автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Асинхронный электропривод на основе преобразователя частоты с комбинированной коммутацией

на правах рукописи

ШИПУЛИН Александр Владимирович

АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД НА ОСНОВЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ С КОМБИНИРОВАННОЙ КОММУТАЦИЕЙ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, включая кх управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1996

Работа выполнена в Санкт-Петербургской государст венном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническо! университете).

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор КОЗЯРУК АНАТОЛИЙ ЕВТИХИЕВИЧ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ХРИСАНОВ ВИТАЛИЙ ИВАНОВИЧ

кандидат технических наук, доцент РАСПОПОВ ЕВГЕНИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

Ведущее предприятие: институт "ГИПРОШАХТ"

Защита диссертации состоится 27 июня 1996 г. в 17 ча< 15 мин. на заседании специализированного совета К.063.15.0' в Санкт-Петербургском государственном горном институт имени Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу 199026, Санкт-Петербург, В.О., 21 линия, д.2, зал №2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санк' Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 23 мая 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Б.Г.АНИСКШ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В области автоматизированного электропривода преимущественное развитие получают электроприводы переменного тока и, в первую очередь, асинхронные электроприводы с полупроводниковыми преобразователями. Это объясняется рядом преимуществ бесконтактных электродвигателей: повышенной надежностью, более высоким КПД, лучшими массо-габарптны-кп показателями, лучшими динамическими свойствами и т.д.

Электроприводы переменного тока развиваются по двум направлениям:

- создание регулируемых электроприводов с повышенными статическими, динамическими и энергетическими показателями;

- создание массового регулируемого электропривода для механизмов, не требующих высокого качества управления движением. Таковыми являются подавляющее большинство современных технологических и производственных машин и механизмов.

Для создания массового электропривода необходимо добиться высокой надежности, неприхотливости в обслуживании, невысокой стоимости, достаточной энергетический эффективности. Решение возможно, в первую очередь, на основе использования схем преобразователей с уменьшенным количеством управляющих элементов, предпочтительно, с естественной коммутацией, В частности необходимы электроприводы для горных подъемно-транспортных машин и механизмов, обладающие удовлетворительными для механизмов этого класса энергетическими и эксплуатационными характеристиками, надежностью и безопасностью в работе. Исследования по разработке и созданию асинхронных регулируемых электроприводов с новыми типами полупроводниковых преобразователей являются весьма актуальными.

Большой вклад в развитие массового маловентильного асинхронного электропривода внесли : Н.Ф.Ильпнский, Т.А.Глазенко, В.И.Хрисанов. Большой объем исследований асинхронных электроприводов для горных машин выполнен В.В.Рудаковым, Г.И. Разгильдеевьш, А.И.Пархоменко, Я.П.Грпнбергом и др.

Цель работы - разработка п исследование электропривода на основе преобразователя частоты с комбинированной коммутацией (ПЧ с КК).

Основные задачи исследований:

• анализ схем преобразователен частоты с комбинированной коммутацией;

» разработка математической модели системы ПЧ с КК - АД;

• разработка макетного образца преобразователя частоты с комбинированной коммутацией и электропривода на его основе;

• экспериментальные исследования электропривода по системе ПЧ с КК - АД. .

Методы проведения исследований. Исследования выполнялись с использованием методов математического моделирования электромеханических систем с полупроводниковыми преобразователями, численных методов расчета с использованием ЭВМ, экспериментальных исследований.

Научная новизна представлена следующими пололсениями: « предложена формализация преобразователя частоты с комбинированной коммутацией в виде системы с переменной структурой; в формализован алгоритм управления ПЧ в табличном виде, позволяющий описать его работу в виде алгоритма изменения состояний, алгоритма моментов изменения состояний ы логических условий изменения состояний; « разработан алгоритм численного интегрирования уравнений состояния для случая, когда воздействие имеет кусочно-синусоидальный характер; в разработан алгоритм и программа моделирования системы ПЧсКК-АЦ;

» предложена инженерная методика расчета элементов ПЧ с КК.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований, близкой сходимостью расчетных и экспериментальных данных.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

