Процеси і характеристики асинхронного електроприводу зі збудженням енергією конденсатора, яка зумовлена ковзанням

Abstract

The work is devoted to solution of scientific and applied problem constructing a new induction electric drive systems, in which induction machine excitation is produced with slip caused capacitor energy, that provides cos ϕ = 1 in stator. Analytical equations obtained that describe electromechanical energy conversion process in induction machine with compensated stator winding magnetic field with slip caused capacitor energy excitation made possible to prove the possibility of induction machine with capacitor caused by slip excitation. Wound rotor induction machine control scheme that realizes such task has been offered. Control system for such electric drive that makes possible to form immediately the mechanical characteristics of such system without necessity to estimate the electromagnetic torque has been proposed. The experimental installation has been created in order to confirm the possibility of technical realization of the electric drive system offered. Mathematic and digital models of electric drive with the use of middle step voltages method has been developed with the use of which the processes in the scheme has been analyzed. The complex of researches of electromechanical and electromagnetic processes in developed system of induction drive with the use of mathematical and physical models.The work is devoted to solution of scientific and applied problem constructing a new induction electric drive systems, in which induction machine excitation is produced with slip caused capacitor energy, that provides cos ϕ = 1 in stator. Analytical equations obtained that describe electromechanical energy conversion process in induction machine with compensated stator winding magnetic field with slip caused capacitor energy excitation made possible to prove the possibility of induction machine with capacitor caused by slip excitation. Wound rotor induction machine control scheme that realizes such task has been offered. Control system for such electric drive that makes possible to form immediately the mechanical characteristics of such system without necessity to estimate the electromagnetic torque has been proposed. The experimental installation has been created in order to confirm the possibility of technical realization of the electric drive system offered. Mathematic and digital models of electric drive with the use of middle step voltages method has been developed with the use of which the processes in the scheme has been analyzed. The complex of researches of electromechanical and electromagnetic processes in developed system of induction drive with the use of mathematical and physical models. Диссертация посвящена решению научно-прикладной проблемы создания новых систем АЭП, в которых возбуждение АМ производится энергией конденсатора, которая обусловлена скольжением, что дает возможность обеспечить коэффициент мощности в статоре cos ϕ = 1 при регулировании скорости выше и ниже синхронной. В первом разделе рассмотрено системы векторного управления асинхронной машиной с фазным ротором и сформулировано задание исследования – создание системы с такой машиной, которая использует для работы мощность скольжения. Во втором разделе описано использованный способ векторного управления асинхронной машиной с фазным ротором, аналитически показана возможность возбуждения асинхронной машины энергией конденсатора, которая обусловлена скольжением. Предложено схему электропривода, который обеспечивает такую возможность. Предложено систему управления таким электроприводом, который позволяет непосредственно формировать необходимые механические характеристики системы без использования расчета электромагнитного момента. В третьем разделе описано экспериментальную установку – физическую модель такого электропривода, рассмотрено техническую реализацию системы управления, а также описано алгоритм и программу управления. Приведено результаты исследований на экспериментальной установке, которые подтвердили теоретические обоснования, приведенные во втором разделе, а также подтвердили возможность технической реализации предложенной системы электропривода. В четвертом разделе описан метод средних шаговых напряжений, который был использован для создания математических моделей элементов электропривода – асинхронной машины с фазным ротором, вентильных преобразователей, других элементов силовой схемы, а также модели системы в целом. Проведено сравнение результатов расчета пуска асинхронной машины с использованием метода Рунге-Кутта и метода средних шаговых напряжений, которые позволили сделать вывод о более высоком быстродействии и точности метода средних шаговых напряжений. В пятом разделе описано результаты исследований электромеханических и электромагнитных процессов в предложенной системе электропривода, проведенных методом математического моделирования. В выводах отмечено, что научные исследования предложенной системы электропривода, проведенные путем математического моделирования и физического эксперимента, подтвердили основные научные положения диссертации. В приложениях приведено программную реализацию алгоритма управления вентилями инвертора напряжения, описание методов, которые относятся к расчету по методу средних шаговых напряжений 2-го порядка, а также текст основной программы программного комплекса.Дисертація присвячена розв’язанню науково-прикладної проблеми створення нових систем АЕП, в яких збудження АМ здійснюється енергією конденсатора, яка зумовлена ковзанням, що дає змогу забезпечити коефіцієнт потужності cos ϕ = 1 у статорі при регулювання швидкості вище і нижче синхронної. Одержані аналітичні вирази, які описують процес електромеханічного перетворення енергії в АМ з компенсованим магнітним полем обмотки статора і збудженням енергією конденсатора, яка зумовлена ковзанням, дали можливість обґрунтувати можливість збудження асинхронної машини від енергії конденсатора, яка зумовлена ковзанням. Запропоновано схему керування асинхронною машиною з фазним ротором, що дозволяє реалізувати таку задачу. Запропоновано систему керування таким електроприводом, що дозволяє безпосередньо формувати механічні характеристики такої системи без необхідності визначення електромагнітного моменту. Створено експериментальну установку, за допомогою якої підтверджено можливість технічної реалізації запропонованої системи електроприводу. Розроблено математичну та цифрову моделі електроприводу з використанням методу середньокрокових напруг, за допомогою яких проаналізовано процеси в даній схемі. Виконано комплекс досліджень електромеханічних та електромагнітних процесів в розробленій системі асинхронного електроприводу з використанням математичної та фізичної моделей.