Системы асинхронного электропривода с частотным управлением и коррекцией динамических свойств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Марков Алексей Сергеевич

• Марков Алексей Сергеевич
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Марков Алексей Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

1.1 Особенности разработки электропривода переменного тока и его системы управления

1.2 Анализ и классификация методов управления

частотно-регулируемыми асинхронными электроприводами

1.3 Корректирующие устройства и наблюдатели переменных в асинхронном электроприводе

2 ЧАСТОТНО-ТОКОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ СО СТАБИЛИЗАЦИЕЙ ПУСКОВОГО МОМЕНТА

2.1 Математическая и структурная модели асинхронного двигателя

2.2 Построение системы частотно-токового управления асинхронным двигателем

2.3 Скорректированная система частотного электропривода на базе асинхронного двигателя с фазным ротором

2.4 Компьютерное моделирование скорректированной системы частотного электропривода на базе асинхронного двигателя с фазным ротором

3 СКОРРЕКТИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ЧАСТОТНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ НА БАЗЕ АСИНХРОННОГО КОРОТКОЗАМКНУТОГО ДВИГАТЕЛЯ

3.1 Разработка и исследование системы импульсного управления переменными на входе инвертора напряжения в составе преобразователя частоты со звеном постоянного тока

3.2 Разработка системы стабилизации пускового момента АД с помощью замкнутого контура регулирования ускорения, управляющего коммутатором в звене постоянного тока преобразователя частоты

3.3 Скорректированная система векторного управления с заданием

ускорения электропривода при пуске

3.4 Моделирование совместной работы транзисторного коммутатора и

транзисторов инвертора

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЧАСТОТНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НА ТРАНСПОРТНЫХ МЕХАНИЗМАХ

4.1 Особенности выполнения кинематических цепей металлургических транспортных механизмов, определяющие необходимость ограничения ускорения на начальном этапе пуска, и исследование динамических процессов с помощью компьютерного моделирования

4.2 Исследование на испытательном стенде временных характеристик частотного асинхронного электропривода с векторным управлением

4.3 Экспериментальные исследования схемы электропривода с понижающим

напряжение преобразователем в звене постоянного тока ПЧ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

ПРИЛОЖЕНИЕ З

ПРИЛОЖЕНИЕ К

157

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Системы асинхронного электропривода с частотным управлением и коррекцией динамических свойств»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Системы асинхронного электропривода с частотным управлением широко применяются на общепромышленных машинах, среди которых можно выделить большую группу транспортных механизмов, используемых, например, в металлургии. Для асинхронных электроприводов (ЭП), работающих при проценте включения до 40 % и более с частыми пусками и малыми интервалами работы в установившемся режиме, статическая нагрузка на двигатели обычно не превышает 50 % от номинального значения, а пусковой ток незначительно превышает номинальное значение, примерно на 10-30 %. Кинематические цепи механизмов общепромышленного, особенно транспортного, назначения во многих случаях имеют сложную многозвенную конструкцию с наличием упругих элементов, а также существенные погрешности: зазоры в зубчатых передачах редукторов, люфты в конвейерах с цепными передачами, слабина каната в тянущих лебедках и другие. При высоком уровне динамических нагрузок в электромеханических системах (ЭМС) возрастает износ и снижается эксплуатационный ресурс электродвигателей, элементов кинематических цепей и механизмов в целом. Поэтому важным является реализация начального этапа пуска электропривода с пониженным ускорением и выходом на пониженную скорость без рывка с дальнейшим разгоном до рабочей скорости с заданным ускорением, а также обеспечение минимального уровня колебаний вращающего момента приводного двигателя. В металлургии на транспортных машинах и агрегатах используются частотно регулируемые ЭП, выполненные в основном на базе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором (АДКЗ). В некоторых случаях при модернизации транспортных агрегатов оставляют ранее использовавшиеся асинхронные двигатели с фазным ротором (АДФР), заменяя неэкономичные системы параметрического управления на преобразователи частоты. Динамические свойства стандартных систем частотного асинхронного электропривода с частотно-токовым управлением (ЧТУ) и векторным управлением (ВУ), выполненных на базе автономных инверторов напряжения (АИН),

характеризуются колебаниями момента асинхронного двигателя (АД). Снижение амплитуды колебания момента АД, стабилизация ускорения и снижение динамических нагрузок в пусковых режимах электропривода могут быть обеспечены за счет использования систем управления с новыми корректирующими средствами, разработка которых является актуальной задачей, что является особенно важным для механизмов с упругой связью в кинематической цепи.

Объект исследования - системы коррекции асинхронных электроприводов с преобразователем частоты.

Предмет исследования - методы ограничения динамических нагрузок в асинхронных электроприводах с помощь корректирующих средств.

Цель работы - снижение динамических нагрузок в электромеханических системах с асинхронным электроприводом путем ограничения рывка на начальном этапе пуска за счет уменьшения ускорения в процессе выхода на пониженную скорость с дальнейшим разгоном с заданным ускорением до рабочей скорости и ограничение колебаний электромагнитного момента асинхронного двигателя с помощью новых корректирующих средств систем частотного управления.

Задачи диссертационной работы:

1. Анализ математической модели АД при управлении током статора и определение выражения для момента с использованием зависимостей между переменными, обусловленных взаимным положением и соотношением модулей векторов токов статора, ротора и тока намагничивания, которые могут быть идентифицированы при построении системы коррекции.

2. Разработка двухканальной системы коррекции электропривода на базе АДФР с частотно-токовым управлением, использующей измеренные значения фазных токов статора и ротора и обеспечивающей улучшение динамических свойств за счет демпфирования колебаний момента и уменьшение потребления активной энергии в процессе пуска.

3. Анализ воздействия импульсного коммутатора c релейным управлением и накопителем энергии, управляемого в функции ускорения асинхронного электропривода, на скорректированную работу преобразователя частоты и процесс

формирования выходных переменных автономного инвертора напряжения, управляемого релейными регуляторами фазных токов.

4. Разработка и исследование системы асинхронного электропривода на базе АДКЗ с ЧТУ и регулированием напряжения на входе инвертора с помощью импульсного коммутатора с релейным регулятором на основе обработки идентифицированного сигнала ускорения электропривода, обеспечивающей уменьшение рывка в кинематической цепи электропривода за счет ограничения ускорения в начальный момент пуска на пониженную скорость, поддержание заданного значения ускорения, уменьшение колебаний момента и снижение потребления энергии в течение пуска.

5. Разработка и исследование системы частотного асинхронного электропривода с векторным управлением и корректирующим импульсным регулированием напряжения на входе инвертора, действующей на основе обработки идентифицированного сигнала ускорения электропривода и обеспечивающей в течение пуска уменьшение рывка в кинематической цепи электропривода за счет ограничения ускорения в начальный момент пуска на пониженную скорость, поддержание заданного значения ускорения и уменьшение амплитуды колебаний упругого момента в двухмассовой ЭМС.

6. Создание экспериментальной установки и снятие осциллограмм мгновенных значений переменных в импульсной системе, корректирующей работу инвертора напряжения, питающего АД.

Научная новизна работы:

- усовершенствован метод коррекции электропривода на базе АДФР с частотно-токовым управлением, отличающийся построением двухканальной системы коррекции (регулирование амплитуды и введение дополнительного фазового сдвига в сигналы задания мгновенных значений фазных токов статора) и реализуемый на основе обработки измеренных фазных токов статора и ротора;

- разработан метод двухканального релейно-гистерезисного управления АИН, отличающийся одновременным релейно-гистерезисным регулированием напряжения на входе инвертора, осуществляемым в функции ускорения

асинхронного электропривода, и релейно-гистерезисным регулированием выходного трехфазного тока инвертора, обеспечивающий снижение количества коммутаций ключевых элементов АИН при пониженной частоте вращения электропривода.

