Система непрямого векторного керування кутовим положенням асинхроного двигуна

Узнать стоимость написания работы

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ІМЕНІ ІГОРЯ СІКОРСЬКОГО»

Факультет електроенерготехніки та автоматики

Кафедра автоматизації електромеханічних систем та електроприводу

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з кредитного модуля « Автоматизація електромеханічних систем - 2»

на тему: «Система непрямого векторного керування кутовим положенням асинхроного двигуна»

Варіант 10

Студента IV курсу групи ЕП-32

Корнієнко Владислав Юрійович

Керівник

к.т.н., доц., Ковбаса С. М. Національна оцінка__­­­­­­­­­_____

Кількість балів:________­__

Оцінка: ECTS___________

Члени комісії

________________ ________________________________________

(підпис) (вчене звання, науковий ступінь, прізвище та ініціали)

________________ _______________________________________

(підпис) (вчене звання, науковий ступінь, прізвище та ініціали)

________________ _______________________________________

(підпис) (вчене звання, науковий ступінь, прізвище та ініціали)

Київ – 2016 рік

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кафедра автоматизації електромеханічних систем та електроприводу

Дисципліна (кредитний модуль): «Аавтоматизація електромеханічних систем-2»

Викладач: Пересада С.М.

Курс ІV, Група ЕП-32, Семестр 7

Завдання

на курсовий проект студента

Корнієнка Владислава Юрійовича

на тему:

«Система непрямого векторного керування кутовим положенням асинхроного двигуна»

1. Строк здачі студентом курсового проекту: 22.12.16 р.

2. Вихідні дані до проекту:

3. Зміст пояснювальної записки (відповідно до пунктів РСО):

4. Перелік графічного матеріалу з точним зазначенням обов’язкових креслень та їх формату:

5. Дата видачі завдання на курсову роботу: 13.09.2016 р.


Календарний план

(відповідно до РСО)

№ п/п

Назва пунктів курсової роботи

Строк виконання роботи

Бали, нараховані за виконання календарного плану

Підпис викладача

1

Пункт 1

27.09.16

2

Пункт 2

11.10.16

3

Пункт 3

24.10.16

4

Пункт 4

15.11.16

5

Пункт 5

15.11.16

6

Пункт 6

22.11.16

Керівник роботи Ковбаса С.М. ____________

підпис

Студент Корнієнко В.Ю. ____________

підпис

Кількість балів за оформлення ___________ Кількість балів за захист__________________

Сумарна кількість балів_________________ Сумарна оцінка__________________________

Керівник роботи Ковбаса С.М. ___________

підпис



Реферат

Курсова робота виконана на 40 листах і містить 22 рисунка і 2 таблиці, та 2 додатка на А1.

Мета роботи – ознайомитися з методологічною основою прямого векторного керування, та навчитись проектувати системи основані на цьому методі керування.

Основні задачі:

1) Вивчити основні вимоги для механізму підйому, та вибрати оптимальну систему керування.

2) Виконати математичний опис прямого векторного керування, на основі чого побудувати структурну схему.

3) Перевірити роботу шляхом комп’ютерного моделювання і проаналізувати основні властивості цієї системи.

4) Підібрати основні силові елементи, та пристрої для керуючого перетворювача частоти.

5) Зробити висновки по отриманим результатам.

Основні терміни: ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ, ЕЛЕКТРОПРИВІД, ВЕКТОРНЕ КЕРУВАННЯ, ЧАСТОТНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ, РОБАСНІСТЬ, АСИМПТОТИЧНІСТЬ.

Зміст

ВСТУП.. 6

1 ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД СУЧАСНИХ МЕТОДІВ КЕРУВАННЯ. МЕХАНІЗМ КРАНУ ПІДЙОМУ.. 7

2 РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ ТА СХЕМИ ЗАМІЩЕННЯ АСИНХРОННОГО ДВИГУНА.. 12

3 РОЗРОБКА СИСТЕМИ ВЕКТОРНОГО КЕРУВАННЯ АСИНХРОННИМ ДВИГУНОМ.. 16

4 МОДЕЛЮВАННЯ ПРЯМОГО ВЕКТОРНОГО КЕРУВАННЯ ДЛЯ АД.. 20

5 РОЗРАХУНОК ТА ВИБІР ОСНОВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ПЕРЕТВОРЮВАЧА.. 35

ВИСНОВКИ.. 38

ЛІТЕРАТУРА.. 40


ВСТУП

Сучасні проблеми автоматизації вимагають нових та удосконалення старих систем управління. Тому дослідження векторного управління, як одного із найперспективнішіго напрямку розвитку вимагає детального аналізу для подальшого покращення даної системи управління електроприводом. В даному курсовому проекті будуть розглянуті базові принципи побудови алгоритмів непрямого векторного керування, методи робастифікації алгоритмів, а також методи дослідження статичних та динамічних властивостей спроектованих алгоритмів. Ця низка заходів допоможе у процесі виконання курсового проекту набути практичні навички щодо проектування та дослідження шляхом математичного моделювання статичних та динамічних режимів алгоритмів прямого векторного керування.

