трусики женские украина

На головну

 Дослідження динамічних властивостей електропривода з вентильним двигуном - Фізика

ДОСЛІДЖЕННЯ ДИНАМІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЕЛЕКТРОПРИВОДА З Вентильний електродвигун

Виконав

Михайлов Н.В

Керівник

професор Суровцев В.Н

2008

Зміст

1. Введення

2. Вихідні дані для проектування

3. Короткий опис функціональної схеми

4. Синтез контуру струму

5. Синтез контуру швидкості

6. Моделювання вентильного двигуна

6.1 Датчик положення ротора

6.2 Релейний регулятор струму RRT

6.3 Інвертор напруги

7. Аналіз динамічних властивостей віртуальної моделі вентильного двигуна.

8. бездатчикового визначення швидкості вентильного двигуна

9. Висновок

10. Список використаної літератури.

1. Введення

Вентильний електродвигун - це тип синхронної машини, реалізований в замкнутій системі з використанням датчика положення ротора, системи управління (перетворювача координат) і силового напівпровідникового перетворювача. Часто їх також називають безконтактними двигунами постійного струму або зверненої машиною постійного струму. Цей тип двигуна створений з метою поліпшення властивостей двигунів постійного струму.

У вентильному двигуні (ВД) індуктор знаходиться на роторі (у вигляді постійних магнітів), якірна обмотка знаходиться на статорі. Напруга живлення обмоток двигуна формується залежно від положення ротора. Якщо в двигунах постійного струму для цієї мети використовувався колектор, то в вентильному двигуні його функцію виконує напівпровідниковий комутатор.

Основною відмінністю ВД від синхронного двигуна є його самосинхронізація за допомогою ДПР, в результаті чого у ВД частота обертання поля пропорційна частоті обертання ротора, яка залежить від напруги живлення.

Статор.

Статор має традиційну конструкцію і схожий на статор асинхронної машини. Він складається з корпусу, сердечника з електротехнічної сталі і мідної обмотки покладеної в пази по периметру сердечника. Кількість обмоток визначає кількість фаз двигуна. Зазвичай це трифазні, рідше чотирифазні двигуни.

За способом укладання витків в обмотки статора розрізняють двигуни мають зворотну електрорушійну силу трапецеидальной і синусоїдальної форми. За способом живлення фазний електричний струм у відповідних типах двигуна також змінюється трапецеїдально або синусоидально.

Ротор.

Ротор виготовляється з використанням постійних магнітів і має зазвичай від двох до восьми пар полюсів з чергуванням північного і південного полюсів.

Спочатку використовувалися ферритові магніти для виготовлення ротора. Вони поширені і дешеві, але їм притаманний недолік у вигляді низького рівня магнітної індукції. Зараз отримують популярність магніти рідкоземельних сплавів, так як вони дозволяють отримати високий рівень магнітної індукції і зменшити розмір ротора.

У двигунах великої потужності замість постійного магніту на роторі використовується електромагніт. Напруга живлення до нього подається через контактні кільця встановлені на роторі.

Датчик положення ротора.

Датчик положення ротора (ДПР) реалізує зворотний зв'язок по положенню ротора, виконує ту ж функцію, що і колектор в двигуні постійного струму. Його робота може бути заснована на різних принципах - фотоелектричний, індуктивний, на ефекті Холла, і т.д. Найбільшу популярність придбали датчики Холла і фотоелектричні, так як вони практично безінерційна і дозволяють позбутися запізнювання в каналі зворотного зв'язку по положенню ротора.

Фотоелектричний датчик, в класичному вигляді, містить три нерухомих фотоприймача, які по черзі закриваються шторкою обертається синхронно з ротором. Двійковий код, одержуваний з ДПР, фіксує шість різних положень ротора. Сигнали датчиків перетворюються керуючим пристроєм в комбінацію керуючих імпульсів, які керують силовими ключами, так, що в кожен такт (фазу) роботи двигуна включені два ключа і до мережі підключені послідовно дві з трьох обмоток якоря. Обмотки якоря U, V, W розташовані на статорі зі зрушенням на 1200 і їх початку і кінці з'єднані так, що при перемиканні ключів створюється обертове магнітне поле.2. Вихідні дані для проектування

Для подальшого дослідження в якості досліджуваного двигуна приймемо високомоментного двигун ДВУ2М215М-Ф потужністю 3 кВт і частотою обертання 3000 об / хв., Характеристики якого представлені в таблиці №1.

Умовне позначення двигуна серії ДВУ: ДВУ - двигун вентильний керований, де 215 - діаметр кола розташування центрів отворів на кріпильних фланці; М-умовна довжина сердечника статора.

Таблиця №1.

