Асинхронний електропривод з цифровою системою дискретно-фазового управління

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню актуальної наукової задачі створення нового принципу управління швидкістю обертання ротора асинхронного двигуна, який зберігає переваги векторного методу управління, але в той же час принципово відрізняється від чисто скалярного і чисто векторного методів і передбачає розробку системи управління, яка не використовує громіздкий алгоритм координатних перетворень і забезпечує максимальну відповідність режимів роботи асинхронного двигуна заданому оператором алгоритму. Розроблено дискретно-фазовий спосіб управління асинхронним електроприводом і доведено, що така система дозволяє формувати вихідні напруги перетворювача частоти по заданому оператором алгоритму, забезпечує безперервність набігу фази при будь-яких змінах режимів роботи двигуна зі збереженням умови відносини ефективного значення вихідної напруги до частоти обертання ротора. Розроблено нову систему рекуперації енергії з дискретно-фазовим управлінням, яка не містить окремий випрямляч і автономний інвертор напруги з блоком формування широтно-імпульсно модульованого сигналу і автоматично відстежує поточні фази мережі живлення і одночасно є стабілізатором напруги в колі постійного струму. Вперше запропонована потрійна система захисту перетворювача частоти, заснована на вимірі вхідної ємності IGBT з формуванням відповідного захисного інтервалу, що знижує ризик протікання струму короткого замикання, реалізує жорстке завдання максимальних режимів роботи інвертора, а також оперативно формує сигнал його відключення.

Диссертация посвящена решению актуальной научной задачи создания нового принципа управления скоростью вращения ротора асинхронного двигателя, который сохраняет преимущества векторного метода управления, но в то же время принципиально отличается от чисто скалярного и чисто векторного методов и предусматривает разработку системы управления, которая не использует громоздкий алгоритм координатных преобразований и обеспечивает максимальное соответствие режимов работы асинхронного двигателя заданному оператором алгоритму с относительным минимальным отклонением по скорости вращения ротора и сохранением устойчивости работы асинхронного электропривода в динамических режимах. Разработан дискретно-фазовый способ управления асинхронным электроприводом и доказано, что такая система позволяет формировать выходное напряжения преобразователя частоты по заданному оператором алгоритму, обеспечивает непрерывность набега фазы при любых изменениях режимов работы двигателя с сохранением условия отношения эффективного значения выходного напряжения к частоте вращения ротора. Кроме того, данная система обеспечивает защиту IGBT модуля от сквозных токов и поддерживает заданное выходное напряжение в звене постоянного тока. Разработана новая система рекуперации энергии с дискретно-фазовым управлением, которая не содержит отдельный выпрямитель и автономный инвертор с блоком формирования широтно-модулированного сигнала, и автоматически отслеживает текущие фазы сети питания и одновременно является стабилизатором напряжения в цепи постоянного тока. Впервые предложена тройная система защиты преобразователя частоты, основанная на измерении входной ёмкости IGBT с формированием соответствующего защитного интервала, что снижает риск протекания тока короткого замыкания, реализует жесткое задание максимальных режимов работы инвертора, а также оперативно формирует сигнал его отключения.

The dissertation is devoted to solving an urgent scientific problem of creating a new principle of control of the rotor speed of an induction motor, which retains the advantages of the vector control method, but at the same time is fundamentally different from purely scalar and purely vector methods and provides for the development of a control system that does not use a cumbersome algorithm of coordinate transformations and ensures maximum correspondence of the operating modes of the asynchronous motor to the algorithm specified by the operator. A discrete-phase method for controlling an asynchronous electric drive has been developed and it has been proven that such a system makes it possible to form the output voltage of the frequency converter according to the algorithm specified by the operator, ensures the continuity of the phase incursion for any changes in the engine operating modes while maintaining the condition of the ratio of the effective value of the output voltage to the rotor speed. A new system of energy recovery with discrete-phase control has been developed, which does not contain a separate rectifier with a pulse-width-modulated signal generating unit, and automatically monitors the current phases of the power supply. For the first time, a triple frequency converter protection system was proposed, based on measuring the input capacity of the IGBT with the protective interval.