CC BY
51
Предлагаемое построение системы управления позволяет регулировать напряжение и поддерживать его с высокой точностью при больших динамических колебаниях нагрузки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Аверин, С. В. Сравнение способов регулирования переменного напряжения с помощью коэффициента регулирования / С. В. Аверин, Ю. Г. Следков // Практическая силовая электроника. - 2002. - №8. - С. 27-29.
2. Доманов, А. В. Анализ чувствительности системы управления трёхфазного регулятора напряжения / А. В. Доманов, В. И. Доманов, И. Ю. Муллин // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2010. - №6. - С. 24-27.
3. Браславский, И. Я. Баланс реактивной мощности в системе тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный двигатель / И. Я. Браславский, А. М. Зюзев, А. В. Костылев // Электротехника. - 2000. - №1.
4. Аверин, С. В. Сравнение способов регулирования переменного напряжения с помощью коэффициента регулирования / С. В. Аверин,
Ю. Г. Следков // Практическая силовая электроника. - 2002. - №8.
5. Зиновьев, Г. С. Основы силовой электроники / Г. С. Зиновьев. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2003.-664 с.
Муллин Игорь Юрьевич, ассистент кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» энергетического факультета УлГТУ. Имеет 15 научных трудов, автор 2 изобретений.
Гордеев Андрей Валерьевич, в 2010 поступил в магистратуру Ульяновского государственного технического университета на специальность «Вычислительная техника». Имеет 7 научных трудов.
Виноградов Сергей Сергеевич, ведущий инженер ОАО «Альфабанк». Имеет 5 научных трудов.
УДК 62-83:681.513
Н. В. МИШИН, А. В. МИШИН
БЕЗДАТЧИКОВОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ВЕНТИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
ч
Рассматривается модель вентильного двигателя в программе ЭшиИпк и бездатчиковое управление вентильным двигателем.
Ключевые слова: вентильный двигатель, ротор, электропривод.
В большинстве приложений, где необходимо получение хороших характеристик электропривода (ЭП) при минимальной его стоимости, наибольший интерес вызывают схемы бездатчико-вого векторного управления. Прежде всего - это атомная энергетика, в частности, перегрузочные роботы, где необходим более высокий (до 50:1) диапазон регулирования скорости и по условиям технологии исключается возможность установки датчика положения на вал ротора двигателя. К подобным системам управления (СУ) предъявляются также повышенные требования по диапазону регулирования электромагнитного
- момента - до 10:1.
© Мишин Н. В., Мишин А. В., 2012
‘ Применительно к таким схемам термин «бездатчиковое управление» означает отсутствие датчика скорости на валу двигателя, а информация о скорости вращения и потокосцеплениях двигателя, извлекается из измеренных токов и напряжений статора. Угловая скорость электрического ПОЛЯ (Ооэл определяется выражением
,,
“О” " ш! , и/2 ’ (!)
Т2о ^ 2Ь
где Ч^2а, Ч'гь ~ потокосцепления статора в неподвижной системе координат;
р - число полюсов двигателя.
Структурная схема электропривода с бездат-чиковым определением скорости приведена на рис. 1.
Вычисление скорости производится в блоке ’\\^_8о1уе, изображённом на рис. 2.
Переход от трёхфазной системы координат к двухфазной и обратно выполняется с помощью формул преобразования координат. Переменные в новой системе координат находятся как сумма проекций в старой системе на оси новой системы координат.
1а =
Г 1- 1-Л2.
а 2Ь 2 3*
ИЛИ
А-
2 4 2 3
<
1
Структура преобразователя координат (ЛВС
- аЬ), собранного по формулам (2), приведена на рис. 3.
На рис. 4 изображены напряжения и токи статора двигателя в неподвижной системе координат после фильтрации высоких частот.
Производные потокосцеплений статора двигателя в неподвижной системе координат приведены на рис. 5.
Invertor
Powergui
-Discrete,
Ts = 2e-OQ6 s.
Invertor
U zadl
1
•ь
1
is_abc
m wm
Те
W^.So!ve
Рис. 1
Рис. 2
Q}
ABC
1
р’ 0.0000 lsil_
и-
1
и 0.00001S+1
Рис.З
lab'(A)
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 6
Ч
Рис. 7
На рис. 6 изображены конечные сигналы, участвующие в вычислении скорости, а также скорость двигателя при бездатчиковом определении (рис. 7).