У даній роботі буде виконано детальний літературний огляд сучасних методів керування моментом, та швидкістю асинхронних двигунів. На основі цього аналізу ми подивимось які системи більш придатні для механізмів реактивного типу, а які для маніпуляторів, які методи керування є більш економічні, а які енергетично не ефективними. Для заданого згідно з варіантом завдання двигуна (АД) розрахуємо значення параметрів номінального режиму та схеми заміщення. Розробимо систему векторного керування асинхронним двигуном на основі алгоритму непрямого векторного керування. Та методом математичного моделювання будуть проведені математичні дослідження динамічних та статичних характеристик розробленої системи. Буде розроблена функціональна схема асинхроного електроприводу та розкриті призначення основних його елементів, виконаємо їх розрахунок та вибір основніх елементів. По всім отриманим результатам будуть зроблені висновки та проаналізовано майбутній розвиток систем векторного керування.

1 ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД СУЧАСНИХ МЕТОДІВ КЕРУВАННЯ. МЕХАНІЗМ КРАНУ ПІДЙОМУ

Механізація і автоматизація промислових механізмів, процесів промислових підприємств зв`язана не тільки з виконанням головних технологічних операцій, але і з допоміжними операціями такими як: транспортування, горизонтального та вертикального переміщення і т. д. Сучасне житлове і промислове будівництво неможливо уявити без застосування потужних грузопідйомних засобів. З початку будівництва, закладення фундаменту і до кінця завершення робот, при будь якому технологічному процесі, необхідно здійснювати подачу до місця роботи будівничих матеріалів, деталей і вузлів, мусора та виробничих відходів. Специфіка даного обладнання, та режими роботи визначають вимоги до механічних характеристик електроприводів кранових механізмів. Так статичні і динамічні навантаження кранових механізмів визначають вибір систем електропривода та основні вимоги.

При виборі систем електропривода кранових механізмів необхідно враховувати такі особливості їх роботи як:

1) Широкий діапазон зміни моменту спротиву

2) Необхідність реверсування

3) Обмеження моменту в елементах механізмів

4) Забезпечення обмежених прискорень

Розглянемо механічні характеристики механізмів крана під`йому. Так характеристики 1n, використовується для підіймання вантажів з зниженою швидкістю і призначена для вибору слабкості каната, та точній установці вантажа при монтажних операціях. Характеристики 2n і 3n, слугують для під`йому вантажів з проміжними та номінальними швидкостями. Характеристика 4n, потребується для підйому малих вантажів з підвищеною швидкістю з цілю отримання великої продуктивності крана, швидкість при роботі на цій характеристиці перевищує номінальну швидкість у два рази [3]. Характеристика 1с, слугує для спуску вантажів з малою швидкістю, що слугує для точної установки вантажу при його спуску. Характеристики 2с та 3с, використовують для спуску з проміжними швидкостями і відповідно характеристика 4с, для спуску з підвищеною швидкістю.

Показані на рисунку вертикальні ділянки характеристик необхідні для обмеження моментів та прискорень при пусках та гальмуванні механізмів. Згідно умов експлуатації для спуску та підйому зручно забезпечувати однаковий час перехідних процесів для підйому та спуску вантажа.


Рисунок 1.1 – Відповідні до

вимог механічні характеристики,

електропривода механізму підйому

Тому стопорні моменти на характеристиках підйому та спуску повинні відрізнятися між собою. Це пояснюється тим, що ці режими мають різні моменти спротиву (див. заштриховані ділянки на характеристиках, області зміни моменту, що обумовлені зміною маси вантажа). Електропривод механізмів підйому повинен мати не симетричні відносно початка координат характеристики. У сучасному світі багато кранових установ призначених для підйому та опускання вантажів зроблені на основі приводів з використанням ДПС.


