Виноградов А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока

Подождите немного. Документ загружается.

Алгоритм выбора одного из нулевых векторов состояния силовых

ключей преобразователя включает в себя следующие операции:

определение двух вариантов нулевых векторов состояния и

, включение которых возможно при текущем наборе проводящих

фаз (выполняется в соответствии с табл. 16.1).

−0

Таблица 16.1. Варианты нулевых векторов состояния преобразователя

Вектор номеров

проводящих фаз

−0

1,6,5 1,0,0,0,1,0 0,0,0,0,0,1

1,6,2 1,0,0,0,0,0 0,1,0,0,0,1

1,3,2 1,0,1,0,0,0 0,1,0,0,0,0

4,3,2 0,0,1,0,0,0 0,1,0,1,0,0

4,3,5 0,0,1,0,1,0, 0,0,0,1,0,0

4,6,5 0,0,0,0,1,0 0,0,0,1,0,1

определение типа нулевого вектора состояния из двух возможных

для данного набора проводящих фаз (выполняется по критерию мини-

мума переключений в преобразователе). Реализуется на основе срав-

нения состояний

и с предыдущим состоянием преобразова-

теля. Выбирается новое состояние, переход в которое сопровождается

минимальным числом переключений.

−0

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Монография имеет явно выраженную теоретическую направлен-

ность. За ее рамками остались многие практические вопросы построе-

ния современного электропривода переменного тока на основе преоб-

разователей частоты. В частности, многочисленные интерфейсные

возможности современных преобразователей частоты: разнообразные

интерфейсные каналы связи с внешними устройствами; функции про-

граммирования, управления и диагностики от внешних микропроцес-

сорных

устройств; интерфейсы с различными типами датчиков скоро-

сти/положения: инкрементальных, синусно-косинусных, резольверов;

функции встроенного программируемого контроллера; аналоговые и

дискретные входы/выходы; вопросы электромагнитной совместимости

частотно-регулируемого электропривода и многое другое.

Изучение большинства этих вопросов лучше всего выполнять, ра-

ботая с техническими описаниями конкретных электроприводов, кото-

311

рые можно найти на интернет-сайтах фирм – производителей и разра-

ботчиков этих изделий. Таких фирм много как в России, так и за ее

пределами. В частности, в работе автор наиболее часто ссылается на

электроприводы и преобразователи частоты серии ЭПВ, разработан-

ной под его руководством в научно-техническом центре электропри-

вода «

Вектор» Ивановского государственного энергетического уни-

верситета и выпускаемой в ООО «ЭЛПРИ» Чебоксарского электроап-

паратного завода.

Преобразователи и комплектные электроприводы серии ЭПВ

представляют собой новое поколение многофункциональных, «интел-

лектуальных» устройств управления низковольтными электродвигате-

лями переменного тока, асинхронными и синхронными, мощностью от

1 до 400 кВт. Они предназначены для построения регулируемого при-

вода механизмов

и технологических комплексов с самыми различны-

ми требованиями к параметрам регулирования и условиям эксплуата-

ции: от насосов и вентиляторов до высокоточных станков и следящих

систем.

Основные исполнения электроприводов серии ЭПВ включают

(http://vectorgroup.ru/files/doc):

1) асинхронный электропривод общепромышленного назначения с

частотным управлением и векторной ориентацией переменных

(

>50; =0…400 Гц) [4];

высококачественный асинхронный электропривод с адаптивно-

векторным управлением (

>100000; >100 Гц) [18];

высококачественный синхронный электропривод с адаптивно-

векторным управлением (

>100000; >100 Гц) [11];

бездатчиковый асинхронный электропривод с адаптивно-

векторным управлением и улучшенными динамическими характе-

ристиками (

>50; >30 Гц) [8];

5) преобразователи с адаптивно-векторным управлением синхронным

двигателем без датчика скорости/положения (

>20; >30 Гц)

[10];

6) преобразователи для управления высокоскоростными асинхронны-

ми электродвигателями (

>50; =0..3000 Гц) [7];

7) блок рекуперативный с векторным управлением [27]. Реализует

функцию двунаправленного обмена энергией между питающей сетью

и нагрузкой с высокими энергетическими характеристиками и показа-

телями электромагнитной совместимости. Характеризуется синусои-

дальным сетевым током и регулируемым коэффициентом мощности.

