автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Исследование и разработка систем управления приборного электропривода переменного тока

РГЬ и»

; О '^Й 133'$

ИНСТИТУТ ТОЧНОЙ МЕХАНИКИ и оптики

На прзазх рукописи УДК 621.314

ЕРМИЛОВ Александр Семенович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРИБОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА НЕРЕМЕННОГО ТОКА

Специальность 05.09.12 - Электрические И полупроводниковые преобразователи

Автореферат диссертации на соискание ученой степейй кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1994

Работа выполнена в Институте точной механики к оптики, г.Санкт-Петербург.

0 Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор С.Г. Герман-Галкин

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор А.Е.Козярук

- кандидат технических наук, П.Н.ГолуОев

Ведущая организация - НПО "Ленинец" (г.С.-Петербург).

Защита диссертации состоится 1994 г. в & час,

на заседании специализированного совета К 053.26.06 при Институте точной механики и оптики (197101,г.С.-Петербург, ул.Саблинская,Г4).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института точной механики и оптики.

Автореферат разослан ^¿Ц 1994 г.

Й

Ученый секретарь специализированного совета» каншат технических наук

А.А.Усольцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Прогресс в силовой преобразовательной технике и микроэлектронике окончательно склонил чашу весов в пользу систем электропривода переменного тока. Современные системы с . полупроводниковыми.преобразователями и машинами'Переменного тока имеют высококачественные регулировочные характеристики,. что позволяет уверенно применять их там, где традиционно использовалиоь машин)! постоянного тока. Особенно это касается систем приборного электропривода (ПЭП), где требуются высокие динамические качества и где электрическая машина (ЭМ) работает во всех четырех квадрантах механических характеристик, автоматически переходя из режима в режим при обработке управляющих к возмущающих воздействий.

Однако конкурентноспособность разработок на рынке научно -технической продукции определяется технико-экономическими характеристиками систем ПЗП. Понншение надежности и энергетической эффективности при одновременном снижении стоимости и массо-габаритных показателей проектируемых ПЭП может бить достигнуто на основе повышения качества проЕодямых исследований и разработки оптимальных структур, удовлетворяющих заданным техническим требованиям. Оценивая с этих позиций состояние теории электропривода переменного тока и принципы его практической реализации необходимо отметить следующие проблемы. .

1. Фундаментальные вопросы управления ЭМ'рассмотрены достаточно подробно. Разработаны основные принципы частотного, частотно-токового управления, управления с ориентацией по потоку ЭМ, представлены различные способы их практической реализации. Однако эти принципы и. всегда отражают физику электромагнитных процессов в ЭМ, а способы их реализации часто подменяются понятиями закона управления. Поэтому существует потребность в рассмотрении и классификации законов и способов управления на основе ил общей, задачи - создание и регулирование электромагнитного момента ЭМ.

2. Разработанные способы управления базируются на использовании в системе ПЭП датчиков переменных состояния, как'потока, скорости, или углового положения ротора ЭМ,- что усложняет конструкцию и увеличивает стоимость исполнительной части привода. Это вызывает необходимость разработки ноеых способов управления ЭМ, более простых по реализаций при одновременном улучшении электромагнитных и электромеханических характеристик системы.

3. Разработаны методики расчета электромагнитных процессов

при различных способах управления ЭМ. Ко ати методики не всегда учитывают алгоритм роботы силового полупроводникового преобразователя (СПП) и ограничения, имиюцие место в реальных системах. Численные методы расчета позволяют решить эту задачу, однако получение аналитических решений является более предпочтительным с плане проведения более полного анализа электромагнитных процессов и разработки инженерных методик расчета электромагнитных нагрузок в СПП.

4. Теория.СИЛ постоянно совершенствуется и но мере развития силовой электроники определилась рациональные схемы силовых каскадов, предложены принципы к алгоритмы управления, для которых разработаны методики расчета электромагнитных процессов в сиоге-мз "СПП-ЗЫ". Но все же СПП по прелаему остается слабим звеном в системах ПЭП. Это связано как с несовершенством элементной. <5езы. так и с методами анализа электромагнитных процессов, в которых СПП зачастую рассматривается отдельно от структуры ПЭП, а иногда и вовсе ЗМ заменяется активно-индуктивной нагрузкой.