- разработан метод импульсного регулирования напряжения на входе АИН в системах частотно-токового и векторного управления АД, расширяющий возможности управления пусковым моментом двигателя, отличающийся релейным принципом выработки сигнала управления импульсным коммутатором в функции отклонения от заданного значения идентифицированного ускорения электропривода, определяемого путем дифференцирования сигнала от датчика скорости механизма, с обеспечением уменьшения количества коммутаций ключевых элементов ПЧ в процессе пуска, снижения уровня колебаний момента АД, а также ограничением динамических нагрузок в ЭМС с упругой связью.

Обоснованность и достоверность результатов исследования подтверждается корректным использованием изученных научных и технических разработок, теоретических положений, приведенных в литературных источниках и выполненных ранее исследованиях.

Теоретическая значимость работы заключается:

- в разработке алгоритмов управления и коррекции свойств и характеристик асинхронных электроприводов при пуске;

- совершенствовании метода импульсного регулирования напряжения на входе АИН в системах частотно-токового и векторного управления АД, на основании выработки корректирующих сигналов, обеспечивающих поддержание заданного значения ускорения;

- реализации с помощью настройки системы управления асинхронным электроприводом возможности ограничения рывка в кинематической цепи ЭМС с упругими связями.

Практическая значимость работы.

Предложенные алгоритмы, системы управления и коррекции базируются на совершенствовании типовых схем частотного управления АД, что упрощает их

практическую реализацию.

Достигнутая в АД при частотно-токовом и векторном управлении стабилизация момента и ограничение рывка в кинематической цепи ЭМС с упругими связями повышает его востребованность для использования на промышленных машинах.

Реализация результатов работы.

Диссертация выполнена в ФГБОУ ВО «Липецкий государственный технический университет» (ЛГТУ). Внедрение результатов исследования проведено в ООО «НПП Синус».

Научные результаты, выносимые на защиту:

- полученная нелинейная зависимость момента АД от угловых переменных, формируемых в системе частотно-токового управления, и методика ее использования при настройке систем коррекции электропривода;

- система стабилизации пускового тока статора за счет коррекции сигнала задания амплитуды тока статора при частотно-токовом управлении АДФР, обеспечивающая выработку корректирующего сигнала на основании обработки сигналов фазных токов статора и ротора, получаемых с датчиков токов, с последующим расчетом взаимного положения соответствующих обобщенных векторов переменных и сравнения полученного результата с заданным значением;

- результаты исследования работы АДКЗ при частотно-токовом управлении с разработанным корректирующим устройством, использующим принцип коррекции переменных преобразователя частоты на основе идентификации ускорения электропривода и позволяющим выполнить начальный разгон электропривода без рывка;

- результаты исследования работы асинхронного ЭП с векторным управлением с предложенным корректирующим устройством, принцип коррекции переменных преобразователя частоты на основе идентификации ускорения ЭП, позволяющий выполнить начальный разгон ЭП без рывка при наличии упругой связи в механической части;

- результаты исследований импульсной системы понижения напряжения с

релейным принципом коррекции переменных преобразователя частоты на экспериментальной установке, основные закономерности и графики, полученные методом математического моделирования и на экспериментальной установке.

Диссертация соответствует паспорту научной специальности 2.4.2 - «Электротехнические комплексы и системы» (пп. 1-3).

Методология и методы диссертационного исследования. В диссертационной работе были использованы аналитические методы, программирование и имитационное моделирование.

Апробация работы. Достигнутые научные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены: на IV Всероссийской молодежной научно-практической конференции «Энергостарт» (Кемерово, 2021), VII Международной научно-практической конференции «Энергетика и энергосбережение: теория и практика» (Кемерово, 2023), IEEE 4th International Conference on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency (SUMMA) (Lipetsk, 2022), IEEE International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM) (Sochi, 2023).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, 2 из которых - в центральных журналах, рекомендованных списком ВАК, 2 - в трудах научных конференций, индексируемых в наукометрических базах Scopus, IEEE, 1 патент РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка, включающего 105 наименований. Общий объем работы - 158 страниц. Основная часть изложена на 128 страницах текста, содержит 98 рисунков, 100 формул, 11 таблиц.

1 АНАЛИЗ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА

1.1 Особенности разработки электропривода переменного тока и его системы

управления

Силовая электроника играет важную роль в современной промышленности, особенно в области преобразования трехфазного переменного тока в постоянный и обратного преобразования, что широко используется в устройствах большой мощности. Непрерывный прогресс в области силовой электроники привел к растущей потребности в более эффективных и высококачественных силовых полупроводниковых преобразователях [1]. К преобразователям предъявляются все более высокие требования по электромагнитной совместимости с промышленной сетью, КПД и другим показателям.

Большая часть промышленного энергопотребления приходится на электроприводы переменного тока, преобразующие электрическую энергию в механическую. Электроприводы переменного тока прошли путь от простых систем с разомкнутым контуром управления до сложных систем с замкнутым контуром управления с усовершенствованными механизмами управления с обратной связью [2]. Эти разработки значительно повысили производительность, надежность и универсальность асинхронных приводов в различных отраслях промышленности.

Постоянные усилия по повышению качества продукции и увеличению объемов производства тесно связаны с достижениями в области автоматизации промышленного оборудования [3-5]. Интеграция преобразователей силовой электроники в энергосистему обеспечивает оптимальную переработку энергии и приносит пользу конечным пользователям. Основные параметры трехфазной выпрямительной системы включают: качество входного тока, коэффициент мощности, энергоэффективность, управление динамической нагрузкой и надежность системы.

Технологические процессы требуют более быстрой реакции на переходные процессы и более высокой эффективности, поэтому используется все больше энергоэффективных и динамически стабильных систем управления электроприводом (СУЭП). Широкому внедрению приводов переменного тока с регулируемой частотой вращения способствовали последние достижения в электромеханической теории, усовершенствованное управление многомерными нелинейными системами и развитие микропроцессорной техники и силовой электроники [6, 9]. Инновации в полупроводниковых технологиях, в частности появление высокоскоростных интеллектуальных транзисторных переключателей (таких как IGBT-модули), улучшили возможность управления как величиной, так и частотой напряжения, подаваемого на асинхронные двигатели [9-11].

Центральным аспектом модернизации систем электропривода является разработка стратегий управления, которые точно соответствуют требованиям производственного процесса [12, 13]. Ключевыми факторами являются производительность, энергоэффективность и надежность внедряемой системы.

Например, для работы конвейера и рольгангов в процессе перемещения тяжелых полуфабрикатов требуется плавная и надежная работа, которая может быть достигнута за счет точного регулирования крутящего момента. Использование асинхронного привода переменного тока с замкнутым контуром управления обеспечивает эффективную работу конвейера при различных нагрузках. Рольганги часто работают в тяжелых условиях и требуют применения двигателя, способного выдерживать частые циклы «пуска-остановки». Асинхронный привод с коррекцией электрических переменных и регулировкой крутящего момента обеспечивает стабильность и надежность, необходимые для металлургических механизмов.

Механические характеристики, желательные для регулируемого привода общепромышленных машин, показаны на рисунке 1.1. Во многих случаях требуется ограничить рывок па начальном этапе пуска.

Рисунок 1.1 - Механические характеристики электропривода: 1 - с максимальной скоростью; 2 - пусковая; 3 - с пониженной скоростью; 4 - с

пониженным ускорением

Частотно-регулируемые приводы, включающие выпрямитель, звено постоянного тока и инвертор, играют центральную роль в современных системах приводов переменного тока, обеспечивая точную модуляцию частоты и напряжения для управления скоростью и крутящим моментом двигателя. Система управления имеет решающее значение для обеспечения стабильной работы в условиях изменяющейся нагрузки, особенно в таких агрегатах, как конвейеры, где поддержание постоянной скорости необходимо для технологического процесса, а стабилизация крутящего момента во время переходных процессов обеспечивает плавную работу механизма [8].

Скалярные системы с законом регулирования U/f = const часто используются в частотно-регулируемом асинхронном приводе роликовых конвейеров. Этот подход с применением регулируемого привода позволяет решить такие технические проблемы, как неравномерная нагрузка на ленту и неравномерное

распределение усилий между роликами, возникающие из-за неполной подгонки материала и корректировок настроек.