 Тип двигуна ДВУ2М215М-Ф [1] (для приводів подачі верстатів)

 Максимальна частота обертання nmax, об / хв 3000 Електромеханічна пост. часу Тм, мс 4,1

 Крутний момент при nmax М, Нм 40 Електромагнітна пост. часу Ті, мс 16,4

 Номінальний момент при n = 500 об / хв Мdo, Нм 47 Теплова постійна часу Тт, хв 80

 Тривалий момент при n = 0 Мо, Нм 48 Постійна оберт. моменту при 20С0 Км, Нм / А 1,37

 Номінальний струм фази при 20С0 Ido, А 36 Опір фази при 20С0 Rф, Ом 0,095

 Максимальний струм Imax, A 95 Индуктивность 2-х фаз послідовно L, мГн 3,1

 Маса двигуна виконання Т1, кг 57 Момент інерції ротора J, кгм2 0.0225

Розрахуємо параметри елементів силового ланцюга.

Еквівалентний активний опір двох фаз статора двигуна, включених послідовно:

Rе = Rдв = 2 Rф = 2 * 0,095 = 0,19 Ом.

Індуктивність двох фаз статора двигуна:

Lдв = 3,1 мГн.

Електромагнітна постійна часу якірного ланцюга:

.

Номінальна швидкість обертання двигуна:

.

Сумарний момент інерції приводу:

.

Механічна постійна часу:

.

Коефіцієнт зворотного зв'язку по швидкості:

, Приймемо

Коефіцієнт зворотного зв'язку по струму:

Задамося умовами обмеження параметрів системи і приймемо

З урахуванням цих умов приймемо коефіцієнт зворотного зв'язку по струму:

Приймемо km = 0.1.

- Коефіцієнти пропорційності між струмом і моментом; між кутовою швидкістю і ЕРС.

- Коефіцієнт передачі перетворювача.

- Число пар полюсів.

3. Короткий опис функціональної схеми

Для здійснення автоматичного регулювання необхідно виміряти сигнал зворотного зв'язку, потім цей результат у вигляді напруги порівняти (призвести алгебраїчне підсумовування) із заданим у вигляді напруги значенням регульованої величини і направити результат порівняння регульованим об'єкту. Зазвичай енергії вимірювального органу виявляється недостатньо для впливу на об'єкт регулювання, тому виникає необхідність у застосуванні підсилювального пристрою.

Регулятор струму якоря одержує на вхід сигнал заданіяс виходу регулятора швидкості і сигнал зворотного связіс виходу датчика струму. На виході він формує напругу управління. Сигнал зворотного зв'язку по струму знімається з датчика на основі трансформаторів струму, встановлених на стороні змінного струму. Датчик струму здійснює гальванічне розділення кіл керування від головних ланцюгів і посилення по напрузі.

На регулятор струму (РТ) покладаються також інші функції:

1. Установка завдання на перемикання відповідних пар транзисторів в залежності від різниці сигналів завдання струму і зворотного зв'язку по струму.

2. Забезпечення режиму гальмування електродвигуна.

У системах підпорядкованого регулювання вихідний сигнал регулятора швидкості є сигналом завдання токадля регулятора струму.

На регулятор швидкості і пов'язані з ним вузли покладаються додаткові завдання:

1. Обмеження сігналадопустімим значенням, яке може залежати від значення потоку двигуна Ф,

2. Обмеження швидкості зміни струму di / dt,

3. Формування необхідної жорсткості механічних характеристик електроприводу,

4. Прийом сигналів завдання швидкості двигуна,

5. Забезпечення зміни ЕД з певним прискоренням та ін.

4. Синтез контуру струму

Для забезпечення бажаних динамічних характеристик приводу приймемо як регулюючих пристроїв в контурі струму релейні елементи на кожну фазу двигуна. Використовуючи безінерційні властивості реле, можна налаштувати систему регулювання на граничне швидкодію, залежне від параметрів контуру швидкості. Наявність релейних елементів приводить в істотній нелінійності всієї системи в цілому. Якщо не вжити відповідних пересторог, то автоколивання, що виникають у релейного автоматичній системі, призводять до настільки значної зміни вихідної величини лінійної частини, що релейная система стає непрацездатною.

Для зменшення зміни вихідної величини необхідно або усунути автоколебания, або збільшити частоту можливих автоколивань. Останнє випливає з того, що модуль частотної характеристики лінійної частини сістемиобично із зростанням частоти прагне до нуля і, отже, чим вище буде частота автоколивань, тим буде менше зміна вихідної величини [2].

У зв'язку з цим важливого значення набувають способи збільшення частоти коливань або, якщо це можливо, усунення цих коливань.

