Энергосбережение в электроприводах периодического движения с силовыми электронными преобразователями

Собх Мазен Ибрагим

Электротехнические комплексы и системы

автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Энергосбережение в электроприводах периодического движения с силовыми электронными преобразователями

кандидата технических наук: Собх Мазен Ибрагим
город: Казань
год: 2010
специальность ВАК РФ: 05.09.03

Диссертация по электротехнике на тему «Энергосбережение в электроприводах периодического движения с силовыми электронными преобразователями»

Автореферат диссертации по теме "Энергосбережение в электроприводах периодического движения с силовыми электронными преобразователями"

На правах рукописи

СОБХ МАЗЕН ИБРАГИМ

609490

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ С СИЛОВЫМИ ЭЛЕКТРОННЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

Специальность: 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 о СЕН 2010

Казань 2010

004609490

Работа выполнена на кафедре Электрооборудования Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Афанасьев Анатолий Юрьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук

Андреев Николай Кузьмич кандидат технических наук, доцент Макаров Валерий Геннадьевич

Ведущая организация:

Центр энергосберегающих технологий Республики Татарстан при кабинете министровРТ, г.Казань

Защита состоится 18 октября 2010 г. в 15 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.079.06 при Казанском государственном техническом университете им. А.Н. Туполева по адресу: г. Казань, ул. Толстого, 15 (3-е учебное здание КГТУ), ауд. 225.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим присылать по адресу: 420111, Республика Татарстан, г. Казань, ул. К.Маркса, 10 на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «_» сентября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.079.06

кандидат технических наук, доцент

А.В. Бердников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Энергосбережение в настоящее время актуально в связи с истощением природных энергетических ресурсов и с проблемами экологии. В электроприводе энергосбережение возможно путем оптимизации параметров исполнительных двигателей, улучшения режимов работы усилительно-преобразовательных устройств и оптимизации законов управления, применением оптимального управления движением электропривода.

В настоящее время широко применяются электромеханические системы периодического движения, в которых исполнительный двигатель совершает за относительно длительное время основной рабочий ход с малым динамическим моментом. За относительно короткое время он возвращается в начальное положение с большим динамическим моментом. Эти системы используются в оптических системах сканирования, в станках с возвратно-поступательным движением, в промышленных роботах и другом технологическом оборудовании.

В современных электромеханических системах с периодическим движением используются электроприводы с моментными двигателями с постоянными магнитами, двигатели постоянного тока электромагнитного возбуждения или с возбуждением от постоянных магнитов, синхронные двигатели. Снизить энергозатраты в электромеханических системах с периодическим движением возможно путем использования оптимального управления по критерию минимума мощности потерь в обмотках двигателя и мощности, потребляемой от сети.

Важную роль в автоматизированном электроприводе играют устройства идентификации параметров в режиме нормального функционирования, позволяющие адаптировать оптимальное управление при изменении этих параметров от температуры и других факторов.

В настоящее время для питания электроприводов на основе частотно-управляемых синхронных и асинхронных двигателей используют электронные преобразователи частоты (ПЧ), обеспечивающие экономичное и плавное регулирование в продолжительных и переходных режимах работы электроприводов. Наиболее удачной принятой в мире компоновкой ПЧ является структура со звеном постоянного тока, формирование выходных сигналов в которой осуществляется посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Применение ШИМ резко повышает КПД электропривода. Но появляются дополнительные потери в двигателе из-за пульсации токов и магнитных потоков на частоте ШИМ, которые необходимо минимизировать.

Таким образом, задачи оптимального управления двигателем по критерию минимума мощности потерь в обмотках двигателя в системах периодического движения, идентификации параметров двигателя постоянного тока и синхронного двигателя, минимизации мощности потерь на частоте ШИМ в трехфазных двигателях и в преобразователях частоты являются актуальными.

Объект исследования - электроприводы с двигателями постоянного тока и с бесконтактными моментными двигателями, преобразователи частоты с трехфазной активно-индуктивной нагрузкой.

Предмет исследования - законы управления сканирующим электроприводом, идентификация параметров электродвигателей, процессы в преобразователе частоты с трехфазной активно-индуктивной нагрузкой.

Цель научного исследования - энергосбережение в электроприводах периодического движения с силовыми электронными преобразователями.

Для достижения цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи.

1. Поиск оптимального управления электроприводом с различными типами двигателей (моментные двигатели, двигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов) по критерию минимума мощности потерь в обмотке двигателя и по критерию минимума мощности, потребляемой от сети.

2. Поиск оптимального управления электроприводом с двигателем постоянного тока независимого возбуждения без учета и с учетом нелинейности маг-нитопровода по критерию минимума мощности потерь в обмотках двигателя.

3. Разработка устройств идентификации параметров моментного двигателя, двигателя постоянного тока и параметров синхронного двигателя.

4. Поиск оптимального закона управления потенциалом нейтрали по условию минимума мощности потерь в трехфазной нагрузке ПЧ, возникающих от пульсаций токов на частоте ШИМ.

5. Исследование зависимости суммарной мощности, потребляемой преобразователем частоты и нагрузкой от источника питания, от частоты ШИМ и определение оптимальной частоты ШИМ по критерию минимума этой мощности.

Методы исследования. В диссертационной работе применены аналитические методы теории обобщенных электрических машин, теории оптимального управления, численные методы решения алгебраических и дифференциальных уравнений, методы математического программирования, экспериментальные исследования. При создании математической модели и при моделировании использовались программные пакеты MatLab.7, TurboPascal и стандартная среда программирования микроконтроллеров MPLAB IDE.

Достоверность полученных результатов обеспечена применением классических исходных уравнений электрических машин и электропривода, точными аналитическими преобразованиями теории обобщенных машин и традиционными методиками расчета при номинальных параметрах, использованием теории рядов Фурье, применением современных компьютерных средств и программных комплексов, экспериментальным подтверждением адекватности результатов, полученных аналитическими и численными методами.

Научная новизна работы заключается в алгоритмах управления электроприводами периодического движения, в принципах идентификации параметров двигателя постоянного тока и синхронного двигателя, в формулах корректирующего напряжения для трехфазного ПЧ, в формуле расчета мощности потерь в ключах ПЧ с ШИМ, в формулах расчета мощности потерь в стали электродвигателя от вихревых токов и от гистерезиса на частоте ШИМ.

Практическая ценность работы состоит в возможности поиска оптимального управления электроприводом с помощью разработанных программ, в

функциональных схемах устройств идентификации параметров, в программах поиска оптимальных законов изменения потенциала нейтрали, в полученных формулах для управления потенциалом нейтрали, в программе для микроконтроллера для формирования оптимального сигнала коррекции.

Реализация результатов работы была проведена в рамках госбюджетной научно-исследовательской работы "Разработка научных основ создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления электроэнергии" и в учебном процессе в дисциплинах "Автоматизированный электропривод", "Электроприводные системы", "Вторичные источники питания".

Новые научные положения, выносимые на защиту.

1. Алгоритмы оптимального управления двигателями постоянного тока в системах периодического движения по критерию минимума мощности потерь.

2. Функциональные схемы идентификации параметров двигателя постоянного тока и синхронного двигателя.

3. Функциональная схема усилителя неуравновешенной системы трехфазных напряжений.

4. Формулы для сигнала коррекции при минимизации мощности потерь от пульсации токов на частоте ШИМ в активно-индуктивной нагрузке ПЧ.

5. Экспериментальная формула для расчета мощности потерь в системе "ПЧ - асинхронный двигатель" в зависимости от частоты ШИМ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на V Междунар. н/п конф. «Автомобиль и техносфера» в г. Казани, 2007 г., на XX, XXI и XXII Всерос. межвуз. н/т конф. «Электромеханические и внутрикамерные процессы ...» в г. Казани, 2008, 2009 и 2010 г., на Междунар. н/п конф. «Современные технологии» в г. Казани, 2008 г., на Всерос. семинаре «Аналитическая механика, устойчивость и управление движением» в г. Казани, 2008 г., на IX и X Междунар. симпоз. «Энергоресурсоэффек-тивность и энергосбережение» в г. Казани, 2008, 2009 г., на V Всерос. н/т конф. «Проблемы и перспективы развития авиации ...» в г. Казани, 2009 г., на II Всерос. н/т конф. «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» в г. Уфе, 2009 г., на XXXIX Междунар. н/п конф.«Повыщение эффективности электрического хозяйства ...» в г. Москве, 2009 г., на Межвуз. регион, студ. н/п конф. «Новые направления и современные тенденции развития автоматизированных систем управления» в г. Нижнекамске, 2010 г., на Всерос. н/п конф. «Проблемы перехода к устойчивому развитию ...» в г. Нижнекамске, 2010 г., на Междунар. молодеж. науч. конф. «XVIII Тупо-левские чтения» в г. Казани, 2010 г.

Публикации. Основное содержание работы отражено в 21 печатной работе (в 2 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК, в 2 патентах на изобретения Российской Федерации и в 17 трудах конференций).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы . Общий объем диссертации 172 страницы, в том числе 156 страниц основного текста, 90 рисунков, 5 таблиц, список литературы из 125 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи диссертации, определена научная новизна и практическая ценность полученных результатов, дана информация о структуре и объеме диссертации.