Большинство ведущих мировых производителей электроприводов Siemens, ABB, Schneider Electric, Hitachi, Danhfos и другие поддерживают в своих изделиях все три современные структуры управления электрического давления (ЭД): скалярного, векторного датчикового и векторно-
го бездатчикового. Причём для последней структуры указывается диапазон регулирования скорости до 50:1. Опыт промышленной эксплуатации таких ЭП в России показывает, что в зоне низких скоростей часто возникают колебания скорости, устранить которые настройками привода не удаётся, и реальный диапазон регулирования скорости заметно ниже.
Таким образом, основные проблемы, связанные с построением бездатчикового векторного
электропривода, заключаются в следующем:
1) Наблюдатель состояния двигателя, построенный на основе решения полной системы уравнений электрического равновесия для статора и ротора по доступной информации о напряжениях и токах статора, способен обеспечить приемлемую точность вычисления потокосцепления и скорости только в ограниченном диапазоне частот. Это связано с известной проблемой введения начальных условий при частотах, близких к нулевой. Практически все способы решения данной проблемы связаны с введением определённого отклонения математического описания наблюдателя состояния относительно реального объекта при работе в области малых частот. Эти отклонения проявляются в виде ошибки в вычислении потокосцепления, скорости, активной и реактивной составляющих тока.
2) Следующей проблемой является чувствительность электропривода к изменению его параметров в процессе работы. Прежде всего это относится к температурным изменениям активных сопротивлений статора и ротора, а также к изменению взаимной индуктивности в зависимости от тока цепи намагничивания. Одним из подходов к решению данной проблемы в построении векторного регулятора и наблюдателя состояния ЭД является применение регуляторов, грубых в отношении параметрических возмущений, в частности, релейных регуляторов, функционирующих в скользящих режимах. Другим подходом является параметрическая адаптация, осуществляемая в реальном времени при работе привода.
3) Третьей проблемой является получение необходимой точности оценки эквивалентных (усреднённых на интервале расчёта процессов в наблюдателе состояния) значений токов и напряжений статора. На точность оценки эквивалентных напряжений в области малых частот основной гармоники и высоких частот модуляции существенно влияет «мёртвое время» и задержки переключения ключей инвертора. Заметим, что проблема точности измерения напряжения на малых частотах в гораздо меньшей степени проявляется в векторных электроприводах с датчиком скорости/положения, так как быстродействующий контур скорости, замкнутый по реально измеряемому сигналу, способен в значительной степени ком-
пенсировать ошибки, связанные с динамическими неидеальностями ключей инвертора.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Донской, Н. В. Регулируемые электроприводы переменного тока/ Н. В. Донской. - Чебоксары : Изд-во Чуваш, ун-та, 2007. - 204 с.
2. Цыпкин, Я. 3. Релейные автоматические системы / Я. 3. Цыпкин. - М. : Наука, 1974. -576 с.
3. Соколовский, Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием : учебник для студ. вузов / Г. Г. Соколовский. -М. : Издательский центр «Академия», 2006. -272 с.
4. Анхимюк, В. Проектирование систем автоматического управления электроприводами: учеб. пособие для вузов / В. Анхимюк, О. Ф. Опейко. - Мн.: Высшая школа, 1986. - 143 с.
5. Башарин, A.B. Управление электроприводами: учеб. пособие для вузов / А. В. Башарин, В. А. Новиков, Г. Г. Соколовский. - JI. : Энерго-издат, Ленингр. отд-ние, 1982. - 392 с.
6. Туренко, Т. В. Применение пакетов S1MULINK И STATEFLOW для моделирования гибридной системы прямого цифрового управления унитарно-кодовым датчиком СПБГУ «ЛЭТИ», г. Санкт-Петербург / Т. В. Туренко //
Тр. Всерос. науч. конф. «Проектирование научных и инженерных приложений в среде MATLAB». Ч. 5. Имитационное моделирование. Simulink и Stateflow / под общ. ред. И. В. Черных. - СПб., 2004.
Мишин Николай Владимирович, аспирант специальности «Электротехнические комплексы и системы» энергетического факультета УлГТУ.
Мишин Алексей Владимирович, аспирант специальности «Электротехнические комплексы и системы» энергетического факультета УлГТУ.
»