Способи підвищення частоти автоколивань:

1. Зменшення гистерезиса b реле. При цьому пряма -b, паралельна осі абсцис, наближається до дійсної осі, точка перетину частотної характеристики релейного автоматичної сістемиі прямий b зміщується вгору. Збільшується частота автоколивань, зменшується їх амплітуда.

Недолік: Неможливо отримати частоти автоколивань вище частоти, одержуваної при нульовій петлі гистерезиса b = 0.

2. Введення негативного гистерезиса b. Змінюється напрямок перемикань, пряма -b пройде вище осі абсцис, частоти автоколивань збільшуються.

3. Зміна параметрів лінійної частини системи.

3.1. Зменшення електромеханічної постійної часу.

3.2. Введення внутрішнього зворотного зв'язку.

Застосовуючи відповідні зворотні зв'язки, можна змінювати параметри лінійної частини системи, а отже, і частоту можливих автоколивань.

Лінеаризація.

Релейний елемент є суттєво нелінійним елементом. Вихідна величина релейного елемента (керуючий вплив) змінюється стрибком, коли вхідна величина (керуючий сигнал) проходить порогові значення. В інтервалі між моментами часу, відповідними проходженню вхідний величиною порогових значень, вихідна величина релейного елемента незмінна.

Такі властивості релейного елемента дозволяють порівняно простими засобами коммутировать великі потужності, але пропорційність між вихідний і вхідний величинами тут відсутня.

Якщо одночасно з керуючим сигналом на вхід релейного елемента подавати додаткове періодичне вплив, то релейний елемент може за певних умов набути властивостей пропорційності. При цих умовах релейний елемент еквівалентний лінійному підсилювача. Характерною особливістю такого підсилювача є залежність коефіцієнта підсилення від «амплітуди» зовнішнього впливу А. Збільшення останньої зменшує коефіцієнт підсилення. Якщо в релейного системі створити високочастотні (порівняно із зовнішнім впливом) коливання, то релейная система набуває властивостей лінійної або пропорційної системи, причому настройка цієї останньої системи може здійснюватися за рахунок зміни «амплітуди» цих відносно високочастотних коливань. Роль фільтра в релейного системі буде грати її лінійна частина.

Додаткове високочастотне вплив, що здійснює линеаризацию релейного системи, може бути створене за допомогою вимушених коливань або автоколивань, якщо ці коливання існують і стійкі [2].

Процес лінеаризації аналогічний процесу модуляції. Релейний елемент являє собою модулятор, додаткове періодичне вплив відповідає несучій частоті, а зовнішній вплив (керуючий сигнал) - модулюючій сигналу.

Більш точно в релейному елементі при наявності додаткового періодичного впливу відбувається своєрідна широтно-імпульсна модуляція. Звідси випливає співвідношення між частотою модулюючого сигналу і несучої, при якій процес модуляції буде здійснено без істотних спотворень. Відношення частоти несучої до частоти сигналу має бути принаймні більше трьох [2]. Це накладає обмеження на швидкість зміни керуючого сигналу.

Лінеаризація автоколиваннями.

В якості додаткового періодичного впливу, що виробляє линеаризацию релейного системи, можуть бути використані автоколебания самої релейного системи, якщо частота їх така, що зовнішній вплив у порівнянні з ними можна вважати повільно змінюються.

Оскільки зазвичай частота автоколивань відносно низька, то для здійснення лінеаризації необхідно застосовувати способи підвищення цієї частоти автоколивань.

У таблиці № 2 наведені деякі передавальні функції прискорюючих елементів і їх характеристики.

Таблиця № 2.

 Вираз годографа Вид годографа

1

2

3

4

Виділимо з структурної схеми електропривода з синхронної машиною, включеної за схемою вентильного двигуна, контур струму (рис. 4.1).

Рис. 4.1

Передавальна функція лінійної частини системи, причому ступінь чисельника не більш ступеня знаменника.

, (4.0)

Вираз для частотної характеристики розімкнутої релейного системи без зони нечутливості має вигляд:

. (4.1)

Фізичний зміст виразу (4.1) полягає в тому, що результуюча частотна характеристика представляється у вигляді суми найпростіших характеристик, кратних непарних частотам. Це випливає з того, що вихідний сигнал релейного елемента, що має прямокутну форму, розкладається в нескінченну суму ряду Фур'є з непарними гармоніками (рис. 4.2.).

Рис. 4.2

Непарність прямокутних коливань щодо початку роботи релейного елемента визначає непарність гармонік.

- Частотна характеристика релейного автоматичної системи.

- Частотна характеристика системи без прискорює елемента.

- Частотна характеристика системи з пришвидшує елементом.