312

D – диапазон регулирования скорости; – полоса пропускания

контура скорости;

– диапазон изменения частоты выходного на-

пряжения.

Все исполнения преобразователей реализованы на единой аппа-

ратной платформе как по силовой части, так и по управлению и отли-

чаются друг от друга программным обеспечением, а также программ-

но-аппаратным набором интерфейсных функций и режимов работы.

313

314

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Архангельский, Н.Л. Анализ систем векторного управления кон-

туром тока в асинхронных электроприводах: метод. указания к ла-

бораторным работам / Н.Л. Архангельский, А.Б. Виноградов;

ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический универ-

ситет им. В.И. Ленина». – Иваново, 1994. – 40 с.

Архангельский, Н.Л. Новые алгоритмы в управлении асинхрон-

ным электроприводом / Н.Л. Архангельский, Б.С. Курнышев,

А.Б. Виноградов // Электротехника. – 1991. – №10. – С. 9–13.

3. Архангельский, Н.Л. Формирование алгоритмов управления в

частотно-управляемом электроприводе / Н.Л. Архангельский,

В.Л. Чистосердов // Электротехника. – 1994. – №3. – С. 48–52.

4. Асинхронный электропривод общепромышленного назначения с

прямым цифровым управлением и развитыми интеллектуальными

свойствами / А.Б. Виноградов, В.Л. Чистосердов, А.Н. Сибирцев, Д.А.

Монов // Известия вузов. Электромеханика. – 2001. – №3. – С. 60–67.

Бродовский, В.Н. Приводы с частотно-токовым управлением /

В.Н. Бродовский. – М.: Энергия, 1974. – 168 с.

Булгаков, А.А. Частотное управление асинхронными двигателями

/ А.А. Булгаков.– М.: Энергоиздат, 1982. – 216 с.

7. Виноградов, А.Б. Новые серии высокоэффективных электропри-

водов переменного тока / А.Б. Виноградов, В.Ф. Глазунов // Труды

IV Международной (XI Всероссийской) конференции по автома-

тизированному электроприводу АЭП 2004, Часть 1. Магнитогорск,

14–17 сентября 2004 г. – С. 243–244.

Виноградов, А.Б. Адаптивно-векторная система управления без-

датчикового асинхронного электропривода серии ЭПВ / А.Б. Ви-

ноградов, И.Ю. Колодин, А.Н. Сибирцев // Силовая электроника. –

2006. – №3. – С. 50–55.

Виноградов, А.Б. Динамическая модель частотно-управляемого

асинхронного двигателя с учетом потерь в стали и насыщения /

А.Б. Виноградов, А.Е. Круглов // Тез. докл. междунар. науч.-техн.

конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии»,

том 1. – Иваново, 4–6 июня 2003. – С. 226.

10.

Виноградов, А.Б. Бездатчиковый электропривод подъемно-

транспортных механизмов / А.Б. Виноградов, А.Н. Сибирцев,

С.В. Журавлев // Силовая электроника. – 2007. – №1. – С. 46–52.

11. Виноградов, А.Б. Новые серии преобразователей частоты и объ-

ектно-ориентированный электропривод на их основе / А.Б. Вино-

градов, А.Н. Сибирцев, В.Л. Чистосердов // Электротехника. –

2005. – №5. – С.47–54.

12.

Виноградов, А.Б. Синтез оптимальной системы управления вен-

тильно-индукторным двигателем / А.Б. Виноградов // Тр. между-

315

нар. 14-й науч.-техн. конф. «Электроприводы переменного тока»

(ЭППТ 2007). Екатеринбург, 13–16 марта 2007 г. – С. 105–108.

13.

Виноградов, А.Б. Учет потерь в стали, насыщения и повехностно-

го эффекта при моделировании динамических процессов в частот-

но-регулируемом асинхронном электроприводе / А.Б. Виноградов

// Электротехника. – 2005. – №5. – С. 57–61.

14.

Виноградов, А.Б. Цифровая релейно-векторная система управле-

ния асинхронным электроприводом с улучшенными динамиче-

скими характеристиками /А.Б. Виноградов // Электричество.–

2003. – №6. – С. 43–51.

15.

Виноградов, А.Б. Математические основы векторного управления

электроприводами переменного тока: метод. указания для самост.