Перечисленные проблемы указывают на необходимость применения системного подхода.к'анализу и принципам построение ПЭП. Это позволит качественно повысить уровень проводимых исследований и получить более точные результаты, определяющие технико-экономические характеристики проектируемых ПЗП.

Электромагнитные процессы в силовых цепях ПЭП .зависят не толь ко от типа ЭМ и ее нагрузки, но и от схемы СПП, алгоритма управления ям,а также от закона управления принятого в системе. Поэтому с-системных позиций целесообразно рассматривать СПП, ЭМ и их взаимную информационную связь как единый электромеханотроннкй пре образователь (ЭМТП).реализующий заданный закон управления. Особук важность'приобретает задача создания математических моделей ЭМТП, объективно отражающих суть физических процессов с минимально возможной степенью идеализации и представленных ь более простой фор' ме, позволявшей применять известные методы для их анализа.

Таким образом, разработка адекватных математических моделей и анализ электромагнитных процессов в различных стуктурах ЭМТП, расчет их электромеханических и энергетических характеристик яв-■ ляетс'я. основой для практической реализации систем ПЭП, отвечающих современному уровни технико-экономических- 'требований. .

Целью диссертационной работы является. исследование электромагнитных- и электромеханических характеристик ЭМТП, их расчет и

проектирование для ряда конкретных систем электропривода,.

В соответствии с указанной' целью в работе_рвягены следующие научные и практические задачи:

1. Проведен сравнительный анализ электромеханических и силовых полупроводниковых преобразователей, применительно к ПЭП переменного тока, что явилось основой для конкшайааиии исследований и практических разработок,

2. Проведена качественная оценка'различных способов реализации основных законов управления ЭМ. переменного тока'.

3. Разработана классификация ЭМТП, позволившая сформировать единый подход к анализу л принципам построения систем с различными типами ЗМ.

4. Разработаны математические модели и проведен анализ электромагнитных процессов в ЭМТП с различными алгоритмами переключения СПП и законами управления.

5. Разработан новый способ управления ЭМТП, при котором плавное регулирование скорости.в диэпозоне 1:10 осуществляется без применена датчиков со стороны исполнительной ЭМ.

6. Разработаны схемы силовых транзисторных ключей (СТК), отличающихся повышенной надежностью.

7. Разработаны, изготовлены и внедрены две системы .специального электропривода и бездатчиковый регулируемый асинхронный электропривод для общепромышленного применения и бытовой техники.

Методы исследования. Анализ электромагнитных и электромеханических процессов в ЭМТП проводился на основе метода: результирующего (обобщенного) вектора. Метод суперпозиции -применен ■ при разделении электр"'магнитных процессов на гладкие и пульсирующие • составляющие. При составлении и решении векторно-матричкых уравнений использовался метод переменных состояния.

Научная новизна., Разработана классификация ЭМТП, критериями которой являются физические законы преобразования энергии и общность принципов управления этим преобразованием. Это позволило осуществить системный подход к анализу электромагнитных процессов в различных структурах ЭМТП.

Разработаны методики анализа электромагнитных Процессов' в ЭМТП с асинхронными (АМ) и синхронными (СМ) машинами для различных законов управления при широтно-импульсном регулировании (НИР) и синусоидальной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) в автономном инверторе напряжения (АИН). В частности получены аналитические

выражения для расчета пульсирующих составляющих электромагнитных процессов в ЭМТП при названных способах управления АМН.