• предложена новая силовая схема тиристорного преобразователя частоты, обладающая широким диапазоном регулирования при комбинированной коммутации тиристоров;

• разработана методика расчета, а также пакет программ для исследования на ЭВМ основных характеристик электропривода с новым типом преобразователя частоты;

• разработана программа для микропроцессорной системы управления преобразователем частоты с комбинированной коммутацией;

• предложены новые технические решения, защищенные авторскими свидетельствами и патентами РФ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на конференциях молодых ученых СПГГИ им. Г.В.Плеханова (1982-1993 гг.), кафедральных и факультетских семинарах, а также на Международном симпозиуме "Энергосберегающие технологии добычи, транспортировки и переработки твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых" (май 1996 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе 13 авторских свидетельств.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 134 страницах, содержит

85 рисунков, 8 таблицы, список литературы из 62 наименований. Общий объем работы - 157 страниц.

Бэ ззедезгш дается общая характеристика работы, обосновывается ее актуальность, формулируется цель п задачи исследований, определяется научная новизна и практическая ценность работы.

3 глазе 1 изложены требования к электроприводам горных конвейеров и характеристика применяемых электроприводов.

В глазе 2 приводятся систематизация силовых схем, характеристики' 114 с КК, принципы формирования выходного напряжения п диапазона регулирования преобразователя частоты, инженерная методика расчета элементов схемы.

Глава 8 посвящена математическому моделированию системы электропривода Г1Ч с КК - АД.

В главе 4 обоснована функциональная схема системы управления ПЧ с КК, положены принципы построения и алгоритмы управления цифровой, построенной на элементах жесткой логики, л микропроцессорной систем управления,

В главе 5 изложены результаты экспериментальных исследований электропривода на основе ПЧ с КК.

Заключение отражает обобщенные выводы по результатам исследований в соответствии с поставленными задачами.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ Положение 1.

Асинхронный электропривод па основе нового типа преобразователя. частоты (с комбинированной коммутацией), фор-лтрующего папрязиение питания нагрузки из напряжения переменного тока сети и напряжения постоянного тока конденсатора, входящего в состав силовой схемы преобразователя.

Опыт эксплуатации конвейеров с регулируемой скоростью движения ленты показывает необходимость применения электроприводов, обеспечивающих широкий диапазон регулирования при достаточных энергетических характеристиках, а также низкую стоимость, высокие массогабаритные показатели, простоту в эксплуатации, надежность в работе.

Существует два основных типа преобразователей частоты: с непосредственной связью (НИЧ) п со эвеном постоянного тока. В классическом НПЧ выходное напряжение формируется из отрезков синусоид входного напряжения переменного тока, в преобразователе со звеном постоянного тока для формирования выходного напряжения используется постоянное напряжение .-звена постоянного тока.

На рис.1 представлен ПЧ с КК, который имеет общие свойства п с НПЧ, и с преобразователем частоты со звеном постоянного тока. Он содержит силовые тиристорные группы (СГ), соединяющие нагрузку с фазами сети, и конденсатор (С), подключаемый к нагрузке с помощью тпрпсторного коммутатора (К). Выходное па-пряжение формируется сочетанием напряжений переменного тока сети п постоянного тока конденсатора, который регулярно дозаря-жается от сети. Конденсатор является емкостным фильтром выходного напряжения, компенсатором реактивной мощности, а также элементом узла коммутации тиристоров силовых групп.

Отличия разновидностей силовых схем ПЧ с КК состоят в применении различных видов силовых тирпсторных групп (кулевые, мостовые), которые представляют собой разновидности силовых схем НПЧ. В ПЧ с КК возможно применение нулевых и мостовых силовых схем НПЧ с одно-, двух-, трехфазным входом; одно-, двух-, трехфазным выходом.

Для надежной работы преобразователя частоты необходимо обеспечить надежность запирания тиристоров, через которые осуществляется питание нагрузки энергией, накопленной в конденсаторе. Возможны два! способа коммутации: приложением к запираемому тиристору напряжения сетп; приложением к запираемому тиристору напряжения сетп и напряжения конденсатора. Форма напряжения на фазах нагрузки прп использовании второго, более рационального способа коммутации, приведена ва рис.2, где ее формирование производится напряжением постоянного тока конденсатора (участок I), на-

пряжением переменного тока сети (участок П), напряжением, равным разности напряжений конденсатора и сети (участок Ш).

