалам. Гармонический анализ выходного напряжения НПЧ при синусоидальной модуляции по интервалам проводимости вентилей. Материалы 50-й научно-технической конференции профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов БГПА.-Минск: БГПА, 1994 г.-С, 125.

3. Муса Абдулсалам. Формирование выходного напряжения тиристоров НПЧ со звеном повышенной частоты // Автоматизированный электропривод промышленных установок: Тез.док.республиканской научно-технической конфер,— Минск, 1994.-С.42.

4. Фираго Б.И., Муса Абдулсалам. Асинхронный электропривод с НПЧ со звеном повышенной частоты // Автоматизированный электропривод промышленных установок: Тез. республиканской научно-технической конференции.^ Минск, 1994.-048.

5. Фираго Б.И., Муса Абдулсалам, Куликов А.Ю. Моделирование асинхронного электропривода с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения НПЧ повышенной частоты. Материалы; международной 51-й научно-технической конференции профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов БГПА, посвященной 75-летию Белорусской государственной политехнической академии "Состояние и перспективы развития науки и подготовки инженеров высокой квалификации в БГПА".-Минск: БГПА, 1995.-С, 153.

6. Bronislav I. Firago., Mousa Abdulsalam. Mathematical analysis of pwm cycloconverter induction motor drive with an increäed frequency interlink // vi sympozjum podstawowe problemy energoelektroniki i .elektromechanikl. —Gliwice-Ustron, 1995. -P.245-252. '

7. B.I.Firago — A.Moussa. Y.A.KuIikov. Simulation of PWM cycloconverter induction niotor drive with a higher frequency intelink // Mezinarodni vedecka konference. — Ostrava 12 — 14.Zan 1995.-P.55-59.

РЭЗЮМЕ

Муса Абдулсалам Асшхронны электранрывод з прамежным звяном павышанай

частаты

Асшхронны электрапрывад, неиасрэдныя пераутваральш-К1 частаты, шыротнаЧмпульсная мадуляцыя, частотнае рэгуляванне скорасш, ¡мтгацыйнае мадэлфаванне.

Аб'ектам даследавання з'яуляецца асшхронны частотна-рэгулюемы электрапрывод на аснове тырыстарнага НПЧ з прамежным звяном павышанай частаты Г сшусащальнай аднапалярнай шыротнаммпульснай мадуляныяй (Ш1М). Мэтай даследавання з'яуляецца удаскана.'еннэ астзмы электрапрывода НПЧ —АР шляхам увядзення прамежнага звяна павышанай частаты, НИМ выхадт'га напружання у аднафазна-трохфазным тырыстарным НПЧ I раснрацоук-методыю разлжу уд^сканаленай астэмы электрапрывода.

Прапанаваны новы спосаб аднапалярнай сшусадальнай Ш1М I вьипчэнне першай гармонш напружання па .усярэдне-пай крывой выхаднога напружання НПЧ.

Распрацавана методыка разлй<у 1 анал1тычнага даследавання усталянаных дынам1чных працэсау у асгэме НПЧ-Ш1М —АР з прамежным звяном павышанай частаты.

Даследаваны энергетычныя паказчык1 у сктэме НПЧ-Ш1М —АР. Г выявлена, што пры выхадных частотах НПЧ, мен/йвых за'20 Гц.практычна адсутшчас павел|чэнне страт у медз1 АР ад вышэйшых гармошкау.

Прапанавана . анал'1тычнае ап!санне электрамехан^ных пераходных працэсау электрапрывода пры наяунасц1 гармашч-ных ваганняу электрамагштнага моманту АР.

Распрацавана матэматшчная мадэль трохфазнага АР I мадэль астэмы частотнага юравання, з данамогай як1Х выкана-на . ¡мГтацыйнае мадэл1рапанне с!стэмы НПЧ — НИМ — АР з прамежным звяном Павышанай частаты.

РЕЗЮМЕ

Муса Лбдулсалам Асинхронный электропривод на основе непосредственного преобразователя частоты с промежуточным звеном повышенной частоты

Асинхронный электропривод, непосредственные преобразователи частоты, широгно-импульсная модуляция, частотное регулирование скорости, имитационное моделирование.

Объектом исследования является асинхронный частотно-регулируемый электропривод на.основе тиристорного НПЧ с промежуточным звеном повышенной частоты и синусоидальной однополярной широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Целью исследования является совершенствование системы электропривода НПЧ — АД Путем введения промежуточного звена повышенной частоты, Ш.ИМ выходного напряжения в однофазно-трехфазном тиристорном НПЧ и разработка методики расчета усовершенствованной системы электропривода. Предложен новый способ однополярной синусоидальной ШИМ и вычисление первой гармоники напряжения по усредненной кривой выходного Напряжения НПЧ .

Разработана методика расчета и аналитического исследования установившихся динамических процессов в системе НПЧ —ШИМ —АД с промежуточным звеном повышенной частоты.

Исследованы энергетические показатели системы НПЧ — ШИМ —АД и установлено, что при выходных частотах НПЧ, меньших 20 Гц, практически отсутствует увеличение "потерь в меди АД от высших гармоник.

Предложено аналитическое описание переходных процессов .электропривода при наличии гармонических колебаний электромагнитного момента АД. :

Разработана математическая модель трехфазного АД и модель системы частотного управления, с помощью которых проведено имитационное моделирование, исследуемой системы электропрлвода.

SUMMARY

Mousa Abdulsalam Induction motor electrical drive on the base of a cycloconverter with a higher frequency interlink

Induction motor electrical drive, cycloconverters, pulse-width modulation, frequency control, simulation

The research is corcerned with the higher frequency interlink PWM cycloconverter fed induction motor. The frequency control of an induction motor (IM) fed from the cycloconverter is performed by law stabilizing the mutual flux linkage.

The aim of th research is to improve the electrical drive system C —IM by inserting the higher frequency interlink and unipolar sinus PWM technique and to develope an analytical design technique for the improved electrical drive system C-PWM-IM.

The new unipolar sinus PWM technique and method of determination of the cycloconverter output voltage fundamental harmonic through the ave/age voltageJyav^forms have been proposed. The analytical design technique for calculation of the C — PWM—IM steady-state dynamic conditions has been elaborated. -

There have been investigated the energetic factors characterized the electrical energy conversion in the C - PWM — IM system and have been revealed that additional copper losses due to higher harmonics in the induction motor at the frequencies less than 20 Hz are negligible.

The analytical description of electromechanical transients in the electrical drive with a harmonic fluctuation the electromagnetic torque is put forward and a formula for estimation of the rotor speed oscillation is derived.

The developed mathematical model and simulation programme of the C - PWM-IM system offer a rather fast investigation of its steady and transient states.

МУСА Абдулсалам Маджид

АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД НА ОСНОВЕ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ЗВЕНОМ ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТЫ

05.09.03 — Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Редактор Т.Н.Микулик

Подписано в печать 27.05,96. Формат 60x84 1/16. Бумага тип. № 2. Офсет, печать. Усл.печл. 1,4. Уч.-изд.л. 1,0. Тир.90.3ак. 375.

Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусская государственная политехническая академия. Лицензия ЛВ № 1(549. 220027, Минск, пр. Ф.Скорины, 65.