Тороид. Производство электротехнической продукции
(49831) 4-66-21
(925) 790-73-23
toroid2011@mail.ru

Главная Продукция и услуги Статьи Полезная информация Сертификаты Награды Отзывы Контакты

Продукция и услуги

Перельмутер В. М.
Прямое управление моментом и током двигателей переменного тока

Научное издание
В редакции автора

Харьков
2004

В.М. Перельмутер Прямое управление моментом и током двигателей переменного тока. Моварос, 2004

© В.М.Перельмутер, 2004

Содержание книги
Прямое управление моментом и током двигателей переменного тока

Предисловие

Глава 1. Потокосцепления, токи и напряжения в трехфазных электрических машинах
1. Пространственные векторы потокосцепления, тока, напряжения
2. Уравнения трехфазного асинхронного двигателя
3. Синхронные двигатели с постоянными магнитами

Глава 2. Инверторы напряжения и матричные преобразователи
1. Силовые полупроводниковые приборы
2. Инверторы напряжения
3. Матричные преобразователи

Глава 3. Прямое управление моментом асинхронного двигателя (DTC)
1. Принципы управления
2. Характеристики процесса регулирования
3. Использование упрощенной модели для расчета характеристик
4. Способы улучшения характеристик электропривода с DTC
5. Особенности применения DTC для позиционных электроприводов
6. DTC для электроприводов с трехуровневыми инверторами
7. DTC в электроприводе с асинхронным двигателем двойного питания

Глава 4. Получение информации об управляемом процессе
1. Оценка координат электропривода
2. Применение скользящего режима для получения информации

Глава 5. DTC в электроприводах с синхронными двигателями с постоянными магнитами
1. Особенности применения DTC в электроприводах с PMSM
2. Оценка потока и скорости PMSM с применением скользящих режимов

Глава 6. Прямое регулирование тока в инверторах напряжения
1. Регулирование токов в электроприводах с АД и векторным управлением
2. Регулирование токов в электроприводах с синхронными двигателями с постоянными магнитами
3. Регулирование входного тока активного выпрямителя
4. Регулирование выходного тока активного фильтра

Глава 7. Прямое управление матричными преобразователями
1. Прямое управление моментом АД с матричным преобразователем
2. Регулирование тока в электроприводе с АД и МС

Список литературы

Предисловие

За последние 10-15 лет электроприводы переменного тока все более интенсивно внедряются в такие области, в которых ранее почти безраздельно господствовали электроприводы постоянного тока. Это стало возможным благодаря достижениям силовой и слаботочной электроники, а также существенному прогрессу в разработке методов управления такими электроприводами. Однако, как объект управления, электрические машины переменного тока являются более сложными, чем машины постоянного тока, поэтому теория управления первыми еще далека от завершения, о чем свидетельствует тот факт, что на научных конференциях по силовой электронике секции по электроприводу являются наиболее многочисленными, и почти все представленные на них доклады посвящены электроприводам переменного тока. Существенный толчок разработке новых методов управления электроприводами переменного тока дает и развитие микропроцессоров и цифровых сигнальных процессоров, предоставляющих техническую возможность реализовать все более усложняющиеся алгоритмы управления.

В настоящей книге рассматриваются электроприводы с наиболее простыми по конструкции двигателями: асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (кроме §3.7) и синхронные двигатели с постоянными магнитами. В качестве источника питания переменной частоты для этих двигателей в настоящее время почти исключительно применяются инверторы напряжения из-за их большей технологичности. В то же время ведутся достаточно интенсивные работы по созданию электроприводов с непосредственным преобразованием напряжения частоты питающей сети в напряжение переменной частоты- так называемые матричные преобразователи, которым также уделено внимание в книге. Инверторы напряжения и матричные преобразователи могут сформировать на своем выходе только ограниченный набор действующих напряжений, поэтому напряжение питания двигателя переменной частоты и амплитуды и близкое по форме к синусоиде формируется попеременной реализацией этих возможных напряжений - с помощью так называемой широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Наиболее распространенный способ управления электроприводами с использованием ШИМ для формирования выходного напряжения инвертора так называемое век горное управление, разработанное в 1972 г. [16]. Системы регулирования, построенные на этом принципе, являются системами подчиненного регулирования с внутренними котурами тока [171]. Они способны обеспечить высокое качество регулирования, но требуют точного знания параметров двигателя, которые могут быть неизвестны и изменяться в процессе работы.

В 1986 г. был предложен новый принцип управления [18], который не требует наличия подчиненных токовых контуров и ШИМ-метод прямого управления моментом асинхронного двигателя, в котором действующее в течение некоторого (обычно небольшого) интервала времени напряжение определяется выбранным на это время состоянием инвертора и зависит только от знаков ошибок регулируемых координат, т.е. фактически реализуется релейное управление. Для ограничения частоты переключения инвертора вводится гистерезис. Для электропривода неременного тока регулируемыми координатами в большинстве случаев являются момент двигателя и потокосцепление его статора, поэтому предлагаемый метод управления называется прямым управлением моментом. Этот метод управления имеет ряд достоинств: простоту реализации, высокое быстродействие, малую чувствительность к изменению параметров двигателя.