работы студентов по курсу «Векторное управление электроприво-

дами переменного тока» / А.Б. Виноградов, В.Л. Чистосердов;

ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический универ-

ситет им. В.И. Ленина». – Иваново, 2004. – 40 с.

16. Виноградов, А.Б. Системы векторного управления электроприво-

дами переменного тока: метод. указания для самост. работы сту-

дентов по курсу «Векторное управление электроприводами пере-

менного тока» / А.Б. Виноградов, В.Л. Чистосердов; ГОУВПО

«Ивановский государственный энергетический университет им.

В.И. Ленина». – Иваново, 2004. – 40 с.

17.

Виноградов, А.Б. Способы управления ШИМ преобразователями

в электроприводе переменного тока: метод. указания для самост.

работы студентов по курсу «Векторное управление электроприво-

дами переменного тока» / А.Б. Виноградов, В.Л. Чистосердов;

ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический универ-

ситет им. В.И. Ленина». – Иваново, 2004. – 40 с.

18.

Виноградов, А.Б. Адаптивная система векторного управления

асинхронным электроприводом / А.Б. Виноградов, В.Л. Чистосер-

дов, А.Н. Сибирцев // Электротехника. – 2003. – №7. – С. 7–17.

19. Динамика управляемого электромеханического привода с асин-

хронными двигателями /В.Л. Вейц [и др.]. – Киев: Наук. думка,

1988. – 272 с.

20. Домбровский, В.В. Асинхронные машины: Теория, расчет, эле-

менты проектирования / В.В. Домбровский, В.М. Зайчик. – Л.:

Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. – 368 с.

21.

Ковач, К.П. Переходные процессы в машинах переменного тока /

К.П. Ковач, И. Рац. – М.: Госэнергоиздат, 1963. – 744 с.

22.

Концепция построения двухзвенных непосредственных преобра-

зователей частоты для электроприводов переменного тока /

Р.Т. Шрейнер [и др.] // Электротехника. – 2002. – №12. – С. 30–39.

23.

Копылов, И.П. Математическое моделирование электрических

машин / И.П. Копылов. – М.: Высш. шк., 2001. – 327 с.

316

24.

Кузнецов, В.А. Вентильно-индукторные двигатели / В.А. Кузне-

цов, В.А. Кузьмичев. – М.: Изд-во МЭИ, 2003. – 70 с.

25.

Куцевалов, В.М. Асинхронные и синхронные машины с массив-

ными роторами / В.М. Куцевалов. – М.: Энергия, 1979. – 160 с.

26.

Микеров, А.Г. Управляемые вентильные двигатели малой мощ-

ности: учеб. пособие / А.Г. Микеров. – СПб.: Изд-во СПбГЭТУ

«ЛЭТИ», 1997. – 64 с.

27. Новые серии многофункциональных векторных электроприводов пе-

ременного тока с универсальным микроконтроллерным ядром /

А.Б. Виноградов [и др.] // Привод и управление. – 2002. – №3. – С. 5–10.

28. Новая серия цифровых асинхронных электроприводов на основе

векторных принципов управления и формирования переменных /

А.Б. Виноградов, В.Л. Чистосердов, А.Н. Сибирцев, Д.А. Монов //

Электротехника. – 2001. – №12. – С. 25–30.

29.

Архангельский, Н.Л. Принципы формирования напряжения на стато-

ре трехфазных машин для микропроцессорной реализации: метод. ука-

зания к лабораторным работам / Н.Л. Архангельский, В.Л. Чистосер-

дов, Б.С. Курнышев; Иван. гос. энерг. ун-т. – Иваново, 1993. – 36 с.

30.

Проектирование электрических машин. В 2 т. Т. 1 / И.П. Копылов

[и др.]. – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 464 с.

31.

Рудаков, В.В. Асинхронные электроприводы с векторным управ-

лением / В.В. Рудаков, И.М. Столяров, В.А. Дартау. – Л.: Энерго-

атомиздат, 1987. – 134 с.

32.

Сабинин, Ю.А. Частотно-регулируемые асинхронные электроприводы

/ Ю.А. Сабинин, В.Л. Грузов. – Л.: Энергоатомиздат, 1985. – 126 с.

33.

Система векторного управления асинхронным электроприводом с

идентификатором состояния / Н.Л. Архангельский, Б.С. Курны-

шев, А.Б. Виноградов, С.К. Лебедев // Электричество. – 1991. –

№11. – С. 47–51.

