CC BY
69
V. Kozachenko, N. Obuxov, A. Zharkov, D. Tkachenko, D. Savkin
The modern intellectual servo-driver of low power
The structure and the functional overview of an intelligence motor control system for two and three phase step and synchronous motors using the up-to-date power and microprocessor component base are considered. The unified motor control system supports the open-loop and closed-loop systems as well as generation of the motion path with speed limitation and jerks, the input and implementation of user's technological program.
Keywords: electric drive axis, control structure, the control block, the unified intellectual modules.
Получено 06.07.10
УДК 62-83:004
А.Е. Козярук, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (812) 328-84-69, kozyaruk@mail.ru (Россия, Санкт-Петербург, СПГГИ(ТУ))
СТРУКТУРА И АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ КОММУТАТОРАМИ
Рассмотрены структуры и алгоритмы управления электроприводами с полупроводниковыми коммутаторами на полностью управляемых ключах. Приведены реализованные технические решения для экскаваторного электропривода.
Ключевые слова: силовой полупроводниковый преобразователь, система «прямого управления моментом», полупроводниковый коммутатор.
Процесс создания и развития высокоэффективных регулируемых электромеханических комплексов различного технологического назначения обусловил развитие теории и практическую реализацию силовых полупроводниковых устройств, как отдельного класса электротехнического оборудования (устройств силовой электроники). При разработке теории полупроводниковых преобразователей чаще всего использовались упрощенные представления источников питания, преобразовательного устройства, нагрузки, что привело к широкому распространению и использованию таких терминов как «вентильный преобразователь», «инвертор тока», «инвертор напряжения», «непосредственный преобразователь» и др.
В действительности, силовой полупроводниковый преобразователь представляет собой коммутатор, соединяющий по определенному алгоритму входные и выходные цепи электротехнического устройства. На современном этапе силовые преобразователи строятся на основе полностью управляемых ключей, а управление ключами осуществляется по алгоритму, реализуемому управляющим микропроцессорным устройством с обеспечением требуемого критерия качества и оптимальности.
Такие структуры и алгоритмы использовались автором при разработке полных математических моделей электромеханических систем с по-
лупроводниковыми преобразователями и получили развитие в работах по структуре и алгоритмам управления коммутаторами типа активных выпрямителей и инверторов с ШИМ.
Новые структуры и принципы управления силовыми коммутаторами вызвали необходимость разработки и реализации табличных алгоритмов определения моментов включения ключей коммутатора для обеспечения выбранного способа и закона управления выходными координатами электропривода. Наибольшее развитие теории и практики управления полупроводниковыми коммутаторами в электроприводах переменного тока можно отметить в системах «прямого управления моментом» (ДТС) [1] и в системах управления с использованием алгоритмов нечеткой логики [2].
С учетом требований по качеству электроэнергии и эффективности электроприводов, наилучшей структурой современного привода является структура, содержащая полупроводниковый коммутатор типа «активного выпрямителя» (ЛБЕ) и полупроводниковый коммутатор двигателя с реализацией алгоритма прямого управления моментом (ДТС) (рис. 1).
Рис. 1. ДС - датчики сети; Д1, Д2 - датчики электропривода;
СЛУ- система логического управления
Структуры электропривода с активными выпрямителями обладают рядом свойств, обуславливающих их перспективное применение в энергосберегающих электроприводах переменного тока:
- двусторонний обмен энергией с питающей сетью;
- практически синусоидальный сетевой ток в режимах потребления и рекуперации энергии;
- возможность регулирования не только коэффициента нелинейных искажений сетевого тока, но и коэффициента мощности.
49
Имеются результаты исследования режимов работы электропривода переменного тока для карьерных экскаваторов. По этим данным при использовании преобразователей частоты с активным выпрямителем в приводе экскаваторов при общей мощности в сети ~3500 кВА коэффициент мощности составляет 0,98.. .1,00, коэффициент нелинейных искажений сетевого тока - ~3,5 %, снижение напряжения в узле распределительной сети карьера при пиковой нагрузке и соБф=1 в режиме рекуперации - 0,18 %.
Приведенные данные, опыт использования преобразователей частоты с активным выпрямителем фирмами «АВВ» и «Siemens», приобретаемый отечественный опыт [3] подтверждают необходимость и целесообразность использования для перспективных систем электропривода структур с такого типа коммутаторами.
Активный выпрямитель вместе с технологией ДТС соответствует жестким требованиям, предъявляемым к электроприводу специальных механизмов:
- устойчивая работа при изменениях напряжения сети за счет стабилизации напряжения звена постоянного тока;
- низкие сетевые гармоники;
- быстрая реакция при переходе из двигательного режима в режим рекуперативного торможения и наоборот;
- экономия энергии при рекуперативном торможении.