Але привод такого напрямку має багато недоліків, які є суттєвими причинами для переходу від двигуна постійного струму до двигунів змінного струму (найбільш використовують асинхронних двигун з короткозамкненим ротором). Двигуни з КЗ ротором застосовуються в електроприводі, де не вимагається регулювання частоти обертання, або в якості другого (допоміжного двигуна) для одержання знижених швидкостей. Недоліком електродвигунів з КЗ ротором є великий пусковий струм. Використовувати двигуни постійного струму і системи побудовані на їх основі є недоцільним оскільки вони мають значні масо-габаритні показники порівняно з двигунами змінного струму, а також потребують перетворення змінної напруги у постійну. АД з контактними кільцями і ФР в порівнянні з КЗ ротором мають дещо більші масо-габаритні показники, більш дорогі, складніші за конструкцією, однак основна їх перевага полягає у можливості зменшення пускового струму (за допомогою реостата) при одночасному збільшенні пускового моменту. Оскільки пускові моменти в даному випадку порівняно не великі, то використання систем електропривода на базі АД з ФР є не виправданим. Окрім того, релейно-контакторна система керування (РКС) передбачає лише ступінчасте регулювання швидкості та більш складна для включення її в сучасну автоматизовану систему. Недоліком АД з КЗ ротором є великий пусковий струм, який у 5...7 разів перевищує струм двигуна при роботі в номінальному режимі. Однак при його використанні в системі електропривода типу ПЧ-АД, цей недолік суттєво згладжується. Щодо системи ПЧ-АД, то вона характеризується широким діапазоном регулювання швидкості, а отримані характеристики мають високу жорсткість. Сучасні перетворювачі частоти дозволяють значно підвищити ефективність технологічного процесу і реалізувати найбільш економічний алгоритм керування приводним двигуном, а також – зекономити від 20 до 50% електроенергії порівняно з іншими системами регулювання.

Тому при остаточному виборі двигуна приведемо таблицю основних переваг і недоліків, які наочно показують всі за та проти для кожного двигуна, що були описані вище.

Таблиця 1.1 – Таблиця переваг і недоліків систем електроприводу

Показники

Системи електричного привода

РКС-ДПС

РКС-АД ФР

ТП-Д

ПЧ-АД

Діапазон регулювання швидкості

1:3

1:3

1:5000

1:20000

Жорсткість механічних характеристик

-

-

+

+

Перевантажувальна здатність

+

+

+

+

Економічність

-

-

+/-

+

Згідно цієї таблиці наочно показано, що А.Д. з частотним регулюванням значно переважає за своїми можливостями інші типи приводів, та неможливо не враховувати те, що А. Д. з К.З. ротором, має найбільш просту конструкцію, у порівнянні з іншими двигунами, що є значним плюсом. Так для керування А. Д., можна вибрати два найбільш достойні методи керування. Частотний та векторний метод керування. керовані асинхронні двигуни.

Переваги цих двох методів полягають у наступному:

- обмежене обслуговування;

- достатньо високий ККД в машинах з підвищеною енергоефективністю

(IE-2, IE-3, IE-4) ;

- високі та достатні динамічні властивості, обмежений струм в динамічних режимах, пусковий момент рівний або вище номінального, низькі значення ковзання, обмежені навантаження на елементи конструкції ротора ( здебільшого векторне керування ) ;

- ізольованість від процесів у мережі живлення;

Недоліки:

- необхідна незалежна вентиляція при глибокому регулюванні швидкості;

- зміни параметрів схеми заміщення внаслідок нагріву (активні опори), що ускладнює керування;

- високі значення dV dt породжують стрес ізоляції;

- виникнення хвильових процесів при великих значеннях довжини з’єднувальних дротів.

Ці всі переваги є суттєвими. Однак коли постає вибір метода для керування для механізмів кранового підйому, треба звернути увагу на такі переваги векторного управління порівняно з векторним і це:

1) можливість повного відпрацювання заданої траєкторій (важливо при впливі зовнішніх факторів таких як вітер);

2) поліпшені перехідні процеси (як приклад зменшення пускових струмів які у декілька разів перевищують номінальні при прямому пуску);

3) можливість кратного перевантаження при швидкості яка дорівнює нулю, що є значною перевагою для кранового механізма у випадку коли необхідно утримувати великий вантаж на висоті;

4) немає зменшення критичного моменту, як це відбувається при частотному керуванні;

5) значна економічність у порівняні з іншими системами управління;

Виходячи з усіх цих переваг, можна сказати, що цей метод управління буде найдоцільнішим, хоча він і потребує достатньо великих витрат, але це виправдано надійністю та технологічним вимогам [4].