34.

Соколовский, Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным

регулированием: учеб. для студ. высш. учеб. заведений / Г.Г. Соко-

ловский. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 272 с.

35. Фильц, Р.В. Дифференциальные уравнения напряжений насы-

щенных неявнополюсных машин переменного тока / Р.В. Фильц. –

Известия вузов. Электромеханика.– №11. – 1966. – С.1195–1203.

36. Чехет, Э.М. Непосредственные преобразователи частоты для

электропривода / Э.М. Чехет, В.П. Мордач, В.Н. Соболев. – Киев:

Наук. думка, 1988. – 224 с.

37. Шрейнер, Р.Т. Координатная стратегия управления непосредст-

венными преобразователями частоты с ШИМ для электроприво-

дов переменного тока / Р.Т. Шрейнер, В.К. Кривовяз, А.И. Калы-

гин // Электротехника. – 2003. – №6. – С. 39–47.

317

38.

Шрейнер, Р.Т. Математическое моделирование электроприводов

переменного тока с полупроводниковыми преобразователями час-

тоты / Р.Т. Шрейнер. – Екатеринбург: УРО РАН, 2000. – 654 с.

39.

Электрические машины (специальный курс): учеб. для вузов по

спец. «Электрические машины» / Г.А. Сипайлов [и др.]. – М.:

Высш. шк., 1987. – 287 с.

40.

Эпштейн, И.И. Автоматизированный электропривод переменного

тока / И.И. Эпштейн. – М.: Энергоиздат. – 1982. – 192 с.

41.

Cittadini, R. Matrix converter switching controller for low losses op-

eration without snubbers / R. Cittadini, J-J- Huselstein, C. Glaize. –

EPE 97. – P. 4.199–4.203.

42.

Huber, L. Analysis, Design and Implementation of the Space Vector

Modulator for Forced Commutated Cycloconverter / L. Huber, D.

Borojevic, N. Burany // IEEE Proceedings-B. – 1992. – Vol. 139.

43.

Izosimov, D.B. Novel technique of optimal digital state observer con-

struction for microprocessor-based electrical drive control /

D.B. Izosimov, S.V. Shevtsov, J.O. Kim // Proceedings of the IECON'

95. – Orlando, Florida. – Nov. 6–10.

44.

New control strategy for matrix converter / J. Oyama, T. Higuchi,

E. Yamadea, T. Koga // CH2721–9/89/0000–0360 IEEE. – 1989.

45.

Ryvkin, S. Identification Of The Moment Of Inertia In the Digital Con-

trol Drive / S. Ryvkin, D. Izosimov, A. Vinogradov // Proceeding of the

12th International Power Electronics & Motion Control Conference. –

Portoroz, Slovenia, 2006, August 30 – September 1. – P. 438–443.

46.

Simon, O. A Matrix Converter with Space Vector Control Enabling

Overmodulation / O. Simon, M. Braun // EPE 99. – Lausanne, Switzer-

land. – 1999.

47. Simon, O. Control and Protection Strategies for Matrix Converters /

O. Simon, M. Bruckmann // SPS/IPC/DRIVES. – Nurnberg, Germany.

– 2000.

48.

Konrad, S. Тепловые параметры силовых модулей в широтно-

импульсных преобразователях / S. Konrad // Силовые IGBT- мо-

дули. Материалы по применению. – М.: 1997. – C.28–37.

49.

Schroder, P. Elektrische Antriebe – Regelung von Antriebssystemen /

P. Schroder– Berlin: Springer, 2001. – S. 1172.

50.

Новое поколение преобразователей частоты серии ЭПВ / А.Б. Ви-

ноградов, А.Н. Сибирцев, В.А. Матисон, В.Б. Степанов // Силовая

электроника. – 2006. – №2. – С. 64–66.

51. Виноградов, А.Б. Реализация защиты преобразователя частоты на

основе динамической тепловой модели IGBT- модуля / А.Б. Вино-

градов, А.Н. Сибирцев, И.Ю. Колодин // Силовая электроника. –

2006. – №2. – С. 12–19.

318

52.

Виноградов, А.Б. Бездатчиковый асинхронный электропривод с

адаптивно-векторной системой управления / А.Б. Виноградов,

И.Ю. Колодин // Электричество. – 2007. – №2. – С. 44–50.