(4.2)

Характеристика релейного сістемиможет бути визначена по частотній або тимчасовим характеристикам або в деяких випадках по передавальної функції лінійної частини системи.

У подальших розрахунках будемо користуватися останнім методом.

Згідно [2], якщо передавальна функція така, що можна знайти її полюси, то характеристика релейного сістемиможет бути визначена через передавальну функцію (точніше через полюси передавальної функції) не у вигляді ряду, а замкнутої формі.

При дійсних негативних, які не кратних і ненульових полюсах передавальної функціісправедліво рівність:

, (4.3)

де- полюси передавальної функції лінійної частини системи.

- Число полюсів передавальної функції лінійної частини.

Рис. 4.3

Запишемо передавальну функцію лінійної частини системи без прискорює елемента:

(4.4)

Згідно з виразом (4.4), передавальна функція має всього один полюс.

(4.5)

(4.6)

Рис. 4.4.

В якості прискорює елемента, що підвищує частоту автоколивань в системі, приймемо. Вираз годографа УЕ згідно таблиці № 2 має вигляд:

, (4.7)

де.

Враховуючи рекомендації [2], призначимо параметри прискорює елемента:

(4.8)

На рис. 4.5 представлений годограф прискорює елемента, а також результуючий годограф лінійної частини контуру струму.

Рис. 4.5

Аналізуючи поведінку годографов на рис. 4.5 можна зробити висновок, що постійна часу прискорює елементасніжает результуючий годограф лінійної частини і його точку перетину з прямою -b. Уменьшеніеспособствует збільшенню автоколивань системи.

Слід зазначити, що збільшення коефіцієнта передачі прискорює елемента також збільшує частоту автоколивань, одночасно зміщуючи фазу вихідного сигналу в бік відставання. Результуючий коефіцієнт передачі лінійної частини контуру струму при цьому зменшується.

На рис. 4.6 приведена структурна схема лінеаризованого контуру струму. Для порівняння на осцилограф виведені сигнали контуру струму без лінеаризації (рис. 4.7).

Рис. 4.6

Рис. 4.7

Лінеаризовану контур струму, ми отримали можливість заміни релейного регулятора його коефіцієнтом передачі.

Розглянемо контур струму, представлений на рис. 4.8:

Рис. 4.8

Структурна схема контуру струму включає:

КРЕ - коефіцієнт передачі релейного елемента, Кп - коефіцієнт передачі перетворювача, R е - еквівалентний опір ланцюга статора,

Tе - електромагнітна стала часу статорной ланцюга.

Передавальна функція замкнутого контуру струму має вигляд:

, Або

. (4.9)

Наведемо її до стандартного вигляду:

, (4.10)

де

К еквівалентний коефіцієнт посилення замкнутого контуру струму,

Т01- еквівалентна стала часу замкнутого контуру струму.

(4.11)

(4.12)

Постійна часу Т01 вибирається виходячи з динамічних властивостей самого реле.

Призначають, проте дуже мале значення постійної часу практично не впливає на динамічні властивості системи.

Приймемо, тоді замкнутий контур струму можна представити безінерційним ланкою з коефіцієнтом передачі.

5. Синтез контуру швидкості

На рис. 5.1 приведена структурна схема контуру швидкості.

Рис. 5.1

Всі передавальні функції (ПФ) контуру швидкості розіб'ємо на дві частини: ПФ регулятора і ПФ об'єкта.

Під об'єктом будемо розуміти всі ланки, виключаючи регулятор:

. (5.0)

, (5.1)

де.

Регулятор швидкості (РС) приймемо пропорційно-інтегральним («ПІ»), наш РЕП прийме астатичний характер.

Задамося передавальної функцією розімкнутої системи типу «2-1»:

. (5.2)

Звідси можна знайти в загальному вигляді передавальну функцію РС:

. (5.3)

Звідси можна записати:

. (5.4)

Тут введено позначення:

. (5.5)

Постійна временіопределяется виходячи з максимальної швидкодії системи. Зазвичай приймають, гдечастота комутації силових ключів. У фізичних системах частота комутації ключів обмежується умовами нагріву і не виходить їх діапазону.

Приймемо, тоді.

Задамося, тоді

Коефіцієнт підсилення регулятора швидкості:

.

ЛАЧХ і ЛФЧХ отримані при синтезі системи, наведено на рис. 5.2.

Рис. 5.2

6. Моделювання вентильного двигуна

На рис. 6.1 приведена віртуальна модель РЕП синхронної машини, включеної за схемою вентильного двигуна, складена в пакеті Matlab 6.5.

