CC BY
78
УДК 621.313.3
АСИНХРОННЫЙ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД САМОХОДНОГО ВАГОНА С ОПТИМИЗИРОВАННОЙ СКАЛЯРНОЙ СИСТЕМОЙ
УПРАВЛЕНИЯ
Р. Т. Шрейнер*, A.B. Костылев*,С.И. Шилин**, А.И. Хабаров**
^Уральский федеральный университет, Россия, г. Екатеринбург a.v.kostylev@ustu.ru ** 1А() «Автоматизированные системы и комплексы» asc@asc-ural. ги
Актуальность работы
Статья посвящена модернизации скалярных систем частотного управления асинхронными электроприводами с позиций обеспечения комплексной оптимизации как статических, так переходных процессов. Рассматриваются структура модернизированной системы, процедуры расчета законов управления двигателем в статических и динамических режимах работы и результаты сравнительного математического .
Основные проблемы и решения
В современных электроприводах переменного тока с частотным
-
вания - скалярная и векторная. Скалярные системы отличаются относительной простотой, менее критичны к изменению параметров двигателя, проще в наладке. Однако, они обладают ограниченными возможностями формирования благоприятных электромагнитных процессов в двигателе, в особенности применительно к электроприводам высокодинамичных механизмов, работающих при быстрых изменениях управляющих и возмущающих воздействий. Используемые в скалярных системах фиксированные законы управления выбираются, как правило, исходя из функционирования электропривода в установившихся режимах, но не являются оптимальными для формирования оптимизированных динамических процессов. При этом оказывается
недоиспользованными ресурсы преобразователя частоты по току и
-
нитных моментов двигателя в динамических режимах. С другой стороны, фиксированные законы управления, выбранные исходя из опти-
мального функционирования электропривода в динамических режимах, оказываются неприемлемыми применительно к установившимся режимам.
-
стотного управления асинхронными электроприводами с позиций обеспечения комплексной оптимизации как статических, так переходных процессов. Предлагаемая концепция модернизации типовых скалярных систем состоит в том, что в них закладывается два варианта законов частотного управления, один из которых ориентирован на оптимальное функционирование двигателя в установившихся режимах, а второй - в переходных режимах. Для сопряжения соответствующих блоков, формирующих названные законы управления в скалярной системе, предусматривается идентификатор режима, формирующий единое силовое управляющее воздействие, подводимое к двигателю от преобразователя. Кажущаяся простота этой концепции не исключает учета ряда важных особенностей функционирования ряда подсистем и благоприятного перехода двигателя от одного закона управления к .
-
ного управления, реализующей данную концепцию, представлена на рис. 1. Генеральное задающее воздействие, определяющее режим работы привода, формируется задатчиком интенсивности (ЗИ). Причем в отличие от типовых систем оно интерпретируется как сигнал, задающий желаемое значение скорости ю*.
Рис. 1. Функциональная схема модернизированной скалярной системы
частотного управления
Задатчик интенсивности выполняется с управляемым темпом, вариация которого используется как инструмент формирования оптимальных динамических траекторий с ограничением тока статора. Кроме того, задатчик интенсивности формирует сигнал производной задания со* по времени, что позволяет с определенной точностью идентифицировать установившийся, либо переходный режим электропривода, связанный и изменением внешнего задающего воздействия С.
-
ложены в функциональные преобразователи ФП Дин. и ФП Стат. Блок микширования (Микс) обеспечивает взвешенное формирование результирующих управляющих воздействий в функции отмеченного сигнала производной задания со* по времени. Присущее скалярным
системам задающее воздействие по частоте формируется как сумма
-
емого значения абсолютного скольжения Задающее воздействие по амплитуде формируется с частичным использованием принципов векторного управления из двух компонент, одна из которых (?;лт) обеспечивает предварительное намагничивание двигателя во время пауз, а вторая (мет) используется для реализации комбинированного управления двигателем в статических и динамических режимах работы. Для реализации этого принципа в системе предусмотрен преобразователь координат заданного напряжения к фазным переменным (11у.аЬс), которые задаются на входы широтно-импульсных модуляторов силового ПЧ. Для данного преобразования используются нормированные гармонические функции рх ,ру с частотой ок,*. формируемые блоком управления преобразователями координат (БУПК). Для обеспечения четырехквадрантного режима работы преобразователя в данную систему введен второй преобразователь координат ПКТ, формирующий сигнал модуля фактического тока статора и активную составляющую тока. Первый сигнал (¡,) используется для организации отсечки по току в динамических режимах работы, воздействующий через регулятор тока статора на темп задатчика интенсивности. Второй сигнал (/„) используется для идентификации установившегося режима (рекуперативного тормозного, либо двигательного режима работы) и обеспече-
-
ский режим и обратно.
Динамический закон управления, заложенный в блок ФП Дин.,
-
тромагнитного момента двигателя в условиях ограниченных ресурсов источника питания двигателя по предельно допустимому току и напряжению. Как известно, теоретическое решение этой задачи дает три зоны скоростей [1,2], в первой из которых (зона относительно ма-
лых скоростей) для достижения максимума момента необходимо поддерживать ток на предельно допустимом уровне при оптимальном значении скольжения, определяемом с учетом насыщения магнитной цепи. Во второй зоне (средней зоне скоростей) необходимо поддерживать на максимально допустимых уровнях и ток и напряжение. В третьей - максимум момента достигается при предельно допустимом значении напряжения и оптимальном значении скольжении, приближающемся к критическому.
