автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Повышение эффективности информационно-измерительных и управляющих систем электропривода с асинхронным электродвигателем

На правах рукописи

БУРЦЕВ ПАВЕЛ АЛЕКСЕЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

05.11.16 — «Информационно-измерительные и управляющие

системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2013

2 Я МАР 2013

005051017

Работа выполнена в Московском государственном университете приборостроения и информатики (МГУПИ)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Приборы и информационно-измерительные системы» МГУПИ Слепцов Владимир Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, заместитель начальника Научного Центра по науке

ОАО «Российские космические системы» Данилин Николай Семенович

ООО «Интрон - плюс», с.н.с., Мякушев Константин Викторович

Ведущая организация:

ОАО «Центральный научно-исследовательский технологический институт» (ЦНИТИ)

Защита диссертации состоится « 28 » марта 2013 г. в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.119.01 в Московском государственном университете приборостроения и информатики по адресу: 107996, г. Москва, ул. Стромынка, д. 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета приборостроения и информатики.

Автореферат разослан « 25 » февраля 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.119.01 доктор технических наук, профессор

В.В. Филинов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время электропривод с асинхронным электродвигателем на базе цифровых информационно-измерительных и управляющих систем (ИИУС) получает все большее распространение. Он является неотъемлемой частью комплексов и агрегатов, применяемых во многих отраслях промышленности. Разработкой подобных устройств занимаются такие крупные фирмы Европы, США и Японии, как ABB, Danfos, Hitachi, Honda, Mitsubishi, Nord, Schneider Electric, Siemens и другие. Область применения регулируемых электроприводов с асинхронными электродвигателями варьируется от бытовых электроприборов, станковых агрегатов, до прецизионных систем автоматики и робототехники. Широкая область применения требует адекватной параметрической оптимизации систем, что является в настоящий момент важной и многоуровневой научной задачей. При разработке автоматизированного электропривода необходимо учитывать такие требования, как уменьшение пульсаций вращающегося электромагнитного поля, повышение точности и диапазона регулирования скорости вала ротора, являющимися основными показателями качества ИИУС.

Исследованиям в области электропривода в настоящее время уделяется особенное внимание, однако остается ряд нерешенных научных задач, основанных на параметрической оптимизации с целью совершенствования проектируемых систем. Одной из них является поиск оптимальной формы сигнала нулевой последовательности при непрерывной и детерминированной модуляции, а также сравнительная оценка ее влияния на параметры ИИУС в целом и работу электродвигательной установки.

Основным направлением работы является улучшение характеристик электроприводного оборудования посредством совершенствования информационно-измерительной и управляющей системы, для чего необходимо определить оптимальные метрологические характеристики измерительных каналов. Обобщенная ИИУС электропривода с асинхронным электродвигателем включает в свой состав контуры тока, скорости и положения. Приводимые в технической литературе данные о необходимой разрядности АЦП датчиков фазных токов варьируются на уровне 12-14 разрядов, при этом подразумевается использование преимущественно векторного модулятора (SVPWM), получившего в последнее время широкое распространение. При этом также не приводится оценка влияния разрядности АЦП на качество ИИУС в целом.

При проведении исследований возможностей параметрической оптимизации электроприводного оборудования, расчетных методов и методов имитационного моделирования недостаточно, вследствие того, что в

состав электропривода входит множество подсистем различного рода, в их числе: двигатель (с нагрузкой или без), аппаратная часть (силовая и управляющая), датчики обратных связей и алгоритм управления. В этом случае имитационное моделирование может не учитывать всех деструктивных факторов разрабатываемой системы, а также вносить априорную неопределенность в полученный результат. Также существует ряд немаловажных факторов, имитационное моделирование которых затруднительно, это в частности виброскорость и уровень акустического шума электродвигательной установки.

Следовательно, для исследования характеристик ИИУС, а также для подтверждения адекватности результатов имитационного моделирования, необходимо применять методы полунатурного моделирования на базе специализированного стендового оборудования с использованием реальных объектов управления.

В этом случае важным положением проводимой работы станет разрабопса специализированного стенда для исследования характеристик ИИУС электропривода с асинхронным электродвигателем, для чего необходимо сформировать схемные требования к силовой и управляющей части стенда, а также разработать программное обеспечение.

Целью диссертационной работы является улучшение технических характеристик электроприводов с асинхронными электродвигателями (АД) за счет совершенствования их микропроцессорных информационно-измерительных и управляющих систем.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие

задачи:

1. Исследовать особенности основных типов широтно-импульсных модуляторов (синусоидальный модулятор, векторный модулятор, гистерезисный компаратор) с целью определения их влияния на спектральный состав выходного тока сфювого инвертора.

2. Исследовать влияние сигналов нулевой последовательности на выходные параметры ИИУС электропривода с целью определения оптимального варианта формы сигнала !

3. Установить связь коэффициента неравномерности вращения с разрядностью АЦП токовых датчиков, а также выработать требования к фазным датчикам тока замкнутых ИИУС.

4. Разработать и отладить макетный образец ИИУС электропривода с АД для экспертной оценки влияния непрерывных и детерминированных сигналов нулевой последовательности на параметры ИИУС.

Методы исследования. При выполнении работы применялись методы имитационного, математического, полунатурного моделирования на базе разработанного макетного образца ИИУС электропривода с АД. При построении моделей были использованы методы теории электрических машин. Применялись методы скалярного управления на основании закона Костенко и векторного управления с косвенной полеориентацией, реализованной на преобразованиях Кларка-Парка, численные методы обработки экспериментальных данных и преобразование Фурье для гармонических сигналов с использованием дискретно-временных оконных функций Хемминга, Блэкмана и Блэкмана-Натгала.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Сформулированы критерии выбора разрядности канала АЦП фазных токовых датчиков.

2. Получена зависимость коэффициента неравномерности вращения от разрядности АЦП фазных токовых датчиков для замкнутых по контуру тока ИИУС, реализованных на базе синусоидальных, векторных модуляторов и гистерезисных компараторов.