2 РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ ТА СХЕМИ ЗАМІЩЕННЯ АСИНХРОННОГО ДВИГУНА

Вхідні дані для розрахунку параметрів асинхронних двигуна згідно заданного варіанта представлено в таблиці 2.1, які були взяти з довідника кравчика, для заданого двигуна, а саме для АД моделі 4А80В2УЗ з заданою синхронною частотою обертання 3000.

Таблиця 2.1 – Параметри двигуна згідно довідника Кравчика

Довідникові данні для асинхронного двигуна 4А80В2УЗ

Синхронна частота обертання 3000 об/хв.

кВт

Енергетичні навантажен-ня

Енерг. показн.

Параметри схеми заміщення у відносних одиницях

Пускові характеристики

В,

Тл

А,

J,

В номінальном режимі

При К. З.

J,

250

0,73

519

3,4

92,5

0,9

5,7

0,01

0,09

0,011

0,1

0,03

0,045

0,13

2,9

0,07

0,02

1,9

Виконаємо розрахунок номінальних даних двигуна

Кутова частота напруги статора:

Так як, у заданої машини одна пара полюсів, то .

Номінальна швидкість двигуна:

Номінальній момент:

Критичний момент двигуна (по перевантажувальній здатності , з каталогу):

Знайдемо номінальне значення струму:

Номінальний опір:

Амплітудне значення фазної напруги і струму статора:


Амплітудне значення потокозчеплення статора в режимі холостого ходу:

Так як паспортні данні схеми заміщення поданні в довіднику Кравчика для Г-подібної схеми заміщення, то необхідно перерахувати данні параметри для Т – подібної схеми заміщення.

Для цього перерахунка знайдемо відповідний коефіцієнт переходу від Г – подібною і Т – подібною схемою

Знайдемо параметри Т – подібної схеми заміщення у відносних одиницях :

Відповідно опори будуть мати наступні абсолютні значення:

Знаючи опори в схемі заміщення, знайдемо індуктивності розсіювання статора і ротора:

Індуктивність намагнічуючого контуру:

Індуктивності статора і ротора:

На основі проведених розрахунків обчислимо значення параметрів:

3 РОЗРОБКА СИСТЕМИ ВЕКТОРНОГО КЕРУВАННЯ АСИНХРОННИМ ДВИГУНОМ

Для моделювання систем керування АД прийнято використовувати матемаматичну модель, яка записується в стаціонарній системі координат (a-b).

де – кутова швидкість ротора,

– компоненти вектора струму статора в системі координат (a - b), – компоненти вектора потокозчеплень ротора,

– компоненти вектора напруги статора,

– момент навантаження,

– коефіцієнт в’язкого тертя.

Додатні константи, що відносяться до електричних і механічних параметрів АД, визначені в попередньому розділі.

Напма’ятаємо лише, що:

.

Для переходу з системи координат (a - b), у синхронну систему координат ротора (d – q), яка обертається відносно стаціонарної системи координат з швидкістю , виконаємо перетворення Парка-Горева, яке визначається наступними рівняннями:

Проблема відпрацювання заданих траєкторій кутової швидкості – потокозчеплення формулюється наступним чином. Припустимо, що для моделі АД, заданої, виконується наступне:

А.1. Струми статора та кутова швидкість ротора доступні для вимірювання.

А2. Параметри АД відомі і незмінні.

А3. Момент навантаження c невідомий, постійний та обмежений.

А4. Задані траєкторії кутової швидкості і потокозчеплення є обмеженими функціями з обмеженими першою та другою похідними по часу [1].

В умовах цих припущень відбувається проектування прямого алгоритму керування, яке для заданого варіанту роботи необхідно спроектувати. Таким чином виконується глобальне асимптотичне відпрацювання заданих траєкторій швидкості – потокозчеплення, тобто

- при обмеженні усіх внутрішніх змінних

Регулятор потоку:

Регулятор струму по осі (d):

Регулятор швидкості:

Модифікований регулятор струму по осі (q):

Реальні напруги, що прикладаються до обмоток статора двигуна, дорівнюють:

Повний алгоритм робастного непрямого векторного керування АД буде містити:

Регулятор потоку:

Регулятор струму по осі (d):

Регулятор швидкості:

Модифікований регулятор струму по осі (q):

Реальні напруги, що прикладаються до обмоток статора двигуна, дорівнюють:

4 МОДЕЛЮВАННЯ НЕПРЯМОГО ВЕКТОРНОГО КЕРУВАННЯ ДЛЯ АД

Методом математичного моделювання, виконаємо дослідження статичних та динамічних характеристик. Базуючись на математичній моделі для прямого векторного керування, яка описана у попередньому пункті. Зібрана система прямого векторного керування у програмі MATLAB «Simulink», дозволяє з легкістю побудувати графіки перехідних процесів заданого АД, згідно завданню.

