WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Её суть сводится к автоматическому поддержанию с заданным коэффициентом запаса 1,11,5 амплитуды вектора результирующего напряжения статора в зоне ослабления поля (начиная с некоторой скорости). По-существу, реализуется скользящий режим вдоль граничной механической характеристики с автоматическим уменьшением, как тока возбуждения, так и составляющей тока статора по оси «q». Предложенный метод управления в зоне ослабления поля является робастным и не требует параметрирования машины, он работает как в двигательном, так и в генераторном режимах.

С ростом максимальной скорости, на которой должен работать привод, усложняется работа регуляторов тока в системе векторного управления, вплоть до потери устойчивости. Теоретически и экспериментально установлена граница устойчивости в зависимости от числа пар полюсов ВИД и несущей частоты ШИМ:

(1)

Таким образом, видно, что с ростом максимальной скорости требуется увеличение несущей частоты работы ШИМ. Однако, допустимая частота для общепромышленных преобразователей частоты не превышает 10-20 кГц. С учетом этого факта, базовая структура системы векторного управления модернизируется. В зоне высоких скоростей производится автоматический переход на прямое токовое управление вектором тока с использованием 3-х канального релейного регулятора тока (Рис.8).

Рис. 8

Разработана соответствующая математическая, алгоритмическая и программная поддержка системы управления ВИП с переменной структурой, в том числе алгоритмов управления инвертором тока.

Сформулированы требования к аппаратной части системы управления. Предложено распределение программных ресурсов управляющего контроллера. На опытном макете двигателя ДВИ-3 произведены испытания системы векторного управления с переключаемой структурой. На рис.9 показано высокое качество формирования тока в фазе на скоростях, при которой обычная СВУ становится неустойчивой.

Рис 9.

Предложена методика настройки параметров дискретных автоматов, управляющих инвертором тока.

В четвертой главе рассмотрены вопросы разработки модульных аппаратных средств системы управления ВИП.

Рассмотрен вопрос выбора микропроцессорного устройства, которое отвечало бы требованиям по производительности и набору встроенной периферии. Анализируются 2 типа микроконтроллеров фирмы Texas Instruments семейства Motor Control (управление двигателями). Приводится сравнительная таблица характеристик микроконтроллеров, в которой отмечаются преимущества нового семейства TMS320F2810 по производительности, внутренней памяти, скорости работы АЦП, а так же по технологиям отладки программного обеспечения и осциллографирования параметров.

Формулируются требования к аппаратным функциям контроллера с учетом специфики силового преобразователя, интерфейса пользователя и датчика положения ротора. Распределяются аппаратные функции контроллера между отдельными блоками.

Разрабатывается архитектура контроллеров привода МК13.1 и МК17.1, ориентированных на построение модульных систем управления многосекционным ВИД с НВ. Контроллер МК17.1 является доработанной версией МК13.1, в котором существенно улучшена помехозащищенность аналоговых каналов, интерфейсов связи, модифицирован интерфейс датчиков положения. Предложен алгоритм калибровки аналоговых входов, позволяющий существенно поднять точность приема аналоговых сигналов. Контроллер МК17.1 (Рис. 10) запущен в мелкосерийное производство и является базовым для отечественной серии ВИП с НВ.

Рис. 10

Исследованы и оптимизированы конструкции 2-х типов встроенных датчиков положения ротора ВИД на дискретных элементах Холла и на аналоговых элементах Холла.

Преимущества датчиков на элементах Холла: число пар полюсов первичного датчика (магнитного кольца) совпадает с полюсной структурой электрической машины, что позволяет сразу получить датчик электрического положения; надежность первичного датчика; высокая предельная частота вращения вала; технологичность и простота изготовления; один уровень питания (+5В); невысокая стоимость.

Для обработки сигналов датчиков первого типа предложено использовать модуль захвата процессора событий с дополнительным программно-реализуемым блоком идентификации скорости и интерполятором электрического положения ротора. Этот тип датчика рекомендуется при диапазоне регулирования скорости до 100:1. Для более высокого диапазона регулирования (несколько тысяч к 1) предложены конструкции датчиков 2-ого типа. Приведены оценки по точности и максимальной скорости работы таких датчиков. Рассмотрены способы расположения чувствительных элементов (рис. 11 а, б).

Рис. 11

Экспериментально выявлены недостатки аналоговых датчиков и показаны способы их устранения. Разработано схемотехническое решение для повышения помехозащищенности передачи информации с датчика положения на аналоговых элементах.

Предложен алгоритм Калмановской цифровой фильтрации для синусно-косинусных сигналов датчиков положения. Рассмотрено математическое описание алгоритма. Реализована математическая модель фильтра в пакете моделирования MathLab, показаны результаты моделирования (Рис.12).

Рис.12

Алгоритм цифровой фильтрации, реализованный в контроллерах МК17.1, показал свою работоспособность даже в придельных ситуациях треугольного входного сигнала. Достигнутая на практике точность датчика положения с фильтром 1-2 эл. град.