Предложен новый способ управления ЭМТП с АМ

Практическая ценность. Предложенные методики анализа электромагнитных процессов в ЭМТП позволяют более точно расчитать электрические нагрузки в полупроводниковых элементах СПП, что дает возможность обоснованно выбрать типы силовых полупроводниковых элементов

Реализация результатов работа. Результаты теорег'ческих и зкспериментальных исследований использованы при разработках

- двух систем специального электропривода устройства сварки ферм, отвечающих повышенным требованиям к надежности;

- бездатчикового регулируемого асинхронного электропривода широкого применения, отличающегося сравнительно простой схемной реализацией и невысокой стоимостью.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на

- -научной конференции с международным участием "Проблемы электротехники" , Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, 20-22. октября 1993 г.;

- Всесоюзном научно-техническом семинаре по электромеханотрони-ке, ЛЭТИ, г.Ленинград, 25-27 октября 1989 г.;

- научно-техническом семинаре "Совершенствование электрических электрических машин и преобразователей на базе применения микропроцессорной и электронной техники", Ленинградский Дом научно-технической пропаганда, 2.5-26 ноября 1938 г.;

- IV Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы преобразовательной техники", г.Киев, сентябрь 1937 г.;

- VII научно-технической конференции "Электроприводы переменного тока с полупроводниковыми преобразователями", Уральский политехнический институт, г.СвердлоЕск, февраль 1986 г.;

- XXVI 1..,учно-техшческой конференции профессорско-преподава-Чельского состава ЛМТМО, 4-6 февраля 1536 г.

рубликаииу| По результатам работы опубликовано девять работ, из них одно авторское свидетельство на изобретение.

Структура к работы. Диссертация состоит из введения,

четырех глав, заключения, списка литературы из 52 наименований и 2 приложений. Она содержит 93 страницы основного машинописного текста, иллюстрированного 59 рисункам и 5 таблица»®.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В перкой- глава проведен сравнительный анализ современных ЭМ. В качестве критериев сравнения приняты: удельная мощность, удельный момент, максимальное ускорение, приемистость, к.п.д., и стоимость. В результате анализа установлено, что наиболее перспективными для применения в ПЭП являются АМ а корсткозамкнутым ротором (серии 4А) и СМ с магнитоэлектрическим ротором (серии ДБМ),

Далее рассмотрены СПП и■сформулированы основные требования, предъявляемые к'ним в системах ПЭП. Для конкретизации'дальнейшего анализа электромагнитных процессов в ПЭП представлена сравнительная классификация способов управления и функциональных схем АМН, критериями которой является структура силовой: цепи . инвертора и принцип регулирования модуля и фазы обобщенного вектсра выходного напряжения. При этом введет понятия среднего модуля и средней фазы вектора выходного напряжения АИН: -

агто

0,ср = ^ | и,сП = ?и,е№ср (1 )•

О

Фыср = агс1« ^ + 5(п-1) - -

2tr+tnt^ 3 к

где п = 1+6 -номер.основного состояния вектора; и -время пребывания и« в состоянии п; -время пребывания и» в состоянии п+1; К = шо/ш< - отношение несущей частоты к выходаой частоте преобразователя, х - относительная . длительность импульса. Показано, что АИН с ■■ регулируемой ШИМ является наиболее приемлемым по регулировочным и энергетическим параметрам для построения ПЭП 'с высокими техническим., характеристиками, хотя при больших мощностях электропривода и невысоких требованиях к диапазону регулирования выходного напряжения, 1ГОР в звене постоянного тока может быть предпочтительней в плане реализации тиристорных схем АИН.

Анализ принципов управления обобщенной ЭМ позволяет, сделать вывод о существовании основных законов управления (и/Г=сопзг, Ф5=С0ПЗг, Фо=СОП8и 'Фг=С0Пэ1,и'р/р=С0П81) и различных способов, их реализации (скалярное,"полярное, векторное управление). Основные законы отражают физику электромагнитных процессов и указывают на необходимость наличия (как в СМ) или поддержания в той или иной мере (в АМ) потока ротора постоянным. Специальные законы управ-вления (закон М.П.Костенко.закон минимального тока) обосновывают способ оптимизации электрических, энергетических или других па-

раметров регулирования ЭМ._

Тип ЭМ и закон управления определяют состав й функциональные связи схемы управления, а также структуру и способ управления СП11. Вея эта совокупность составляет едишй ЭМТП, математическая идентификация которого в каждом конкретном случае должна проводится с системных позиций. Для определения путей создания математических моделей, разработана классификация ЭМТП, построенная по иерархическому.. принципу. На верхнем, формальном, уровне раса ■триЕаются энергетический и информационный подходы к анализу к принципам построения ЭМТП. Критериями физического' уровня классификации являются фундаментальные -законы Ленца. Здесь все ЗМТП подразделяются на три класса в зависимости от. количества регулируемых переменных, с одной стороны -участвующих в создан® электромагнитного момента и, о другой стороны -участвующих в создании протиьаЭДС в обмотке якоря Ёя:

М = Фо1яБ1пб, ' Ел = ®0шя31па, (2)

где.Зо - потокосцепление индуктора, Тя - ток якоря, ыя -скорость вращения якоря, б - угол.между и Хя, а - угол между 3)0 и ы». В зависимости от реализуемого принципа создания электро' чгнитного момента и противоЭДС в обмотках ЭК на функциональном уровне классификации выделяется пять способов управления ЗМТП. На последнем, ■ конструктивном, уровне деления ЭМТП рассматриваются типы ЭМ, схемы и алгоритма управления СПП, схемы преобразователей координат.

Данная классификация позволяет сформулировать единый подход к созданию адекватных математических моделей ЭМТП с различными типами ЭМ, законами управлеия и алгоритмами коммутации СТК в АМН.

Ей второй главе проводится анализ электромагнитных процессов 'в ЭМТП с АМ, реализующих основные законы управления при ШИР и синусоидальной ШМ в .инверторе. Основываясь на понятиях среднего модуля и средней фазы результирующего вектора выходного напряжения АЩ математическая индентификация ЭМТП по гладкой составляющей электромагнитных процессов в каждом конкретном случае выполнялась путем преобразования уравнений обобщенной АМ.

■Рассмотрение электромагнитных процессов, обусловленных законом управления и/Х=сопз1 и 11МР в АПК, осуществлялось в неподвижной системе координат а-р для кьазиустаковившегося .режима работы ' (ро>=0, р+й/йг) на интервале-постоянства структуры. АНН. При этих условиях уравнения АМ приводятся к векторно-матркчной форме: р!=А1+Ви, О)

4WX* vK XsRr/Xr vKs ■ 1 0 "

-vK -RS/X. -VKs КяН^/Хг- • B 0 г

А 4 ArRs/Xs -VKr -Rr/Xr -V T r -ЛГ 0

VKr KrR,/X, V -Br/Xr 0: -К,-

где i = [ isa ir« ír/¡ ] - вектор-столбец переменных состояния; u = (Usa Usíj ]г- матрица-столбец управляющих воздействий. Матрицы состояний А и управления В r относительных единицах определяются следующими соотношениями:

(4У

где у^ы/ш, ой=ш»; Xs, Хг-полные индуктивные сопротивления цепей статора и ротора; о = 1 - ll/(IsLr) - результирующий коэффициент рассеяния; К = Im/dsLr) - результирующий коэффициент связи; К, = U/L,; Кг = im/Lr - коэффициенты связи статора и ротора.

■ Решение уравнения (3) методом переменных состояния известно. Начальные- условия определяются исходя из симметрии трехфазной системы и повторяемости коммутационных процессов на интервале я/3, при iL-=const: . .

0.5 -0.86 0 0

l(t+ic/3) = Ti(t), где Т =

0.86 0 .0

0.5 0 0

О . 0.5 0.86

О ■ -0.86 0.5

(5)

Замкнутое решение уравнения (3) имеет вид:

1(V= [eAt(T-eA,t/3)-'(eAK/3-

)+(eAt-1 )]A~'Bu,

(б)

На основе уравнения (6) рассчитаны токи в полупроводниковых элементах АМН и фазах АМ, а также механические и энергетические характеристики ЭМТП. На рис.1 приведены круговые диаграммы векторов тока статора 1, и ротора 1г на краях интервала повторяемости г=0,х/3. Данные диаграммы показывают фазовые соотношения векторов тока и напряжения и амплитуды фазных токов в .зависимости от скорости вращения АМ при неизменном управляющем воздействии.