Рис.2. Формирование выходного напряжения ГГЧ с КК, = 16,67 Гц.

Получение широкого диапазона выходных частот возможно при формировании выходного напряжения сечетанпем напряжений постоянного и переменного тока, а также при. введении выходных частот с дробной кратностью частоте сети, что приводит к появлению асимметрии формы выгодного напряжения п, следовательно, пульсациям электромагнитного момента.

Для подавления пульсаций электромагнитного момента необходимо, чтобы полупериоды; выходного напряжения, имеющие разную длительность, были равны по действующему значению напряжения. Это достигается соответствующей установкой угла регулирования тиристоров силовых групп и коммутатора для каждого включения в течение полуперпода заданной

Автором разработаны новые схемы силовой части ПЧ с КК, на которые получено 11 авторских свидетельств и 2 патента России.

Положение 2.

Система управления преобразователем частоты с комбинированной коммутацией построена с использованием алгоритмов цифрового управления, обеспечивающих программную настройку и регулировку, и реализована на микропроцессорных средствах.

Цифровая система управления ПЧ с КК создавалась и испы-тьшалась в двух вариантах: на элементах жесткой логики, и на основе микропроцессорных средств.

В структуре системы управления ПЧ с КК (рис.3) содержатся входное устройство (ВУ) для синхронизации алгоритма управления с фазами напряжений сети, программируемый формирователь импульсов (ПФИ), распределитель импульсов (РИ) и фазосдвигающее устройство (ФСУ).

У(

ВУ

ПФИ -\

-/>

U,

к тиристорам СГ и К

Рис.3. Функциональная схема системы управления ПЧ с КК

В структуре ПЧ с КК (так же как и в НПЧ с программным управлением) отсутствуют датчики состояния тиристоров, поэтому логические сигналы управления силовой схемой являются функцией только сигналов управления yf и уц. Частота выходного напряжения определяется алгоритмом ПФИ.

На рис.4 представлена функциональная схема системы управления с применением микропроцессорных средстй. В качестве процессора (Р) использовалась однокристальная микроЭВМ типа К1816ВЕ51. Функцию программируемого формирователя импульсов выполняет постоянное запоминающее устройство (PROM), куда записаны алгоритмы формирования всех частот выходного напряжения. Распределитель импульсов (F) представляет собой регистр, управляемый процессором. Управление производится тремя кнопками: "+" - увеличить частоту вращения па одну ступень; "-" -уменьшить частоту вращения на одну ступень; "СТОП" - остановка. Темп переключения частот вращения производится с выдержкой по времени для формирования переходных процессов системы электропривода. Выдержка устанавливается программным способом. Микропроцессорная система управления не имеет узлов, требующих настройки и регулировки.

Фазосдвигающее устройство организовано в виде подпрограммы алгоритма процессора.

В предлагаемом приводе реализуется частотное управление, основанное на обратной связи по напряжению двигателя. Исследования показали, что в предлагаемой схеме напряжение на конденсаторе определяется напряжением нагрузки. Требуемая функциональная зависимость напряжения в функции задаваемой частоты

ч

реализуется программно с учетом соотношения напряжений на конденсаторе и двигателе. Измерение напряжения на конденсаторе легко осуществляется технически п производится с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП). АЦП связан с процессором через оптронные ключи (ОК) для гальванической развязки цепей силовой схемы и системы управления.

Рис.4. Функциональная схема микропроцессорной системы управления ПЧ с КК - АД.

Фиксированные значения выходных частот определяются из условия симметричности полуволн выходного напряжения. Расчет диапазона и дискретности частот выходного напряжения ПЧ с КК показал, что в диапазоне 4,5 50 Гц при использовании ПЗУ с 84 тактовым входом адресации можно обеспечить 31 скорость вращения. ПЗУ с 128 тактовым входом адресации - 83 скорости вращения, ПЗУ с 256 тактовым входом адресации - 156 скоростей вращения в обопх направлениях.

Система управления позволяет переводить электропривод в режим электродинамического торможения и в режим генераторного торможения с рекуперацией энергии в сеть.

Положение 3.

Математическая модель электропривода на основе преобразователя частоты с комбинированной колгмутацией представляет динамическую систему с нерешенной структурой и обеспечивает анализ квазиустаносившихся режимов системы. ПЧ с КК - АД при заданном напряжении питания и алгоритме работы полупроводникового преобразователя.

Для определения выходных значений напряжений и токов преобразователя частоты при заданных значениях питающего напряжения, емкости конденсатора, параметров нагрузки и углов управления тиристорами преобразователя частоты, построена математическая модель.

Рассмотрим трехфазно-трехфазнуга модель с активно-индуктивной нагрузкой. Допущениями при построении модели являются идеальность тиристорных ключей и питание от сети неограниченной мощности.

В соответствии с предложенным алгоритмом управления объект управления может пребывать в одном из 18 возможных состояний, которые в предположении идеальности тиристорных ключей характеризуются эквивалентными схемами. Три из восемнадцати возможных состояний системы показаны на рис.5. В состоянии 1А Питание фаз нагрузки осуществляется напряжением сети и напряжением конденсатора; в состоянии 1В производится дозаряд конденсатора; в состоянии 1С происходит разряд конденсатора через фазы нагрузки. Остальные 15 состояний отличаются порядком подключения фаз нагрузки.

-г МОТ

В

1А

1В

1С

Рис.5. Эквивалентные схемы замещения системы ПЧ с КК - АД.

Для активно-индуктивной нагрузки поведение объекта управления на интервале между переключениями описывается системой линейных стационарных дифференциальных уравнений, поскольку каждой пз 18 фиксированных структур соответствует электрическая цепь с постоянными параметрами.

При изменении структуры происходит изменение вектора состояния системы. Однако, если в качестве вектора состояния выбраны напряжения на емкостях и токи через индуктивности, то соответствующие компоненты вектора состояния в момент переключения не изменяются.

Системы уравнений состояний, описывающих динамику поведения объекта управления, составляются на основе метода контурных токов и имеют следующий вид:

die

1А

e(t) = L ~гг + R ic + Uc;

e(t>

dt

-L —jjp — R iB;

Uc = L^+RiA;

ic = 1a + С

dUc dt

IB <

e(t) = rB (- io + iA + С d iB dt

dt

dUc dt

) + Uc

Uc = -L Uc= L 0 =

RiB; ■ + RiA;

i d ic n .

1С

<

Uc = L^ + RiA;

rr r die r, . ,

Uc = -L-щ-- R 1C;

dUc dt

- Ic — 1a i

O-L^+Ri,.

И т.д.,

где: 1А, 1с - соответственно, токи в фазах А, В, и С нагрузки;

Ъ, Ё - соответственно, индуктивность и активное сопротивление фазы нагрузки; ис - напряжение конденсатора;

гв - сопротивление источника питания, вводится для обеспечения устойчивости численного решения системы дифференциальных уравнений.

На основе предложенного алгоритма управления происходит периодическое изменение состояния в соответствии с правилом, задаваемым таблично. Предложенная модель с переменной структурой имеет преимущество по сравнению с моделями с постоянной структурой силовой схемы в том, что при моделировании системы для каждой частоты выходного напряжения достаточно вносить коррективы в алгоритм изменения состояний, используя унифици-

рованные уравнения, описывающие динамику поведения объекта управленияв каждом из 18 состояний.

При анализе ПЧ с КК, работающего с асинхронным двигателем, используется система дифференциальных уравнений АД в фазных координатных осях. При моделирования ПЧ с КК, работающего с асинхронным двигателем, необходимо реализовать логическую процедуру переключения состояний п для каждого из состояний сформировать систему дифференциальных уравнений, описывающих поведение объекта управления.

Построение модели ПЧ с КК - АД связано с введением общепринятых допущений при моделировании асинхронных двигателей (симметрия фаз, неучет насыщения и. др.).

Система уравнений состояний, описывающих динамику поведения объекта управления в состоянии 1А, имеет следующий вид:

eCt) = ic(t)Rs + Ls ^ - 0,5М^ - 05M^f + Mcos(cat + 12(f)^--Мсо sin((öt + 120P )ia(t)+M cos(cot + 240°) ~ - Mco sin(cot + 240° )ib(t)+ +M cos ©t ^ - Mct> sin ort ic(t) + Uc(t);

e(t) = -iBRs + -Mcos(fflt + 24Ü°)^f +

+Mcosin(cot + 240° )ia(t) -M cos cot ^ + Мш sin cot ib(t) - ■ ;

-M cos(cot +120°) ^ + Mcosm(cot +120> )ic(t);

Uc(t) = iARs + Ls - O^M ^f - 0,5M + M cos tot ^ -

-Mco sin cot ia(t) + M cos(©t +120° ) ^ -Moa sin(cöt + 120° )ib(t) +

+M cos(cot + 240°) ^ - Mco sin(oot + 240° )ic(t);

ic(t) = iA(t) + C^;

0 = iaRr + U ^ - 0,5M ^ - 0^1 ^ + M cos cot ^--Mo sin cot iA(t) + M cos(cot + 240°)^ - Mco sin(cot + 240° )iB(t) + . = M cos(cot +120°)^ - Mcosin(cot +120°)ic(t);

О = пЯ + -0,5М^- - 034^ + МсаКсй + 120Р)^ --Мо) 5Ш(сЛ + 120° )1д(0 + М СОБ С^ - Мю 1В(0 +

<11

+Мсоз((1* + 240°)-^ - Мсо 51п(о^1 + 240° )1с(0;

Ль

0 = 1Д -0,5М^ -0,5М— + МС08(йЛ + 24СР)-

Л

Л

<1ь

(11

Мсо81п(оЛ + 24О°)!л(0 + МссфЛ + 120?)-—-МгоыпСоЛ + 120°)1В(0 +1

(Л,

+М СОЯОЛ - Мю (01 ¡с(0,

где: Ь3, Ьг - соответственно, индуктивность статорной и роторной обмоток АД;

11д, И,. - соответственно, активное сопротивление статорной и роторной обмоток АД;

М - коэффициент взаимоиндукции между обмотками;

(0 - скорость вращения ротора;

А, а - индексы, относящиеся к величинам токов, соответственно, статора и ротора.

Вычисление электромагнитных процессов производится в ква-зиустановнвшпхся режимах. Скорость вращения ротора определяется на основании решения уравнения движения. Значения коэффициентов системы уравнений состояний периодически изменяющиеся.

Перепишем полученную систему дифференциальных уравнений в матричном виде. Для этого введем обозначения:

*<1) =

Ч<о'

1ВС)

ш

1ь(0 1е(0

Р(0 =

МО4 е(1) О 0 о о о

Мсо8(со1;) = Мс0; Мсоэ^ + 120°) - МС1; Мсоб^ + 240°) = МС2;

coMsin(o)t) = Mso; o)Msin(ot + 120°) = M81; oMsin(cot + 240°) = MS2.

Тогда система уравнений может быть представлена в виде:

F(t) = A(t)^^ + BY(t),

где матрица A(t) имеет вид:

A(t) =

_М 2 М 2

Ls 0

Мсо

Mci

МС2

_М 2

-Ls _М

2 О

МС2 Мсо Ma-

cit

Ls М 2

_М

2 О

Mci Mq

Мсо

МС1 МС2 Мсо 0

-МС2 -Мсо -МС1 0

Мсо МС1 Мс2 0

0 0 0 С

м м 0

Lr 2 2

М М 0

2 Lr 2

М М 0

••;• 2 2 Ц

матрица В (t) вид:

B(t) =

-Msl Ms2 Mso 1

MS2 Mso MS1 0

-Mso -MS1 -MS2 -li

0 0 0 0

R, 0 0 0

0 0 R, 0

0 0 Rs

0 -Rs 0 Rs О 0

1 0 -1 -Mso -Ms2 -MSI -MS1 -Ms0 -MS2 -MS2 -MS1 -Mso о 0 Rr 0

Полученная система дифференциальных уравнений является линейной нестационарной системой с периодически меняющимися коэффициентами матрицы.