Датчик абсолютного положения со скоростным помехозащищенным интерфейсом предложен для использования в мощных многосекционных ВИП. Он удовлетворяет главному условию – возможность подключения к нескольким принимающим устройствам. Рассмотрен ряд интерфейсов, обосновано использование SSI интерфейса. Разработан модуль сопряжения датчика положения с контроллером МК17.1. Приведены технические характеристики модуля. Главное преимущество предложенного решения – возможность удаленной установки двигателя (до 2040м) от преобразователя. Отсутствие запаздывания обеспечивается местным тактированием датчика от периферийного контроллера.

В пятой главе приведены результаты испытаний опытных образцов вентильно-индукторных двигателей с независимым возбуждением ДВИ-3. Экспериментальные исследования проводились для подтверждения расчетных механических характеристик двигателей, правильности работы созданной векторной системы управления.

На Ярославском электромеханическом заводе были изготовлены два экспериментальных вентильно-индукторных двигателя с независимым возбуждением ДВИ-3 номинальной мощностью 0.75 кВт, разработанных на кафедре ЭКАО в научной группе Русакова А.М., а так же два унифицированных силовых преобразователя «Универсал 7.5 ВИД», разработанных на кафедре АЭП.

Разработан автоматизированный стенд для исследования экспериментальных образцов, который представлял собой 2 соединенных через датчик момента испытуемых двигателя получающих питание от ПЧ с созданной системой векторного управления (рис. 13). Информация о внутренних переменных системы передается через внутрисхемный эмулятор в компьютер со специальной программной средой разработки Code Composer Studio.

Рис. 13

Проведены исследования в режимах холостого хода, короткого замыкания, а так же экспериментально определены механические потери в двигателях, КПД составил 84%. Подтверждена правильность работы векторной системы управления.

Произведены исследования статических и динамических характеристик ВИП с векторной системой управления. Результаты исследований отображены в осциллограммах разгона и реверса вала двигателя при различных значениях задания токов статора (Рис. 14).

Рис. 14

ВИП с векторной системой подтвердил хорошие показатели по динамике, что подтверждает возможность его использования в высокодинамичных электроприводах.

Достигнуты следующие показатели привода:

  • диапазон регулирования скорости 5000:1;
  • в том числе в зоне ослабления поля 4:1;
  • кратность пускового момента 2,5:1;
  • точность поддержания скорости не хуже 0.0001% от максимальной скорости;
  • КПД двигателя 85% (ДВИ-3 0,75 кВт).

В заключении обобщены основные результаты работы.

В приложении приведены электрические схемы встраиваемых датчиков положения;

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В работе получены следующие научные результаты:

  1. Разработаны 2-х типа системы управления ВИД с НВ:
    • система управления в режиме автокоммутации по датчику положения ротора с коррекцией угла коммутации в функции скорости;
    • векторная 2-х зонная 4-х квадрантная система управления;
  2. Разработано модульное ПО, включенное в состав библиотеки программ для комплектных ВИП, запускаемых в опытно-промышленную эксплуатацию;
  3. Предложен алгоритм работы ВИП с НВ с векторной системой управления в режиме ослабления поля и разработано соответствующее ПО;
  4. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение СУ при работе ВИП на скоростях выше номинальной с использованием прямого токового управления, расширяющие вдвое диапазон регулирования скорости;
  5. Разработаны и запущены в производство унифицированные контроллеры МК13.1 и МК17.1, предназначенные для построения модульных преобразователей частоты для ВИД с НВ.
  6. Разработаны конструкции встраиваемых датчиков положения на основе эффекта Холла (с аналоговым и дискретным выходом сенсоров), устройства сопряжения для пристраиваемых датчиков в многосекционных электроприводах, математическое обеспечение идентификации положения и скорости, цифровой фильтрации помех;
  7. Проведены испытания опытных образцов ВИП с векторной системой управления, которые подтвердили высокие точностные и динамические показатели этого типа привода.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

  1. Козаченко В.Ф., Жарков А.А., Дроздов А.В. Серия модульных встраиваемых микроконтроллерных систем управления для современного комплектного электропривода// Приводная техника 2007. Вып. 5. С.3-8
  2. Козаченко В.Ф., Обухов Н.А., Анучин А.С., Жарков А.А. Модульная микроконтроллерная система управления для отечественной серии преобразователей частоты «Универсал»// Труды V Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение» МКЭЭЭ-2003. Ч.1. Крым, -2003. С. 725-726.
  3. Анучин А.С., Жарков А.А. Синхронный электропривод с векторным управлением в режиме ослабления поля// Труды МЭИ. Электропривод и системы управления – 2002. – Вып.678. – С.72
  4. Анучин А.С., Дроздов А.В., Козаченко В.Ф., Жарков А.А. Цифровое векторное управление вентильным - индукторным двигателем с независимым возбуждением// Компоненты и технологии. – 2004. – Вып.8. – С.190
  5. Козаченко В.Ф., Жарков А.А., Дроздов А.В. Мультипроцессорная система управления многосекционным вентильно-индукторным электроприводом // Труды ХI Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты». г. Алушта, -2006. С.56-57

Печ. л. Тираж Заказ

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»