автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка оптимальных алгоритмов управления и диагностирования частотно-регулируемых электроприводов общепромышленного применения

ВВЕДЕНИЕ.

ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР АППАРАТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Глявя

МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.

1.1 Анализ требований к объектно-ориентированной микропроцессорной системе управления.

1.2 Сравнительный анализ микроконтроллеров, специализированных для управления двигателями.

1.3 Структура микроконтроллеров семейства С504.

1.4 Аппаратная часть микропроцессорной системы управления преобразователя частоты на базе микроконтроллера SAF

С 504-L40M.

1.5 Выводы по главе.

Глава 2. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ.

2.1 Программная часть микропроцессорной системы управления преобразователя частоты.

2.1.1 Инициализация.

2.1.2 Алгоритм фоновой программы.

2.1.3 Алгоритм формирования задания по частоте.

2.1.4 Алгоритмы формирования модулирующей кривой.

2.2 Выводы по главе.

Глава 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ

МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ПЧ - АД С МИКРОПРОЦЕССОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ.

3.1 Разработка математической модели асинхронного двигателя.

3.2 Разработка математической модели автономного инвертора напряжения.

ОГЛАВЛЕНИЕ

3.3 Разработка математической модели системы управления.

3.4 Исследование влияния параметров системы управления на устойчивость разомкнутой системы ПЧ - АД.

3.5 Построение и исследование системы ПЧ - АД, замкнутой по напряжению ЗПТ.

3.6 Выводы по главе.

Глава 4. ЭСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НА

ДИНАМИКУ СИСТЕМЫ ПЧ - АД.

4.1 Оценка точности моделей разомкнутой системы регулирования.

4.2 Оценка точности модели замкнутой системы регулирования.

4.3 Выводы по главе.

Глава 5. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ СИЛОВОЙ

ЧАСТИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ.

5.1 Алгоритм диагностирования неисправностей силовой части преобразователя частоты, включенного по схеме полумост с однофазной нагрузкой.

5.2 Алгоритм диагностирования неисправностей силовой части преобразователя частоты с трехфазной нагрузкой.

5.3 Выводы по главе.

Оптимизация режимов работы многих видов механизмов и устройств достигается при обеспечении возможности регулирования их скорости вращения в зависимости от технологических требований. Большинство общепромышленных механизмов (насосы, вентиляторы, транспортеры, подъемники и т.п.) оборудованы нерегулируемым асинхронным электроприводом, изменение скорости вращения которого в длительных режимах возможно только при частотном регулировании, с помощью преобразователей частоты (ПЧ).

Множество фирм, занятых разработкой и производством преобразователей частоты с автономным инвертором напряжения, непрерывно расширяют их номенклатуру и объем выпуска и вынуждены придерживаться технологий поставки, свойственных массовой продукции. Потребители этой массовой продукции зачастую испытывают потребность в четких ориентирах и критериях при выборе конкретного типа преобразователя частоты.

Наибольшее распространение получили привода, работающие в режиме поддержания технологического параметра, установка которого меняется программно. Это электроприводы насосов, вентиляторов, транспортеров и некоторых других общепромышленных механизмов, работающих в длительном режиме. В этих электроприводах целесообразно применение простейших ПЧ, не имеющих аппаратной и программной избыточности, которые требуют минимальных затрат на приобретение и эксплуатацию.

В настоящий момент особое внимание уделяется внедрению микропроцессоров, обеспечивающих решение задач автоматизации управления механизмами, приборами и аппаратурой. При построении современных систем управления двигателями, статическими преобразователями и др. требуется в большинстве случаев разработка специализированных контроллеров. При этом разработчики идут по пути максимального использования микроконтроллера с целью упрощения аппаратной части системы управления. Большинство преобразователей частоты, выпускаемых зарубежными фирмами, являются универ4

Результаты работы использовались при серийном выпуске преобразователей серии «ЧРП» Опытным заводом средств автоматизации и приборов АО «Мосэнерго». Акт внедрения прилагается.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных в диссертационной работе теоретических и практических исследований и была разработана и реализована на практике микропроцессорная система управления для частотно - регулируемого электропривода общепромышленного применения.