При відомих параметрах АД, виконаємо тест який буде включати у себе наступні етапи:

1) збудження двигуна;

2) відпрацювання траєкторії розгону;

3) накидання статичного номінального навантаження;

4) скидання статичного номінального навантаження;

5) відпрацювання траєкторії гальмування;

З рисунків 4.1 – 4.2 видно, що система прямого векторного керування відпрацьовує задану траєкторію. Як видно з отриманих графіків перехідних процесів система чітко виконує з нульового значення часу полеорієнтування, що можна побачити з графіку для потокозчеплення по осі q і d; Бачимо, що потокозчеплення по осі q дорівнює нулю, що свідчить про орієнтованість вектор потокозчеплення ротора зорієнтован по осі d. Також з графіків перехідних процесів, можна побачити, що система прямого векторного керування забезпечую повністю асимптотичне відпрацювання швидкості при накидання статичного навантаження, іншими словами відсутня статична похибка [6]. При розгоні і гальмуванні ми бачимо, що система повністю повторює задану траєкторію, а це в сою чергу свідчить про відсутність динамічної похибки. У цілому можна сказати, що система повністю виконує асимптотичність відпрацювання:

Для номінального значення швидкості маємо наступні графіки перехідних процесів:

Рисунок 4.1 – Графік перехідних процесів при моделювання прямого векторного керування за номінальним значенням швидкості

Рисунок 4.2 – Графік перехідних процесів при моделювання прямого векторного керування за номінальним значенням швидкості

Бачимо, що навідміну від звичайного частотного керування, при прикладанні моменту навантаження збільшується прикладена напруга і струм статора, що забезпечує підтримання швидкості на постійному рівні. Також спостерігаємо збільшення частоти струму при розногі і прикладанні навантаження. При частотному керуванні при прикладанні моменту зменшувався струм і відповідно просідала швидкість. Тобто векторне керувння забезпечує постійність швидкості при прикладанні моменту. Також з графіків струму бачимо наявність в системі форсування для пришвидшення намагнічування системи, збільшення її швидкодії.

Також з графіків перехідних процесів видно, що при скорості яка була задана як , напруга яка подається на статор дорівнює значенню 325 В.

Необхідно відмітити, що при переході від трифазної моделі двигуна до двухфазної були виконанні відповідні перетворення і над напруго мережі, в результаті чого ми отримали напругу амплітудою в 311 В. Таким чином, перетворювач частоти не може збільшувати напругу мережі вище за це значення, тому в реальних системах, векторне керування забезпечує роботу двигуна на швидкостях де - що менших за номінальну. Виходячи з цього при відпрацювання номінальної швидкості напруга статора і вийшла трохи більша, а ніж та напруга яку може видати на виході перетворювач. Це обумовлено тим, що при моделюванні у робочій програмі попередньо не було враховано обмеження даного параметра. Тому виходячи з найпростішого, а саме з елементарного моделюючого підбору підберемо таке значення швидкості при якій напруга статора не буде перевищує значення 311В. І з відповідних графіків перехідних процесів, що зображенні на рисунку 4.3 – 4.4, ми бачимо, що швидкість , є граничною швидкістю у відповідності до напруги у 311В.

Побудуємо графіки перехідних процесів для заданої швидкості

Рисунок 4.3 – Графік перехідних процесів при моделювання прямого векторного керування з швидкістю

Рисунок 4.4 – Графік перехідних процесів при моделювання прямого векторного керування з швидкістю

Виконаємо дослід відпрацювання нульової швидкості при накиданні номінального моменту навантаження і подавимось як у цьому випадку буде відпрацьовуватися швидкість. Побудуємо залежності для відпрацювання цієї швидкості, та виконаємо їх аналіз.