В системах цепных конвейеров, требующих регулировки скорости в заданном диапазоне и стабильной работы при различных нагрузках, используется технология векторного управления, в том числе без использования датчика скорости. Этот метод экономичного управления АД обеспечивает заданные пусковой момент и темп пуска. В качестве привода конвейера используются системы с асинхронным двигателем с фазным ротором (АДФР), а также системы с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором (АДКЗ).

Тот же принцип ориентации по потоку ротора может быть применен и к приводным системам вращающихся и подъемных механизмов, в которых используется АДФР. Такие системы должны точно контролировать положение и скорость вращения и поддерживать стабильную частоту вращения даже при изменении крутящего момента. Точное управление, необходимое для правильного функционирования оборудования, помогает снизить эксплуатационные риски и увеличить производительность при обработке материалов.

В соответствии с достижениями в области регулирования, многие современные системы управления основаны на широком использовании АДКЗ, известном своей надежностью [14]. Конструкция трехфазной выпрямительной системы переменного-постоянного тока направлена на минимизацию сложности и снижение затрат. Простота конструкции часто приводит к сокращению количества компонентов и повышению надежности.

В силовой электронике надежность определяется как вероятность того, что преобразователь будет работать без сбоев в течение определенного периода времени при заданных условиях эксплуатации [15]. Выход из строя компонентов, особенно в преобразователях силовой электроники, может привести к аварийному выходу из строя преобразователя частоты (ПЧ), что крайне нежелательно, так как влечет за собой затраты на восстановление эксплуатационных свойств оборудования, а также потери, вследствие простоя технологического агрегата. Ключевые показатели надежности включают частоту отказов, среднее время

наработки на отказ и среднее время простоя.

Чтобы оптимизировать эффективность работы электроприводов и продлить срок службы механических компонентов, важно поддерживать постоянную рабочую скорость, соответствующую обрабатываемому материалу. Следовательно, системы управления роликовыми конвейерами должны быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечивать точное регулирование скорости в определенном диапазоне.

1.2 Анализ и классификация методов управления частотно-регулируемыми асинхронными электроприводами

В современных промышленных системах транспортировки полуфабрикатов широко используются асинхронные регулируемые электроприводы.

Важным направлением развития СУЭП является создание энергоэффективных систем управления, обладающих высокой динамической стабильностью. Современные разработки в теории электромашин, теории управления многосвязными нелинейными объектами, а также достижения микроэлектроники и полупроводниковой техники сделали возможным широкое применение регулируемых асинхронных электроприводов [10, 16].

Разработка СУЭП осуществляется на основе эксплуатационных требований к электроприводу, полученных благодаря детальному анализу технологического процесса, который помогает определить статические и динамические характеристики системы, необходимые для соответствия требованиям технологического процесса. Основная цель - экономичное безаварийное, достаточно простое и легко реализуемое управление ЭП [17, 18].

Наиболее распространенным подходом к проектированию СУЭП является основанный на прототипе метод выбора стандартной системы управления и определения значений параметров в соответствии со спецификациями [19]. При внедрении принципов модульного проектирования система может быть собрана из стандартных модулей и адаптирована к требованиям конкретного

технологического процесса.

К оптимизации проектирования СУЭП можно подойти несколькими способами [20, 21]:

- параметрическая оптимизация включает в себя определение оптимальных значений параметров для данной структуры системы при заданных функциональных ограничениях для достижения наилучшей производительности;

- структурная оптимизация помогает найти решения, которые минимизируют сложность системы за счет использования простейших и физически реализуемых компонентов;

- функциональная оптимизация включает в себя определение законов управления, за которыми следует определение структуры системы и значений параметров для достижения оптимальной функциональности.

Важным способом поиска новых решений в области управления является прямой синтез систем управления и применение средств коррекции. При таком подходе структура, характеристики и параметры системы управления выводятся на основе известной модели объекта управления и заданной целевой функции с использованием усовершенствованного метода синтеза. При проектировании необходимо учитывать параметрические и функциональные ограничения, включая энергетические и информационные, поскольку не все переменные в системе можно измерить или наблюдать непосредственно. Эти ограничения влияют на выбор метода проектирования системы управления в зависимости от задачи [22].

Система управления с замкнутым контуром имеет два основных канала передачи данных:

- канал уставки, определяющий желаемое поведение системы;

- канал обратной связи, который предоставляет информацию о фактическом значении управляющей переменной в режиме реального времени, повышая точность работы системы.

Системы, основанные на обратной связи, широко используются в различных технических приложениях, в том числе благодаря их превосходной точности:

- регулирование скорости в широком диапазоне;

- система, которая требует сложного закона распределения сигналов;

- система группового привода для производственных механизмов;

- приложения со строгими требованиями к запуску, торможению и реверсу.

ПЧ являются важными компонентами систем управления электроприводами.

ПЧ с промежуточными звеньями постоянного тока помимо вентильных элементов обычно включают в себя конденсаторы или катушки индуктивности. Использование конденсаторов большой емкости приводит к тому, что выходное напряжение преобразователя имеет на выходе инвертора импульсный характер. Такие устройства называют ПЧ с автономным инвертором напряжения (АИН). Эти преобразователи позволяют регулировать как амплитуду, так и частоту выходного напряжения.

Появление запираемых транзисторных ключей и IGBT-модулей расширило возможности экономичного частотного регулирования асинхронного двигателя [23].

Некоторые виды ПЧ в системах управления АД можно классифицировать как преобразователи, понижающие или повышающие напряжение. Понижающие ПЧ снижают входное напряжение для соответствия требованиям двигателя. Они обычно используются в электроприводах низкой и средней мощности.

Повышающие преобразователи частоты, с другой стороны, увеличивают выходное напряжение, что делает их пригодными для электроприводов большой мощности [7].

ПЧ с автономным инвертором тока (ПЧ с АИТ) имеют более дорогой и не допускающий прерывания тока индуктивный L-фильтр на выходе выпрямителя [52, 59]. Система на основе АИН проще, т.к. имеет меньшее количество компонентов и не имеет обратного диода для шунтирования выключателя питания [24]. Однако система с АИН не поддерживает рекуперативное торможение, если только не добавлены дополнительные технические решения для облегчения рекуперации энергии в питающую сеть. Выходное напряжение АИН, типовая схема которого показана на рисунке 1.2, создается неуправляемым выпрямителем, управление выполняется АИН чаще всего за счет широтно-импульсной модуляции (ШИМ) [24, 25].

Рисунок 1.2 - Схема типового автономного инвертора напряжения

Прямое управление крутящим моментом напрямую регулирует крутящий момент и поток, выбирая состояния переключения ключей инвертора с помощью релейно-гистерезисных регуляторов, устраняя необходимость в преобразованиях координат переменных АД [11]. Регулятор обеспечивает быструю реакцию крутящего момента и устойчивость к изменениям параметров. Блок схема релейно-гистерезисного регулятора тока представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Блок схема релейно-гистерезисного регулятора тока: 1-3 - сумматор заданного тока и тока, полученного с электрической машины, 4-6 - гистерезисные блоки задания уставки тока, 7-9 - блоки инвертирования выходного сигнала для управления вентилями инвертора

напряжения

При этом методе управления сравнивают установленное значение тока с измеренным значением тока и генерируют импульс для управления переключателями инвертора, когда погрешность превышает заданный диапазон гистерезиса. Подход обычно используется в системах регулирования частоты с АИН, где на выходе генерируется импульсы напряжения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Марков Алексей Сергеевич, 2025 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Розанов, Ю.К. Основы силовой электроники / Ю. К. Розанов. // - М.: Энергоатомиздат, 2004. - 272 с.

2. Дацковский, Л.Х. Современное состояние и тенденции в асинхронном частотно-регулируемом электроприводе (краткий аналитический обзор) / Л.Х. Дацковский [и др.]. // - Электротехника, 1996. - No 10. - С. 18-28.

3. Ильинский, Н.Ф. Перспективы развития регулируемого электропривода / Н.Ф. Ильинский. // - Электричество, 2003. - No 2 - С. 2-7.