Разработана методика анализа электромагнитных процессов в ЭМТП с АМ при ШР в инверторе и законе управления Фг=сопзи В этом случае уравнения обобщенной АМ записываются, относительно независимых переменных состояния 5!г и Та в неподвижной системе координат а-р. В квазиустановившемся режиме работы системы выполняются условия ®г=сопа* и рЙ^аФг, что позволяет представить уравнения ЭМТП в виде:

'Т, = (1+ЗРТр)®г/ХШ, где Тг=Хг/На=С|)«/(0б, |3=(<л-ш}/о« -относительные частота вращения поля статора и"абсолютное скольжение соответственно. Начальные условия ?!(0) определяются из уравнения ротора для момента совпадения вектора готокосцепления с осью'а (Фга=|<3г|, Фг^О). При этом вектор напряжения определяется из условия:

0«=?и кехЯ**ге1г(*Хг'*г) (8)

и остается неподвижным на можкоммутационном интервале к/3. Решение уравнения (?) на интервале СХ^я/З при заданых р и ч дало возможность получить основные электромагнитные параметры рассматриваемого ЭМТП.

Проводен анализ электромагнитных процессов в ЭМТП с ЛМ, реализующем новый способ управления по модулю тока статора при ШМР выходного напряжения инвертора.Суть предлагаемого способа заключается в том, что переключение состояний СТК в А1-ГН осуществляется в моменты достижения модулем Еектора тока |Ь| заданного порогового значения 1т (рис.2). Если рассматривать электромагнитные процессы на периоде несушей частоты ШКР То, где То<?5 и ^=сопэ1, то их анализ можно провести на основе рекурентных соотношений:

1(п+1) = +

[еА^(т))Т0.п м;1(т)) Ви(К)<

о>(т+1) = ^(ш) + ТЛМ(1(ш) )-Кн]/Н, (9)

и<к+1> "с:Г|

где матрицы А и В определяются из (4), г=тГо,Н*Л.«1Уб/Мб, • ию-сия-хронная скорость. Анализ протекания электромагнитных и электромеханических процессов при данном способе управления ЭМТП показывает, что I) абсолютное скольжение и лотокосцепление Фг поддерживаются .постоянными и определяются гаданием модуля тока статора 1«; 2) при постоянном управляющем воздействии ц=сопз1) основная частота коммутации. АИН изменяется в .зависимости от приложенного момента нагрузки на. валу АМ. На рис.3 приведены экспериментальные осциллограммы-электромагнитных процессов, которые подтвердили ре- . зультаты,полученные при решения уравнений (£) (для.Ш 4АМ1.0084УЗ). Эти осциллограмма показывают I) устойчивую реакцию системы на ступенчатое управляющее воздействие ф',' что исключает необходимость установи! в канале управления задзтчика интенсивности, используемого в аналогичных системах; 2) мгновенные значения модуля..тока не.

Рис. {

Рис Ъ

превышают установленного порогового значения 1м даже в переходных режимах, что учитывается при разработке силового преобразователя, систем управления и защиты.

Построение современных вир-''^регулируемых ПЭП основано на реализации закона управления. Фг=сопэ1 при использовании 1Ш в инверторе ЭМТП. Для анализа электромагнитных процессов в этих ЭМТП рассматривается установившийся режим.работы и используется обобщенное. математическое описание АМ во вращающейся со скоростью а системе координат х-у в виде уравнений:

& = (Р.* + ¿аол*)1. + ЗаКЛг,

О =. -КгКЛа/р + [а/(рТг}+^с<]®г, (10)

Й = Ти (К,']!,),.

а = г-р.

• Если в системе (.10) проекцию вектора тока на -евсюстгвпнул ось ..г держать постоянной (Ь*=сопз1;), а проекцию того же вектора на ось у (1^) задавать как функций от Ь* и абсолютного скольжения ¡3 в виде:

Ьу = 1»ТгР , (1!)

то электромагнитный момент АМ определяется выражением:

м = |( Ъ • (12>

Уравнения (10) - (12) определяют по-существу электромагнитные и электромеханические характеристики рассматриваемого ЭМТП, при .этом связь между напрякейием питания дш 1Ь, величиной штокосце-'пления' ротора Фр, током статор?. I- ч диапазоном ре .. улирования скорости определяется выра*»т»м:

Щ = Г -

ь - /Т. + МХГ/Ф? , (13)

К? « 2у®»/}С « 0.6, где ип=1к/К?-напряжение питания инвертора; К*-коэффициент,зависящий от алгоритма управления инвертором и способа соединения обмоток АМ. Полученные выражения показывают, что снижение напряжения питания АНН приводит к сужению диапазона регулирования' скорости и уивньшэнию .предельных моментов нагрузки, при которых возможно поддержание Ф^сопэг. Уменьшение потокосцепления Фг приводит к увеличению токов через полупроводниковые элементы инвертора.

