Разработка метода управления серийными преобразователями для реализации электропривода на базе асинхронизированного вентильного двигателя

На сегодняшний день электропривод (ЭП) занимает ключевые позиции в промышленном производстве и является главным потребителем электроэнергии во всем мире. Использование энергонеэффективных технологий управления ЭП приводит к снижению не только качества систем ЭП, но и его надежности, что влияет на экономическую составляющую [6]. Применение новых технических решений построения системы ЭП позволяет использовать машину переменного тока, сопоставимую по характеристикам с машиной постоянного тока, что значительно сокращает цену ЭП.

Наряду с главным достоинством машины постоянного тока – жесткая механическая характеристика (прямая линия параллельная оси нагрузки) [4] ее существенными недостатками являются:

– высокая стоимость по сравнению с электрической машиной переменного тока;

– наличие коллектора в конструкции машины;

– уменьшение надежности машины за счет наличия токосъемных щеток.

Использование асинхронного двигателя также имеет ряд недочетов:

– мягкая механическая характеристика;

– регулирование скорости двигателя за счет изменения частоты питающей сети;

– низкий момент на валу во время пуска двигателя под нагрузкой.

Перечисленные недостатки асинхронного двигателя можно исправить с помощью специальной схемы управления. Для этого использовался асинхронный двигатель с фазным ротором, к которому были подключены два преобразователя частоты (ПЧ), настроенные определенным образом, что обеспечивало асинхронизи-рованный режим работы. На рис. 1 представлена схема асинхронного двигателя с фазным ротором, работающего в режиме асинхронизированного вентильного двигателя (АВД) [5]. Схема состоит из двух преобразователей частоты (ПЧ1, ПЧ2) «Омега-2» отечественного производства ОАО «Электровыпрямитель».

Ри с . 1 . Структурная схема АВД

ВЕСТНИК Мордовского университета | 2014 | № 1-2

Частотный преобразователь ПЧ1 предназначен для управления в цепи статора, ПЧ2 подключен к статорной обмотке и является цепью возбуждения АВД [1; 2-3].

Для реализации данной системы необходима модернизация частотного преобразователя ПЧ1 с внедрением DSP-процессора, позволяющего перевести преобразователь в нужный режим управления. Поставленная задача решалась с помощью программных средств MATLAB и Code Composer Studio, а также отладочной платы на базе TMS320F28335. Преобразователь ПЧ2 перестраивался с помощью стандартных функций управления для работы в цепи возбуждения. Был проведен математический анализ системы и реализован программный код в среде MATLAB. На рис. 2 представлен алгоритм управления АВД.

Для получения машинного кода для DSP-процессора использовалась программа Code Composer Studio. Внешний вид окна компилятора программы представлен на рис. 3.

В результате проведенных операций полученная система ЭП переменного тока приравнивалась к характеристикам ЭП постоянного тока, что существенно снижало экономическую составляющую системы ЭП.

Испытание прототипа доказывает возможность его применения в промышленности, например, в подъемном шахтном приводе, прокатных станах, тяговом ЭП подъемных кранов, мощных транспортерных конвейерах, в электроприводах с тяжелыми условиями пуска, для укладки мощных силовых кабелей в бухты.

Таким образом, проведенные исследования показали, что техническая модернизация системы ЭП на базе АВД с фазным ротором решает многие задачи, связанные с различными отраслями промышленности, увеличивает экономическую выгоду за счет снижения себестоимости всей системы без потери энергетических характеристик всего ЭП.

Серия «Естественные и технические науки»

Р и с . 2 . Алгоритм управления в среде MATLAB

Р и с . 3 . Внешний вид окна компилятора программы Code Composer Studio

Возможность широкого применения разработанной системы ЭП с использованием АВД позволяет утверждать, что затраты на ее построение окупятся в самые короткие сроки.

ВЕСТНИК Мордовского университета | 2014 | № 1-2