4. Ильинский, Н.Ф. Регулируемый электропривод. Энерго- и ресурсосбережение / Н.Ф. Ильинский. // - Приводная техника, 1997. - No 3. -С. 21-23

5. Башарин, А.В. Управление электроприводами / А.В. Башарин, В.А. Новиков, Г.Г. Соколовский. // - Л.: Энергоиздат. - Ленингр. отд-е. - 1982. - 392 с.

6. Бородина, И.В. Автоматический регулируемый по скорости электропривод с АС-машиной. / И.В. Бородина, А.М. Вейнгер, И.М. Серый, А.А. Янко-Триницкий. // - Электричество No 7, 1975. - С. 41-46.

7. Терехов, В.М. Системы управления электроприводов / В. М. Терехов, О. И. Осипов. // - М.: Академия, 2005. - 304 c.

8. Abu-Rub, H. High performance control of AC drives with MATLAB / H. Abu-Rub, A. Iqbal, J. Guzinski. // - Simulink models. - Chichester: Wiley, 2016. - 500 p.

9. Vazquez, S., Marquez, A., Aguilera, R. Advances in model predictive control for power electronics and drives / S. Vazquez, A. Marquez, R. Aguilera. // - IEEE Industrial Electronics Magazine, 2017. - Vol. 11, No. 1. - P. 20-33. - DOI: 10.1109/MIE.2017.2659018.

10. Зобов, И.Б. Семь различий преобразователей частоты и систем частотного регулирования [Текст] / И.Б. Зобов, Е.А. Киселева // -Теплоэнергоэффективные технологии, 2007. - No 2. - С. 11-18.

11. Wang, F., Zhang, Z., Davari, S.A. Advanced control strategies for DC-link voltage regulation in active front-end drives / F. Wang, Z. Zhang, S.A. Davari. DOI: 10.1109/TPEL.2018.2877718 // - IEEE Transactions on Power Electronics, 2019. - Vol.

34, No. 8. - P. 11979 - 11987.

12. Аранчий, Г.В. Тиристорные преобразователи частоты для регулируемых электроприводов / Г.В. Аранчий, Г.Г. Жемеров, И. Эпштейн. // - М.: Энергия. -1968.

13. Alsofyani, I.M. A review on sensorless control of induction motor drives / I.M. Alsofyani, Idris, N.R.N. // - Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016. - Vol. 66. - P. 111-121

14. Nowotny, D. Vector Control and Dynamics of AC drives / D. Nowotny, T. Lipo. // - UK: Clarendon Press. - Oxford, 1996. P. 440.

15. Krishnan, V. Electric Motor Drives: modeling analysis and control / Krishnan. V. // - VA: Virginia Tech, Blacksburg, 2001. - P. 653.

16. Holtz, J. Advanced control of AC drives: Challenges and solutions // IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2015. - Vol. 62, No. 12. - P. 481-491

17. Бернштейн, А.Я. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе / А. Я. Бернштейн, Ю. М. Гусяцкий, А. В. Кудрявцев, Р. С. Сарбатов. // - М.: Энергия, 1980. - 327 с.

18. Ключев В.И. Теория электропривода / В.И. Ключев. // - Учеб. для вузов. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 2001. - 704 с.

19. Грачева, Е.И. Анализ и оценка экономии электроэнергии в системах внутризаводского электроснабжения / Е. И. Грачева, А. Н. Горлов, З. М. Шакурова. DOI: 10.30724/1998-9903-2020-22-2-65-74. // - Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики, 2020. - Т. 22, № 2. - С. 65-74.

20. Белов А.И. Инверторы напряжения в системах электропривода. / А.И. Белов. // -М.: Энергия, 2006. 280 с.

21. Lysenko, O.A. The study of dynamic characteristics of an electric drive of centrifugal pump with taking into account tooth harmonics of induction motor / O. A. Lysenko. DOI: 10.1109/ICIEAM.2016.7911488. // - 2nd International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), 2016. p. 1 - 4.

22. Zheng, Yu-Jun. An AC/AC Buck Inverter with Three-Step Current Commutation for Series Dynamic Voltage Regulator: master thesis / Yu-Jun Zheng. // -

People's Republic of China: Department of Electrical Engineering National Sun Yat-sen University, 2018. - 60 p.

23. Кравченко, П.П. Основы теории асинхронных машин / П.П. Кравченко. // - Киев: Техника, 2019. - 218 с.

24. Белов, М.П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов - учебник для студ. высш. учеб. заведений / М. П. Белов, В. А. Новиков. // - 3-е изд., испр. - Москва: Академия, 2007. - 576 с.

25. Thanga Raj, C. Energy efficient control of three-phase induction motor-a review / C. Thanga Raj, S.P. Srivastava and P. Agarwal. // - International Journal of Computer and Electrical Engineering, vol. 1, no. 1, 2009. - p. 61-70.

26. Blamisa, B. Efficiency optimization of induction motor drive / B. Blamisa S.N. Vukosavic. // - Proc. ENEF, 2013. p. 1 - 5.

27. Боченков, Б.М. Алгоритм управления, обеспечивающий желаемое сочетание энергетических и динамических свойств электропривода переменного тока / Б.М. Боченков, Ю.П. Филюшов. // - Электротехника, 2011. - № 6. - С. 53-58.

28. Болотов, С.В. Системы управления электроприводами / С.В. Болотов, С. А. Селеванов. // - Могилев: Белорусско-Российский университет, 2021. - 31 с.

29. Епифанов, А.П. Основы электропривода: учебное пособие / А.П. Епифанов. // - 2-е изд., стер. - Санкт-Петербург: Лань, 2016. - 192 с.

30. Москаленко, В.В. Электрический привод: учебник / В.В. Москаленко. // -Москва: Академия, 2009. - 368 с.

31. Фираго, Б.И. Регулируемые электроприводы переменного тока: учебник / Б.И. Фираго. // - Минск: Техноперспектива, 2006. - 363 с.

32. Осипов, О.И. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод / О. И. Осипов. // - Москва: МЭИ, 2004. - 80 с.

33. Браславский, И.Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод: учебное пособие / И.Я. Браславский, З.Ш. Ишматов, В.Н. Поляков. - Москва: Академия, 2004. - 256 с.

34. Валов, А.В. Схемы импульсно-векторного управления электроприводом

переменного тока / А.В. Валов, Т.А. Функ, А.М. Журавлев, Н.Ю. Сидоренко. // -Электротехника, 2014. - № 10. - С. 27-29.

35. Вольдек, А.И. Электрические машины: учебник для студентов высш. техн. учеб. заведений / А.И. Вольдек. // - 3-е изд., перераб. - Ленинград: Энергия, 1978. - 832 с.

36. Mohan, N. Electric Drives: An Integrative Approach / N. Mohan. // -MNPERE, 2003. - 634 p.

37. Belerke, S. Enhanced Control of an Alternating Current Motor Using Fuzzy Logic and a TMS320 Digital Signal Processing / S. Belerke, R. Konlgbauer, C. von Altrock. // Application report. - Texas Instruments Inc, 1996. - 66 p.

38. Калачев, Ю.Н. Наблюдатели состояния в векторном электроприводе / Ю. Н. Калачев. // - ООО «Гамем», 2015. - 80 с.

39. Мещеряков, В.Н. Система оптимального частотного асинхронного электропривода с коррекцией по продольной составляющей тока статора / В.Н. Мещеряков, П. Е. Цветков. // - Известия вузов. Электромеханика, 2012. - № 3. - С. 36 - 39.

40. Мещеряков, В.Н. Асинхронный электропривод с поддержанием оптимального угла между моментообразующими векторами / В. Н. Мещеряков, П. Е. Цветков, О. В. Мещерякова. // - Вести вузов Черноземья, 2013. - № 1. - С. 1721.

41. Bose, B.K. Modern Power Electronics and AC Drives / B. K. Bose. // - New Jersey, USA: Prentice Hall PTR, 2002. - 711 p.

42. Holmes, D.G. Pulse Width Modulation for Power Converters: Principles and Practice / D. G. Holmes, T. A. Lipo. // - Wiley-IEEE Press, 2003. - 744 p.