Рисунок 4.5 – Графік перехідних процесів при моделювання прямого векторного керування з швидкістю

Рисунок 4.6 – Графік перехідних процесів при моделювання прямого векторного керування з швидкістю

З приведених на рисунку 4.5 - 4.6 графіків, бачимо, що при нульовій швидкості система відпрацьовує положення 0. Система залишається полеорієнтованою і при накиданні моменту видно, що вектор потокозчеплення не змінює орієнтації. Система швидко реагує на навантаження і в свою чергу збільшує значення струм iq, який створює момент зворотного напрямку по відношенню до моменту навантаження, тим самим утримуючи систему на нульовому положенні. Цікавим є поведінка напруги, така форма обумовлена тим, що для утримання навантаження при нульовій швидкості інвертору необхідно прикласти до обмотки статора напругу, що можна і побачити на графіках вище.

Виконаємо дослід прибравши першу і другу похідні за швидкістю. Як видно на полеорієнтування це не впливає, але при відсутності похідних, з’являються додаткові похибки - коливання з різними знаками при розгоні та гальмуванні двигуна, а також накиданні і скиданні моменту навантаження, що видно з графіка швидкості (див. рис.4.7).

Рисунок 4.7 – Графік перехідних процесів при моделювання прямого векторного керування з номінальною швидкістю при відсутності 1-ї і 2-ї похідних за швидкістю

Рисунок 4.8 – Графік перехідних процесів при моделювання прямого векторного керування з номінальною швидкістю при відсутності 1-ї і 2-ї похідних за швидкістю

Бачимо, що при відсутності 1-ї і 2-ї похідних за швидкістю, в системі має місце полеорієнтування, але ми отримуємо неасимптотичне відпрацювання швидкості, це можна побачити з графіків вище, і видно, що маємо перерегулювання при розгоні і при гальмування, чого не було при наявності похідних. Струм iq, відображає поведінку моменту з отриманого можна заключити, що відпрацювання моменту при розгоні і гальмуванні також не відбувається.

І останній дослід виконаємо для дослідження робастності. Оскільки будемо вважати, що система не буде входити у зону насичення і ми будемо працювати на лінійній ділянці кривої намагнічування, то можна вважати, що власні індуктивності ротора і статора, а також взаємоіндуктивність будуть залишатися незмінними. Виходячи з цього можна сказати, що найбільший вплив на роботу двигуна, який відпрацьовує задану траєкторію руху, буде справляти зміна параметрів активного опору ротора і статора. Оскільки статор має кращі умови охолодження, тому активний опір статора вважають менш впливовим, а ніж активний опір ротора.

Тому введемо наступні варіації:

;

Побудуємо перехідні процеси для основних величин, та проаналізуємо як впливає кожна варіація на моделювання процесів.

При , видно що вектор потокозчеплення зорієнтований, але бачимо невелике збільшення напруги, яке перевищує допустиме значення яке може видавати інвертор і це при швидкості , яка повинна забезпечувати межу при відсутності варіації значення напруги на виході інвертора. Ззбільшення напруги призводить до збільшення струму і як видно з графіків, при такій варіації момент який створюється при розгоні більший за номінальний, тому для створення цього моменту і відбувається збільшення струму.

Рисунок 4.9 – Графіки перехідних процесів при

Рисунок 4.10 – Графіки перехідних процесів при

При варіації , ми аналогічну картину як і у попередньому випадку, але бачимо, що напруга не виходить за свої межі, тому можна сказати, що ця варіація сприймається легше, а ніж передня.

Рисунок 4.11 – Графіки перехідних процесів при

Рисунок 4.12 – Графіки перехідних процесів при

При варіації ротора , видно значне погіршення перехідних процесів, при накиданні моменту немає асимптотичного відпрацювання швидкості, бачимо, як поводить себе момент вектор потокозчеплення незорієнтован, що можна побачити з графіків залежності нижче. Виріс струм iq, а потокозчеплення постійно коливається.

Рисунок 4.13 - Графіки перехідних процесів при

Рисунок 4.14 - Графіки перехідних процесів при

При варіації ротора , маємо взагалі нерільні процеси, які не можуть відповідати практичній реалізації. Видно, що порушено орієнтування вектора потокозчеплення і значення потоку виросло до 1.2, що є неможливим справжньому житті, згідно обмеження потоку значенням одиниці. Тому усі процеси як майже подвійне зростання номінальної напруги, можна не розглядати за наявності попередніх зауважень.

Рисунок 4.15 - Графіки перехідних процесів при

Рисунок 4.16 - Графіки перехідних процесів при

Побудуємо основні графіки залежності варіації активного опора ротора, так як це є найкритичніша варіація від: активної потужності, ккд, струму iq. При чому будемо змінювати значення номінального моменту, тому візьмемо діапазон зміни моменту у діапазоні , , .