В соответствии с вышеизложенным можно сформулировать следующие основные положения, определяющие идеологию построения схемы электропривода, например, экскаватора:
- асинхронный двигатель может быть выполнен на любые значения мощностей, частот вращения и условий эксплуатации механизмов. Если не ставится задача оптимизации электромеханической части электропривода, при переходе на переменный ток никаких специальных доработок по механической части (редуктор, передачи и пр.) не требуется;
- в схеме используется коммутатор типа активного выпрямителя. Задача регулирования электрических показателей и электромагнитной совместимости решается за счет САУ и алгоритма управления коммутатором. Специальных фильтрокомпенсирующих устройств не требуется;
- структура электропривода обеспечивает рекуперацию энергии в сеть, поэтому установка резисторов для обеспечения динамического торможения не является обязательной;
- система электропривода может быть построена с питанием коммутаторов двигателя от общей шины постоянного тока с регулированием энергетических показателей общим активным выпрямителем.
При разработке алгоритмов управления коммутаторами используются «табличные логические алгоритмы». В части реализации системы управления (ДТС) асинхронным электроприводом примеры реализации алгоритмов управления приведены в [1]. В качестве иллюстрации на рис. 2
приведена функциональная схема системы прямого управления моментом асинхронным электроприводом, с использованием «табличных алгоритмов».
4™
и™
ВЛЗЬ Р£Г^ЛРЧЙЗ|ЗВ ОТ"
'Г
£---
ЯДРО отс
«цринроватвиь
ТЖЯЛр | ир^кЛичвям
64
11 ~ ЦГ'Ц М
ж.
Й7
Я0_
ТаЛппца
Щ
4--С
щ
¡не,
ЕЕ
В^МлрГИТСЛ? ННйбПОШНЫб
ШМГ^Т ммшйим*
М1г I ь
Фйршрдытвль финыч няррда»й»*1
к
1-Я 1
... тт т ..
ПрвоОраадмтель чэегсты
ТТТ
п
#
Инвертор
V <3 1
с>г
Рис. 2. Функциональная схема системы ДТС
Как наиболее современное решение по созданию электропривода переменного тока с полупроводниковыми коммутаторами типа «активный выпрямитель» и «инвертор с ДТС» можно представить созданный АО «Силовые машины» - филиалом «Электросила» - электропривод экскаватора ЭКГ-35 с объемом ковша 35 м3.
Структура электропривода содержит единый источник постоянного тока типа «активный выпрямитель» и коммутаторы типа «инвертор» для питания асинхронных двигателей (два двигателя подъема АДРЭ-С 850-6; двигатель напора АДРЭ-С 400-6; два двигателя поворота АДРВЭ-С 450-6; два двигателя хода АДРЭ/400-6) [3].
Всесторонние комплектные испытания электропривода на стенде завода-изготовителя показали правильность и эффективность технических решений. В реализованном приводе использованы алгоритмы классического векторного управления. В перспективе целесообразно использование принципа мультиструктурного управления с обеспечением в режиме поддержания момента алгоритмов ДТС.
Список литературы
1. Козярук А.Е., Рудаков В.В. Прямое управление моментом в электроприводе переменного тока машин и механизмов горного производства. СПб: СПГГЩТУ), 2008., 100 с.
2. Козярук А.Е., Рудаков В.В. Современное и перспективное алгоритмическое обеспечение частотно-регулируемых электроприводов. СПб: СПБЭК, 2004, 130 с.
3. Комплекты электрооборудования постоянного и переменного тока для карьерных экскаваторов ЭШ «Уралмаш», ЭКГ «Ижора - КАРТКС». СПб: Силовые машины, 2009.
A. Kozyaruk
Structures and algorithms of electric drives control with semi-conductor switchboards
Structures and algorithms of electric drives control with semi-conductor switchboards on completely operated keys are considered. The realised technical decisions for the excavators electric drive are resulted.
Keywords: power semiconductor converter, system of direct torque control, semiconductor switchboard.
Получено 06.07.10
УДК 62-83:004
A.А. Ткачук, канд. техн. наук, гл. конструктор по энергосберегающей технике, (343) 360-05-01,
tkachuk@asc-ural.ru (Россия, Екатеринбург, ЗАО «АСК»),
B.К. Кривовяз, канд. техн. наук, технический директор, (343) 341-37-05, tkachuk@asc-ural.ru (Россия, Екатеринбург, ЗАО «АСК»)
СЕРИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ПЛАВНОГО ПУСКА МОЩНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
Приводится опыт применения высоковольтных тиристорных преобразователей, разработанных и серийно изготавливаемых ЗАО ««АСК», которые используются для плавного пуска асинхронных и синхронных электроприводов напряжением 3, 6 и 10 кВ и мощностью до 3,2 МВт.
Ключевые слова: высоковольтные тиристорные преобразователи, плавный пуск двигателя.
Тиристорные высоковольтные преобразователи напряжения (ТПН) всё более широко применяются в качестве устройств плавного пуска высоковольтных асинхронных и синхронных двигателей с номинальным напряжением 3, 6 и 10 кВ. Высокие технико-экономические показатели по-