3. Предложена схемная реализация прецизионного токового датчика с возможностью имитации характеристик реальных датчиков тока методом (способом) искусственного загрубления.

4. Предложен метод (способ) искусственного загрубления характеристик датчиков в экспериментальных целях.

Достоверность и обоснованность полученных результатов,

выводов и рекомендаций обеспечивается корректным применением методов имитационного моделирования с последующим их подтверждением экспериментальными результатами, полученными с применением разработанного макетного образца ИИУС электропривода с АД

Практическая ценность исследования заключается в определении зависимости коэффициента неравномерности вращения вала асинхронного электродвигателя от разрядности АЦП фазных датчиков тока, разработке макетного образца микропроцессорной ИИУС электропривода с АД, а также в определении оптимального варианта сигнала нулевой последовательности блока формирования выходных импульсов для управления транзисторными ключами силового инвертора.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты, полученные в ходе проведения исследования внедрены и

используются ОАО «ЦНИТИ» и ФГУП «Салют» при проведении опытно-конструкторских работ. Разработанный макетный образец применяется при проведении учебно-методического процесса на кафедре «Приборы и информационно-измерительные системы» Московского государственного университета приборостроения и информатики при подготовке инженерных кадров.

Апробация работы:

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- XIX Международном НТС «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта,

2010 г.

- ХШ Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения и информатики». Сочи 2010 г.

- XX Международном НТС «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта,

2011 г.

- XXI Международном НТС «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта

2012 г.

- Внутренних научно-технических семинарах МГУПИ.

Защищаемые научные положения:

1. Математические модели замкнутых токовых контуров в среде МаЙаЬ с различными блоками формирования выходной последовательности импульсов, отличительными особенностями которых являются интегрированные в измерительный канал блоки варьирования параметров аналого-цифровых преобразователей.

2. Схемная реализация и конструктивные особенности построения макетного образца ИИУС электропривода с АД.

3. Полученные по результатам имитационного и полунатурного моделирования графики зависимости коэффициента неравномерности вращения от разрядности АЦП, а также спектрограммы выходного тока инвертора и виброскорости электродвигательной установки при введении в состав модулятора сигналов нулевой последовательности различных форм.

4. Метод (способ) «искусственного загрубления», реализованный на базе модуля фазных датчиков тока.

Публикации. По материалам выполненной диссертации опубликовано 12 печатных работ, из них 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами по каждой из них, общих выводов работы, списка литературы и приложения. Она содержит 148 страниц основного текста, 75 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 130 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована научная новизна. Изложены основные положения, выносимые на защиту. Дана общая характеристика работы. Указаны применяемые методы исследования, научная новизна и практическая ценность. Сформированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ состояния проблемы электропривода с АД на настоящее время. Сформулированы цели и задачи работы. Рассмотрена асинхронная машина как объекта управления, а также основные схемы построения электроприводных систем. Проведен обзор оборудования для исследования асинхронных электродвигателей и обоснована актуальность разработки специализированного стенда для проведения полунатурного моделирования алгоритмов управления асинхронными электродвигателями.

Во второй главе проводится разработка обобщенной функциональной схемы ИИУС электропривода с АД. Проводится сравнительный анализ синусоидальных и векторных широтно-импульсных модуляторов, используемых в двигателях переменного тока.

В среде \latlab разрабатываются математические модели блоков формирования выходной последовательности импульсов управления силовым инвертором трехфазного асинхронного двигателя. По результатам имитационного моделирования проводится сравнительный анализ выходных параметров модуляции с введением различных сигналов нулевой последовательности: непрерывных, детерминированных и комбинированных. Описывается алгоритм построения векторных диаграмм (рисунок 1).

По векторной диаграмме видно, как формируется результирующий вектор Ш средствами двух граничных векторов Ук и Ук+1, образующих текущий сектор. Количество положений результирующего вектора внутри текущего сектора определяется частотой треугольного опорного сигнала,

период которого равен Те. Чем выше частота, тем больше положений результирующего вектора внутри каждого сектора.

Рис Л - Алгоритм построения векторной диаграммы пространственно-

векторной ШИМ

На рисунке, рядом с каждым граничным вектором, приводится соответствующее ему положение транзисторных ключей (К1-К6) и временные диаграммы последовательности импульсов внутри каждого сектора. При этом за проход одного сектора скважность будет меняться только для последовательности импульсов одной фазы. Результирующий вектор имеет продолжительность:

и\ = ^-(тк+гук+х+тк.ук), (1)

I

где Тк и Тк+1 — соответственно времена переключения граничных векторов Ук и Ук+1.

тк (2)

и ОС 3

где иос - напряжение питания инвертора.

т = т •

2к+1 s

М.^з.зшоо;

(3)

T0=Ts(l-Tk+l-Tk).

(4)

Были получены векторные диаграммы синусоидальной и пространственно-векторной модуляции, для чего выходная трехфазная система токов инвертора 1а, 1Ь и 1с была представлена в виде двухфазной ортогональной системы координат И и ^ Применялось преобразование Кларка:

В третьей главе проводится сравнительный анализ скалярных и векторных ИИУС электропривода с АД. Разрабатываются математические модели замкнутых токовых контуров с использованием различных блоков формирования выходной последовательности импульсов. Их отличит особенностью является интеграция в разрыв токового контура модели АЦП с варьированием параметров для определения необходимой разрядности, дискретности, время преобразования, а также имитации фазовых задержек при реализации токовых контуров на базе различных блоков формирования сигналов управления силовыми ключами транзисторной сборки (рисунок 2). При моделировании используются параметры реального асинхронного электродвигателя Siemens 1LA7060-4AB10.

На базе разработанных моделей при помощи численных методов аппроксимации была получена зависимость коэффициента неравномерности вращения от разрядности АЦП на всем скоростном диапазоне работы электродвигателя. Величина размаха колебаний скорости Кп определяется разностью между максимальным (Vmax) и минимальным (VMIN) ее значениями, согласно ГОСТ 27803-91:

Id = la\

(5)

(6)

Кп = 2-

V -V

' UiY r А

MAX r MIN .