Интерес к этому методу значительно возрос после того, как с начала 90-х годов концерн ABB начал промышленные поставки электроприводов переменного тока на основе такого способа управления [64]. Сейчас интерес к этому способу управления весьма велик; на научно-технические конференции представляется большое число сообщений по тематике прямого управления моментом, организуются специальные заседания, посвященные ее обсуждению.

Однако применение предложенного метода не ограничивается только управлением моментом двигателя. Практически без изменений он может быть распространен на регулирование тока статора асинхронного или синхронного двигателя в синхронно вращающейся системе координат в электроприводах с векторным управлением. Далее, для получения сетевого тока близкого к синусоиде и без фазового сдвига по отношению к напряжению сети, а также для возможности рекуперации питание инвертора напряжения осуществляется от сети переменного тока через активный выпрямитель, выполненный на полностью управляемых ключевых элементах. Указанный принцип может быть также применен для управления током такого выпрямителя; тем самым имеется возхможность создать источник питания и управления двигателя, состоящий из двух одинаковых по силовой части и управлению модулей.

В связи с ужесточением требований к качеству напряжения питающих сетей расширяются области применения дополнительно устанавливаемых фильтров высших гармоник. Одна из возможностей для эффективной фильтрации состоит в использовании так называемого параллельного активного фильтра, представляющего собой активный выпрямитель с емкостной нагрузкой, включенный параллельно источнику высших гармоник и вырабатывающий ток, имеющий ту же форму, но противоположную фазу по отношению к высшим гармоническим тока этого источника, так что в токе сети высшие гармоники отсутствуют. Для регулирования тока в таком фильтре также могут быть использованы рассматриваемые методы. Из изложенного следует, что этот метод управления и регулирования обладает высокой универсальностью.

Рассмотрению упомянутых выше вопросов и посвящена настоящая книга. Первые две главы являются вводными. В них приводятся используемые в дальнейшем уравнения, описывающие поведение асинхронных и синхронных с постоянными магнитами электродвигателей, даются основные сведения о современных полупроводниковых приборах, о структурных схемах используемых в настоящее время инверторов напряжения и матричных преобразователей, и об основных способах управления ими. Включение этих глав в книгу вызвано стремлением облегчить ее чтение, особенно для студентов и начинающих инженеров, а также учетом того факта, что в последнее время количество русскоязычной литературы по данному вопросу весьма невелико.

В гл.З описываются различные варианты реализации систем прямого управления моментом асинхронного двигателя, даются основные характеристики системы и методы их расчета, приводятся современные методы улучшения характеристик систем управления. Описываются особенности применения систем прямого управления моментом в некоторых специфических случаях: при использовании трехуровневых инверторов напряжения, для позиционных электроприводов, дня управления асинхронным двигателем с фазным ротором. В современных исследованиях большое внимание уделяется вопросам получения информации об управляемом процессе без установки специальных датчиков, удорожающих установку и снижающих ее надежность. Эти проблемы рассматриваются в гл.4, где особое внимание уделено применению относительно нового метода скользящего режима для оценки координат и параметров асинхронного двигателя. В гл.5 рассматриваются вопросы применения систем прямого управления моментом к электроприводам с синхронными двигателями с постоянными магнитами.

Исследованы вопросы целесообразных законов регулирования потока статора, обеспечивающих наилучшее использование двигателя, а также применение скользящего режима для оценки его координат и параметров.

В гл.6 аналогичные описанным выше методы применяются для регулирования токов асинхронного и синхронного с постоянными магнитами двигателей во вращающейся системе координат, для управления активным входным выпрямителем инвертора напряжения и активным фильтром.

В гл.7 вопросы прямого управления моментом и током рассмотрены применительно к питанию асинхронного двигателя от матричного преобразователя.

Изложенные в книге вопросы в настоящее время не являются законченной устоявшейся теорией, а интенсивно развивающимся направлением научных исследований и практической реализации. По ряду вопросов не выработано даже единого взгляда на тенденции и перспективы развития. В первую очередь это относится к системам с матричными преобразователями. Под этим углом зрения и нужно рассматривать предлагаемую книгу не как законченную теорию, а как изложение современных методов и тенденций в одном из направлений силовой электроники и электропривода на основе разработок в этой области, выполненных в последнее время рядом исследователей, в том числе и автором книги, - с целью привлечь внимание научных работников и инженеров, работающих в области электропривода и преобразовательной техники, к рассматриваемым проблемам.

Скачать книгу "Прямое управление моментом и током двигателей переменного тока". Харьков, издательство "Мова рос", 2004

143502 МО, г.Истра-2, ул. Заводская, 43А. Тел. (49631) 4-66-21. E-mail: toroid2011@mail.ru