Для численного решения системы дифференциальных уравнений используется метод Рунге-Кутта 4-го порядка.

Разработан алгоритм и программа моделирования системы ПЧ с КК - АД, реализованная на языках FORTRAN и PASCAL. .

На рис.6 представлен график значений тока и напряжения нагрузки, полученных аналитическим путем.

Рис.6. Форма напряжения л тока нагрузки при математическом моделировании, ¿о = 10 Гц.

По полученным значениям токов п напряжений определяются значения коэффициента мощности, электромагнитного момента, проводится гармонический анализ.

Для сравнения гармонических составов выходных напряжений и токов НПЧ и ПЧ с КК аналитическим путем была составлена программа расчета системы НПЧ - АД по методике, предложенной в главе 3. На рпс.7. представлена диаграмма сравнения гармонического состава тока нагрузки на частоте 10 Гц выходного напряжения систем НПЧ - АД с прямолтольным управлением и ПЧ с КК -АД при работе на одинаковую нагрузку ц с одинаковым утлом управления.

Рис.7. Гармонический состав кривых тока НПЧ м ПЧ с КК при одинаковых нагрузках и углах управления, I% = 10 Гц.

Положение 4.

Асинхронный электропривод на основе преобразователя частоты с комбинированной коммутацией имеет энергетические характеристики, близкие к характеристикам электропривода на основе непосредственного преобразователя частоты, и диапазон регулирования от нуля до номинальной частоты вращения.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях с целью определения рабочих характеристик электропривода для всех частот вращения в статическом режиме.

На рис.8 и рис.9 приведены типовые рабочие характеристики электропривода на частотах средней и верхней частей диапазона регулирования, где х - коэффициент мощности электропривода; п* = п/п„ - относительная скорость вращения двигателя; г| - коэф-фпццецт полезного действия; I* = 1/тя - относительный входной ток; М* = М/Мн - относительный вращающий момент. Исследования показывают, что КПД системы ПЧ с КК - АД соответствует КПД . системы НПЧ" - АД в нижней и средней части диапазона и ниже ца 4-7% в верхней части диапазона.

((-- 1 1 1 1 ! { i ; ■ ; i 1 ! i ! 1 : ! i i ! Î i LJ

ч- ■•■ 1 « j 1 ; ! M 'L^tT^ i ■ -i

1

*—* i L^t i

/ / 1 I 1 . M >; 1 ! ! i ! ;

У--—11- — - 1 1 i i ! UM-? ' ; i -i-;-1-- ——

О 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10001100 1200130014001500 1600)7001800

Р2, Вт

Рцс.8. Рабочие характеристики системы ПЧ с КК - АД при частоте выходного напряжения 16,67 Гц.

Ро. Вт

Рис.9. Рабочие характеристики системы ПЧ с КК - АД при частоте выходного напряжения 28,57 Гц.

Коэффициент мощности системы ПЧ с КК на 3-5% выше, чем системы НПЧ-АД, что объясняется влиянием конденсатора, как компенсатора реактивной мощности.

Приведенные осциллограммы иллюстрируют формы напряжения и тока фазы электродвигателя при двух частотах вращения нижнего и верхнего частей диапазона регулирования.

Рис.10. Осциллограмма напряжения и тока системы ПЧ с КК - АД

при ^ — Ю Гц,

11,4 мсск

Рис.11. Осциллограмма напряжения и тока системы ПЧ с КК - АД

при и = 28,57 Гц.

'Пуск электродвигателя осуществляется при ограниченных значениях тока (рис.12).

Рнс.12. Осциллограмма пуска электродвигателя, управляемого преобразователем частоты с комбинированной коммутацией.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

1. Предложена новая силовая схема преобразователя частоты для использования в электроприводах горных конвейеров, при которой формирование выходного напряжения осуществляется напряжением переменного тока сети и напряжением постоянного тока конденсатора, входящего в состав силовой схемы преобразователя.

2. Проведена систематизация силовых схем преобразователей частоты с комбинированной коммутацией.