43. Мещеряков, В.Н. Минимизация пульсаций крутящего момента в вентильно-индукторном приводе / В. Н. Мещеряков, А.С. Марков. // - Булатовские чтения, 2021. - Т. 2. - С. 178-181.

44. Калачев, Ю. Н. Наблюдатели состояния в векторном электроприводе / Ю. Н. Калачев. // - Москва: Самиздат, 2015. - 80 с.

45. Rashid, M. H. Power Electronics Handbook / M. H. Rashid. - 2nd ed. - 2005.

- 632 р.

46. Мещеряков, В.Н. Влияние дополнительного переключателя в звене постоянного тока на частоту коммутаций ключей инвертора / В.Н. Мещеряков,

A.С. Марков, П.С. Пономарев, Д.А. Беленов. // - Проблемы и перспективы развития энергетики, электротехники и энергоэффективности - Чуваш. гос. ун-т им. И.Н. Ульянова. Чебоксары, 2024. - Ч. 1. - С. 472 - 475.

47. Рудаков, В.В. Асинхронные электроприводы с векторным управлением /

B.В. Рудаков, И.М. Столяров, В.А. Дартау. // - Ленинград: Энергоатомиздат, 1987.

- 136 с.

48. Виноградов, А.Б. Векторное управление приводами переменного тока / А. Б. Виноградов. // - Иваново: ИГЭУ им. В.И. Ленина, 2008. - 298 с.

49. Усольцев, А.А. Частотное управление асинхронными двигателями: учеб. пособие / А.А. Усольцев. // - Санкт-Петербург: СПбГУ ИТМО, 2006. - 94 с.

50. Дементьев, Ю.Н. Система управления с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией трехфазного инвертора при частотном скалярном управлении асинхронным двигателем. / Ю.Н. Дементьев, К.Н. Негодин, Н.В. Кояин, Л.С. Удут. // - Известия высших учебных заведений. Электромеханика, 2016. - № 4. - С. 49-54.

51. Беленов, Д.А. Исследование процесса накопления энергии торможения асинхронного электропривода / Д.А. Беленов, А.С. Марков // Проблемы и перспективы развития энергетики, электротехники и энергоэффективности: материалы VIII Междунар. науч.-техн. конф.: в 2 ч. - Чуваш. гос. ун-т им. И.Н. Ульянова. - Чебоксары, 2024. - Ч. 1. - С. 475 - 481.

52. Мещеряков, В.Н. Скорректированные системы частотного асинхронного электропривода: учебное пособие: по направлению подготовки ВО 13.04.02 "Электроэнергетика и электротехника" / В.Н. Мещеряков, О.В. Данилова. // -Липецк: Издательство Липецкого государственного технического университета, 2022. С. 80.

53. Однокопылов, Ю.Н. Статические предельные характеристики асинхронного электропривода при частотном векторном управлении / И.Г.

Однокопылов, Ю.Н. Дементьев, Ю.В. Крохта и др. DOI: 10.14529/power180412. // -Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика», 2018. - Т. 18, № 4. - С. 109-120.

54. Pugachev, А. Comparative assessment of thermal processes in frequency converters / A. Pugachev; A. Kosmodamianskiy; N.Strekalov 10.1109/ICIEAM.2017.8 076328. // - International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). - St. Petersburg, 2017. р. 1-4.

55. Дартау, В.А. Теоретические основы построения частотных электроприводов с векторным управлением / В.А. Дартау, В.В. Рудаков, А.Е. Козярук. // - Москва : Энергия, 1980.

56. Monmasson, E. Presentation of a control law for IM drive based on the dynamic reconfiguration of DTC algorithm and a SVM-DTC algorithm / E. Monmasson, J.P. Louis. // - Mathematics and Computers in Simulation, 2003. - Vol. 63, № 3-5. - P. 321-333.

57. Мещеряков, В.Н. Асинхронные машины: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению / В.Н. Мещеряков, Д.И. Шишлин //. - Электроэнергетика и электротехника" / В.Н. Мещеряков, Д.И. Шишлин. - Старый Оскол: ТНТ, 2017. - 106 с.

58. Эпштейн, И. И. Автоматизированный электропривод переменного тока / И. И. Эпштейн. // - Москва: Энергоиздат, 1982. - 192 с.

59. Козярук, А.Е. Современное и перспективное алгоритмическое обеспечение частотно-регулируемых электроприводов / А.Е. Козярук, В.В. Рудаков. // - Санкт-Петербург, 2001. - 126 с.

60. Pugachev A. Efficiency increasing of induction motor scalar control systems / A. Pugachev. 10.1109/ICIEAM.2017.8076317. // - International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manu-facturing (ICIEAM). - St. Petersburg, 2017. р. 1-5.

61. Алексеев В.В. Анализ динамических режимов в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе при различных структурах и алгоритмах управления / Алексеев В.В., Емельянов А.П., Козярук А.Е. // - Электротехника, 2016. - №4.- С. 2-8.

62. Патент на полезную модель РФ №225004. Н02 27/06. Устройство для

управления электроприводом переменного тока. В.Н. Мещеряков, А.В Пикалов, А.С. Марков, Г.А. Терновских. Опубл. 11.04.2024. Бюл. №11

63. Усынин, Ю.С. Системы управления электроприводов: учеб. пособие / Ю. С. Усынин. // - Челябинск: ЮУрГУ, 2001. - 358 с.

64. Мищенко, В.А. Способ оптимального векторного управления асинхронным электродвигателем и электропривод для реализации этого способа: пат. № 2132110 Рос. Федерация / В.А. Мищенко, Н.И. Мищенко, А.В. Мищенко. -Опубл. 1999, Бюл. № 6.

65. Мещеряков, В.Н. Устройство для управления электроприводом переменного тока : пат. на полезную модель № 166655 Рос. Федерация / В. Н. Мещеряков, В.Н. Воеков ; патентообладатель ФГБОУ ВО «Липецкий государственный технический университет». - Заявл. 06.04.2016; опубл. 10.12.2016, Бюл. № 34.

66. Пикалов, В.В. Разработка регулятора, поддерживающего напряжение в контуре постоянного тока в случае кратковременного отключения напряжения питающей сети / В.В. Пикалов, А.И. Бойков, А.А. Муравьев, А.М. Евсеев // Мехатроника, автоматика и робототехника, 2018. - № 2. - С. 105-106.

67. Пронин, М.В. Силовые полностью управляемые полупроводниковые преобразователи (моделирование и расчет) / М. В. Пронин, А. Г. Воронцов. // -Санкт-Петербург: ОАО «Электросила», 2003. - 172 с.

68. Мещеряков, В.Н. Анализ инверторов тока и напряжения с системами релейного управления / В.Н. Мещеряков, Д.В. Ласточкин. // - Вести вузов Черноземья, 2016. - № 2. - С. 13-18.

69. Мещеряков, В.Н. Асинхронный электропривод с частотно-токовым управлением и системой коррекции сигналов задания амплитуды и частоты тока статора / В.Н. Мещеряков, А.А. Шпиганович, О.В. Мещерякова, В.В. Данилов. // -Вести вузов Черноземья, 2018. - №1. - С. 21-26.

70. Meshcheryakov, V. Correction of scalar control systems for frequency inductial electric drives to change the mutual orientation of the torque generating vectors of engine variables / V. Meshcheryakov, A. Evseev, A. Markov, A. Arnautov. - DOI:

10.1109/SUMMA57301.2022.9974152 // - 4-th International Conference on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency (SUMMA), 2022. - P. 546 - 549.

71. Meshcheryakov, V. Corrected System of Frequency-Current Control of Induction Motor with Phase Wound with Improved Energy and Dynamic Performance / V. Meshcheryakov, A. Markov, A. Boikov, A. Muravyev. - DOI: 10.1109/ICIEAM57311.2023.10139246 // - International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), 2023. - P. 479 - 484.

72. Данилов В.В. Повышение энергоэффективности работы систем частотного асинхронного электропривода металлургических транспортных механизмов. Дис. кандидат тех. наук: 05.09.03. - Губа. гостех. Университет, Липецк, 2019 - 182 с.