Pa, Вт.

Рисунок 4.17 – Графік залежності активної потужності від зміни варіації опора ротора

З графіка отриманого вище, можна заключити, що він не відповідає дійсності, так як моделювання показує, що при варіації опора ротора від 1 до 0,5, збільшується активна потужність, що неяким чином не може відповідати дійсності. Наочно це видно по графікам перехідних процесів з варіацією, та без неї.

Iq, А.

Рисунок 4.18 – Графік залежності Iq від зміни варіації опора ротора

ККД

Рисунок 4.19 – Графік залежності ККД від зміни варіації опора ротора

З отриманих вище графіків видно, що варіація опору не найкращим шляхом впливає на перехідні процеси у системі. Система прямого векторного керування, без компенсації зобастості є чутливою, до зміни опору, особливо ротора, у наслідок чого система не тільки може втрачати полеорієнтування, але і взагалі можуть бути такі випадки коли система не буде працювати.

5 РОЗРАХУНОК ТА ВИБІР ОСНОВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ПЕРЕТВОРЮВАЧА

Для розрахунку основних елементів перетворювача необхідно мати значення наступних параметрів: напруга та кількість фаз мережі живлення, потужність двигуна, ККД двигуна, номінальний струм двигуна. Всі ці параметрі були вже представленні у другому пункті. Виконаємо розрахунок силової частини перетворювача.

Номінальні діючі значення фазної напруги та струму статора:

Амплітудні значення фазної напруги і струму статора:

Максимальне значення струму в фазі двигуна визначається перевантажувальною здатністю електроприводу , який в загальному випадку залежить від конкретного типу механізму. Так як даний перетворювач розробляється для підйомно-кранової установки приймемо, .

Розрахуємо максимальний струм на виході перетворювача:

При живленні перетворювача від трифазної мережі живлення 380 В, напруга в ланці постійного струму при ідеальній фільтрації буде приблизно рівною:

При виборі IGBT для автономних інверторів напруги їх максимальнодопустима напруга колектор-емітер має бути мінімум в 1.5 разів вищою, ніж максимальна напруга в ланці постійного струму, тобто:

Максимальна напруга в ланці постійного струму сучасних перетворювачів визначається допустимою напругою встановлених електролітичних конденсаторів фільтру, і складає приблизно 750 В для перетворювачів з трифазним живленням gridU 380 В.

Таким чином знаючи величину і , можна вибрати відповідний IGBT модуль, враховуючи те, що та - відповідно тривалий струм колектора та напруга колекторемітер, які вказані в паспортних даних IGBT, повинні буди більшими за розраховані та .

З сайту www.infineon.com, виберемо IGBT- модуль DF1400R12IP4D.

Ємність випрямляча визначається за формулою:

де – це коефіцієнт пульсацій випрямленої напруги, який для перетворювачів частоти вибирають в діапазоні від 0.02 до 0.05,

m – число фаз випрямляча,

f – частота напруги мережі живлення,

– еквівалентний опір навантаження ланки постійного струму.

Для визначення розрахуємо значення струму ланки постійного струму з врахуванням перевантаження

де – коефіцієнт корисної дії інвертора напруги. Тоді еквівалентний опір навантаження розраховується як:

З сайту www.kosmodrom.com, виберемо конденсатор DCM423U016BB2B, фірми «SAMWHA», з ємністю 42 (мФ), напругою 400В. Та з цього ж сайту виберемо датчик струму HCS-HAX-1500A, фірми Coretech ltd.

З сайту www.schneider-electric.com, виберемо енкодер фірми Schneider Electric : ЕНКОДЕР ІНКРЕМ.1000 ТОЧ. (Артикул: XCC1406PR10R).

Виконаємо загальний економічний розрахунок основних елементів які складають найбільшу частину вартості інвертора.

Рисунок 5.1 – Таблиця основних витрат

Пристрій

Виробник

Ціна (долари США)

Енкодер

Schneider Electric

196,5

Конденсатор

SAMWHA

19,5

IGBT транзистор

infineon

Датчик току

Coretech ltd

Підсумок

331

ВИСНОВКИ

При виконанні даного курсового проекту були виконані всі основні завдання які ставились перед вивченням прямого векторного керування. А саме були виконані наступні задачі

Вивчені основні вимоги для механізму підйому, та вибрату оптимальну систему керування, дослідженні основні переваги і недоліки кожної із систем керування (див. таблицю 1.1).