В первой главе приводится обзор литературы по вопросу энергосбережения в системах периодического движения, дано обоснование решаемой научной задачи. Подробно освещены вопросы оптимального управления электроприводами. Отмечено, что наиболее перспективным методом является принцип максимума Л.С. Понтрягина. Представлена классификация и основные схемотехнические решения современных ПЧ и их применение с учетом их достоинств и недостатков. Названы пути энергосбережения: оптимизация параметров исполнительных двигателей, режимов работы усилительно-преобразовательных устройств и оптимальное управление процессами в электроприводах. В результате были сформулированы основные задачи диссертации и выбраны методы их решения.

Во второй главе решаются задачи оптимального управления электроприводом периодического движения по критерию энергопотребления методом принципа максимума Понтрягина.

Периодическое движение состоит из двух этапов - рабочий ход и быстрое

возвращение, разгон и установка исполнительного механизма в начальное положение. На рис. 1 показан график угла исполнительного механизма в системе с периодическим движением, где Гр - время рабочего хода; у - время возвращения в начальное положение и разгона до рабочей скорости.

В качестве исполнительных двигателей в системах, осуществляющих периодическое движение, широко используются как моментные двигатели, так и двигатели постоянного тока. Их математическая модель имеет вид:

* - - ...... ...........О)

а, рад

Рабочий ход Рис. 1. График периодического движения

= ©;

1 / • А

& 1 , . ,

где а - угол поворота вала двигателя; со - частота вращения вала; г - управляющий ток двигателя; А/с, J - момент нагрузки и момент инерции вращающихся частей, приведенные к валу двигателя; и - управляющее напряжение двигателя; Ь, г - индуктивность и сопротивление цепи, обтекаемой управляющим током; с - конструктивный коэффициент ЭДС и момента.

При моменте сопротивления движению Мс = Mmsign(ш) требуется найти оптимальный закон движения на обратном ходе, чтобы энергия потерь в обмотке была минимальной при наличии ограничения на управление -11т < и <11 т

с начальными условиями а = ар; а - <ир; / = ;р и конечными условиями а = 0;

'/ 2j

со = шр; 1 = г'р, где критерий оптимизации F = I ri at => mm.

При условиях (1): L = 0, Мс = const известно, что на обратном ходе ток должен изменяться по линейному закону, скорость вращения - по квадратиче-скому закону, а угол поворота ротора - по закону полинома третьей степени. Отметим, что при периодическом движении ток обмотки двигателя должен два раза измениться скачком в сторону уменьшения. В реальных системах и при ограничении на напряжение ток не может измениться скачком.

При условиях (2): L = Q,MC =Mm-sign(co) показано, что угловая скорость переходит два раза через нуль на обратном ходе и что в моменты перехода ток изменяется скачком в сторону компенсации изменения статического момента.

При условиях (3): L^0,Mc = const, \u\<Um из-за наличия индуктивности обмотки ток не может измениться скачком в момент окончания рабочего хода. Получено, что существуют интервалы времени (/р, ?i) и (i2,'/), на которых ток изменяется в сторону уменьшения с управлением u--Um, длительности этих интервалов определяются значением Um. На интервале времени (t:, /2) идет особое управление по закону i{t) = At + B (см. рис. 2). Здесь система дифференциальных уравнений третьего порядка интегрировалась методом Рунге-Кутта с постоянным шагом, а моменты времени t\, t2 и константа А определяются методом Ньютона (методом касательных) с симметричной вариацией искомых величин.

При условиях (4): ЬфО,Ме = Afm-sign(w), |и | < U,„ и одним переходом скорости вращения со через нуль с положительным ускорением получено, что оптимальное управление в основном является особым, но имеется интервал времени, охватывающий момент перехода скорости через нуль, с предельным управлением u = -Um для компенсации изменения момента сопротивления.

При основной задаче (5): L ф 0, Мс = Mra-sign(o)), \u\<Um получено, что оптимальное управление на обратном ходе состоит из семи этапов (см. рис. 3). ¡.Управление u = -Um на интервале (ip, t\) при переходе от рабочего хода на реверс, на интервале (>g, tf) при обратном переходе и на интервале (i2, ¿4), охватывающем момент г3 перехода угловой скорости через нуль с отрицательным ускорением.

2. Управление u = Um на интервале (ts,h), охватывающем момент /6 перехода угловой скорости через нуль с положительным ускорением.

3. Особое управление на интервалах (/], t2) и (?;, tg) с током i(t) - At + В + т, и на интервале (f4, /5) с током i(t) = At + B-m; т = MJJ.

Рис. 2. Графики и, 1, ш, а при условиях(З)

Рис. 3. Графики и, /, со, а при основной задаче

Система дифференциальных уравнений третьего порядка интегрировалась

методом Рунге-Кутта с постоянным шагом. Моменты времени {), ^ и коэффициент А определялись численным методом Ньютона с симметричной вариацией искомых величин исходя из конечных условий. Моменты времени г2, ¡4, ц, г7 определялись градиентным методом при оптимизации энергии потерь.

Полученная качественная структура оптимального управления при периодическом движении по критерию минимума энергии потерь в обмотке сохраняется при любых параметрах электропривода. Для каждого электропривода изменяются лишь величины /ь ..., Ц и А в зависимости от его параметров.

Была решена задача оптимального управления двигателем без учета индуктивности обмотки по критерию минимума потребляемой от сети мощности. Оптимальное управление состоит из трех этапов (см. рис. 4). Было показано, что минимумы энергии потерь в двигателе и энергии, потребляемой от сети, достигаются при разных управлениях.

Была рассмотрена задача оптимального управления электроприводом постоянного тока в технологи-

Рис. 4. Оптимальное управление, при минимизации потребляемой мощности от сети

ческом процессе с периодическим движением деталей на рабочем станке по критерию минимума мощности потерь в двигателе при условиях ограниченных ресурсов. Показано, что оптимальное управление экономит энергию на 25% сравнительно с управлением постоянным по модулю угловым ускорением. Переход на оптимальное управление обеспечивает ограничение температуры двигателя и удовлетворение динамических ограничений.

Была рассмотрена задача оптимального управления в системе сканирования, где система вращает малоразмерный оптический элемент (зеркальце) с постоянной угловой скоростью на рабочий угол. Показано, что эта задача совпадает с задачей (3), поскольку система совершает инерционное колебательное движение.

В третьей главе решена задача оптимального управления электродвигателем постоянного тока с независимым возбуждением в системе периодического

движения без учета и с учетом нелинейности магнитопровода. Показано, что минимум потерь в двигателе без учета нелинейности магнитопровода достигается при обеспечении определенно- аоГ го соотношения между токами и сопротивлениями обмоток якоря и возбуждения. Тогда мощность потерь в обмотках пропорциональна электромагнитному моменту и оптимальные законы движения имеют вид, показанный на рис. 5.

Для учета нелинейности кривой намагничивания Ф = / (¡у), можно воспользоваться выражением

Ф = Ы^ - ¿-¡¡О/ ~'/о)2 + + ¿ф/о + в2 > гДе а> ь> ^ '/о

Методом множителей Лагранжа было найдено соотношение токов //, /„ создающих требуемый момент при условии минимума мощности потерь:

V = гл\ + гЛ2г + к(сЫЛ„ - М°) и^аи

Рис. 5. Оптимальные движения при Ф = к ij

■ константы.

Р = г Л + rfi2f => min; Мэ =сФгя =М°.

Следовательно, мощность потерь в обмотках определяется как функция от электромагнитного момента, т.е. р = р(М3), и условие максимума гамильтониана сведено к условию

Н =~р(Мэ) + уМэ =} тах. (2)

л/э

Разработан алгоритм поиска оптимального закона движения. Расчеты на компьютере показали его работоспособность. Достаточно трех-четырех шагов методом Ньютона для выполнения условий на правом конце с относительной погрешностью менее 0,01%. На рис. 6 показаны графики оптимального движения а, со и М3. Есть интервал времени, где ток возбуждения, ток якоря и электро-

Рис. 6. Оптимальное движение при Ф =/(//)

магнитныи момент равны нулю.

Данный метод позволяет решить ряд задач оптимизации. Например, в следящей системе с уравнениями х1=х2; х2- (Мэ -Мс - kx2)IJ\ х\ = а; х2 = со, где Мс - статический момент исполнительного механизма; к- коэффициент момента вязкого трения. Требуется, чтобы интеграл от суммы мощности потерь в обмотках двигателя и квадрата угла был минимальным: tf

F - j (гя('я + ryz'y- + Xa2)dt =>min,где к-весовой коэффициент.

Здесь условие максимума гамильтониана совпадает с условием (2). Поиск

оптимальных законов движения возможен по алгоритму, предложенному в предыдущем пункте. Результаты показаны на рис. 7.

В четвертой главе решена задача идентификации параметров двига-0теля постоянного тока градиентным

методом с помощью уравнений баланса напряжений и баланса моментов. Решена задача идентификации параметров синхронного двигателя с

Рис. 7. Оптимальное движение помощью уравнений баланса напря-

в следящей системе жений и баланса моментов в осях d -

q, известных в теории обобщенных электрических машин. Проведенное моделирование подтвердило их работоспособность и эффективность.

Для двигателя постоянного тока (ДПТ) и для моментного двигателя уравнения баланса напряжений и баланса моментов имеют вид: «о = r0i + L(,f + с0со; c0i = Ja(£>' + Mo.