Анализ пульсирующих составляющих электромагнитных процессов

в ЭМТП проведем при записи уравнений статора ЭМ в неподвижной система координат - при ШИР выходного напряжения AIÍH, и во вращающейся системе координат - при синусоидальной ШШ. В последнем случае - установлено, что выходное наг.ряжзние АМН при синуеоидаль-ной Ш) в неподвижной системе координат представляется эквивалентным ПШР (Ш1 по прямоугольному закону) во вращающейся системе координат. В результате получены аналитический выражения для определения пульсации вектора тока:

- при ПИР выходного напряжения АШ

¿T» = MüzZl eJlf' y^W eJ'p (14)

В i

- при синусоидально» IM в инверторе

дГ. = tf' IV-D _Wlb7 eJ'7' , . (15)

где Ф = -arctjg^T's, * = 5t+arctg(b/a), а=Го/Т'», Ь=2хТо/п, п=-Тп/То, ojn—6*01. Данные соотношения позволяют рассчитать пульсации вектора тока как'по модал», так и по фазе. Анализ их показывает,что меньший уровень пульсаций при синусоидальной ЕШ обусловлен, в основном, влиянием реактивной составляющей сопротивления статора, при этом пульсирующие составляющие электромагнитных процессов не зависят от ЭДС вращения. На основе (14),(15) можно определить пульсации момента и дополнительные потери в ЭМТП.

' 2 третьей главе проводится анализ электромагнитных и электромеханических процессов в Э.М'ГП с СМ. Поскольку электромагнитные процессы как в AM так и в СМ имеют одинаковую физическую основу, то и с точки зрения основных законов управления их разделение весьма условно. Особенность СМ заключается лишь в том, что положение результирующего вектора потока ротора геометрически определено. Это упрощает реализацию ЗМТП с СМ, принципы построения которых здесь рассматриваются. Как правило, управление АМН осуществляется от датчика положения поля ротора (ДПР), сигналы которого формируют jffijp или синусоидальную ЦОД.

В ЭМТП с'. ВЕР результирующий вектор напряжения на обг/отках статора СМ скачком перемещается на 60 эл.град., при этом ДПР выставляется чтобы угол So между 3* и Фо был равен 120 ал.град.

Предлагаемч-.ч методика расчета электромагнитных характеристик состоит в В неподвижной системе ко;рдинат ЗМТП с СМ

описывается в относительных' единицах - уравнением:

О» = КЛ .+ Х»р1е.4 .ИВ'ой^1, \ (16)

решение которогс имеет вид:

где р=-1/Та, = V(г'К-.)г.На основе полученного решения (17) на интервале повторяемости 0^1.<тс/3 «гределяются электромагнитные ■ и электромеханические характеристики ЭМТЛ. Пульсирующая составляющая тока 1* находится из уравнения (14), параметры в котором определяются иг паспортных данных исследуемой См.

; В ЭЫТП'с СМ при -.синусоидальной ШМ (рис.4) оу-дняя ф,чза вектора напряжения ,0« относительно потокосцвнлешя 4 в общем случае составляет 90 эл.град.,-, что оЗеспечива'-Я-ся соответствуще? установкой ДПР (вращающегося трансформатора ВТ-) .Работа ВТ -в режиме фазовращателя обеспечивается с помощью схемы,содержащей генератор Г, счетчик Сч, буферный регистр ВФ, полосовой фильтр ПФ с усилителем "тока У к формирователь Ф. "-Выходной код БР содсртвя информацию об угловом положении ротора СМ. Дешифратор ДШ преобразует этот код в-трехфазную, систему синусоидальных функций, на основе которых перемножающие ЦАП преобразует сигнал задания ток; -I», форкируемоГо регулятором скорости РС, из вращающейся систем! координат в систему, координат статора '(1л, 1в, 1с).