Рис. 6.1

Схема на рис. 6.1 містить: двигун трифазний з постійними магнітами на роторі (М2), схему управління інвертором (RRT), інвертор напруги (Invertor1), шляховий датчик фазовий ПДФ (PDF). 6.1 Датчик положення ротора

Розглянемо структуру схеми за годинниковою стрілкою, починаючи з блоку ПДФ, представленого на рис.6.2.

Рис. 6.2

електропривод вентильний двигун

Вхідний величиною для ПДФ є кут повороту вала двигуна, а вихідним сигналом - вектор з шести одиничних імпульсів, зсунутих один щодо одного на 60 градусів (рис. 6.4). Це дає імітацію шести сигналів від чутливих елементів, розташованих рівномірно уздовж окружності і виробляють імпульси відповідно до просторовим розташуванням ротора. Так як ДПР реалізований у вигляді кінцевого автомата, то для його роботи необхідний тактовий сигнал, який подається тактового генератора TG. Розглянемо внутрішню структуру датчика положення ротора (DPR).

Слід зазначити, що ДПР реалізований за допомогою пакету моделювання Stateflow, який добре інтегрується з Simulink і входить в стандартний набір пакетів Matlab.

Пакет Stateflow задуманий і призначений для моделювання складних систем управління з можливістю розгалуження і утворенням циклів [18]. Пакет оперує подіями методом кінцевих автоматів. Автомат являє собою ланку, що здійснює перетворення вектора вхідних змінних XIN в вектор вихідних змінних XOUT. У пакеті Stateflow автомат представляється у вигляді графа, в нашому прикладі граф представлений алгоритмом ДПР [6]. Більш докладно про роботу пакету Stateflow можна дізнатися на сайті розробника Matlab або на російськомовному форумі Matlab [19]. Перевагою цього способу реалізації датчика положення є компактність схеми, простота реалізації, прозорість алгоритму, мала обчислювального навантаження на ЕОМ. Додаткова перевага ще й у тому, що алгоритм, реалізований у графі автомата, перетвориться в програмний код мови високого рівня (мова С), що виявиться корисним при розробці алгоритму обчислення швидкості, дискретного регулятора положення і швидкості.

Автомат, представлений на рис. 6.3, має 6 станів (рис. 6.4), в одному з яких автомат знаходиться доти, поки значення вхідної змінної a (кут повороту) не досягне значення, при якому відбудеться зміна сигналів на виході датчика. Зміна сигналів на виході датчика відбувається в тому випадку, коли значення вхідної змінної a перевищить значення велічіниілі стане менше значенія.6.2 Релейний регулятор струму RRT

Структурна схема RRT представлена ??на рис. 6.5.

Рис. 6.5

При спробі застосувати один регулятор струму для всіх трьох фаз не привели до бажаних результатів, тому для кожної фази прийнятий свій регулятор. Векторний сигнал з датчика положення розщеплюється на 6 компонентів, які утворюють дозвільні «поодинокі» сигнали для перемикання ключів інвертора відповідно до діаграми роботи комутатора (рис. 6.6).

Рис. 6.6

Діаграма перемикання ключів інвертора відповідає алгоритму комутації колектора двигуна постійного струму.

Дозволяють сигнали перемикання ключів множаться з напругою завдання струму і надходять на один з входів релейного регулятора. На другий вхід надходять струми зворотного зв'язку. 6.3 Інвертор напруги

На рис. 6.7 представлена ??структурна схема і нумерація ключів інвертора напруги.

Рис. 6.7

У тиристорному ЕП за трифазною мостовою схемою випрямлення перемикання тиристорів при живленні від мережі 50 Гц відбувається з кутовою частотою.

У транзисторних ЕП середня частота перемикань зазвичай знаходиться в межах, при цьому робоча смуга пропускання частот в два рази нижче. При цьому мінімальна постійна часу Т01 може прийматися. Якщо частоту комутації збільшити, то швидкодія також зросте [8].

На рис. 6.8 представлені фазні напруги статора двигуна.

Несинусоїдальность вихідної напруги призводить до несинусоїдальності характером струму в статорних обмотках і пульсаціям моменту двигуна. Ці пульсації особливо сильно проявляються при зниженій частоті і невеликому моменті інерції механізму, який приводиться в рух приводом. Тоді вони викликають нерівномірність обертання, а іноді і виникнення крокової режиму, коли двигун обертається із зупинками [14].

Рис. 6.8

Таким чином, несинусоїдальний характер напруги на виході випрямляча накладає обмеження на можливий діапазон регулювання швидкості приводу. Крім того, наявність вищих гармонік в кривій струму статора викликає збільшення втрат енергії в порівнянні в порівнянні з випадком живлення двигуна синусоїдальною напругою.

Рис. 6.9

Також для порівняння на рис. 6.9 наведені лінійні напруги статора двигуна.