Индекс (о) обозначает истинные значения параметров, (') означает производную по времени. Оценки параметров обозначены буквами без индексов - г, L, с, J, М. Оценки в произвольный момент времени отличаются от истинных значений. Поэтому имеются невязки

Дм = ri + Li + «о - «о; ЛM=M' + M-ci, которые в процессе идентификации должны стремиться к нулю. Введены две функции невязок V„ = (Ди)2/2; VM = (АМ)г/2.

Согласно градиентному методу оптимизации, где скорость изменения оценки параметра пропорциональна частной производной от функции невязки по этому параметру, была построена функциональная схема устройства идентификации параметров электродвигателя постоянного тока [9]. При моделировании процесса идентификации были приняты следующие истинные значения параметров: г0~ 0,9 Ом; L0 = 0,2 Гн; с0 = 2 В-с; J0 = 1,1 кг-м2; М0 = 1,5 Н-м. Напряжение щ = 5 + 10 sin(/). На рис. 8, а приведены графики изменений параметров в процессе идентификации сигналов при произвольных начальных условиях. На рис. 8, б приведены фазовые траектории на плоскости J - М при различных сочетаниях начальных значений этих параметров.

Устойчивость процесса идентификации была установлена с помощью функций Ляпунова

р Л-1-0? , (¿-¿о)2 , {c-c0f _{J-Jq? (М-М0)2

Ги =--1---1--, Г —--1--,

2 Ц, 2fx¿ 2цс 2\ij 2ц M

где ц;,, Цс, u,, \ím - положительные коэффициенты.

Рис. 7. Оптимальное движение в следящей системе

Рис. 8. Процесс идентификации параметров ДПТ

Для синхронного двигателя (СД) имеются невязки уравнений

Aud=rid+Ldi'd-K>Lqiq-ud0-, Auq~riq + Lqi'q + Ldid)-uq0-,

AM = M'+ рМ- р\(Ч> + id(Ld - Lq )),

где щ, ид - напряжения продольной и поперечной фаз обобщенной машины; iâ, ig - токи этих фаз; Lda, Lqо - индуктивности фаз; г - их активное сопротивление; ¥ - амплитуда потокосцепления фазы обмотки якоря с магнитном потоком ротора-индуктора; J-момент инерции подвижных частей; р - число пар полюсов; М- статический момент нагрузки; со - частота вращения ротора, эл.рад/с.

Введены функции невязок: \'d = (Aud)2/2;Vq =(Auq)2 /2;VU -(AKlf il.

Согласно градиентному методу была построена функциональная схема устройства идентификации параметров синхронного двигателя, ее работоспособность и эффективность подтверждены моделированием. На рис. 9, а приведены графики сигналов r(t), L{t), c(t), J(t) и Mit) в относительных единицах при произвольных начальных условиях. На рис. 9, б приведены фазовые траектории на плоскости - Lq при различных сочетаниях их начальных значений. Методом анализа устойчивости с помощью функций Ляпунова показано, что система обеспечивает устойчивость движения.

Рис. 9. Процесс идентификации параметров СД

В пятой главе проводится оптимизация режимов работы трехфазных преобразователей частоты с активно-индуктивной нагрузкой.

Важным параметром ПЧ является коэффициент использования напряжения питания (или область линейности). Разработана функциональная схема усилителя неуравновешенной системы напряжений [15], которая имеет

|ипс|

+ U<J2 к

ЬА

Рис. 10. Функциональная схема трехфазного усилителя

расширенную зону линеиности выходных напряжений (см. рис. 10). Она содержит генератор ГН задающих напряжений иа, иь, ис, 4 однофазных усилителя У1 - У4 с коэффициентом усиления к, блоки максимального и минимального значений Б1, Б2, блок среднего значения БЗ, 4 сумматора, источник постоянного сигнала ИПС. В примере Uü= 200 В; U2m = 1,15 В; "а= tAmSin caí - 0,4 sin3o)f; Щ = U-sm sin(toí - 2it/3) - 0,4 sin3coí; uc = Um sin(coí - 4тс/3) - 0,4 sin 3 coi. Потенциалы ф^, <p¿¡, фС, фд; и напряжения на фазах показаны на рис. 11. Вино, что максимальное и минимальное значения

потенциалов симметрично расположены относительно Щ2 - 100 В.

TvH

0,01 1, с о 0,01 t, с

Рис. 11. Потенциалы и напряжения на фазах

Получена неуравновешенная система напряжений с амплитудой 155 В при питании от источника с напряжением 200 В.

Минимизация мощности потерь в нагрузке по первой гармонике ШИМ возможна управлением потенциалом нейтрали. Классическая функциональная схема ПЧ с ШИМ показана на рис. 12 и содержит генератор ГН задающих напряжений и„, щ, ис с амплитудой иът, генератор ГПН пилообразного напряжения и„, три компаратора К, три инвертора И, драйвер Д, блок силовых ключей БСК (А 1 - А6), питаемых от источника постоянного напряжения Uü. А, В, С - зажимы ПЧ - соединены с трехфазной активно-индуктивной нагрузкой 2Á, ZB, Zq с изолированной нейтралью N. Требуемые напряжения и потенциалы иА = Um sin m„í; и в = U„ sin(oo„í - 2л/3); и с - Um sin(<ü„í - 4я/3); фл/= (фл + Фг + фс)/3; ф/) = «/( + фл Фг = «г + Ф№ Фс^ис+Фл'-

На одном периоде ШИМ мгновенные потенциалы на зажимах ПЧ Ф ,1, фй, фс имеют вид прямоугольных импульсов, а потенциал нейтрали фдг и

напряжения на фазах иА,ив,ис - кусочно-постоянные функции. Поэтому при ШИМ на выходе ПЧ получаются требуемые напряжения иА, ив, ис, пропорциональные задающим сигналам с коэффициентом усиления к, и совокупность напряжений (с частотой ШИМ и высшие гармоники), которые вызывают в нагрузке пульсации токов, увеличивающие в ней мощность потерь.

гн

иь

ГПН

«л

к -Ци|»

Рис. 12. Классическая функциональная схема ПЧ с ШИМ

Частота ШИМ намного превышает частоту выходного напряжения f„, поэтому можно считать, что среднее значение мгновенного напряжения и мгновенного потенциала на каждой фазе за каждый период ШИМ равно требуемому напряжению в момент времени tk> где tk - время середины к-го импульса на периоде ШИМ. Приняты допущения: а) каждый импульс напряжения имеет локальный ряд Фурье в результате продолжения импульса периодической функцией; б) середины импульсов напряжения на выходах ПЧ совпадают по времени и удалены на время периода импульсов Г; в) оценка мощности потерь в нагрузке определяется первой гармоникой на частоте импульсов. Было получено, что первая гармоника потенциала на каждом выходе ПЧ и потенциала нейтрали по локальному ряду Фурье равны

Фу! = (2С7о /7t)sin(yj7t)cosG}/ = cpyim cosco/;

Фдч = (2£/0 /Зя) ■ Esin(Yyrc) • cos(coí) = Фм,,, cos(coí), j

где у-индекс фазы А, В, С; у,--относительная длительность импульсов.

На рис. 13, а показаны потенциалы для фазы А и на рис. 13, б эквивалентная схема замещения "ПЧ - нагрузка" для первой гармоники.

Ф, Вг

тг Ч>1 фл

\¡AJ V. V

а)

О Т 2 Г ЗТ I

Рис. 13. Потенциалы фазы А и схема замещения "ПЧ - нагрузка"

Минимум мощности потерь в нагрузке достигаемся при условии

/ \

1(8ш(2^-в) + япД*))

]_ио_ио

q>N=U0/2 + uK, arctg

¿71

I (C0S(2 7t) - COS7t))

Анализ показал, что оптимальный сигнал коррекции изменяется по периодическому закону с периодом, равным трети выходного периода, и с амплитудой, равной четверти амплитуды выходного напряжения, и при малых амплитудах он совпадает с формулой uK(t) = -Um sin(3o)„/).

Результаты расчета показаны на рис. 14. Видно, что иногда мощность потерь в нагрузке по первой гармонике р равна нулю. Показано, что коррекция снижает среднее значение мощности потерь в нагрузке на частоте ШИМ на 48% сравнительно с постоянным потенциалом нейтрали.

Решена задача минимизации мощности потерь в нагрузке управлением потенциалом нейтрали по результирующему току. Мгновенная мощность потерь в обмотке двигателя

МО - г„ I

ФС «Г <РА ¡* --- ^ i N ш, — ^ ' Чл

У у (. у .>*___. •

1 v гС 1 j ив ^^

TJб зу3

Рис. 14. Потенциалы, напряжения и мгновенная мощность потерь

»'/(О-

]=Л,В,С

Мгновенное значение тока каждой фазы определяется уравнением

= (] = А,В, С), (3)

где е,- - ЭДС фазы ]; гн, 1н - сопротивление и индуктивность фазы обмотки.

Минимизация мощности потерь в нагрузке сводится к минимизации по напряжению коррекции ик интеграла /¿+77 2

! («З+'Л+'сУ. * = 0,1,2,..., (4)

/к-Т/2

Разработан алгоритм моделирования и расчета средней мощности потерь в обмотке двигателя за один период ШИМ. Моменты переключений определены методом Ньютона. Для расчета фазных токов и средней мощности потерь в нагрузке по формулам (3) и (4) применен численный метод Рунге-Кутта. Для точного решения системы дифференциальных уравнений при скачкообразном изменении напряжений в моменты переключений, количество шагов N и шаг интегрирования Аи, на каждом интервале определяются формулами

где г = 0.....6; к0- базовый шаг интегрирования.