Расчет - электромагнитных характеристик данной шсимы-прово-дится по еледуедей :мвтодике. Уравнение,отюнвавще^ ЭМТП с-СМ во вращающейся со скорость» ротора и систему, координат, имеет вид: Ил 4-.--3vX.is + ¡¡¡4). . (18)

Если оси й и д вращающейся комплексной плоскости направить так что 05=111*;!^, 1з«1а+Дч» и то в установившемся режиме

работы составляющие тока Га находится из уравнений:

_ Й.Ц^УХ»(Ич-К'с) ' | _ НЛ1д-у(^+иАХз) ()у)

"Й +(тХ,)2 . ' " " К1Кг>Х,)г - ■ При наличии в ЭМТП контура регулирования тока уравнения (19) ре шаются совместно с уравнениями, описывающими статический режим работы регуляторов и ограничения по напряжению питания ЭМТП:

Тк = кр(15-'К|1а),

и, = Кр(1ч-к11,). (20)

¡Й,(=/и1+1)| С К/Цп. .где кр и к! - статические коэффициенты передачи регулятор.") и це

та обратной сеязк яо току; 1а, Гч - входные воздействия по току.

Уравнения .(19), (20) позволяет рассчитать основные электромагнитные характеристики ЭМТП с учетом ограничения. На рис.Я,а приведены круговые диаграммы векторов тока статора и напряжения нв выходе АЙН, а на рис.б,б,в - соответственно электромагнитные и электромеханические характеристики ЗМТП с СМ. Пульсирующая составляющая тока 1В находится из уравнения (15).

Четвертая глава посвящена практической реализации ЭМТП. Здесь, первоначально рассмотрены вопросы надежности и. принципы построения СГК. Ка основе этого обзора сформулированы общие рекомендации по проектированию и предложены принципиальные схема к.^оковольтного и низковольтного СТК. Далее рассмотрены принципы построения -координатных преобразователей и предстс.вл-ни .их Функциональные .схемы.

. - Практическая реализация ЭМТП с СМ при ЖР к синусоидальной ШЙк в АЙН рассмотрена на примере построения.конкретных ПЭП, где тгредстаБденц 1« функциональные схема а"алгоритм работы. Ка ос-.нове разработанных, методик рассчитаны электромагнитные и электромеханические ' характеристики, указанных ЭМТП, подтвержденные ревулматаш лабораторных испытаний макетных обрацов.

': Освещены- вопросы практической реализации Сегдатчикового ре. гулируемого ,.- асинхронного электропривода с управлением ЭМТП по _ модулю тока статора Ж при -ЕТР. выходного напряжения /.ИЛ. К преи-V мудаствам данной разработки,в 'сравнений-. с шалогамд относится •простота схбми^упрэвлещя, обусловленная отсуастг-ием -д-тчиков со ' стороны исполйтлькой Ш и задетчикя интенсивности, ¡'¡¿юведекные вксшешментальные .исследования НЭП подтвердили результата анализа электромагнитных'процессов в ЭМТП и показали достаточно широкий ^диапазон плавного регулирования скорости (1:10) и устойчивую работу; как. при- холостом ходу, тек и при возмущениях по моменту.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ .

. : В процессе выполнения диссертационной работы были получены следующие Научные и практические результаты:

I. Предложен .системный подход к анализу и принципам построе-зия ПЭП, основанный на рассмотрения его как единой структура ЭМТП Разработана -классификация .-ЭМТП, критериями которой являются физи-чзские законы преобразования энергии. При «том определены общие ' принципы и способы управления ЭМТП.

- IT -

2. На основе системного подхода к анализу электромагнитных процессов, при разделении их. нз гладкие и пульсирующие составля-щи8, разработаны .-конкретные методики, расчета электромагнитных характеристик ЭМТП, б числе которых представлены:

!) ЭМТП с AM при НИР в инверторе и реализации закона управления ü/i=const;

2) ЭМТП с дм при шр в инверторе и реализации закона управления

3) ЭМТЛ с A4 при ШГ а инверторе & реализации разработанного спо-управления пс- модулю тока статоре; •

4) ЗМТП с ш при синусоидальной 1УИН в инверторе и реализации закона управления S'r-ocnst.;

5) ЗМТП с СМ при Ш? в инверторе

6) ЗМТП с СМ агаусойЛвльной ШШ ь ятеврторв.