3. Предложена инженерная методика расчета элементов ПЧ с КК.

4. Предложенная модель с переменной структурой имеет преимущество по сравнению с модэлями с постоянной структурой силовой схемы в том, что при моделировании системы для каждой частоты выходного напряжения достаточно вносить коррективы в алгоритм изменения состояний, используя унифицированные уравнения.

5. Формализован алгоритм управления ПЧ с КК в табличном виде, позволяющий описать его работу в виде алгоритма изменения состояний, алгоритма моментов изменения состояний и логических условий изменения состояний.

6. Разработана структурная схема системы управления ПЧ с КК.

7. Разработаны п исследованы экспериментально цифровые системы управления: на элементах жесткой логики и на основе микропроцессорных средств.

8. Экспериментальные исследования электропривода по системе ПЧ с КК - АД показывают, что КПД системы ПЧ с КК - АД соответствует КПД системы НПЧ - АД в нижней и средней части диапазона й ниже на 4-7% в ьсрхней части диапазона. Коэффициент мощности системы ПЧ с КК - АД превышает коэффициент мощности НПЧ - АД на 3-5 %.

9. ПЧ с КК обладает преимуществами по сравнению с НПЧ по диапазону регулирования, гармоническому составу выходного напряжения.

10. Асинхронных! электропривод на основе ПЧ с КК позволяет получать скорости вращения, определяемые частотами выходного напряжения от нуля до 50 Гц.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

1. A.c. № 1288853 (СССР). Преобразователь частоты с непосредственной связью / Шппулии A.B. // Открытия, изобретения. 1989. №5.

2. A.c. № 1527692 (СССР). Преобразователь частоты / Шнпу-лин A.B. // Открытия, изобретения. 1989. №45.

3. A.c. № 1697226 (СССР). Преобразователь частоты / Шипу-лнн A.B. // Открытия, изобретения. 1992..№ 45.

4. A.c. № 1742962 (СССР). Преобразователь частоты / Шппу-лнн A.B. и др. // Открытия, изобретения. 1992. № 23.

5. A.c. № 1697227 (СССР). Преобразователь частоты / Шипулин A.B. // Открытия, изобретения. 1991. № 45.

6. A.c. № 1725346 (СССР). Преобразователь частоты / Шипулин A.B. н др. // Открытия, изобретения., 1992. № 13.

7. A.c. Мз 1757055 (СССР). Преобразователь частоты / Шипу-лпн A.B. и др. // Открытия, изобретения., 1992. № 31.

8. A.c. М> 1767660 (СССР). Преобразователь частоты / Шипу-лин A.B. н др. // Открытия, изобретения. 1992. Na 37.

9. A.c. Kl» 1257797 (СССР). Устройство для управления машиной переменного тока / Шипулин A.B., Павлов Ю.П. // Открытия, изобретения. 1986. № 34.

10. A.c. № 1275733 (СССР). Электропривод / Шинулин A.B. // Открытия, изобретения. 1988. № 45.

11. A.c. № 1778895 (СССР). Преобразователь частоты / Шп-пулпн A.B. и др. // Открытия, изобретения. 1994. Ks 44.

12.Патент РФ № 2011278 (Россия). Преобразователь частоты / Шипулпн A.B. и др. // Открытия, изобретения. 1994. № 7.

13. Патент РФ № 2015612 (Россия). Преобразователь частоты / Шипулнн A.B. // Открытия, изобретения. 1994. № 12.

14. Шипулин A.B. "Непосредственный преобразователь частоты с емкостными накопителями энергии", Методы расчета и исследование на ЭВМ электромеханических систем горных машин и установок. / в сб. Записки ЛГИ, т. 128. СПб, 1991 г.

15. Шипулин A.B. Непосредственный преобразователь частоты с улучшенной формой выходного напряжения // Электроснабжение и электропривод горных предприятий. Межвузовский сборник научных трудов, Кемерово, 1988.

16. Шипулин A.B. Асинхронные электроприводы на основе преобразователя частоты с комбинированной коммутацией. / Тезисы Международного симпозиума "Энергосберегающие технологии добычи, транспортировки и переработки твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых", СПГГИ, 1996.