С целью повышения точности расчета средней мощности потерь на каждом периоде ШИМ фиксировалось время импульса на этом периоде, т.е. для к-го периода фиксировались задающие сигналы и решалась система дифференциальных уравнений в течение щ периодов ШИМ. В результате средняя мощность потерь за период ШИМ будет равна среднему установившемуся значению. Кроме того, в программе идет и расчет мощности потерь в нагрузке, если вместо ШИМ используется линейный трехфазной усилитель, для сравнения полученных результатов и определения, насколько ШИМ повышает мощность потерь. В результате расчетов по данному алгоритму было построено семейство графиков (см. рис. 15). Оно показывает, как изменяется приращение средней мощности потерь в нагрузке в функции от щ в различные моменты времени За нулевой уровень принята мощность потерь без коррекции, оптимальные значения мк0 показаны на рисунке кружками. Видно, что оптимальный сигнал коррекции изменяется по закону

и.

Рис. 15. Средняя мощность потерь в нагрузке в функции от и„.

(/) = ^sin(3co„f).

(5)

гн

«ь

Показано на примере, что с коррекцией средняя мощность потерь в нагрузке от ШИМ снизилась на 33% сравнительно с мощностью потерь без коррекции. Показано, что если иа, иь, ис формируют трехфазную синусоидальную систему напряжений или любую трехфазную уравновешенную систему, то оптимальный сигнал

1-СП71 А -= =

ВУ ->6<) иг*

гпн

• иа + иЬ + ис

(6)

Рис. 16. Информационная часть ПЧ с коррекцией

Информационная часть схемы ПЧ с сигналом коррекции показана на рис. 16, где вычислительное устройство ВУ формирует требуемый сигнал коррекции щ, который добавляется к пилообразному напряжению. Расширение области линейности выходного напряжения ПЧ с минимумом мощности потерь в нагрузке, возможно по следующему алгоритму.

1. Формируется сигнал коррекции иК по формуле (5).

2. Вырабатываются сигналы ит =иа+йк; иы = иь+й/, иск =ис+ик.

3. Вырабатываются сигналы ктах = max (нок, иЬх, иск)\ ит.п = min (иак, иЬк, иск).

4. Если umax > Unm формируется сигнал разности ит = umax -[/„„; если

, <-Unm, формируется сигнал суммы и.

раз

, + Unm, иначе ив„ = 0.

5. Вырабатывается сигнал коррекции

и. =и„ - и,

раз '

Рис. 17. Суммарные трехфазные сигналы и сигнал коррекции без и с сохранением области линейности ГТЧ

На рис. 17 при 1]ш = 2/л13ипт показаны сигналы: 1, 2 - суммарные сигналы при сигнале коррекции, без сохранения и с сохранением максимальной линейной зоны выходного напряжения; 3, 4 - сигналы коррекции, без и с сохранением максимальной линейной зоны выходного напряжения. Сигнал коррекции 4 на каждом его полупериоде имеет три части: центральную часть, которая совпадает с оптимальной коррекцией (5), левую и правую части, которые смещены в сторону уменьшения их модуля.

Потери в стали от вихревых токов и на гистерезис при ШИМ вызываются переменными составляющими напряжений на фазах

"А ="А ~иА~> "В ="В ~ив'> "С = гТС -"С- Р' ,

Было найдено, что потери от вихревых токов связаны с их действующими значениями, а потери на гистерезис - с их средними значениями. Из рис. 18 (где /1 < /2 </з < Л) видно, что мощность потерь от гистерезиса имеет минимум при коррекции потенциала нейтрали по формуле (5). С увеличением час- О тоты ШИМ уменьшаются амплитуды переменных составляющих токов фаз, в результате петли гистерезиса станут малыми, и мощность потерь от них уменьшается. Показано, что потери от вихревых токов не зависят от коррекции и от частоты ШИМ.

Показано, что мощность потерь переключения в элементах ПЧ не зависит от сигнала коррекции. Была найдена формула для расчета мощности потерь проводимости в силовых элементах (здесь - ЮВТ-транзисторы) ПЧ с коррекцией при синусоидальных токах нагрузки

-0,5 -0,25 0 ик/и,„

Рис. 18. Мощность потерь от гистерезиса

Л. =6

2К ЧК I

4с0Бф /,

4со5(Зф) : 15 .

где иг, и0 - пороговые напряжения ЮВТ-транзистора и диода; Кт и К0 - их дифференциальные сопротивления; т - коэффициент модуляции; тк - коэффи-

циент модуляции коррекции; <р - фазовый угол сдвига между напряжением и током; ]т - амплитуда тока нагрузки.

В шестой главе приводится описание разработанного на кафедре Электрооборудования с участием автора макета ПЧ, на базе которого проводилась практическая реализация ШИМ по критерию минимума мощности потерь в активно-индуктивной нагрузке, проверена достоверность математических моделей и разработанных алгоритмов поиска оптимального сигнала коррекции численным методом. В макете использованы ЮВТ транзисторы с обратными диодами типа М2ТКИ-50-12, драйвер Ш2130, микроконтроллер йкР/СЗОЛОЮ, который способен, в зависимости от программы, на формирование любых трехфазных сигналов ШИМ.

На рис. 19 представлены белым цветом измеряемый ток фазы А при активно-индуктивной нагрузке (Я = 10 Ом и I = 80 мГ), а черным цветом - результат моделирования в момент времени ТУ4 с различными сигналами коррекции.

Видно, что при оптимальном сигнале коррекции (см. рис. 21, г) частота пульсации удваивается, а амплитуда в два раза уменьшается, т.е. мощность потерь от

пульсации тока в четыре раза уменьшилась сравнительно с той же мощностью без коррекции. Результаты моделирования точно совпадают с экспериментальными результатами. Сдвиг между сигналами специально введен для удобства их визуального сравнения.

На рис. 20 показаны теоретический оптимальный сигнал коррекции жирной линией и экспериментальные сигналы коррекции кружками, их совпадение подтверждает формулу (5).

Был проведен эксперимент с асинхронным двигателем мощностью Р = 570 Вт типа АИР63А2УЭ. Получено, что при его питании от ПЧ мощность потерь в нем от пульсации токов также имеет минимум при оптимальной коррекции.

На рис. 21 показаны результаты исследования зависимости общего тока системы "ПЧ - асинхронный двигатель" от частоты ШИМ, где 1,2- экспериментальные зависимости без коррекции, без и с аппроксимацией; 3,4- экспериментальные зависимости с оптимальной коррекцией, без и с аппроксимацией по формуле

/0 = а + 6/+с//

Рис. 19. Токи фазы А при разных сигналах коррекции в момент времени / = ТУ4

оптимальные сигналы коррекции источника от частоты ШИМ

Видно, что для системы "ПЧ-двигатель" существует оптимальная частота ШИМ, при которой мощность потерь в системе минимальна. Она зависит от способа формирования ШИМ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты выполненных исследований заключаются в следующем.

1. Разработаны алгоритмы оптимального управления электроприводом с двигателем постоянного тока с постоянным магнитом при разных условиях их работы в системах периодического движения по критериям минимума мощности потерь в обмотке двигателя и минимума потребляемой мощности от сети. Показано, что эти минимумы достигаются при разных законах управления.

2. Для поиска оптимального управления электроприводом с двигателем постоянного тока независимого возбуждения с учетом и без учета нелинейности магнитопровода по критерию минимума мощности потерь в обмотках двигателя целесообразно решать задачу в два этапа. На первом этапе нужно определить оптимальное соотношение токов якоря и возбуждения, создающих требуемый электромагнитный момент, затем решать задачу оптимального управления с помощью принципа максимума Л.С. Понтрягина в сочетании с численными методами, где сигналом управления является электромагнитный момент.

3. При разработке функциональных схем устройств идентификации параметров момеятного двигателя, двигателя постоянного тока и синхронного двигателя целесообразно использовать непрерывный градиентный метод минимизации функций от невязок для уравнений двигателей.

4. Разработана функциональная схема усилителя неуравновешенной системы напряжений с расширенной зоной линейности выходных напряжений. Рекомендуется регулировать потенциал нейтрали трехфазной нагрузки для симметричного расположения максимального и минимального потенциалов ее зажимов относительно потенциалов источника постоянного напряжения.

5. Предложен метод и формула управления потенциалом нейтрали для минимизации мощности потерь в трехфазной нагрузке с изолированной нейтра-

лью по первой гармонике на частоте ШИМ. Показано, что с коррекцией мощность потерь снизится на 48% сравнительно с постоянным потенциалом нейтрали.

6. Предложен способ и формулы для модификации синусоидальной ШИМ путем управления потенциалом нейтрали по результирующему току для минимизации мощности потерь в нагрузке от пульсации токов. Показано, что с коррекцией мощность потерь снизится на 33% сравнительно с постоянным потенциалом нейтрали. При произвольной уравновешенной системе напряжений целесообразно использовать формулу коррекции по их мгновенным значениям.

7. При моделировании работы преобразователя частоты с целью поиска оптимального сигнала коррекции и повышения точности решения системы дифференциальных уравнений целесообразно применить численный метод Рунге-Кутта с целым числом шагов интегрирования на интервале постоянной структуры системы.