73. Емельянов, А.П. Скалярное управление асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором по активной составляющей тока статора / А.П. Емельянов, Б.А. Чуркин. // - Вестник ЮУрГУ. Серия "Энергия". № 3, 2014 - Т. 14. -С. 85-90.

74. Мещеряков В.Н. Оптимизация взаимного положения векторов тока статора и магнитного потока асинхронного двигателя с векторным управлением / В.Н. Мещеряков, П.Н. Левин. // - Известия вузов «Электромеханика», 2006. - №1. - С. 25-27.

75. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. / И.П. Копылов. // - М.: Высшая школа, 2001. - 327 с.

76. Рудаков В.В. Индуктивные электроприводы с векторным управлением / В.В. Рудаков, И.М. Столяров, В.А. Дартау. // - Ленинград: Энергоатомиздат, 1992. - 296 с.

77. Соколовский Г.Г. Приводы переменного тока с частотным регулированием / Г.Г. Соколовский. // - Москва: Академия, 2006 - 272 с.

78. Мещеряков, В.Н. Асинхронный электропривод с частотно-токовым управлением и системой коррекции сигналов задания амплитуды и частоты тока статора / В.Н. Мещеряков, А.А. Шпиганович, О.В. Мещерякова, В.В. Данилов. // -

Вести вузов Черноземья, 2018. - №1. - С. 21-26.

79. Pugachev A. Induction Motor Scalar Control System with Power Losses Minimization / A. Pugachev, A. Kosmodamianskiy. D0I:10.1109/ICIEAM.2019.87429 51. // - International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). Sochi, 2019. - P. 1-5.

80. Мещеряков, В.Н. Исследование процесса накопления тормозной энергии в частотном асинхронном короткозамкнутом электроприводе / В.Н. Мещеряков, Д.А. Беленов, А.С. Марков // Материалы международной научно-практической конференции. - Липецк, 2024. - С. 61 - 65

81. Поляков, В.К вопросу проектирования скалярных регуляторов обратной связи для частотно-регулируемых асинхронных электроприводов / В. Поляков, Д. Щербаков. DOI: 10.1109/ACED.2018.8341708. // - 17-я Международная Уральская конференция по электроприводам переменного тока (ACED). Екатеринбург, 2018. - С. 1-7.

82. Чжэ Чжан, Надежное бессенсорное скалярное управление приводами асинхронных двигателей с повышением крутящего момента на низких скоростях / Чжан Чжэ, М. Бацци Али. // - Международная конференция IEEE по электрическим машинам и приводам (IEMDC), Сан Диего, 2019. С. 1-9.

83. Мещеряков, В.Н. Повышение энергоэффективности асинхронного электропривода с управлением по вектору потокосцепления ротора / В.Н. Мещеряков, А.С. Марков, А.В. Арнаутов // Материалы IV Всероссийской молодежной научно-практической конференции «ЭНЕРГОСТАРТ». - Кемерово, 2021. С. 221-225.

84. Мещеряков, В.Н. Коррекция систем скалярного управления частотными асинхронным электроприводом / В.Н. Мещеряков, А.С. Марков. // - Материалы VII Международной научно-практической конференции «Энергетика и энергосбережение: теория и практика». - Кемерово, 2022. - С. 332 - 336.

85. Мещеряков, В.Н. Повышение энергоэффективности электродвигателя переменного тока / В.Н. Мещеряков, А.С. Марков // Цифровая трансформация в энергетике: материалы V Международной научной конференци - ФГБОУ ВО

«ТГТУ». - Тамбов, 2023. С 107-108.

86. Мещеряков, В.Н. Система управления электродвигателем переменного тока / В.Н. Мещеряков, А.С. Марков, Д.А. Беленов, П.С. Пономарев. // -Автоматизированный электропривод, робототехника и электроэнергетика: сборник материалов международной научно-практической конференции, посвященной 50-летнему юбилею кафедры электропривода ЛГТУ. - Липецк, 2024. С. 221-224.

87. Воронин, П.А. Системы управления частотно-регулируемого асинхронного электропривода: методические указания по курсу «Системы управления электроприводов» / П.А. Воронин. // - Оренбургский гос. ун-т. -Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2011. - 51 с.

88. Мещеряков, В.Н. Экспериментальные исследования частотного асинхронного электропривода с релейным управлением фазными токами статора и дополнительным коммутатором в звене постоянного тока преобразователя частоты / В.Н. Мещеряков, А.С. Марков, Д.А. Беленов, В.В. Пикалов. - DOI /10.18503/2311-8318. // Электротехнические системы и комплексы, 2025. - №2 1(66).

- С. 20-24.

89. Соколовский, Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием / Г. Г. Соколовский. // - М.: Academia. 2006. - 259 c.

90. Усынин, Ю.С., Импульсное управление асинхронным двигателем с фазным ротором / Ю.С. Усынин, А.В. Валов. // - Вестник южно-уральского государственного университета. Серия: энергетика, 2007. - No 8. - С. 24-26.

91. Герман-Галкин, С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: учеб. пособие. / С.Г. Герман-Галкин. // - СПб.: КОРОНА принт, 2001. - 320 с.

92. Черных, И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. / И.В. Черных. // - М.: ДМК Пресс, СПб.: Питер, 2007.

- 288 с.

93. Дьяконов, В.П. Математические пакеты расширения MATLAB / В.П. Дьяконов, В.И. Круглов. // - СПб.: БХВ-Петербург, 2001. - 480 с.

94. Дьяконов, В.П. МайаЬ 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 в математике и моделировании: Полное руководство пользователя / В. Дьяконов. // - М.: Солон-Пресс, 2003. - 576 с.

95. Мещеряков, В.Н. Система пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором / В.Н. Мещеряков, А.И. Бойков, А.А. Муравьев. // «Энергетические и электротехнические системы»: международный сборник научных трудов. - Магнитогорск, 2017. - С. 204-208.

96. Вешеневский, С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. - 6-е изд. исправл. / С.Н. Вешеневский. // - М.: Энергия, 1977. - 432 с.

97. Козлов, М.А. Эффективность внедрения систем с частотно-регулируемыми приводами / М.А. Козлов, А.А. Чистяков. // - Современные средства автоматизации, 2001. - № 1. - С. 76-82.

98. Герман-Галкин, С.Г. Цифровые электроприводы с транзисторными преобразователями / С.Г. Герман-Галкин, В.Д. Лебедев, Б.А. Марков [и др.]. // - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд.,1986. - 248 с.

99. Ключев, В.И. Ограничение динамических нагрузок электропривода / В. И. Ключев. // - М.: Энергия, 1971. - 380 с.

100. Борцов, Ю.А. Автоматизированный электропривод с упругими связями / Ю.А. Борцов, Г.Г. Соколовский. // - СПб.: Энергоиздат. СПб отд.-ние, 1992. - 288 с.

101. Борцов, Ю.А. Тиристорные системы электропривода с упругими связями / Ю.А. Борцов, Г.Г. Соколовский. // - Л.: Энергия, Ленингр. Отд.-ние, 1979. - 160 с.

102. Крюков, О.В. Системы интеллектуального электропривода переменного тока с релейными регуляторами и адаптивными корректирующими устройствами / О.В. Крюков, В.Н. Мещеряков, М.Н. Сычев и др. // - под ред. О. В. Крюкова и В.Н. Мещерякова. М.-Вологда: Инфра-Инженерия, 2022. 140 с.

103. Бадейкин, А.В. Синтез цифровых фильтров с использованием пакета программ МА^АВ / А.В Бадейкин, В.В. Геппенер, И.А. Корнеев. // - учебное пособие. СПб: издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2001. 73 с.

104. Финеев, А.А. Системы асинхронного электропривода с частотно-параметрическим управлением: дис. кан. техн. наук. Липецк: Липецкий государственный технический университет, 2004. 135 с.