Ленные мвтодаки позволяю? расчитять основные электромагнитные на-нагрузки на тюяупроьоджсмю элементы АШГ, что формирует основу для проектирования надежных и знергетическн эффективных ЗМТП.

3. Получены. аналитические выражения для расчета пульсирующих составляющих электромагнитных процессов в ЗМТП при ШР и синусоидальной ШШ ь инвертора.

4. Разработаны принципиальные схемы высоковольтного и низковольтного СТК с повышенной надежностью.

5. Разработан коьый способ управления ЗМТП с AM по модулю тока статора, на основе которого реализован бездатчиковый регулируемый асинхронный ПЭЛ. Проведенные экспериментальные исследования ПЭП подтвердили результаты анализа электромагнитных процессов в ЭМТП.

6. На основе ЭМТП с СМ разработаны два специальных ;ысоко~ надежных ПЭП.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. A.c. {СС54ез (СССР). Преобразователь. постоянного напря- ' женин /Ермилов A.c., Герман-Галкин с.Г., и др.- Опубл. в Б.И., 1991, N27.

• 2. Герман-Галкин С.Г., Гончаренхо М.Р., Ермилов A.C. Электромагнитные характеристики замкнутого асинхронного электропривода // Техничее:--?.--; электродинамика.- 19а?.- N2,- С.61-65.

3, Герм?.;-:-"':л:<ин С.Г., Ермилов А.С.Электромеханические характеристик;: ¿''Лй-т-чтых и замкнутых систем электропривода с

бесконтактным моментным ;»иггтлем // Техническая электродинамика.-* 198Э,- ИЗ.- С.85-39.

4. Герман-Галкин С.Г., Ермилов A.C. Анализ устройств элект-ромвханотроншот по пульсирувиа«.' составляющим электромагнитных процессов// Мехэ*хронные систем.' и их элементы: Межвуз. сб. науч. тр./ Отв. ред. Б.М.Боченков; Ковосиб. электротехн. ин-т.- Новосибирск, Т 992.. - С. ЕО -"5.

5. Герман-Галкин С.Г., Ермилов A.C. Исследование устройств электромеханотроники в приборном электроприводе // Совершенствование электрических машин и преобразователей на базе применения микропроцессорной и электронной техники: Материалы науч.-техн. семинара 25-36 ноября / Под ряд. Ю.П.Коськина - Л.: ЛДНТП,-1938.- С,5?-61. "

£>. Герман-Галкин С.Г., Ермилов A.C. Характеристики системы автож«нвй инвертор напряжения - бесконтактный моментный двигатель //Труда IV Всесоюзной научно-технической ков|чр»нции "Проблемы преобразовательной -техники". - Киев, 1987.- с.53-55.

V. Г^м^ч-Галккн Г..Г., Ермилов A.C. Дьтоматизароватдай расчет электромагнитных процессов в замкнутых системах частотного электропривода //Труды VII научно-технической конференции "Электропривода переменного тока с полупроводниковыми преобразователями"; -Уральский политехи, ин-т.- Свердловск, 1986.- С.33.

8. Герман-Галкин С,Г., Ермилов A.C. Методические основы классификации электрических машин приборного электропривода // Доклад на научной конференции с международным участием "Проблемы электротехники* 20-22 октября; Ковосиб. госуд. техн. университет.- Новосибирск, 1993.

9. Ермилов A.C., Волок С.«., Астахов Д.С. Опыт разработки приборного электропривода с бесконтактным моментным двигателем //Труды Всесоюзного научно-технического семинара по электромеха-нотронике 25-27 октябри / Отв.. рад. Ю.П.Коськин; Ленингр. электротехн. ин-т им.В.М.Ульянова(Ленина).-Ленинград, 1989.-С.161-163.

Соискатель