8. Показано, что мощность потерь в стали нагрузки от гистерезиса на частоте ШИМ имеет минимум при оптимальной коррекции потенциала нейтрали по условию минимума электрических потерь.

9. Предложены формулы для расчета мощности потерь проводимости и переключения в силовых ключах преобразователя частоты при его работе с коррекцией, которые целесообразно использовать при поиске оптимальной частоты модуляции.

10. Зависимость суммарной мощности, потребляемой преобразователем частоты и нагрузкой от источника питания, от частоты коммутации силовых ключей преобразователя рекомендуется аппроксимировать суммой линейной функции и гиперболы, что позволяет легко найти оптимальную частоту коммутации.

11. В лабораторных условиях реализован экспериментальный образец преобразователя частоты и на его базе опробован алгоритм оптимального управления потенциалом нейтрали при питании активно-индуктивной нагрузки и асинхронного двигателя. Экспериментально подтверждена принципиальная правильность разработанных алгоритмов моделирования работы преобразователя частоты с ШИМ и точность результатов оптимизации, полученных численными методами.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в научных изданиях из перечня ВАК МОиН РФ

1. Собх М.И. Синтез оптимального управления моментным двигателем в си теме сканирования // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева.- Казань: Изд-во КГТУ им. А.Н. Туполева - 2009 - № 1- С. 40 - 43.

2. Собх М.И., Афанасьев АЛО. Преобразование постоянного напряжения в переменное с минимумом мощности потерь в трехфазной обмотке двигателя с изолированной нейтралью // Журнал «Известия вузов. Проблемы энергетики» Казань. Изд-во КГЭУ - 2010,- № 3-4,- С. 102 - 112.

Публикации в других научных изданиях

3. Собх М.И. Преобразователи напряжения в электронных системах зажигания автомобилей// Сб. V Междун. н/п конф. «Автомобиль и техносфера», Казань, 28 30 ноября 2007 г.- Казань: Изд-воКазан.гос.техн.ун-та, 2008 - С. 227.

4. Собх М.И., Афанасьев А.Ю. Система сканирования с комбинированным управлением и моментным двигателем // Сб. матер. XX Всерос. межвуз. н/т конф.«Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий». Часть 1,- Казань, 13-15 мая 2008 г.- Казань: Изд-во Отечество, 2008.- С. 277 - 278.

5. Собх М.И. Оптимальная программа движения сканирующего электропривода с моментным двигателем // Сб. матер, междунар. н/п конф. «Современные технологии - ключевое звено в возрождении отечественного авиастроения» .Казань, 12-15 августа 2008 г.- Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2008.— С. 123- 127.

6. Собх М.И. Оптимизация размеров моментного двигателя для системы сканирования // Сб. Матер, междунар. н/п конф.- том 2 «Современные технологии - ключевое звено в возрождении отечественного авиастроения». - Казань, 12-15 августа 2008 г.- Казань: Изд-во КГТУ им. А.Н. Туполева, 2008.- С. 128 -133.

7. Собх М.И. Оптимальное управление моментным двигателем в системе сканирования // Сб. матер. Всерос. семинара «Аналитическая механика, устойчивость и управление движением».- Казань, 11-12 Ноября 2008 г.- Казань: Изд-во КГТУ им. А.Н. Туполева, 2008,- С. 128 - 133.

8. Собх М.И. Электропривод постоянного тока периодического движения с минимизацией мощности потерь/ЛХ Междунар. симпозиум «энергоресурсоэф-фективность и энергосбережение»-Казань, 2-4 декабря 2008 г.- Казань: Издательство «АтрПечатьСервис», 2008 - С. 224 - 230.

9. Собх М.И., Афанасьев А.Ю. Устройство оценивания параметров электродвигателя. Патент РФ № 2366070 С1, МПК Н02Р 7/06. БЮЛ № 24,2009.

10. Собх М.И., Афанасьев А.Ю. Управление преобразователем частоты по критерию минимума мощности потерь в нагрузке// Сб. матер. V Всерос. н/т конф. «Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики», том 2, 12 - 13 октября 2009 г. - Казань: Изд-во Кзан. гос. техн. ун-та, 2009.- С. 3 - 10.

11. Собх М.И., Афанасьев А.Ю. Оптимальное управление в системе сканирования с моментом двигателем сухого трения по критерию минимума потребляемой от сети мощности// Сб. матер. И Всерос. н/т конф., том 1, 19-20 марта 2009 г.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009.- С. 41-43.

12. Собх М.И., Афанасьев А.Ю. Основные вопросы синтеза преобразователей частоты// Сб. матер. XXI Всерос. межвуз. н/т конф. «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материа-

лов и изделий», часть 1, 12 - 14 мая 2009 г.- Казань: Изд-во Отечество, 2009.- С. 79-81.

13. Собх М.И., Афанасьев А.Ю. Преобразователь частоты с минимумом мощности потерь в трехфазной симметричной нагрузке с изолированной нейтралью// XXXIX междунар. н/п конф. « повышение эффективности электрического хозяйства потребителей в условиях ресурсных ограничений». Москва, МЭИ, 16 - 20 ноября 2009 г.- том 2 - М.: Технетика, 2009- С. 144 - 145.

14. Собх М.И., Афанасьев А.Ю. Минимизация мощности потерь в стали от ши-ротно-импульсной модуляции//Х междунар. симпозиум «энергоресурсоэффек-тивность и энергосбережение», Казань, 1-3 декабря 2009 г.- часть 2- Казань: Издательство Печатный салон «Онегин», 2008 - С. 410 - 418.

15. Собх М.И., Афанасьев А.Ю. Трехфазный усилитель. Патент РФ № 2382482 С1, МПК H03F 3/217. БЮЛ. № 5, 2010.

16. Собх М.И., Афанасьев А.Ю. Оптимальное управление двигателем постоянного тока с независимым возбуждением без учета нелинейности кривой намагничивания по критерию энергосбережения // Сб. матер. XXII Всерос. межвуз. н/т конф.« Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», часть 1, 17 - 19 мая 2010 г.- Казань: Изд-во Отечество, 2010 - С. 95 - 97.

17. Собх М.И., Афанасьев А.Ю. Оптимальное управление двигателем постоян-ног тока с независимым возбуждением с учетом нелинейности кривой намагничивания по критерию энергосбережения //Сб. матер. XXII Всерос. межвуз. н/т конф.« Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», часть 1, 17 - 19 мая 2010 г.- Казань: Изд-во Отечество, 2010 — С. 97 - 99.

18. СобхМ.И., Афанасьев А.Ю., Экспериментальное исследование преобразователя частоты с минимумом мощности потерь в трехфазной нагрузке// Мат. межвуз. per. Студ. н/п конф. «Новые направления и современные тенденции развития автоматизированных систем управления», 20 апреля 2010 г.- Нижнекамск: Нижнекам. химико-технолог. инст.(филиал) КГТУ, 2010,- С. 9 - 13.

19. Собх М.И., Афанасьев А.Ю. Мощность потерь силовых полупроводников преобразователя частоты// Всерос. н/п конф. «Проблемы перехода к устойчивому развитию монопрофильных городов», 23 апреля 2010 г.- Нижнекамск: Изд-во Казан. Гос. Техн. ун-та, 2010. С. 93 - 96.

20. Собх М.И., Джавир М.Ф. Мощность потерь в мостовой схеме преобразователя постоянного тока// Междунар. молодеж. науч. конф. «XVIII Туполевские чтения» .», 26-28 мая 2010 г.- Том V - Казань: Изд-во КГТУ им. А.Н. Туполева С. 215-217.

21. Собх М.И., Давыдов Н.В. Экспериментальное исследование преобразователя частоты по минимуму мощности потерь в трехфазной нагрузке// Междунар. молодеж. науч. конф. «XVIII Туполевские чтения» .», 26-28 мая 2010 г.- Том V,- Казань: Йзд-во КГТУ им. А.Н. Туполева - 2009. С. 217 - 219.

Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ.л. 1,25. Усл.печ.л. 1,16. Уч.-изд,л. 1,07.

__Тираж 120. Заказ Н 157._

Типография Издательства Казанского государственного технического университета 420111 Казань, К. Маркса, 10

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Собх Мазен Ибрагим

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ.

1.1. Оптимальное управление движением электропривода.

1.2. Современное состояние идентификации параметров двигателя постоянного тока и синхронного двигателя.

1.3. Современное состояние схемотехники и теории силовых электронных преобразователей.

1.4. Основные задачи и пути их решения.

2. ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С МОМЕНТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ И ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ В СИСТЕМАХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ.

2.1. Оптимальное управление электроприводом периодического движения с учетом момента сухого трения без учета индуктивности обмотки.

2.2. Оптимальное управление электроприводом периодического движения с учетом момента сухого трения и с учетом индуктивности обмотки.

2.3. Оптимальное управление в системах периодического движения по критерию минимума потребляемой от сети мощности.

2.4. Примеры выполнения электроприводом периодического движения . 45 ВЫВОДЫ.

3. ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТОКАМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

В СИСТЕМАХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ.

3.1. Оптимальное управление токами двигателей постоянного тока с независимым возбуждением без учета нелинейности кривой намагничивания.

3.2. Оптимальное управление токами двигателей постоянного тока с независимым возбуждением с учетом нелинейности кривой намагничивания.

ВЫВОДЫ.

4. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

4.1. Идентификация параметров электродвигателя постоянного тока

4.2. Идентификация параметров синхронного электродвигателя.

ВЫВОДЫ.

5. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТРЕХФАЗНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ.

5.1. Усилитель неуравновешенной трехфазный системы напряжений

5.2. Минимизация мощности потерь в нагрузке по первой гармонике ШИМ управлением потенциалом нейтрали.

5.3. Минимизация мощности потерь в нагрузке управлением потенциалом нейтрали по результирующему току.

5.4. Минимизация мощности потерь в стали от широтно-импульсной модуляции.

5.5. Мощность потерь в преобразователи и выбор частоты ШИМ . 125 ВЫВОДЫ.

6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ ПО МИНИМУМУ МОЩНОСТИ ПОТЕРЬ В АКТИВНО-ИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКЕ

6.1. Теоретическое обоснование экспериментов.

6.2. Описание экспериментальной установки.

6.3. Исследование влияния сигнала коррекции на сигналы ШИМ

6.4. Исследование влияния сигнала коррекции на форму тока одной фазы ПЧ и на мощность потерь.

6.5. Поиск оптимального сигнала коррекции по критерию минимума мощности потерь в нагрузке ПЧ.

6.6. Исследование ПЧ с ШИМ и с сигналом коррекции при питании асинхронного двигателя.

6.7. Исследование зависимости мощности потерь в системе "ПЧ асинхронный двигатель" от частоты ШИМ

ВЫВОДЫ.

Введение 2010 год, диссертация по электротехнике, Собх Мазен Ибрагим

В современных электромеханических системах с периодическим движением используются электроприводы с двигателями постоянного тока электромагнитного возбуждения или с возбуждением от постоянных магнитов, с синхронными двигателями, питаемыми от преобразователей частоты. Снизить энергозатраты в электромеханических системах с периодическим движением возможно путем использования оптимального управления по критерию минимума мощности потерь в обмотках двигателя.

В настоящее время для питания электроприводов на основе частотно-управляемых синхронных и асинхронных двигателей используют электронные преобразователи частоты (ПЧ), обеспечивающие экономичное и плавное регулирование в продолжительных и переходных режимах работы электроприво4 дов. Наиболее удачной принятой в мире компоновкой ПЧ является структура-со звеном постоянного тока, формирование выходных сигналов в которой осуществляется посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Применение ШИМ резко повышает КПД электропривода. Но появляются дополнительные потери в двигателе из-за пульсации токов и магнитных потоков на частоте ШИМ, которые необходимо минимизировать.

Таким образом, задачи оптимального управления двигателем по критерию минимума мощности потерь в обмотках двигателя в системах периодического движения, идентификации параметров двигателя постоянного тока и синхронного двигателя, минимизации мощности потерь на частоте ШИМ в трехфазных двигателях и потерь в преобразователе частоты являются актуальными.

Объект исследования — электроприводы с двигателями постоянного тока и с моментными двигателями, преобразователи частоты с трехфазной активно-индуктивной нагрузкой.

Цель научного исследования — энергосбережение в электроприводах периодического движения постоянного и переменного тока.

Для достижения цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи.

1. Поиск оптимального управления электроприводом с различными типами двигателей (двигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов, моментные двигатели) по критерию минимума мощности потерь в обмотке двигателя и по критерию минимума мощности, потребляемой от сети.

3. Разработка устройств идентификации параметров двигателя постоянного тока, моментного двигателя и параметров синхронного двигателя в осях обобщенной машины.

Достоверность полученных результатов обеспечена применением классических исходных уравнений электрических машин и электропривода, теории подобия, точными аналитическими преобразованиями теории обобщенных машин и традиционными методиками расчета при номинальных параметрах, использованием теории рядов Фурье, применением современных компьютерных средств и программных комплексов, экспериментальным подтверждением адекватности результатов, полученных аналитическими и численными методами.

Научная новизна работы заключается в принципах поиска оптимального управления сочетанием аналитических и численных методов, в алгоритмах управления электроприводами периодического движения, в принципах идентификации параметров двигателя постоянного тока и синхронного двигателя, в формулах корректирующего напряжения для трехфазного ПЧ, в формуле мощности потерь в ключах ПЧ с ШИМ, в формулах мощности потерь в стали электродвигателя от вихревых токов и от гистерезиса на частоте ШИМ. 6

Практическая ценность работы состоит в программах поиска оптимального управления электроприводом систем периодического движения, в функциональных схемах устройств идентификации параметров, в программах поиска оптимальных законов изменения потенциала нейтрали, в полученных формулах для управления потенциалом нейтрали, в программе для микроконтроллера для формирования оптимального сигнала коррекции.

Реализация результатов работы была проведена в рамках госбюджетной научно-исследовательской работы « Разработка научных основ создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления электроэнергии» и в учебном процессе в дисциплинах "Автоматизированный электропривод", "Электроприводные системы", "Вторичные источники питания".

Новые научные положения, выносимые на защиту.

2. Функциональные схемы идентификации параметров двигателя постоянного тока и синхронного двигателя.

3. Функциональная схема усилителя неуравновешенной системы трехфазных напряжений.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на V Междунар. юбилейной н/п конф. "Автомобиль и техносфера" в г. Казани, 2007 г., на XX, XXI и XXII Всерос. межвуз. н/т конф. « Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» в г. Казани, 2008, 2009 и 2010 г., на Междунар. н/п конф. «Современные технологии » в г. Казани, 2008 г., на Всерос. семинаре «Аналитическая механика, устойчивость и управление движени7 ем» в г. Казани, 2008 г., на IX и X Междунар. симпоз. «Энергоресурсоэффек-тивность и энергосбережение» в г. Казани, 2008, 2009 г., на V Всерос. н/т конф. «Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики» в г. Казани, 2009 г., на II Всерос. н/т конф. « Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» в г. Уфе, 2009 г., на XXXIX Междунар. н/п конф. «Повышение эффективности электрического хозяйства потребителей в условиях ресурсных ограничений» в г. Москве, 2009 г., на межвуз. регион, студ. н/п конф. «Новые направления и современные тенденции развития автоматизированных систем управления» в г. Нижнекамске, 2010 г., на Всерос. н/п конф. « Проблемы перехода к устойчивому развитию монопрофильных городов» в г. Нижнекамске, 2010 г., на Междунар. мо-лодеж. науч. конф. «XVIII Туполевские чтения» в г. Казани, 2010 г.

Публикации. Основное содержание работы отражено в 21 печатной рабо-те(в 2 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК, в 2 патентах на изобретения Российской Федераци и в 17 трудах конференций).

Заключение диссертация на тему "Энергосбережение в электроприводах периодического движения с силовыми электронными преобразователями"

ВЫВОДЫ

1. Созданный на кафедре электрооборудования с участием автора экспериментальный стенд преобразователя частоты на базе IGBT транзисторов и с управлением с помощью специализированного микроконтроллера отличается возможностью программирования любого алгоритма управления силовыми ключами ПЧ, измерения токов и напряжений в любой точке ПЧ.

2. Экспериментально подтверждена принципиальная правильность разработанных алгоритмов моделирования работы преобразователя частоты с ШИМ при активно-индуктивной нагрузке с противо-ЭДС, изложенных в пятой главе.

3. Экспериментально доказано, что для минимизации мощности потерь от пульсации токов на частоте ШИМ в активно-индуктивной нагрузке ПЧ необходимо управлять потенциалом нейтрали по закону, полученному численным методом в пятой главе.

4. Экспериментально установлено, что мощность потерь от пульсации токов на частоте ШИМ в асинхронном двигателе имеет минимум при формировании ШИМ с оптимальным сигналом коррекции потенциала нейтрали.

5. Экспериментально подтверждена значительная зависимость мощности потерь в системе "преобразователь частоты — асинхронный двигатель" от частоты ШИМ. Экспериментально установлена оптимальная частота, при которой мощность потерь в системе минимальна. Мощность потерь в системе при частоте ниже оптимальной определяется в основном мощностью потерь в двигателе от пульсации токов на частоте ШИМ, а при частоте выше оптимальной — мощностью потерь переключения силовых ключей ПЧ.

6. При обработке экспериментальных результатов изменения общего тока, потребляемого от источника питания, как функции от сигнала коррекции целесообразно использовать квадратическую аппроксимацию методом наименьших квадратов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты выполненных исследований заключаются в следующем.

3. При разработке функциональных схем устройств идентификации параметров моментного двигателя, двигателя постоянного тока и синхронного двигателя целесообразно использовать непрерывный градиентный метод минимизации функций от невязок для уравнений двигателей.

4. Разработана функциональная схема усилителя неуравновешенной системы напряжений с расширенной зоной линейности выходных напряжений. На примере показано расширение зоны линейности на 55 %. Рекомендуется регулировать потенциал нейтрали трехфазной нагрузки для симметричного расположения максимального и минимального потенциалов ее зажимов относительно потенциалов источника постоянного напряжения.

5. Предложен метод и формула управления потенциалом нейтрали для минимизации мощности потерь в трехфазной нагрузке с изолированной нейтралью по первой гармонике на частоте ШИМ. Показано, что с коррекцией мощность потерь снизится на 48% сравнительно с постоянным потенциалом нейтрали.

Библиография Собх Мазен Ибрагим, диссертация по теме Электротехнические комплексы и системы

1. Алексеев В.М., Фомин C.B. Оптимальное управление 2-е изд.- М.: Физ-матлит, 2005.- 384 с.