105. Миронов, А.А. Асинхронные электроприводы с частотным управлением: математическое моделирование. / А.А. Миронов. // - М.: Высш. шк., 2009. 300 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное)

Исходные уравнения, описывающие асинхронный двигатель в системе координат

X, У

Таблица А.1 - Исходные уравнения, описывающие асинхронный двигатель в

системе координат X, У

Переменные и элементы АД Уравнения

Цепь обмотки статора и1у=11уК1 + ^+Ю1^1х

Цепь обмотки ротора 0-12уЯ 2+ 2у 2у 2 dt 1 2х

Потокосцепление обмотки статора = Ц1. + L 12 1х 1 1х т 2х ^ = + L 12 1у 1 1у т 2у

Потокосцепление обмотки ротора ^2 х = ^2 *2 х + — 1' + 1 2у 2 2у т 1у

Скольжение двигателя с — ю 3 — ю1

Скорость вращения ротора, приведенная к электрическим переменным ю — О • Р п

Электромагнитный момент О у М — Р т , ) 2 п Т Т Т? 2х 1х 2у / 1 2 т

Уравнение движения двигателя Л . л . Т ёО М — М — I- с dt

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (обязательное) Паспортные данные исследуемых двигателей

Таблица Б.1 - Исходные данные АДФР типа МТМ-21-6

Номинальная скорость п, об/мин 920

Число пар полюсов рп 3

Номинальный ток 1н, А 13,6

Номинальное скольжение Sн , % 0,08

Номинальная механическая мощность Рн, кВт 5

Номинальное линейное напряжение питания и, В 380

КПД в номинальном режиме пн, % 74,6

Коэффициент мощности двигателя cosфн 0,75

Кратность максимального момента X 2,5

Момент инерции двигателя Jдв , кг • м 0,115

Таблица Б.2 - Исходные данные АДКЗ типа МТК-21-6

Номинальная скорость п, об/мин 910

Число пар полюсов рп 3

Номинальный ток 1н, А 13,4

Номинальное скольжение Sн, % 0,09

Номинальная механическая мощность Рн, кВт 5

Номинальное линейное напряжение питания и, В 380

КПД в номинальном режиме пн, % 75,8

Коэффициент мощности двигателя cosфн 0,75

Кратность максимального момента X 3,1

Кратность пускового момента кпм 2,9

Кратность пускового тока кпт 4,3

Момент инерции двигателя Jдв , кг • м 0,125

Таблица Б.3 - Исходные данные АДКЗ типа МТКН-412-6

Номинальная скорость п, об/мин 920

Число пар полюсов рп 3

Номинальный ток 1н, А 81

Номинальное скольжение ¡н, % 0,08

Номинальная механическая мощность Рн , кВт 36

Номинальное линейное напряжение питания и, В 380

КПД в номинальном режиме пн, % 84,7

Коэффициент мощности двигателя созфн 0,82

Кратность максимального момента X 3,3

Кратность пускового момента кпм 3,1

Кратность пускового тока кпт 4,7

Момент инерции двигателя Jдв , кг • м 2,55

ПРИЛОЖЕНИЕ В (обязательное)

Переходные характеристики прямого пуска от сети асинхронного двигателя, применяемого для работы с ЧТУ (с нагрузкой 0,3 Мсн) и графики переходных процессов в нескорректированной и скорректированной системах ЧТУ

Рисунок В.1 - График переходного процесса момента АДФР

Рисунок В.2 - График переходного процесса частоты вращения ротора АДФР

Рисунок В.3 - График переходного процесса действующих значений тока АДФР

Рисунок В.4 - График механической динамической характеристики АДФР

Рисунок В.5 -Частота вращения АДФР в системе ЧТУ без коррекции и с

коррекцией

II 1 - Без коррекции

—2 - С коррекцией

1 2

1 1 с

О 0.5 1 1.5 2 2.5

Рисунок В.6 - Амплитудное значение тока АДФР в системе ЧТУ без коррекции и

с коррекцией

М Н*м

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Рисунок В.7 - Момент АДФР в системе ЧТУ без коррекции (1), в системе с

коррекцией (2)

1« 80 60 40 20

0.5

1.5

а

2.5

б

в

Рисунок В.8 - Графики частоты вращения (а), момента (б); Ф0 (в); при пуске, коррекция действует только в пусковом режиме системы ЧТУ АДФР и после

разгона отключается

ПРИЛОЖЕНИЕ Г (обязательное)

Блоки компьютерных моделей частотно-токовой системы управления АДФР и

системы с векторным управлением АДКЗ

Рисунок Г.1 - Блок формирования синусоидального сигнала, исходя из сигналов с блоков задания частоты вращения ротора и тока

Рисунок Г.2 - Блок формирования задания тока

Ои11

Рисунок Г.3 - Блок формирования задания частоты вращения

Рисунок Г.4 - Блок формирования задания частоты вращения

Рисунок Г. 5 - Блок формирования задания частоты вращения с заданием на

ограничение начального ускорения

Рисунок Г.6 - Блок системы управления переключателем DC-звена с узлом

начального ограничения ускорения

Рисунок Г.7 - Блок релейного регулятора тока

г—I-

1а" 1Ь' \- <-

1с* Ри^ез 1а *- М |

1Ь <4 М |

1с [

Г

Н1

« 'ПЛ

1гас1 дельта «*6

Рисунок Г. 8 - Схема компьютерной модели электропривода с ЧТУ

Рисунок Г.9 - Блок системы управления переключателем DC-звена в системе ВУ

Рисунок Г.10 - Блок системы управления инвертором

ПРИЛОЖЕНИЕ Д (обязательное)

Устройство для управления электроприводом переменного тока

РОССИЙСКАЯ ФЬДИГАЦНЯ

225 004,,3) и1

(51) МПК Н02Р27/06 < 2006.01)

"2> ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ

{52) СПК

Н02Р27Л6 (2024.01}

(21Н22} Заявка. 2023126513. 16.10.2023

а срока действия

Дата регистрации: 11.04.2024

Приоритеты):

(22) Дата подачи заявки. 16.10.2023

(43) Опубликовано: 11.04.2024 Еюя. № 11

Адрес дня пере пне хн:

398055, г. Липецк, ул. Московская, 30, ЛГТУ

(72) Авторы):

Мсшсряков Виктор Николаевич (В.Щ Пикапов Владимир Владимирович (КЦ), Марков Алексей Сергеевич (1Ш), Тсрновскнх Глеб Андреевич (ИЦ)

(73) Патентообладателей): Федеральное госу дарственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования 'Липецкий государственный технический университет- (ЯЦ)

(56) Список документов, цитированных б отчете о поиске: ЙГ 166655 и1,10.122016. Ки 112554 Ш,100Ш12.йи 2362264 С!,20.07.2009. Ш 5155671 А1.13.10.1992. ГО 4128052 А1, 05.12.1978

э ас

(54| УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

(37) Реферат:

Полезная модель относится к устройствам частотного управления электроприводом переменного тока. Технический результат, заключающийся в улучшении стабилизации ускорения электропривода в процессе пуска, достигается тем. что а устройстве для управления асинхронным электроприводом переменного тока, содержащем нерегулируемый диодный выпрямитель, к выходам которого подключен конденсатор. инвертор на полностью управляемых вентилях, соединенные между собой через сглаживающий реактор, запираемый транзисторный ключ и обратный диод, создающий цепь протека ння для гака статора при отключенном транзисторном ключе, фильтрующую конденсаторную батарею, подключенную к выходам инвертора параллельно обмоткам статора двигателя, управления инвертором содержит

7} С

датчики фазных г око в. напряжений статора и скорости, формирует задание на разницу скоростей вращения поля статора и ротора и управляет электроприводом с помощью реализации замкнутых контуров с заданием и сравнением с измеренными значениями, фазных напряженно статора с подачей сигналов на рслсяно-гнстерсзнсные регуляторы, модуля тока статора н скорости, система управления транзисторным ключом содержит релейно-гиетсрсзисный регулятор, на входе которого определяется разность сигналов гадания ускорения и рассчитанного ускорения путем вычисления производной от скорости электропривода. Это позволяет при превышении ускорением заданного значения коммутировать транзисторный ключ и регулировать ток в обмотках статора, а также момент двигателя и ускорение. 1 нл.