На рис. 2 представлен алгоритм расчета соответствующих законов частотного управления, содержащий элементы автоматического определения границ зон и расчет результирующих оптимальных характеристик. В пределах цикла по скорости первоначально рассчиты-
-
стей с использованием токовой модели АД (модель 1)
(^Начало
Модель 2
-
онного алгоритма, определяющего экстремальное значение момента двигателя при допустимом значении
тока статора, а также соответствую-
-
тора. В случае нарушения условия 5 и^тах производится новый оптимизационный расчет предположи-
ванием напряженческой модели (модель 2) в рамках оптимизационного алгоритма, определяющего экстремальное значение момента двигателя
-
ния статора, а также соответствую-
ного скольжения и тока статора. В случае нарушения условия /л <
производится расчет законов управ-
нием токовой модели АД в рамках оптимизационного алгоритма, определяющего экстремальное значение момента двигателя при ограничениях по току и напряжению. По результатам указанных выше проверок производится формирование результирующего закона управления в
( Конец )
Рис. 2. Блок-схема расчета оптимизированных законов частотного управления
заданном диапазоне скоростей с автоматическим определением границ и стыковкой первой, второй и третьей зон регулирования.
Результат расчета законов для реализации оптимальной динамической траектории при условии ограничения предельно допустимого тока Л лотт= 1.8 Л и напряжения £ЛД0П= (/■■ представлен на рис.3. Характеристики рассчитаны в относительных единицах для асинхронного короткозамкнутого двигателя с повышенным скольжением типа АИУЕ225М4 (/\=30 кВт).
и*
1,5-
0,5-
°2
т /
\ V \
и 4 4
- в
;
-1,5
-0,5
0,5
1,5
СО
Рис. 3. Законы оптимального частотного управления асинхронным двигателем при ограничениях по току (1^ооп=1,81Ы) и напряжению (и,,ооп=им)
Здесь аргументом является желаемая скорость, а выходными переменными - оптимальные значения тока статора, амплитуды напряжения и абсолютного скольжения. Сигнал /д„н (см. рис.1) используется в качестве уставки в блоке токовой отсечки (БТО), что позволяет оптимизировать динамические траектории, в общем случае, во всех трех зонах регулирования скорости. Сигналы (/-,,„,. рдин проходят взвешенное преобразование в блоке микширования.
Статический закон управления.
При формировании оптимальных законов управления двигателем в установившихся режимах, закладываемых в блок ФП Стат., возможны различные подходы и соответствующие законы управления [3],
-
ния. Если же известна наиболее вероятная зона изменения статической
нагрузки двигателя, тогда может быть использована описанная выше
-
лем в установившихся режимах при данных нагрузках на валу. При
этом указанный выше идентификатор двигательного и тормозного режимов способствует более эффективной оптимизации установившихся
-
ских в динамические режимы работы привода.
Рис. 4. Результаты моделирования процессов в оптимизированной скалярной системе
Динамические свойства модифицированной скалярной системы
-
ческого моделирования. На рис. 4 представлены результаты моделирования процессов пуска, установившегося движения и электрического торможения электропривода с активным тормозящим (рис.4, а) и активным движущим (рис.4,б) моментами нагрузки на валу асинхронного двигателя в сочетании с реактивной составляющей на уровне 10% от номинального момента двигателя. Осциллограммы получены для
.
т.,
О), Иц. О), 2
1
0 ■А -2
"О 1 2 3 4 5 6 1С
т,
СО, 11$, <'>:, 2
1
О -1 -2
"О 1 2 3 4 5 6 /. с
Рис. 5. Результаты моделирования процессов в типовой скалярной системе
На рис. 5 приведены результаты моделирования процессов при аналогичных условиях нагрузки, полученные для типовой системы скалярного управления. Как видно, описанная модификация позволяет существенно повысить динамические свойства электропривода при идентичных ограничениях по току и напряжению источника питания. Совокупность описанных выше принципиальных решений обеспечивает определенное приближение свойств модифицированной скалярной системы к свойствам векторных систем. Особо следует подчеркнуть принципиальную возможность организации функционирования электропривода как с реактивным, так и с активным моментами статического сопротивления. В настоящее время проводятся работы по дальнейшей модернизации скалярных систем, обеспечивающей устой.
Список литературы
1. Шрейнер Р.Т. Управление асинхронным частотным электроприводом при ограничениях / Р.Т. Шрейнер, В.Н. Поляков, А.Д. Гиль-дебранд, Н.В. Никонова // Асинхронный тиристорный электропривод: материалы Второй научно-технической конференции по проблеме ти-ристорного управляемого асинхронного электропривода, Свердловск, 1971. С.101-104.
2. Поляков В.Н. Экстремальное управление электрическими двигателями: моногр. / В.Н. Поляков, Р.Т. Шрейнер; под общ. ред Р.Т. Шрейнера. Екатеринбург: Изд-во ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. 420 с.
3. Сандлер A.C. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями: моногр. / A.C. Сандлер, P.C. Сарбатов. М.: Энергия, 1974. 328 с.
УДК 621.771.23
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО АНАЛИЗА СКОРОСТНЫХ И НАГРУЗОЧНЫХ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ КЛЕТЕЙ СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
A.A. Радионов*, О.С. Малахов**, В.В. Галкин***, А.Н. Гостев***
*Южно-Уральский государственный университет, Россия, г. Челябинск radionovaa@rambler.ru **Магнитогорский государственный технический университет, Россия, г. Магнитогорск ***Магнитогорский металлургический комбинат, Россия, г. Магнитогорск
-
рывного прокатного стана, является трудоемкой задачей, связанной с многочисленными математическими расчетами. Существенно упростить вычисления возможно с использованием специализированного
программного обеспечения. Поэтому в рамках НИОКР для реализации
-
мов электродвигателей главных электроприводов клетей стана 2000 ОАО «ММК» было разработано такое программное обеспечение [1].