2. Аунг Унг Вин Тут. Разработка и исследование частотно-регулируемых асинхронных двигателей: Автореф. дис. . канд. техн. наук// Московский энергетический институт (Технический университет).- М., 2008.- 20 с.

3. Афанасьев А. Ю. Основы автоматизированного электропривода. Учебное пособие.— Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2005 125 с.

4. Афанасьев А.Ю. Моментный электропривод. Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 1997 - 250 с.

5. Афанасьев А.Ю., Тарасова И.Т. Устройство оценивания параметров электродвигателя. Пат. РФ 2030088, МПК6 H 02 Р 5/06.- БЮЛ № 6, 1995.

6. Афанасьев В.Н., Колмановский В.Б., Носов В.Р. Математическая теория конструирования систем управления: Учебник для вузов.— 3-е изд., испр. и доп.-М.: Высш. шк., 2003- 614 с.

7. Бальян Р.Х., Обрусник В. П. Оптимальное проектирование силовых высокочастотных ферромагнитных устройств Томск: Изд-во Том. ун-та, 1987 — 168 с.

8. Башарин A.B., Постников Ю.В. Примеры расчета автоматизированного электропривода на ЭВМ.- Д.: Энергоатомиздат, 1990 512 с.

9. Беленький Ю.М, Зеленков Г.С., Микеров А.Г. Опыт разработки и применения бесконтактных моментных приводов Д.: ЛДНТП, 1987 - 28 с.

10. Богданов A.A. Оптимизация регулятора широтно-импульсной системы управления электропривода вентиляционной установки автономного объекта: Автореф. дис. канд. техн. наук Томск, 2007 - 21 с.

11. П.Брусенцов Ю.А., Пручкин В.А., Филатов И.С. Маркировка материалов электронной техники: Учебное пособие. — Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2006. 80 с.

12. Бурковская Т.А., Писаревский Ю.В. Исследование магнитных систем электродвигателей с внутриякорным индуктором // Электротехнические комплексы и системы управления — 2007 № 2 - С. 71 — 76.

13. Бушев А. В. Позиционный электропривод с переменной структурой в канале управления: Афторев. дис. . канд. техн. наук: 05.09.03 Тольятти, 2008-20 с.

14. Веников В.А., Веников Г.В. Теория подобия и моделирования. 3-е изд., пе-рераб. и под М.: Высш. шк., 1984. - 439 с.

15. Виноградов А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока // ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина».- Иваново, 2008 298 с.

16. Виноградов А.Б. Новые алгоритмы пространственно-векторного управления матричным преобразователем частоты // Электричество.- 2008- № 3. -С. 41-51.

17. Виноградов А.Б., Сибирцев А., Колодин И. Реализация защиты преобразователя частоты на основе динамической тепловой модели IGBT — модуля// Силовая электроника.- 2006 № 2 — С. 12-19.

18. Воронцов А. Г. Исследование системы с многофазным асинхронным генератором и многотактными активными преобразователями: Автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.09.03- Санкт-Петербург, 2007 — 19 с.

19. Горева Л. IGBT-транзисторы International Rectifier шестого поколения// Силовая электроника 2009.-№ 4 — С. 27-32.

20. Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых с истем в MATLAB 6.0: Учебное пособие.- СПБ.: КОРОНА, 2001.-320 с.

21. Громов Ю.Ю., Земской H.A., Лагутин A.B. Специальные разделы теории управления. Оптимальное управление динамическими системами Тамбов: Издательство ТГТУ, 2004.- 108 с.

22. Джюджи Л., Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты: Теория, характеристики, применение. Пер. с англ.- М.: Энергоатом161издат, 1983.-400 с.

23. Донкеев С.С. Исследование влияния входных фильтров на динамические характеристики импульсных источников электропитания: автореф. .дис. Канд. техн. наук: 05.12.04 Самара., 2006 - 22 с.

24. Дуплякин Е. IGBT или MOSFET? Оптимальный выбор// Электронные компоненты.- 2000.- № 1.- С. 57 60.

25. Егоров А. И. Основы теории управления-М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004 504 с.

26. Жданкин В. Транзисторные DC/AC-преобразователи: характеристики, структурные схемы, рекомендации по применению// Силовая электроника — 2004.-№2,-С. 54-59.

27. Иванов-Цыганов А.И., Хандогин В.И. Источники вторичного электропитания приборов СВЧ- М.: Радио и связь, 1989.- 144 с.

28. Кай A. IGBT или MOSFET? Практика выбора// Электронные компоненты — 2000.-№ 1.-С. 76-81.

29. Калантаров П.Л., Цейтлин Л. А. Расчет индуктивностей: справочная книга. 3-е изд.- Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1986 - 488 с.

30. Калиткин Н.Н.Численные методы М.: Наука, 1978 - 512 с.

31. Карлов Б., Есин Е. Современные преобразователи частоты // Силовая электроника- 2004- № 1.- С. 50 54.

32. Карташев Е., Колпаков А. Базовые принципы проектирования матричных конверторов// Силовая электроника 2009 - № 5 — С. 59-65.

33. Квакернаак X., Сивап Р. Лийеиные оптимальные системы управления М.: Изд-во «МИР», 1977 - с.

34. Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т.2. Многомерные, нелиней162ные, оптимальные и адаптивные системы: Учеб. Пособие М.: Физматлит, 2004.-464 с.

35. Клочков М.И. Расчет элементов и моделирование схем энергетической и информационной электроники: Учеб. пособие.— Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2004.- 138 с.

36. Козаченко В. Основные тенденции развития встроенных систем управления двигателями и требования к микроконтроллерам// Chip News 1999 - № 1 — С. 2 - 9.

37. Колпаков А. Особенности проектирования частотных преобразователей средней и большой мощности // Электронные компоненты. 2003- № 6 — С. 1-3.

38. Крицштейн А. М. Электрические машины: учебное пособие Ульяновск: Изд.во УлГТУ, 2005.- 83 с.

39. Крутиков К.К., Рожков В.В., Петрухин Ю.В. Симплексные алгоритмы управления трехфазными многоуровневыми автономными инверторами напряжения// Электричество 2008 - № 3 - С. 33 — 40.

40. Кудряшов C.B. Способ расчета потерь в стали индукторного двигателя// ЭЛЕКТРОТЕХНИКА—2008 — № 4.-С. 1 8.

41. Кузькин В.И. Высоковольтный преобразователь частоты для питания асинхронных двигателей// В.И. Кузькин, В.Н. Мелешкин, C.B. Мясищев, Д.В. Симоненков, С.Н. Шипаева // Электротехника 2004.- № 10 - С. 19 - 24.

42. Ланцов В., Эраносян С. Интеллектуальная силовая электроника: вчера, сегодня, завтра// Силовая электроника — 2006—№ 1.— С. 4—7.

43. Льюнг Л. Идентификация систем. Теория для пользователя М.: Наука, 1991.- 432 с.

44. Мелешин В. И. Транзисторная преобразовательная техника — М.: Техносфера, 2005.- 632 с.

45. Методы классической и современной теории автоматического управления.

46. Т.2.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004.- 331 с.163

47. Методы классической и современной теории автоматического управления. Т.4.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004.- 744 с.

48. Обухов С.Г., Чаплыгин Е.Е., Кондратьев Д.Е. Широтно-импульсная модуляция в трехфазных инверторах напряжения// Электричество 2008— № 7.-С. 23-31.

49. Огарь В.А. Определение потерь в стали асинхронного двигателя// Науков1 пращ ДонНТУ Електротехшка i енергетика — 2008 - № 8- С. 82-85.

50. Остриров В. , Мильский К. Рациональные схемы преобразователей частоты для мощных синхронных индукторных электроприводов // Электронные компоненты-2008-№ 11.

51. Остриров В.Н. Опыт создания преобразовательной техники для регулируемых электроприводов// Электричество.— 2008.- № 7 — С. 42 — 47.

52. Петров Д. Применение современных преобразователей частоты// Силовая электроника.-2005-№ 1.-С. 62-68.

53. Петров Ю.П. Оптимальное управление электроприводом М., Д.: Госэнер-гоиздат, 1961.- 187 с.

54. Петров Ю.П. Вариационные методы теории оптимального управления. — М.: Энергия, 1965.- 220 с.

55. Полищук А. Выбор ключевых транзисторов для преобразователей с жёстким переключением// Современная электроника- 2004.-№ 10 С. 8-11.

56. Поляков В.Н., Шрейнер Р.Т. Экстремальное управление электрическими двигателями Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2006 - 420 с.

57. Понтрягин Л.С. Математическая теория оптимальных процессов// Л.С. Пон-трягин, В.Г. Болтянский, Р.В. Гамкрелидзе, Е.Ф. Мищенко М.: Наука, 1976.-392 с.

58. Попов Т., Фенерджиев Д., Иванов Д. Энергоэкономные ферритовые трансформаторы // Problems of engineering cybernetics and robotics- София.-2005.-№55.-С. 45-52.

59. Постников В. Г. Оптимизация позиционных электроприводов автоматизированных систем на основе фаззи-контроллера: автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.09.03.- М., 2007.- 20 с.

60. Постоянные магниты справочник: Справочник// Под ред. Ю. М. Пятина — М.: Энергия, 1971.-376 с.