ПРИЛОЖЕНИЕ Е (справочное)

Сравнение мгновенных значений фазных токов АД в нескорректированной и

скорректированной системах с ЧТУ

Рисунок Е.1 - Сравнение мгновенных значений фазных токов АД в нескорректированной и скорректированной системах с ЧТУ

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж (справочное)

Сравнение энергетических характеристик АД в нескорректированной и скорректированной системах с векторным управлением

¿х!04 Р, Вт

1 1 1 - Без коррекции —2 - С коррекцией

1 ух

~ й 2

1 1 1, С

О 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

Рисунок Ж.1 - Потребление активной мощности АД в скорректированной и нескорректированной системах ЭП с ВУ в режиме пуска

¿XI О4 вар

I 1 г I - Ьез коррекции - 2 - С коррекцией

-

А /

1 1 2 I I

0 0,5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

Рисунок Ж.2 - Потребление реактивной мощности АД в скорректированной и нескорректированной системах ЭП с ВУ в режиме пуска

Разница потребления электроэнергии в скорректированной и нескорректированной системах была получена в программной среде.

Основная математическая идея кода - сравнение энергопотребления скорректированной и нескорректированной систем, путем вычисления интеграла мощности по времени и анализа разницы в процентах.

(•ь 1

\ Д X)бх * -X (х,+1 + X1 )(f(х 1) + f(х 1 +1))

1=1

где х 1 - точки времени; f (х 1) - значения мощности.

ПРИЛОЖЕНИЕ З (справочное)

Программы расчета частоты переключений коммутаторов и потребления

активной мощности

» % список осциллограмм коммутаторов в скорректированной и нескорректированной системах komutlist = {'KOMUTll', 'K0MUT12', 'K0MDT131, 'К0ЮТ14', 'KOMUTIS', 'KQMDT161, ...

'K0MUT21'r 'KOMUT22', 'KOMOT23', 'KOMUT24', 'KOMUT25', 'KOMUT26', 'KQMDTSW'}; switch_counts_on = zeros (sise (komut_list} ) ;

% период работы системы, секунды Т = 1.4;

% подсчет переключений коммутаторов(0->1) for i = 1 : length (komut_list)

signal_values = eval([komut_list{i} 1.signals.values1]}; switch_counts_on (i) = sum(diff(signal_values) = 1);

% общее количество переключений (0->l + 1->0) switch_counts_total = switch_counts_on * 2;

% вычисление суммы переключений для систем

sum_be2 = sum(switch_counts_total(1:6}}; %

sum_s_kor_inv = sum(switch_counts_total(7:12}}; %

sum_s_kor_sw = switch_counts_total(13); %

sum s kor total = sum s kor inv + sum s kor sw; %

K0MUT11-K0MÜT16 KQMUT21-K0MUT2 6 KOMUT_SW

Все коммутаторы +

с DC-звено

delta = sum_bez - sum_s_kor_total; %Бычисляем разницу переключений в скорректированной и нескорректированной системах

% вывод результатов

for i = 1:length(komut_list)

fprintf('Переключений в %s (0->l}: %d, всего: %d\n*f ...

komut_list{i>, switch_counts_on(i}, switch_counts_total(i}};

fprintf('Переключений без коррекции: %d\n', sum_bez}; fprintf('Переключений с коррекцией (инвертор}: %d\n', sum_s_kor_inv}; fprintf('Переключений K0MUT_5W: %d\n'r sum_s_kor_sw}; fprintf('Всего с коррекцией: %d\n', sum_s_kor_total}; fprintf('Разн Пере ключений Пере ключений Пере ключений

„й переключений: %d\n' delta]

КОШТ 11 (0- >1) : 8291, всего: 16582

КОШТ 12 (0- >1) : 82 92, всего: 16584

КОШТ 13 (0- >1) : ■52 34, всего: 164 68

КОШТ 14 (0- >1) : 32 35, всего: 16470

КОШТ 15 (0- >1) : 822 b, всего: 16452

КОШТ 16 (0- >1) : 8225, всего: 16450

комот21 (0- >1) : ¿282, всего: 12564

кошт г г (0- >1) : 6282, всего: 12564

КОШТ 2 3 (0- >1) : 6244, всего: 12 488

КОШТ 2 4 (0- >1) : 6244, всего: 12 488

КОШТ 2 5 (0- >1) : 62 82, всего: 12564

КОШТ 2 6 (0- >1) : 62 82, всего: 12564

КОШТ 5И [0 ->1> 3040 всегс 6080

Пере ключений Пере ключений Пере ключений Пере ключений Пере ключений Пере ключений Пере ключений

Переключений без коррекции: 99006 Переключений с коррекцией (инвертор}: 75232 Переключений KOMUT_SW: €080 Всего с коррекцией: 81312 Разница переключений: 17€54

Рисунок З.1 - Программа расчета количества коммутаций переключателей инвертора и DC-звена для скорректированной и нескорректированной системы

управления с ЧТУ

pi.time - временные точки потребления активней мощности для двигателя без коррекции pi.signals.values - значения мощности двигателя без коррекции

p2.time - временные точки потребления активной мощности для двигателя с коррекцией р2.signals.values - значения мощности двигателя с коррекцией

Ч Вычисление интеграла мощности по времени, измерение разницы в процентах energyl = trapz(pi.time, pi.signals.values); energy2 = trapz(p2.time, p2.signals.values);

energy_diff_percent = ((energyl - energy2) / max(eneigyl, energy2)) ( 100; if energyl > energy2

fpiintf{'Двигатель бев коррекции потребляет больше энергии (на %.2f%% больше) Лп1, absjenergy diff percent)) fprintf (1 ДЕИгате.-ь с коррекцией бо.-ызе энергии (на %. 2f%% больше) .\г.abs (energy diff percent)); Двигатель беэ коррек£ЛИ потребляет больше энергии (на 3.01% больше).

Рисунок З.2 - Программа расчета потребления активной мощности за момент выхода на номинальную частоту вращения векторной СУ АДКЗ

ПРИЛОЖЕНИЕ И Фотографии металлургических транспортных механизмов

Рисунок И.2 - Фото роликового конвейера

Рисунок И.3 - Общий вид транспортирующего наклонного ленточного конвейера

ПРИЛОЖЕНИЕ К

(справочное) Акт о внедрении

Общество с ограниченной ответственностью «Научно-производственное предприятие Синус»

399560, Липецкая обл., Тербунский р-он, д. Васильевкэ, ул. Хуторская, д. 5, кв.1 тел.: [phone]; е-таИ: [e-mail] ОГРН: 1204800013153 ИНН/КПП; 4815007460/481501001 N8 р/с: 40702810435000016346, открыт в Липецкое отделение N98593 ПАО Сбербанк ИНН: 7707083893, ОГРН: 1027700132195, БИК: 044206604, к/с: 30101810800000000604

Акт внедрения

результатов, полученных в диссертационной работе Маркова Алексея Сергеевича, выполненной на тему «Системы асинхронного электропривода с частотным управлением и коррекцией динамических свойств» для металлургических транспортных механизмов.

Настоящий акт подтверждает внедрение результатов исследования в диссертационной работе Маркова A.C. импульсной системы с релейным принципом коррекции переменных преобразователя частоты, позволяющие достигнуть, а перспективе, снижение на уровне до 60% коммутационные потери на полупроводниковых ключах преобразователя за счёт внедрения коммутатора в звене пос1с№№->о>о гола. Дополнительно, это позволяет снизить в перспективе гармонические искажения в точке подключения преобразователя к сети переменного напряжения, добиться повышения ресурса работоспособности аппаратов и оборудования и электромагнитной совместимости системы в целом. Результаты подтверждаются компьютерным имитационным моделированием и экспериментальными исследованиями, имеют высокий внедренческий, инновационный потенциал с указанной в диссертационной работе научной новизной и значимостью.

Данные разработки используются при проектировании и отладке систем на базе частотных преобразователей с повышенными требованиями к качеству потребляемой электроэнергии и показателям качества электроэнергии.

^ 18.11.2024 г.

Генеральный директор

ООО «НПП Синус»

Рисунок К.1 - Акт о внедрении