Виконано математичне описання прямого векторного керування, на основі чого була побудована структурна схема.

Шляхом комп’ютерного моделювання були перевірені основні положення векторного керування. Досліджено вплив різноманітних параметрів системи (як відсутність першої і другої похідних за швидкістю), а також варіації самих параметрів двигуна (зміна активного опору статора і активного опоро ротора). Виявленні основні переваги і недоліки такої системи керування. Моделюючим шляхом доведено асимптотичне відпрацювання заданої траєкторії руху, при відомих параметрах двигуна.

Зроблено підбор силових елементів для проектування інвертора напруги, а також основних датчиків (таких як датчики швидкості і струму), які необхідні системі управління. Виконано економічний поверхневий розрахунок такої системи.

З приведених вище отриманих результатів, можна зробити наступний висновок. Система прямого векторного керування при відомих параметрах двигуна асимптотично відпрацьовує задану траєкторію, та повністю поліорієнтована. Добре відпрацьовує нульове положення, що є дуже важливим, як приклад, для кранових установ, коли необхідно утримувати вантаж на одному фіксованому місці. Орієнтування вектора потокозчеплення, дозволяє робити цю систему більш економною, а ніж звичайне скалярне керування. Також можна добавити таку перевагу, як дуже високу швидкодію системи.

До недоліків такої системи можна віднести її складність. Така система потребує датчики швидкості (положення), та датчики струму. Ці всі сигнали необхідно обраховувати у реальному часі, тому такі системи неможливі без використання сучасної мікроконтролерної техніки. Ще одним недоліком такої системи є значний вплив параметрів двигуна. Система векторного керування є залежними від параметрів двигуна, які справляють значну дію на роботу системи (дивитись розділ 4). Тому для стабільної роботи такої системи необхідно вводити робастифікацію, яка би дозволяла системі бути нечутливою до цих параметрів.

Таким чином можна заключити, що система прямого векторного керування має доволі таки велику кількість переваг, що дає її широкий діапазон застосування.

ЛІТЕРАТУРА

1. Novonty D. W. and Lipo T. A. Vector Control and Dynamics of AC Drives. –New York: Oxford University Press Inc, 2000.

2. Теорія мехатронних систем – 1: Методичні вказівки до виконання розрахунково-графічної роботи для студентів заочної форми навчання напряму підготовки 6.050702 – "Електромеханіка" спеціальності "Електромеханічні системи автоматизації та електропривод" / Уклад: С. М. Пересада, С. М. Ковбаса. –К.: НТУУ “КПІ”, 2011 р. –96 с.

3. Пересада С. М. Обобщенная теория косвенного векторного управления асинхронным двигателем. Часть I. Проблемы векторного управления в асинхронном электроприводе: краткий обзор и формулировка проблемы // Техн. електродинаміка. –1999. –№ 2. –С. 27–32.

4. 386. Пересада С. М. Обобщенная теория косвенного векторного управления асинхронным двигателем. Часть II. Синтез алгоритма отработки модуля потока и угловой скорости // Техн. електродинаміка. –1999. –№ 4. – С. 26–31.

5. Пересада С. М., Ковбаса С. Н. Обобщенный алгоритм прямого векторного управления асинхронным двигателем // Техн. електродинаміка. –2002. –№4. –С. 17–22.

6. 389. Пересада С. М., Ковбаса С. Н. Прямое векторное управление асинхронным двигателем со свойством глобальной экспоненциальной устойчивости // Техн. електродинаміка. Тем. вип. "Проблеми сучасної електротехніки". –2002. –Ч. 2. –С. 36–42.

Источник: портал www.KazEdu.kz

Другие материалы

  • Технічне обслуговування й ремонт електричних машин
  • ... паперу змазати клеєм БФ-2. Поверхня ізоляції шпильки покрити ізоляційним лаком БТ-99 і просушити на повітрі протягом 3 годин. Розділ 4. Технічне обслуговування й ремонт електричних машин 4.1 Обсяг робіт по технічному обслуговуванню й ремонту Найважливішою умовою правильної експлуатації ...

Каталог учебных материалов

Свежие работы в разделе

Наша кнопка

Разместить ссылку на наш сайт можно воспользовавшись следующим кодом:


Контакты

Если у вас возникли какие либо вопросы, обращайтесь на email администратора: admin@kazreferat.info