61. Пронин М.В., Воронцов А.Г. Силовые полностью управляемые полупроводниковые преобразователи (моделирование и расчет).- СПб.: Электросила, 2003.- 172 с.

62. Прохоров С.Г., Хуснутдинов P.A. Электрические машины: Учебное пособие.-Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2002 140 с.

63. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники М.: Энергоавтомиздат, 1992.— 296 с.

64. Ромаш Э.М. Высокочастотные транзисторные преобразователи // Ромаш Э. М., Джрабович Ю.И., Юрченко H.H., Шевченко П.Н.- М.: Радио и связь, 1988.-288 с.

65. Сагайдаков Н. Что необходимо знать при выборе драйвера IGBX// Силовая . электроника 2007 - № 2. -С. 30 - 31.

66. Семенов Б.Ю., Силовая электроника для любителей и профессионалов.- М.: Изд-во СОЛОН-Р, 2001.- 327 с.

67. Ситников В.Ф. Силовая электроника в системах электроснабжения переменного тока // Электричество-2008.- №2.-С.33-38.

68. Соколов Ю.Г. Проектирование тиристорного преобразователя частоты регулируемого электропривода переменного тока // Ю.Г. Соколов, И.Г. Цвен-гер, В.Г. Макаров, В.К. Шишков, P.P. Валиуллин- Казань. Изд-во Ка-зан.гос.технол.ун-та, 2005 108 с.

69. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием— 2-е изд.— М.: Изд.во Академия, 2007 272 с.

70. Справочник по электрическим машинам: в 2 т.// под общ. ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова.-М.: Энергоатомиздат, 1988.-456 с.165

71. Столов Л.И., Афанасьев А.Ю. Моментные двигатели постоянного тока. -М.: Энергоатомиздат, 1989 224 с.

72. Столов Л.И., Зыков Б.Н. Моментные двигатели с постоянными магнитами-М.: Энергия, 1977.- 112 с.

73. Столов Л.И. Авиационные моментные двигатели// Л.И. Столов, Б.Н. Зыков, А.Ю. Афанасьев, Ш.С. Галеев. -М.: Машиностроение, 1979 136 с.

74. Тумаева Е.В. Синхронный электропривод с оптимальными режимами работы. дис . канд. техн. наук: 05.09.03// Казанский государственный техно-логтческий университет нижнекамский химико-технологический институт-Нижнекамск, 2006.-176 с.

75. Флоренцев С.Силовые IGBT модули основа современного преобразовательного оборудования// Электронные компенанты — 2002 - № 6 — С. 11-17.

76. Флоренцев С.Современное стояние и прогноз развития приборов силовой электроники // СТА.- 2004.- № 2.- С. 20-30.

77. Хайруллин И. Р. Регулируемый асинхронный вентильный двигатель с автогенераторным инвертором напряжения: Автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.09.01.-Казань, 2009.- 155 с.

78. Чаки Ф., Герман И., Ипшич И. Силовая электроника: примеры и расчеты .М.: Энерггоиздат, 1982 — 384 с.

79. Четти П. Проектирование ключевых источников электропитания: Пер. с англ.-М.: Энергоаомиздат, 1990.-240 с.

80. Шерстюк В. Транзисторные ключи для устройств силовой электроники// Электронные компоненты 2001.- № 2 — С. 59-65.

81. Шерстюк В. Транзисторные ключи для устройств силовой электроники -IGBT, MOSFET, а может быть биполярньщ транзистор// Электронные компоненты.- 2001.- № 3.- С. 47 51.

82. Шерстюк В. Транзисторные ключи для устройств силовой электроники -IGBT, MOSFET, а может быть биполярньщ транзистор// Электронные компоненты- 2001.- № 4 С. 62 - 66.

83. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частот Екатринбург: УРО РАН, 2000.- 654 с.

84. Электрические машины. Петров Г.Н, Горохов Н.В, Горяинов Ф.А, Липков-ский М.В, Нитусов Е.В, Сергеев П.С; под ред. Петрова Г.Н. М.: Гос. Энергетическое изд-во, 1940-4.1.-663 с.

85. Электромеханический справочник: Т.1. Общие вопросы. Электротехнические материалы// под общ. ред. В.Г. Герасимова и др.- 9-е изд. Стер,—М.: Изд-во МЭИ, 2003.- 440 с.

86. Botteron F., Rech С., Shuch L., Camargo R.F. Space vector modulation for voltage-source inverters// IEEE 2002- P. 23—29.

87. Dae-Woong Chung, Seung-Ki Sul, Senior Member. Minimum-loss strategy for three-phase PWM rectifier // IEEE transactions on industrial electronics.-vol. 46.-JUNE 1999.-№ 3.-P. 517-527.

88. John Shen Z., Yali Xiong, Xu Cheng, Yue Ful, and Pavan Kumar2. Power MOSFET switching loss analysis: A new insight// IEEE 2006.- P. 1438-^1442.

89. Johannes V. Gragger, Anton Haumer, Christian Krai, Franz Pirker. Efficient analysis of harmonic losses in PWM voltage source induction machine drives with modelica // Modelica.- March 3rd 4th.- 2008 - P. 593 - 600.

90. Kaczmarek R., Amar M. A general formula for prediction of iron losses under non-sinusoidal supply voltage waveform // IEEE Transactions on Magnetics .— Vol. 31.- September 1995,-№ 5.-P. 2505-2509.

91. Keliang Zhou, Danwei Wang. Relationship between space-vector modulation and three-Phase carrier-based PWM: A comprehensive analysis// IEEE Transactions on industrial electronics-Vol. 49. February 2002.-N» l.-P. 186- 196.

92. Kim M.K., Jang K.Y., Choo B.H., Lee J.B., Suh B.S., Kim Т.Н. A novel IGBT inverter module for low-power drive applications.- May, 2002.

93. Lena Max. Energy evaluation for DC/DC converters in DC-based wind farms.

94. Division of electric power engineering department of energy and environment:167

95. Thesis for the degree of licentiate of engineering // Chalmers university of technology- Goteborg, Sweden 2007.— c.

97. Markku Jokinen, Anssi Lipsanen. Fundamental study of 2-level and 3-level frequency converters//Norway, 2005.

98. Massoud A.M., Finney S.J., Williams B.W. Conduction loss calculation for mul-thilevel inverter: A generalized approach for carrherbased PWM technique // He-riot-Watt Universitv UK.- 2004.- P. 226-230.

99. Mehrizi-Sani A., Filizadeh S., Wilson P.L. Harmonic and loss analysis of space-vector modulated converters // International conference on Power systems transients (IPST'07).- Lyon, France.- June 4-7, 2007.

100. Perales A., Prats M. M., Ramon Portillol, José L. Moral and Leopoldo G. Fran-quelo. Three dimensional space vector modulation for four-leg inverters using natural coordinates Manuel// IEEE .- 2004.- P. 1129- 1134.

101. Philippe Delarue, Alain Bouscayrol, Eric Semail. Generic control method of multileg voltage-source-converters for fast practical implementation// IEEE transactions on power electronics March 2003. - Vol. 18 - № 2 - P. 517-526.

102. Robert W.Erickson, Dragan Makimovic. Fundamental power electronics, secon edition // University of Colorado boulder, Colorado. KLUWER ACADEMIC PUBLIHERS- 2001.

103. Roozbeh Molavi, Davood A. Khaburi. Optimal control strategies for speed control of permanent-magnet synchronous motor drives// Proceedings of world academy of science, engineering and technology. Vol. 34 - October 2008.- P. 428- 432.

104. Yuancheng Ren, Ming Xu, Jinghai Zhou, Fred C. Lee. Analytical loss modelof power MOSFET// IEEE transactions on powers.- March, 2006.- Vol. 21.104. №2.-P. 310-319.

105. СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в научных изданиях из перечня ВАК МОиН РФ

106. Собх М.И. Синтез оптимального управления моментным двигателем в си теме сканирования // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева Казань: Изд-во КГТУ им. А.Н. Туполева.- 2009.- № 1.- С. 40 - 43.

107. Публикации в других научных изданиях

108. Собх М.И. Преобразователи напряжения в электронных системах зажигания автомобилей// C6.V Междун. н/п конф. "Автомобиль и техносфера", Казань, 28-30 ноября 2007 г.- Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2008-С. 227.

109. Собх М.И., Афанасьев А.Ю. Устройство оценивания параметров электродвигателя. Пат. РФ № 2366070 С1, МПК Н02Р 7/06. БЮЛ № 24, 2009.

110. Собх М.И., Афанасьев А.Ю. Минимизация мощности потерь в стали от широтно-импульсной модуляции//Х междунар. симпозиум «энергоресурсо-эффективность и энергосбережение», Казань, 1-3 декабря 2009 г. рукопись.

111. Собх М.И., Афанасьев А.Ю. Трехфазный усилитель. Пат. РФ № 2382482 С1, МПК H03F 3/217. БЮЛ. № 5, 2010.

112. Собх М.И., Афанасьев А.Ю., Экспериментальное исследование преобразователя частоты с минимумом мощности потерь в трехфазной нагрузке//

113. Мат. межвуз. per. Студ. н/п конф. «Новые направления и современные тен171денции развития автоматизированных систем управления», 20 апреля 2010 г.-Нижнекамск: Нижнекам. химико-технолог. инст, 2010 С. 9 - 13.

Похожие работы

Электротехника
05.09.00