7. Аналіз динамічних властивостей віртуальної моделі вентильного двигуна

Для аналізу динамічних властивостей віртуальної моделі вентильного двигуна, криві швидкості моментасняти на одному екрані осцилографа (рис. 7.1).

Рис. 7.1

Двигун розганяється при максимальній напрузі на номінальну швидкість при відсутності моменту опору, потім навантажується моментом, рівним.

З осцилограм моменту і швидкості двигуна видно, що момент двигуна не постійний, і крім пульсацій, обумовлених роботою релейних регуляторів струму, має ще й пульсації, аналогічні пульсаціям напруги на виході трифазного мостового випрямляча. Це пояснюється тим, що при постійному струмі фази I момент синхронного двигуна в функції повороту валаізменяется по сінусоіде.где- коефіцієнт пропорційності між струмом і максимальним значенням моменту. При, коли вісь фази збігається з віссю q, момент максимальний. Перемикання фаз відбувається пріі. При цьому. Звідси і відповідні цьому провали в кривій моменту [1]. Така симетрична щодо максимуму форма моменту говорить про те, що ДПР налаштований правильно. У даній моделі підстроювання ДПР проводиться завданням початкового кута, в реальному електроприводі - поворотом корпусу ДПР щодо корпусу двигуна.

При аналізі впливу параметрів двигуна на якість перехідних процесів слід зазначити, що при збільшенні числа пар полюсовуменьшается час розгону швидкості до сталого значення, тому увеліченіепріводіт до збільшення електромагнітного моменту і динамічного прискорення.

На рис. 7.2. представлена ??механічна характеристика РЕП на фазовій площині, побудована за допомогою графопостроителя.

Рис. 7.2

Вона виходить з тимчасових залежностей М (t) і w (t) шляхом виключення з них часу t. При розгоні ЕД годограф вектора електромеханічної характеристики проходить послідовно через точки D, C і досягає точки А. Характеристика наочно показує динаміку розгону двигуна. Також видно, що швидкість встановлюється без перерегулювання на рівні розрахункового значення.

Щоб показати астатичний характер РЕП, тобто абсолютну жорсткість електромеханічної характеристики (незмінність швидкості при зміні навантаження), система була навантажена моментом опору Мс = 47, Нм через 0,07с після початку розгону (рис. 7.1). Через появу струму, обумовленого навантаженням, в контурі струму виникає невелика перерегулирование, що, тим не менш, не позначається відчутно на осіданні швидкості (рис.7.2). Годограф вектора переходить з точки А в точку В.

Очевидно, що точки А, В, С лежать на одному рівні, паралельному осі абсцис і рівному розрахунковим значенням швидкості.

Рис. 7.3

На рис. 7.3 і рис. 7.4 наведені діаграми реверсу вентильного двигуна.

Слід зазначити високу швидкодію регульованого приводу, що залежить від настройки контуру швидкості. Високі динамічні властивості вентильного двигуна в порівнянні ДПТ з тиристорним управлінням досягаються за рахунок використання безінерційного контуру струму. Це досягається його лінеаризацією, яка проведена за допомогою паралельного включення в лінійну частину контура прискорює елемента (рис. 6.5).

Рис. 7.4

Рис. 7.5

При розгляді вентильной машини під обертається системі координат, можна помітити, що при постійному потоці збудження електромагнітний момент двигуна однозначно визначається поперечної складової токаподвіжной системи координат (рис. 7.5).

Поздовжня складова Токань створює корисного моменту, викликає споживання реактивної енергії і з економічної точки зору викликає лише додаткові втрати у вигляді нагріву двигуна [15]. Наявність реактивного струму пов'язано з еквівалентною постійної часу статорной цепіі перехресними зв'язками між поздовжньої і поперечної осями двигуна.

Насправді вона більше нуля завжди, що викликає появу струму. Усунення втрат домагаються включенням в контур реактивного токадополнітельного регулятора струму [15].

Рис. 7.6

Реактивний струм витрачається на збудження машини (рис. 7.5), який швидко спадає при виході двигуна на сталу швидкість. Відзначимо ще раз, що при появі навантаження виникнення реактивного струму неминуче.

На рис. 7.6 показані також напруги статора вентильного двигуна в координатах d, q, 0.

На рис. 7.7 зображена діаграма відпрацювання приводу з вентильним двигуном «малого» завдання швидкості, Uзс = 0.01, В.

Рис. 7.7

Регулятор швидкості не заходить в обмеження. Швидкість ротора встановлюється без перерегулювання, струм не досягає свого максимального значення.

Наявність вищих гармонік, накладених на основні вимірювані координати пов'язано дискретними сигналами управління релейного регулятора струму.