53.

Виноградов, А.Б. Минимизация пульсаций электромагнитного

момента вентильно-индукторного электропривода / А.Б. Виногра-

дов // Электричество. – 2008. – №2. – С. 39–49.

54.

Виноградов, А.Б. Новые алгоритмы пространственно-векторного

управления матричным преобразователем частоты / А.Б. Виногра-

дов // Электричество. – 2008. – №3. – С. 41–51.

319

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

Понятие результирующего вектора и его представле-

ние в различных системах координат

Координатные преобразования

Математическое описание асинхронной машины

3.1. Математическая модель асинхронного двигателя в естествен-

ных координатах

3.2. Преобразование уравнений асинхронного двигателя

3.3. Запись уравнений относительно потокосцеплений статора и

ротора

3.4. Запись уравнений относительно тока статора и потокосцепле-

ния ротора

3.5. Уравнения в преобразованных координатах для частных слу-

чаев

3.6. Математическое описание АД с учетом насыщения цепи на-

магничивания

3.7. Математическое описание АД при частотном управлении

3.8. Математическое описание АД с учетом потерь в стали, по-

верхностного эффекта, насыщения магнитной системы основным

потоком и потоками рассеяния

Математическое описание синхронного двигателя

4.1. Математическое описание синхронного двигателя без демп-

ферной обмотки

4.2. Статические характеристики электропривода с синхронным

двигателем

4.3. Математическое описание синхронного двигателя с демпфер-

ной обмоткой

4.4. Математическое описание синхронного двигателя с постоян-

ными магнитами

Математическое описание вентильно-индукторного

привода

5.1. Структурная схема вентильно-индукторного привода

5.2. Особенности конструкции индукторной машины

5.3. Принцип действия ВИП

5.4. Математическое описание m- фазного ИД с независимым

управлением фазами

5.5. Математическое описание 6-фазного ИД с общей точкой

Силовые преобразователи, широко применяемые в

электроприводе переменного тока

6.1. Непосредственные преобразователи частоты

6.2. Двухзвенные ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока

6.3. Двухзвенный ПЧ с неуправляемым выпрямителем и автоном-

ным инвертором напряжения

320

6.4. Двухзвенный ПЧ с рекуперативным выпрямителем и авто-

номным инвертором

Широтно-импульсная модуляция сигналов управле-

ния автономным инвертором напряжения

7.1. ШИМ на основе сравнения сигналов управления с опорным

сигналом

7.2. Принципы построения векторных широтно-импульсных мо-

дуляторов

102

7.3. Понятие об асинхронных и синхронных ШИМ

110

7.4. Компенсация влияния «мертвого» времени

112

7.5. Релейно-векторное формирование алгоритмов управления

инвертором напряжения в замкнутом контуре тока статора

116

Алгоритмы пространственно-векторного управления

матричным преобразователем частоты

126

8.1. Векторное описание состояний матричного преобразователя

частоты

128

8.2. Синтез алгоритма управления

132

8.3. Результаты моделирования

144

Построение тепловой защиты преобразователя часто-

ты на основе динамической тепловой модели IGBT-

модуля

148

9.1. Тепловая модель IGBT-модуля

150

9.2. Перегрузочная способность преобразователя с защитой по

динамической тепловой модели IGBT-модуля

160

9.3. Экспериментальные результаты и промышленная реализация

162

10.

Асинхронный электропривод при частотном управле-

нии

167

10.1. Механические характеристики

167

10.2. U/f–регулирование скорости

171

10.3. Пример реализации принципов векторной ориентации пере-

менных в асинхронном электроприводе с частотным управлением

179

11.

Системы векторного управления асинхронным элек-

троприводом

191

11.1. Принцип ориентации переменных по полю

191

11.2. Система векторного управления асинхронным двигателем с

непосредственным измерением потокосцепления

196

11.3. Система векторного управления асинхронным двигателем с

моделью роторной цепи

201

11.4. Пример построения системы векторного управления в асин-

хронном электроприводе серии ЭПВ

210

11.4.1. Синтез регуляторов тока

214

11.4.2. Синтез регулятора скорости

216

11.4.3. Формирование заданного тока статора по оси d

219

11.5. Пример построения цифровой релейно-векторной системы

управления асинхронным электроприводом

221