В работе получены следующие основные результаты:

1. Обоснован выбор аппаратной реализации системы управления частотно-регулируемого электропривода общепромышленного применения.

2. Разработаны алгоритмы управления электроприводом и рабочие программы, оптимизирующие нагрузку на микроконтроллер.

3. Разработана математическая модель системы ПЧ - АД, адекватно отражающая влияние дискретности параметров системы управления на устойчивость системы ПЧ - АД.

4. Сформулированы рекомендации по выбору оптимальных параметров квантования системы управления.

5. Работоспособность рекомендуемых алгоритмов и настроек системы управления подтверждена экспериментально.

6. Разработаны алгоритмы функционального диагностирования, обеспечивающих определение наиболее часто встречающихся на практике дефектов силовой части ПЧ.

1. Альтшулер И. А., Эпштейн И. И. Устойчивость асинхронного электропривода с автономным инвертором напряжения // Электротехника. 1980. №6. - С.12 - 16.

2. Богаченко Д. Д. Исследование и разработка частотно-регулируемого электропривода с автономным инвертором напряжения: Дисс. на соиск. учен, степени к.т.н. М., 1980. - 178 с. с прил.

3. Системы управления энергосберегающих электроприводов общепромышленных механизмов Богаченко Д. Д., Кудрявцев А. В., Ладыгин А. Н. И др. // Электротехника. 2002. - №5. - С. 2 - 7.

4. Глух Е. М., Зеленов В. Е. Защита полупроводниковых преобразователей. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1982. - 152 с. ил.

5. Зализняк В. П. Исследование на АВМ частотно- регулируемого асинхронного привода со звеном постоянного тока // Вестник Харьковского политехнического института. 1974. - № 85. - С.54 - 57.

6. Иванов В. В., Колпаков А. И. Применение IGBT // Электронные компоненты. 1996. - № 1(2). - С.12 - 15.

7. Ивоботенко Б. А. Планирование эксперимента в электромеханике. М.: Энергия, 1975. - 184 с. с ил.

8. Ильинский Н.Ф. Элементы теории эксперимента. 2-е изд., перераб. и доп - М.: МЭИ, 1983. - 92 с.

9. Керимбаев А. А. Исследование автоколебаний в системе преобразователь частоты с автономным инвертором напряжения асинхронный двигатель: Дисс. на соиск. учен, степени к.т.н. -М., 1977. - 186 с.

10. Ключев В. И. Теория электропривода. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 704 с. с ил.

11. Кривицкий С. О., Эпштейн И. И. Динамика частотно-регулируемых электроприводов с автономными инверторами. -М.: Энергия, 1970. 152 с. с ил.

12. Листенгартен Б. А. Использование метода планирования эксперимента при исследовании частотно-регулируемого асинхронного электропривода // За технический прогресс. 1973. - № 11. - С. 19 - 22.

13. Маркин В. В. Техническая диагностика вентильных преобразователей. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 152 с. с ил.

14. Однокристальные микроЭВМ. М.: МИКАП, 1994. - 400 с. с ил.

15. Осипов О. И., Усынин Ю. С. Техническая диагностика автоматизированных электроприводов. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 160 с. с ил.

16. Петров JI. П. Нелинейная модель для исследования динамики асинхронных электроприводов // Электричество. 1973. - № 8. - С.61 - 65.

17. Поздеев А. Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах. Чебоксары: Чувашский ун-т, 1998. - 172 с.

18. Проектирование бесконтактных управляющих логических устройств промышленной автоматики. М.: Энергия, 1977. - 384 с. с ил.

19. Ремизевич Т. В. Микроконтроллеры для встраиваемых приложений: от общих подходов к семействам НС 05 и НС 08 фирмы Motorola. - М.: ДОДЭКА, 2000. - 272 с.

20. Сандлер А. С. Электрошпиндели для внутреннего шлифования. М.: Машиностроение, 1977. - 136 с.

21. Сташин В. В. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. -М.: Энергоатомиздат, 1990. 224 с.

22. Электропривод переменного тока с частотным управлением / Под ред. Щукина Г. А. М.: МЭИ, 1989. - 76 с.

23. Эпштейн И. И. Автоматизированный электропривод переменного тока. -М.: Энергоиздат, 1982. 192 с.