8. бездатчикового визначення швидкості вентильного двигуна

У більшості додатків, де необхідно отримання гарних характеристик електроприводу при мінімальній його вартості, найбільший інтерес викликають схеми бездатчикового векторного керування. Насамперед - це атомна енергетика, зокрема, перевантажувальні роботи, де необхідний більш високий (до 50: 1) діапазон регулювання швидкості і за умовами технології виключається можливість установки датчика положення на вал ротора двигуна. До подібних систем управління (СУ) пред'являються також підвищені вимоги по діапазону регулювання електромагнітного моменту - до 10: 1.

Стосовно до таких схем термін "бездатчикового управління" означає відсутність датчика швидкості на валу двигуна, а інформація про швидкість обертання і потокозчеплення двигуна витягується з виміряних струмів і напруг статора. Згідно [3], кутова швидкість електричного поляопределяется виразом:

(8.0)

де

- Потокосцепления статора в нерухомій системі координат.

- Число полюсів двигуна.

Структурна схема електроприводу з бездатчикового визначенням швидкості наведена на рис. 8.1.

Рис. 8.1

Обчислення швидкості виробляється в блоці W_Solve, зображеної на рис. 8.2.

Рис. 8.2

Перехід від трифазної системи координат до двофазної і назад виконується за допомогою формул перетворення координат. Змінні в новій системі координат знаходяться як сума проекцій в старій системі на осі нової системи координат.

або. (8.1)

Структура перетворювача координат (ABC - ab), зібраного за формулами (8.1) наведена на ріс.8.3.

Рис. 8.3

На рис. 8.4 зображені напруги і струми статора двигуна в нерухомій системі координат після фільтрації високих частот.

Рис. 8.4

Похідні потокозчеплення статора двигуна в нерухомій системі координат наведено на рис. 8.5.

Рис. 8.5

На рис. 8.6 зображені кінцеві сигнали, що беруть участь в обчисленні швидкості, а також швидкість двигуна при бездатчикового визначенні (рис. 8.7).

Рис. 8.6

Рис. 8.7

Більшість провідних світових виробників електроприводів Siemens, ABB, Schneider Electric, Hitachi, Danhfos та ін. Підтримують у своїх виробах всі три сучасні структури управління ЕД: скалярного, векторного датчикову і векторного бездатчикового. Причому, для останньої структури вказується діапазон регулювання швидкості до 50: 1. Досвід промислової експлуатації таких ЕП в Росії показує, що в зоні низьких швидкостей часто виникають коливання швидкості, усунути які настройками приводу не вдається і реальний діапазон регулювання швидкості помітно нижче [7].

Таким чином, основні проблеми, пов'язані з побудовою бездатчикового векторного електроприводу полягають у наступному [17]:

1) Спостерігач стану двигуна (ЕД), побудований на основі рішення повної системи рівнянь електричної рівноваги для статора і ротора за доступною інформації про напруги і токах статора, здатний забезпечити прийнятну точність обчислення потокосцепления і швидкості тільки в обмеженому діапазоні частот. Це пов'язано з відомою проблемою введення початкових умов при частотах, близьких до нульової. Практично всі способи вирішення даної проблеми пов'язані з введенням певного відхилення математичного опису спостерігача стану щодо реального об'єкта при роботі в області малих частот. Ці відхилення проявляються у вигляді помилки в обчисленні потокосцепления, швидкості, активної і реактивної складових струму.

2) Наступною проблемою є чутливість електроприводу до зміни його параметрів у процесі роботи. Перш за все, це відноситься до температурних змін активних опорів статора і ротора, а також до зміни взаємної індуктивності в залежності від струму ланцюга намагнічування. Одним з підходів до вирішення даної проблеми в побудові векторного регулятора і спостерігача стану ЕД є застосування регуляторів, грубих щодо параметричних збурень, зокрема, релейних регуляторів, що функціонують в ковзних режимах. Іншим підходом є параметрична адаптація, здійснювана в реальному часі при роботі приводу.

3) Третьою проблемою є отримання необхідної точності оцінки еквівалентних (усереднених на інтервалі розрахунку процесів в спостерігачі стану) значень струмів і напруг статора. На точність оцінки еквівалентних напружень в області малих частот основної гармоніки і високих частот модуляції істотно впливає «мертвий час» і затримки перемикання ключів інвертора. Зауважимо, що проблема точності вимірювання напруги на малих частотах в набагато меншому ступені проявляється у векторних електроприводах з датчиком швидкості / положення, так як швидкодіючий контур швидкості, замкнутий по реально измеряемому сигналу, здатний в значній мірі компенсувати помилки, пов'язані з динамічними неідеальних ключів інвертора.