(7)

MAX

ГОСТ 27803-91 устанавливает, что коэффициент неравномерности вращения вала электродвигателя определяется на установившемся режиме и при отсутствии нагрузки.

Рис.2 - Модели токовых контуров ИИУС электропривода с асинхронным электродвигателем, реализованные на базе а) гистерезисного компаратора, б) синусоидального модулятора, в) векторного модулятора, в измерительные каналы которых интегрированы модули имитации работы АЦП

По результатам имитационного моделирования замкнутых токовых контуров с различными вариантами формирователей ШИМ, были сформулированы критерии выбора разрядности канала АЦП фазных датчиков тока в составе ИИУС. Исследован спектральный состав выходного тока и переходные процессы по скорости на базе различных блоков формирования импульсов ШИМ

При моделировании токового контура учитывалось влияние блока формирования выходной последовательности импульсов. Основными вариантами реализации токовых контуров стали системы на базе синусоидальных модуляторов, векторных модуляторов и, непосредственно, контуров следящих систем на базе гистерезисных компараторов.

Несущая частота синусоидальной и векторной модуляции, а также полоса пропускания гистерезисного компаратора составляет 10 кГц. Моделирование токовых контуров проводилось при варьировании скорости вращения электродвигателя и разрядности аналого-цифрового преобразователя. По результатам моделирования было получено семейство кривых зависимости коэффициента неравномерности вращения от разрядности АЦП измерительного канала фазных датчиков тока для синусоидального, векторного модулятора и гистерезисного компаратора (рисунок 3).

В)

Рис.3 - Графики зависимости разрядности АЦП от коэффициента неравномерности вращения для: а) гистерезисного компаратора, б) синусоидального модулятора, в) векторного модулятора

По разработанным моделям были построены спектрограммы выходного фазного тока ИИУС на базе гистерезисного компаратора, синусоидального и векторного модулятора, представленные на рисунке 4. Очевидно, что спектр ИИУС на базе гистерезисных компараторов сильно зашумлен и имеет наибольший коэффициент искажения основной гармоники. Синусоидальный модулятор в составе замкнутой ИИУС без введения сигналов нулевой последовательности дает лучшие результаты, чем

гистерезисный компаратор и синусоидальный модулятор в составе разомкнутых ИИУС. Показано, что введение сигналов нулевой последовательности в состав как синусоидальных, так и векторных модуляторов позволяет улучшить спектральный состав выходного сигнала на 5-15% в зависимости от параметров модулятора, а также формы сигнала нулевой последовательности.

в) ~ I г)

Рис.4 - Спектрограммы выходного фазного тока ИИУС на базе: а) гистерезисного компаратора, б) синусоидального модулятора разомкнутой ИИУС, в) синусоидального модулятора замкнутой ИИУС, г) векторного

модулятора

В замкнутых контурах слежения за фазными токами немаловажным является установление значений максимально допустимых фазовых задержек

токовых сигналов и определение зависимости коэффициента неравномерности вращения от фазовых задержек токовых датчиков (рисунок 5). Подобная зависимость актуальна при выходе из строя одного или нескольких фазных токовых датчиков для определения расчетного времени до полного выхода системы в разнос, а также при определении оптимальной частоты дискретизации используемых в них АЦП.

Для получения численной зависимости коэффициента неравномерности вращения (Кп) от разрядности АЦП (Я) применялась аппроксимация полученных экспериментальных данных при помощи эмпирических кривых.

в)

Рис.5 - Зависимость коэффициента неравномерности вращения от разрядности АЦП при наличии фазовых задержек токовых датчиков в процентах от периода основной гармоники токового сигнала: а) для гистерезисного компаратора, б) для синусоидального модулятора, в) для векторного модулятора

Наиболее оптимальным вариантом является убывающая экспоненциальная функция:

Кп{п) = С1 + С2 • + СЗ • я • е("и) + С4 • п2 ■ е{~п), (8)

где Кп - коэффициент неравномерности вращения; п - разрядность АЦП;

С1-С4 - табличные коэффициенты, зависящие от скоростного режима.

Значения коэффициентов для синусоидального, векторного модулятора, а также для гистерезисного компаратора представлены в таблице 1, 2 и 3.

Таблица 1 - Значения коэффициентов аппроксимации кривых для векторного модулятора_

Скорость (об/мин)

10 20 30 40 50 100 200 300 400 500 600 700 800

и 0,0017 0,0003 0,0017 0,0021 0,0021 иоо'о 0,0012 0,0012 0,0012 0,0012 0,0012 0,0012 ■ч- 1 о

гц О 1,626 о СЛ -0,18 0,007 -0,21 0,479 0,217 0,124 0,124 0,123 0,124 0,124 -0,23

о о 9" «/1 9 о Г-. сГ 0,94 -0,08 о" 0,17 0,17 го* 0,17 0,17 0,42

■ч- ГЦ 00 ГЦ ю ОЧ СП О о" о ч- ^ 1П ч- -0,06

У о" о" 9 9 9 9" 9" 9" о 9" о 9" о 9"

Таблица 2 - Значения коэффициентов синусоидального модулятора аппроксимации кривых ДЛЯ

Скот >ость (об/мин)

10 20 30 40 50 100 200 300 400 500 600 700 800

о 0,0019 0,0003 0,0017 0,0021 0,0021 0,0011 0,0012 поо'о ГЦ § о ПОО'О 0,0011 0,0011 0,0013

ГЦ О 1,038 1,307 -0,18 0,007 -0,21 0,479 0,217 I ' 0,570 0,121 0,365 0,499 0,479 0,124

т и -0,517 1,015 0,707 0,942 -0,087 0,107 -0,15 0,18 -0,001 -0,102 -0,087 0,158

ч- О 0,037 0,128 -0,215 -0,165 -0,191 -1 0,03 -0,003 0,041 -0,016 0,015 0,032 0,03 -0,015

Таблица 3 - Значения коэффициентов аппроксимации кривых для гистерезисного компаратора_

Ско] рость (об/мин)

10 20 30 40 50 100 200 300 400 500 600 700 800

о 0,0021 0,0007 0,0019 0,0023 0,0023 0,0011 0,0012 0,0011 0,0012 ПОО'О 0,0011 0,0011 0,0013

о 0,328 -0,111 -0,926 -0,701 | -0,779 0,479 0,217 0,57 0,121 | 0,365 0,499 0,479 0,124

Г*) и 0,196 0,536 1,567 1,234 1,364 -0,087 0,1077 -0,155 0,1808 1 -0,001 -0,102 1 -0,0873 0,1588

о -0,0523 -0,0512 -0,3091 'Г) у-» <4 9 <4 9 0,03 -0,0032 0,0415 -0,0163 0,0153 0,0325 0,03 -0,015

В четвертой главе разрабатывается концепция ИИУС электропривода с АД для проведения полунатурного моделирования контуров замкнутых систем на базе ряда требований, в частности:

- обеспечение высокой разрешающей способности датчиков фазных токов и датчика скорости, полученные данные с которых можно искусственно загрублять в экспериментальных целях;

- обеспечение высокой производительности и рабочей тактовой частоты микропроцессорного устройства управления;

- обеспечение высокой помехозащищенности, как от внешних, так и от собственных помех и как следствие, применение гальванической развязки;

- блочно-модульный принцип построения с поддержанием скоростных промышленных сетей, обусловленный отработкой различных алгоритмов с объектами управления на базе устройства;

- обеспечение защит при возникновении аварийных ситуаций.

Разработанный стенд является аппаратной базой для исследования

характеристик электропривода с АД при различных алгоритмах управления, экспериментального установления зависимостей, получение которых затруднительно путем имитационного моделирования, а также необходим для проведения экспертной оценки средствами полунатурного моделирования. Внешний вид стенда представлен на рисунке 6.

Обосновывается блочно-модульный принцип построения макетного образца, представляются схемные решения, применяемые в процессе

разработки. Структурно стенд состоит из силовой части, управляющей части и датчиков фазных токов. В основе его управляющей части лежит контроллер TMS320F28335. Силовая часть строится на базе микросборки IGBT транзисторов IRAMY20UP60B, установленной на радиатор. В качестве датчиков тока используются элементы на эффекте Холла: ACS756KCA-050B. Обратную связь по скорости обеспечивает квадратурный энкодер Siemens 1ХР8001-2. Для управления устройством, а также для передачи в ПК данных, используется интерфейс RS-232 с выходом на СОМ-порт персонального компьютера и специализированное программное обеспечение, разработанное в среде Lab View (рисунок 7).

В главе проводится классификация наиболее распространенных электромагнитных помех, а также методов и средств обеспечения помехозащищенности при разработке подобных устройств, приводятся реализованные конструктивные решения и особенности топологии печатных плат силовой и управляющей части устройства.

Рис.6 - Внешний вид макетного образца ИИУС электропривода с АД (управляющая часть данного макетного образца строится на базе микроконтроллера 8ТМ32Р10(ЖВТ6Т)

На стенде проводятся экспериментальные исследования гармонического состава выходного тока инвертора и радиальной вибрации электродвигательной установки при варьировании формы сигналов нулевой последовательности. Полученные, с использованием стендового оборудования, результаты по определению зависимости коэффициента неравномерности вращения от разрядности АЦП, соответствуют выводам,

сделанным по результатам имитационного моделирования в 3 главе. При этом показано влияние формы сигналов нулевой последовательности на гармонический состав выходного тока инвертора. Было замечено, что форма введенного сигнала влияет на уровень токовых пульсаций, а также на радиальную виброскорость электродвигательной установки и уровень акустического шума при ее работе. На основании экспериментальных данных было замечено, что в случае использования в составе комбинированных модуляторов сигналов нулевой последовательности синусоидальной формы, уровень токовых пульсаций снижается в 2-5 раз по сравнению с сигналами нулевой последовательности треугольной формы. Замечено, что снижение пульсаций выходного тока инвертора приводит к снижению виброскорости электродвигательной установки, а также к уменьшению акустического шума.

Конструкция модуля микропроцессорных токовых датчиков позволяют проводить полунатурное моделирование с применением метода (способа) «искусственного загрубления» его характеристик.

Рис.7 - Исходный код управляющей оболочки в среде ЬаЬмелу

Основой измерительной части ИИУС являются фазные токовые датчики. Классический подход к выбору средств измерений связан с повышением экономической эффективности метрологического обеспечения. При этом погрешность средства измерения не должна превышать значения допуска контролируемого параметра и стремиться к значению допускаемой погрешности измерения с целью обеспечения меньшей трудоемкости и себестоимости измерительных операций. Однако исследовательская задача, решаемая в диссертационной работе нетривиальна, а данные, полученные экспериментально, вследствие проведения полунатурного моделирования, требуют минимизации погрешности измерений. Следовательно, при разработке измерительной части ИИУС необходимо максимально минимизировать погрешность измерения посредством:

- применения современной элементной базы (малошумящие усилители, точные резисторы, высокоскоростной АЦП);

- оптимальной топологии печатной платы;

- экранирования измерительных каналов;

- использования автономного аккумулятора для снижения помех по питанию.

При этом параметрическая оценка ИИУС предполагает варьирование метрологическими характеристиками (разрядность АЦП, частота дискретизации, время выборки и т.д) фазных токовых датчиков посредством их искусственного загрубления. Для этого в состав датчика был введен микроконтроллер 8ТМ32Р10(ЖВТ6Т с максимальной тактовой частотой 72 МГц, посредством которого можно не только исследовать влияние загрубления параметров на качество ИИУС, но и имитировать работу датчиков различных типов (не превышающих метрологические характеристики самого микропроцессорного датчика).

По полученным данным радиальной виброскорости и фазного тока был проведен спектральный анализ Фурье по 4160 значениям сигнала.

При снятии экспериментальных данных варьировалось значение разрядности АЦП токовых датчиков, то есть изменялся динамический диапазон исследуемого сигнала. В этом случае возникали утечки энергии спектра из основного лепестка в боковые. Это приводило к перекрыванию боковыми лепестками информативной части полученного спектра. Следовательно, во избежание потери, применялись оконные функции различного типа. При этом выбирались функции, уровень боковых лепестков спектра которых существенно меньше заданного динамического диапазона данных, полученных от АЦП (Е>).

где О - размах динамического диапазона, (Дб); п - разрядность АЦП.

Правильный выбор оконной функции, значения которой спадают на краях, позволяет ослабить утечку энергии в боковые лепестки. Коэффициент ослабления определяется отношением постоянной составляющей заданной оконной функции (А\у) к постоянной составляющей прямоугольного окна

£> = 2(Ыоё102п,

(9)

(А«с):

Постоянная составляющая оконной функции на заданном интервале Т имеет вид:

о

(П)

Постоянная составляющая в случае прямоугольного окна на заданном временном интервале равна 1. Коэффициент ослабления для любой оконной функции:

В логарифмической шкале коэффициент ослабления имеет следующую форму записи:

В случае спектрального анализа массива из N обрабатываемых данных, взятых через промежуток А I, интеграл удобнее заменять суммой:

Необходимые для оценки спектральных составляющих дискретно-временные оконные функции были подобраны экспериментальным путем: для 8- разрядных АЦП применялась оконная функция Хемминга. В случае 12-разрядных АЦП - оконная функция Блэкмана. В случаях 14-разрядных АЦП и выше — функция Блэкмана-Наттала.

При отсутствии оконных функций, в случае прямоугольного окна, уровень боковых лепестков спектра составляет минус 13 Дб. В случае применения оконной функции Хэмминга уровень боковых лепестков составляет минус 43 Дб.

о

(12)

/? = 20.1оё10(/?);

(13)

(14)

-CAZ-1) (N-1) ---(16)

где n - текущий элемент выборки; N - число элементов выборки; w(n) - дискретно-временная функция Хэмминга.

Дискретно-временная оконная функция высокого разрешения Блэкмана имеет максимальный уровень боковых лепестков минус 58 Дб.

4 ЯП

(17)

, ч ( 2япЛ (

w(«) = £jf0-a,-cos - + а2 ■ соя

где ао = 0,42; ах = 0,5; аз = 0,0;

w(n) - дискретно-временная функция Блэкмана.

Дискретно-временная оконная функция низкого разрешения Блэкмана-Натгала имеет максимальный уровень боковых лепестков минус 98 Дб.

( 2ЯП Л

w(ri) = а0-аг -cos -I + а2 • cosl

( 4яп

- аъ •cos

6 ЯП

N-1

, (18)

"\N-lJ

где ао = 0,3635819 aj =0,4891775 а2 = 0,1365995 а3 = 0,01064;

w(n) - дискретно-временная функция Блэкмана-Наттала.

Проведенные исследования спектра фазного тока, радиальной виброскорости и уровня акустического шума показали лучшие результаты при использовании в составе широтно-импульсных модуляторов сигналов нулевой последовательности синусоидальной формы, а также комбинированных сигналов синуса и меандра.

Также на базе стенда проводились исследования коэффициента неравномерности вращения с различными типами модуляторов при частоте ШИМ-сигнала 6 кГц в замкнутом по скорости контуре. Использовался ПИ регулятор. На рисунке 8 представлены полученные результаты флуктуации коэффициента неравномерности вращения при использовании сигналов нулевой последовательности различных форм.

Л-

«К»

I

> 1, ч, 'II у, и к У11 № - * !' '(:•>"■ 11: \ I а \1 <) >, и4м •] Щ1 ^

ГЛ

гЧ ; II:1 Ь-'а'Г/^ГР^^МЧГЙГЛ г '¡Лу^ I ^!!Г/;■! Рп/.'

|''' ! 1>.', ';

, Т.....а» 4> * + ± + ^ ± А

«¿¿¡4' ] ■'."•". Я ""■■":'" — г'У-"''"""

____ттттттгтг

» - ......--------ут ■"•

I:

? /.г ? ^у !'! '!;■';

6 Й ¿1 Й ® Й ® !*И

Рис.8 - Флуктуация коэффициента неравномерности вращения при использовании различных типов сигналов нулевой последовательности

При отсутствии сигналов нулевой последовательности действующее значение коэффициента неравномерности вращения составляет 0,5376. В случае треугольного сигнала нулевой последовательности, наиболее распространенного в настоящее время в составе как синусоидальных, так и векторных модуляторов, значение коэффициента неравномерности вращения снижается до 0,4723. Добавление к треугольному сигналу меандра приводит к выходу в область перемодуляции и увеличению коэффициента до 0,4820.

Лучшие результаты были получены с синусоидальным сигналом нулевой последовательности (0,4522) и с сигналом синус/меандр (0,4693)

В заключении кратко изложены основные результаты работы и полученные по ним выводы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Проведено исследование особенностей влияния блоков формирования последовательности импульсов ШИМ на выходные параметры трехфазного инвертора в замкнутом контуре тока ИИУС электропривода с АД, на основании которого были сформулированы критерии выбора разрядности канала АЦП фазных датчиков тока.

2. Определена зависимость коэффициента неравномерности вращения от разрядности аналого-цифровых преобразователей датчиков фазных токов на всем диапазоне работы электродвигателя, выработаны требования к фазным датчикам тока замкнутых ИИУС.

3. Разработан и отлажен макетный образец ИИУС электропривода с АД для проведения полунатурного моделирования и оценки значений параметров с реальной электродвигательной установки.

4. Проведено экспериментальное исследование сигналов нулевой последовательности. Выявлены достоинства и недостатки детерминированных и непрерывных ШИМ. Предложен оптимальный вариант комбинированного ШИМ-модулятора.

5. Предложен метод (способ) искусственного загрубления для моделирования токового контура ИИУС электропривода с применением микропроцессорных прецизионных датчиков фазных токов.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ:

1. Бурцев П.А., Грушичева М.В., Слепцов В.В. Отработка схемотехнических решений цифровых сигнальных интерфейсов с целью снижения воздействия электромагнитных помех. Научно-технический вестник Поволжья № 1. Казань 2012 г. ISSN 2079-5920 - с. 106-110.

2. Бурцев П. А. Особенности реализации синусоидальной и пространственно-векторной широтно-импульсных модуляций. Научно-технический вестник Поволжья № 6. Казань 2012 г. ISSN 2079-5920 - с. 178183.

3. Бурцев П.А. Оценка влияния разрядности аналогово-цифровых преобразователей фазных датчиков тока на коэффициент неравномерности

вращения асинхронного электродвигателя в замкнутых по контуру тока системах управления. Научно-технический вестник Поволжья № 6. Казань 2012 г. ISSN 2079-5920 - с. 173-177.

В других изданиях, включая труды всероссийских и международных НТК:

1. Бурцев П. А. Лабораторный стенд микропроцессорной системы сбора данных. Вестник молодых ученых МГУПИ № 7, - М.: Изд-во МГУПИ, 2010.-с. 7-11.

2. Бурцев П.А., Москаленко О.В. Лабораторный стенд «Микропроцессорная система сбора данных». Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации: Труды XIX Международного семинара (г. Алушта, 2010 г.). Тез. докл. - М.: Издательский дом МЭИ, 2010. - с. 122-123.

3. Бурцев П. А., Канаев С. А., Москаленко О.В. Особенности аппаратной реализации стенда для исследования параметров информационно-измерительных систем управления асинхронными электроприводами // Вестник молодых ученых МГУПИ № 9, - М.: Изд-во МГУПИ, 2011. - с. 5-9.

4. Бурцев П.А., Канаев С.А., Москаленко О.В. Блочно-модульный стенд для исследования параметров асинхронных электроприводов на базе цифрового сигнального контроллера TMS320. Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации: Труды XX Международного семинара (г. Алушта, 2011 г.). Тез. докл. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2011.-с. 173-174.

5. Бурцев П.А., Грушичева М.В., Слепцов В.В. Особенности аппаратной реализации гальванически развязанных цифровых последовательных интерфейсов в составе модульных измерительных прецизионных систем и систем управления. Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения и информатики: Сборник научных трудов по материалам XTV Международной научно-практической конференции - М. МГУПИ, 2011.-с. 22-27.

6. Бурцев П.А., Канаев С.А., Москаленко О.В. Особенности отладки блочно-модульнош стенда на базе цифровых сигнальных контроллеров TMS320F28335. Вестник молодых ученых МГУПИ № 10, - М.: Изд-во МГУПИ, 2012. - с. 15-19.

7. Бурцев П.А., Канаев С.А., Москаленко О.В. Сравнительный анализ реализации синусоидальной и пространственно-векторной широтно-импульсной модуляции на базе блочно-модульного стенда для отработки алгоритмов управления асинхронными электродвигателями. Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации:

Труды XXI Международного семинара (г. Алушта, 2012 г.). Тез. докл. - ГУЛ Академиздат центр «Наука» РАН., ISBN 978-5-212-01256-0 - с. 102-103.

8. Бурцев П. А., Грушичева М.В., Слепцов В В. Особенности проектирования электронных устройств с использованием современных САПР. Вестник молодых ученых МГУПИ №11,- М.: Изд-во МГУПИ, 2012 -с. 18-21.

9. Бурцев П.А., Канаев С.А., Москаленко О.В. Сравнительный анализ традиционной синусоидальной и пространственно-векторной широтно-импульсных модуляций в среде MATLAB. Вестник молодых ученых МГУПИ № 11, - М.: Изд-во МГУПИ, 2012. - с. 22-27.

Подписано к печати 25.02.2013 г. Формат 60 х 84. 1/16 Объем 1,5 п.л. Тираж 100 экз. Заказ №26

Московский государственный университет приборостроения н информатики

107996, Москва, ул. Стромынка, 20

ОАО «Центральный научно-исследовательский технологический институт»

На правах рукописи

БУРЦЕВ ПАВЕЛ АЛЕКСЕЕВИЧ

04201356947

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

д.т.н. проф. Слепцов Владимир Владимирович

Москва - 2013

Реферат

Диссертационная работа 148 е., 4 гл., 75 рисунков, 7 таблиц, 130 источников, приложение.

АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, ВЕКТОРНЫЙ МОДУЛЯТОР, ГИСТЕРЕЗИСНЫЙ КОМПАРАТОР, КОЭФФИЦИЕНТ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ВРАЩЕНИЯ, СИНУСОИДАЛЬНЫЙ МОДУЛЯТОР, ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ.

Целью диссертационной работы является улучшение технических характеристик электроприводов с асинхронными электродвигателями за счет совершенствования их микропроцессорных информационно-измерительных и управляющих систем.

В процессе работы проведено исследование особенностей влияния блоков формирования ШИМ сигналов на параметры ИИУС приводов с асинхронными электродвигателями; определена зависимость коэффициента неравномерности вращения от разрядности аналого-цифровых преобразователей датчиков фазных токов; разработан и отлажен макетный образец ИИУС электропривода с АД, на базе которого проведено экспериментальное исследование влияния сигналов нулевой последовательности на параметры ИИУС, предложен метод (способ) искусственного загрубления для моделирования токового контура ИИУС электропривода с применением микропроцессорных прецизионных датчиков фазных токов.

Основные результаты работы внедрены на ОАО «ЦНИТИ» и ФГУП «Салют».

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................5

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ..................................................................13

1.1 Асинхронный двигатель как часть электропривода..........................14

1.2 Трехфазный инвертор напряжения......................................................18

1.3 Обзор алгоритмов управления электроприводным оборудованием с асинхронными электродвигателями......................20

1.4 Постановка задачи................................................................................23

Выводы по главе 1................................................................................27

ГЛАВА 2 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СИГНАЛОВ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ТРЕХФАЗНЫХ

ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫХ МОДУЛЯТОРОВ..............................28

2.1 Особенности реализации синусоидальных модуляторов..................29

2.1.1 Особенности реализации синусоидальной модуляции сравнительным методом......................................................................30

2.1.2 Особенности реализации модуляторов на базе пространственно-

векторной ШИМ....................................................................................42

Выводы по главе 2................................................................................51

ГЛАВА 3 АНАЛИЗ СИСТЕМ СКАЛЯРНОГО И ВЕКТОРНОГО

УПРАВЛЕНИЯ......................................................................................52

3.1 ИИУС электроприводов с электродвигателями переменного тока. 53

3.2 Скалярные ИИУС электроприводов с электродвигателями переменного тока..................................................................................54

3.3 Векторные ИИУС электроприводов с электродвигателями переменного тока..................................................................................57

3.3.1 Координатные преобразователи..........................................................58

3.3.2 Способы полеориентации векторных ИИУС......................................63

3.4 Разработка математической модели токовых контуров 65

электропривода с АД......................................

3.4.1 Определение зависимости коэффициента неравномерности

вращения от разрядности АЦП.............................. 86

Выводы по главе 3........................................ 89

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МАКЕТНОГО ОБРАЗЦА ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ И УПРАВЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ................. 90

4.1 Разработка концепции макетного образца ИИУС электропривода

с АД.................................................... 90

4.1.1 Разработка концепции силовой части........................ 93

4.1.2 Аварийные режимы....................................... 96

4.1.3 Разработка концепции управляющей части.................... 99

4.1.4 Разработка концепции фазных токовых датчиков.............. 107

4.2 Обеспечение требований электромагнитной совместимости при разработке цифровых ИИУС................................ 111

4.2.1 Обеспечение требований ЭМС при проектировании интерфейсной части устройств.............................. 112

4.2.2 Обеспечение требований ЭМС при конструировании печатных

плат разрабатываемого устройства........................... 115

4.3 Сравнительный анализ сигналов нулевой последовательности и

их влияние на параметры ИИУС в замкнутом по току контуре. . . 118

Выводы по главе 4........................................ 134

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................... 135

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.............. 136

ПРИЛОЖЕНИЕ.......................................... 149

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время электропривод с асинхронными электродвигателями (АД) на базе цифровых информационно-измерительных и управляющих систем (ИИУС) получает все большее распространение. Он является неотъемлемой частью комплексов и агрегатов, применяемых во многих отраслях промышленности, потребляя около 90% всей вырабатываемой электроэнергии [1,3].

Первоначально, из-за простоты реализации ИИУС на аналоговой элементной базе, в качестве основного исполнительного механизма электропривода применялись двигатели постоянного тока. Основными их достоинствами считались: устойчивость на переходных режимах, удобство управления посредством изменения напряжения питания и хорошие массогабаритные показатели. Однако при этом присутствовал ряд недостатков, таких как высокая стоимость, большая инерция ротора, низкая надежность щеточного узла, как следствие искрение и невозможность работ в грязных и взрывоопасных средах. У бесколлекторных двигателей переменного тока вышеперечисленные недостатки отсутствуют, вследствие чего возрастает тенденция к их использованию взамен двигателей постоянного тока.

Среди двигателей переменного тока широкое распространение получили трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, благодаря простоте в изготовлении, малой себестоимости и высокой надежности, вследствие отсутствия контактов (щеточного узла) между статором и ротором.

Асинхронные электродвигатели используются в качестве тяговых агрегатов, исполнительных механизмов для выполнения технологических операций различной сложности. Область их применения варьируется от бытовых электроприборов, станков, систем автоматики, робототехники и технологического оборудования до приводов горных экскаваторов.

Функционально электропривод представляет собой многоуровневую электромеханическую систему, обеспечивающую движение рабочих органов машин и осуществляющую процесс управления им. При этом различают нерегулируемый электропривод, работающий исключительно на постоянной скорости и регулируемый, необходимый при работе с варьированием скоростного режима для обеспечения требований заданного технологического процесса. Разработкой подобных устройств занимаются такие крупные отечественные и зарубежные фирмы, как Веспер, ABB, Danfos, Honda, Mitsubishi, Nord, Siemens и другие.

Широкая область применения регулируемых электроприводов с АД требует улучшения и оптимизации их параметров и характеристик, что является в настоящий момент важной и многоуровневой научной задачей. При разработке автоматизированного электропривода необходимо учитывать такие требования, как уменьшение времени переходного процесса, а также стабильность установившегося скоростного режима. Немаловажным фактором в решении задач являются значения конструктивных, режимных параметров и законов управления, устанавливающих эксплуатационные, энергетические и динамические характеристики электропривода с АД, которые в свою очередь определяют эффективность функционирования технологического оборудования. В частности к ним относят: коэффициент использования выпрямленного напряжения питания, электромагнитную совместимость преобразователей, массогабаритные показатели, виброактивность электродвигательной установки, коэффициент искажения основной гармоники фазного тока, и т.д. При этом определяющим фактором является тип реализуемой ИИУС.

Среди электроприводов доминирующее положение занимают регулируемые электроприводы с АД на базе скалярных и векторных систем. Их массовое применение позволяет решать не только технологические задачи, но и проблемы энергосбережения.

Повышение энергетической эффективности достигается благодаря использованию в составе блока формирования выходного широтно-импульсно модулированного сигнала регулируемых электроприводов сигналов нулевой последовательности, увеличивающих коэффициент использования входного выпрямленного напряжения питания на 15-20%. Благодаря этому, форма межфазных токов силового инвертора приближается к трапецеидальной, вследствие чего значительно повышается энергосбережение. Дальнейшее увеличение амплитуды сигналов нулевой последовательности может приводить к искажению формы фазных токов и ухудшению параметров ИИУС.

Исследованиям в области электропривода в настоящее время уделяется особенное внимание. Разработка современного электроприводного оборудования представляет собой сложную и многоуровневую задачу, направленную на повышение качества проектируемой системы и оптимизации законов управления с целью обеспечения конкурентоспособности разрабатываемых устройств. Вместе с тем остается ряд нерешенных научных задач, носящих в целом локальный характер, основанных на параметрической оптимизации с целью совершенствования проектируемых систем. В этом случае одной из подобных научно-практических задач является поиск оптимальной формы сигнала нулевой последовательности, а также сравнительная оценка их влияния на параметры ИИУС и работу электродвигательной установки. При этом немаловажными характеристиками работы электродвигателя является вибросостояние и уровень акустического шума.

Реализация подобной задачи заключается, как правило, в применении расчетных методов и методов имитационного моделирования. Однако в состав электропривода входит множество подсистем различного рода, в их числе: двигатель, аппаратная часть (силовая и управляющая), датчики обратных связей, алгоритм управления. В этом случае имитационное моделирование может не учитывать всех деструктивных факторов

разрабатываемой системы, а также вносить априорную неопределенность в полученный результат. Следовательно, для более глубокого исследования характеристик ИИУС электропривода с асинхронным электродвигателем, а также для подтверждения результатов имитационного моделирования, необходимо применять полунатурное моделирование на базе специализированного стендового оборудования с использованием реальных объектов управления.

В этом случае необходима разработка стендового оборудования для исследования характеристик электропривода с АД. Конструктивно, подобное устройство должно включать: прецизионную аналоговую часть, формирующую токоизмерительные каналы; цифровую часть, представляющую микропроцессорную ИИУС; силовую часть, необходимую для преобразования напряжения питания электродвигательной установки. Как следствие, при разработке подобных устройств смешанного типа, необходимо обеспечить высокую помехозащищенность, а также высокую производительность вычислительного блока с целью реализации на его базе методов (способов) моделирования с применением искусственного загрубления.

Так как данное оборудование должно быть оптимизировано для отработки различных алгоритмов управления, лучшим вариантом его реализации станет блочно-модульный принцип построения. Для упрощения отладки, каждый отдельный модуль необходимо проектировать независимым, а также обеспечить их взаимозаменяемость. Использование подобных систем позволит значительно упростить разработку, а также исследовать влияние деструктивных факторов на работу системы в целом.

Использование подобного стендового оборудования позволит экспериментально получить ряд численных зависимостей, необходимых для дальнейшего проектирования контуров управления, а также определить ряд параметров, имитационное моделирование которых затруднительно: разрешающая способность датчиков фазных токов; необходимая разрядность

и дискретность их АЦП; гармонический состав выходного тока инвертора с использованием различных форм сигналов нулевой последовательности, а также влияние сигналов нулевой последовательности на радиальные вибрации и акустический шум асинхронных электродвигателей.

Диссертационная работа состоит из четырех глав.

В первой главе проанализировано состояние проблемы электропривода с АД на настоящее время. Сформулированы цели и задачи работы. Рассмотрена асинхронная машина как объект управления, а также основные схемы построения электроприводных систем, проведен обзор оборудования для исследования асинхронных электродвигателей и обоснована актуальность разработки специализированного стенда для проведения полунатурного моделирования алгоритмов управления асинхронными электродвигателями.

Во второй главе проводится классификация и сравнительный анализ синусоидальных и векторных широтно-импульсных модуляторов на базе разработанных в среде Ма^аЬ математических моделей блоков формирования выходной последовательности импульсов управления силовым инвертором трехфазного асинхронного двигателя переменного тока. По результатам имитационного моделирования проводится сравнительный анализ выходных параметров модуляции с введением различных сигналов нулевой последовательности: непрерывных, детерминированных и комбинированных. Исследуются спектры смоделированных токов при непрерывной и детерминированной широтно-импульсной модуляции, анализируется их состав.

В третьей главе проводится сравнительный анализ скалярных и векторных ИИУС, на базе которых разрабатываются математические модели замкнутых токовых контуров с использованием различных сигналов нулевой последовательности. Отличительной особенностью разработанных моделей является интеграция в разрыв токового контура модели АЦП с

варьированием метрологических характеристик для определения необходимой разрядности, дискретности, времени преобразования, задержек фазного тока при реализации токовых контуров на базе синусоидальных модуляторов, векторных модуляторов и гистерезисных компараторов. С использованием разработанных моделей и численных методов аппроксимации получена зависимость коэффициента неравномерности вращения от разрядности АЦП на всем скоростном диапазоне работы электродвигателя. Также, по результатам имитационного моделирования, сформулированы критерии выбора разрядности канала АЦП фазных датчиков тока в составе токовых контуров ИИУС. Исследован спектральный состав выходного тока и переходные процессы по скорости на базе различных блоков формирования импульсов ШИМ.

В четвертой главе разрабатывается концепция специализированного блочно-модульного стенда для отработки алгоритмов управления асинхронными электродвигателями, представляются схемные решения, применяемые в процессе разработки. Проводится классификация наиболее распространенных электромагнитных помех, а также методов и средств обеспечения помехозащищенности для подобных устройств, приводятся реализованные конструктивные решения. По представленной классификации разрабатывается опытный образец блочно-модульного стенда для проведения исследования сигналов нулевой последовательности. Его особенностью являются прецизионные датчики фазных токов, имеющие гальванически развязанные интерфейсы передачи данных, и собственную аккумуляторную батарею, реализуемые на базе микроконтроллера. Применение микроконтроллерного управления позволяет проводить полунатурное моделирование методом (способом) искусственного загрубления характеристик датчика. На его базе проводится экспериментальное исследование гармонического состава выходного тока инвертора и радиальной вибрации электродвигательной установки при варьировании формы сигналов нулевой последовательности, а также получено

подтверждение результатов имитационного моделирования по определению зависимости коэффициента неравномерности вращения от разрядности АЦП.

При выполнении работы применялись методы имитационного, математического, полунатурного моделирования на базе разработанного опытного образца блочно-модульного стенда для отработки алгоритмов управления асинхронными электродвигателями. При построении моделей использовались методы теории электрических машин. Применялись методы скалярного управлени