9. Висновок

Сьогодні в розпорядженні розробників з'явилися відносно недорогі рідкоземельні магніти з матеріалу неодим-залізо-бор з високими енергетичними характеристиками. Зусиллями вчених вдалося довести температуру експлуатації таких магнітів до робочої температури механізму, а нанесення корозійно-стійких покриттів дозволило продовжити їх термін служби на весь час роботи електроприводу.

В даний час вентильні двигуни з постійними магнітами міцно завоювали позицію надійних, компактних і економічних електромеханічних перетворювачів енергії. Крім того, будучи дискретними за своєю структурою і маючи вбудований датчик положення ротора, вони без додаткових пристроїв стикуються з цифровими блоками управління, що дозволяє на їх базі легко створювати замкнуті системи електроприводів зі складною циклограми роботи.

Вентильні двигуни з рідкоземельними магнітами доцільно застосовувати не тільки в медицині і необслуговуваних механізмах, а й в авіаційній і космічній техніці.

10. Список використаної літератури

1. Донський Н.В. Регульовані електроприводи змінного струму / - Чебоксари: Вид-во Чуваш. ун-ту, 2007. - 204 с.

2. Ципкин Я. З. Релейні автоматичні системи. Головна редакція фізико-математичної літератури, вид-во «Наука», М., 1974, 576 стор.

3. Соколовський Г.Г. Електроприводи змінного струму з частотним регулюванням: підручник для студ. вищ. навч. заведений. М .: Видавничий центр «Академія», 2006. - 272с.

4. Анхімюк В., Опейко О.Ф. Проектування систем автоматичного управління електроприводами: Учеб. посібник для вузів .: Мн .: Вища. шк., 1986р - 143 с

5. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовський Г.Г. Управління електроприводами: Учеб. посібник для вузів .: -Л .: Енергоіздат, Ленингр. отд-ие, 1982р - 392 с.

6. Туренко Т.В. Застосування пакетів SIMULINK І STATEFLOW для моделювання гібридної системи прямого цифрового управління унітарно-кодовою датчиком СПБГУ "ЛЕТІ", м.Санкт-Петербург. -

Праці Всеросійської наукової конференції «Проектування наукових та інженерних додатків в середовищі MATLAB» Частина 5. Імітаційне моделювання. Simulink і Stateflow під заг. ред. І.В. Черних.

7. Корельський Д.В., Потапенко Є.М., Васильєва О.В. Огляд сучасних методів управління синхронними двигунами з постійними магнітами // Науковий журнал "Радiоелектронiка. Iнформатіка. Управлiння", 2001. - с. 155-159.

8. Панкратов В.В. Тенденції розвитку загальнопромислових електроприводів змінного струму на основі сучасних пристроїв силової електроніки // Силова інтелектуальна електроніка. Спеціалізований інформаційно-аналітичний журнал. 2005, №2, с. 27-31

9. Joachim Holtz. Sensorless Control of Induction Motor Drive. - Fellow, IEEE, Vol .90, No.8, Aug.2002 - Germany.

10. Kim Gauen and Jade Alberkrack. Three Piece Solution for Brushless Motor Controller Design. July, 2005- Rev. 5

11. J. P. Johnson, M. Ehsani, and Y. Guzelgunler. "Review of sensorless methods for brushless DC," presented at 1999 IEEE Industry Applications Conference, 1999.

12. P. P. Acarnley and J. F. Watson. "Review of position-sensorless operation of brushless permanent-magnet machines," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 53, pp. 352-362, Apr. 2006.

13. SimPowerSystemsTM Release Notes.

14. Binns K.J .; Sneyers B .; Maggetto G .; Lataire Ph. Rotor-position-controlled permanent magnet synchronous machines for electrical vehicles, ICEM '80, 1980, pp. 346-357.

15. Slemon, G. R .; Xian, L. Modelling and Design Optimisation of Permanent Magnet Motors, Electric Machines and Power Systems, vol. 20, no. 2, 1992, pp. 71-92.

16. Zhong L .; Rahman M.F .; Lim K.W. Modelling and experimental studies of an instantaneous torque and field weakening control scheme for an interior permanent magnet synchronous motor drive, ELECTRIMACS 1996, pp. 297-302.

17. А.Б. Виноградов, І.Ю. Колодін, А.Н. Сибірцев. Адаптивно-векторна система управління бездатчикового асинхронного електроприводу серії ЕПШ. - Стаття. http://www.vectorgroup.ru/articles/article12

Додаткові джерела інформації

18. www.elprivod.ru

19. www.exponenta.ru

[1] ЗАТ «Електротехнічні системи», Санкт - Петербург.

[2] Згідно з теоремою Котельникова

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка