ВВЕДЕНИЕ 7
1 ОСНОВЫ ТЕОРИИ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ .. 10
1.1 Конструкция и принцип действия ВИД 10
1.2 Основные параметры и характеристики ВИД 18
1.3 Принципы управления частотой вращения в ВИД 20
1.4 Математическое описание электромеханических процессов в ВИД 25
2 ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОГО
ДВИГАТЕЛЯ 46
2.1 Построение имитационной модели ВИД 46
2.2 Результаты моделирования ВИД конфигурации 8/6 49
2.3 Результаты моделирования ВИД конфигурации 16/12 52
3 СИНТЕЗ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА 56
3.1 Идентификация объекта управления 56
3.2 Синтез регулятора скорости 65
4 ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА 67
4.1 Построение имитационной модели ВИЭП 67
4.2 Результаты моделирования ВИЭП конфигурации 8/6 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 70
ПРИЛОЖЕНИЕ А 71
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 74
ПРИЛОЖЕНИЕ В 75
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 76
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 77
В последние годы вентильно-индукторные электроприводы (ВИЭП) находят все большее применение в различных отраслях промышленности и техники. Например, ВИЭП используются в современном автомобилестроении, бульдозерах (в частности Бульдозер ДЭТ - 400), в экскаваторном электроприводе, медицинском оборудовании, бытовой технике, робототехнике, металлургии, аэрокосмической промышленности и многих других областях, в которых ВИЭП конкурирует наравне с другими типами электрических машин.
Использование вентильно-индукторных двигателей по сравнению с двигателями постоянного тока имеет ряд преимуществ, таких как: надежность, ротор ВИД не имеет обмотки, следовательно, выход из строя двигателя, по причинам, связанным с ротором маловероятен и т.д. По энергетическим и массогабаритным показателям ВИЭП не уступает широко применяемому частотно-регулируемому асинхронному электроприводу.
Перспективность ВИЭП проявилась в 80-х годах ХХ века благодаря бурному развитию технологий электронной промышленности, хотя сама концепция такой электрической машины была сформулирована еще в конце 30-х годов XIX века. Дэвидсон создал первый подобный двигатель и использовал его на железной дороге Глазго-Эдинбург для приведения в движение локомотива массой в несколько тонн [1]. Прогресс в области компьютерной техники и информационных технологий, развивающийся с 90х годов XX века, определил ВИЭП в один ряд с другими современными ЭМ, а так же позволил реализовать сложные алгоритмы управления и применить для их создания компьютерные системы автоматизированного проектирования.
В иностранной литературе вентильно-индукторные двигатели получили название Switched Reluctance Motor (SRM) - двигатель с переключаемым магнитным сопротивлением. Венитильно-индукторный электропривод представляет собой шаговый двигатель, работающий в режиме постоянноговращения, поэтому его относят к классу синхронных реактивных машин [1]. ВИЭП является перспективным электромеханическим преобразователем энергии, способным удовлетворить различным и во многом противоречивым требованиям к современным регулируемым электроприводам.
Современный ВИЭП представляет собой электродвигатель, работающий совместно с электронным преобразователем и микропроцессором, позволяющим осуществить оптимальное управление двигателем с максимальными показателями качества преобразования энергии [2].
В мировой технической литературе ВИЭП имеет различные названия, несмотря на немалый срок изучения и исследования систем электропривода с ВИД устоявшейся терминологии для обозначения самого объекта исследования до сих пор нет, т.к. отразить специфику всего процесса в нескольких словах не представляется возможным.
Несмотря на продолжительность изучения, ВИЭП является относительно новым типом электромеханического преобразователя энергии, в практике и теории которого много белых пятен.
Небольшой опыт проектирования ВИЭП и не до конца отработанные методики приводят к противоречивым рекомендациям по их проектированию, что влияет на распространение ВИЭП.
С математической точки зрения проектирование ВИЭП представляет собой задачу синтеза системы. Одним из пунктов задачи является определение динамических характеристик двигателя из условия заданного режима скорости. Для решения этой задачи необходимо знать передаточную функцию упрощенной модели ВИД, которую сложно получить аналитическим способом, поэтому для этого целесообразней использовать имитационную модель ВИД. Для определения, полученной при помощи имитационной модели ВИД, передаточной функции в данной работе предлагается использовать пакет идентификации программы MatLab, после чего производится синтез регулятора системы и итоговое проектирование
сложной системы ВИЭП с учетом синтезированной САУ
Можно выделить три основных подхода к проектированию ВИЭП: энергетический, полевой и подход на основе расчета переходного процесса. Существуют различные методики, относящиеся к третьему подходу, например проектирование ВИД при помощи пакета прикладного симуляционного моделирования Simulink программы MatLab. Есть три типа моделей ВИД в Simulink: 6/4, 8/6 и 10/8, остальные конфигурации двигателя не предусмотрены в библиотеке для моделирования двигателей, тем самым делая реализацию других конфигураций более проблематичной. Еще одна методика описана в монографии С.В. Рисованого [12], к недостаткам данной методики можно отнести то, что выполнение программы занимает много времени. Созданная и описанная в данной работе имитационная модель ВИЭП является гибкой, она позволяет моделировать 4-х фазные двигатели любой конфигурации, и процесс моделирования не занимает много времени. В дальнейшем планируется доработка модели касательно универсальности относительно количества фаз ВИД, предполагается собрать 5фазную модель, в которой можно будет отключать фазы и моделировать тем самым 4-х и 3-х фазные двигатели.
Цель данной работы - создание имитационной модели автоматизированного вентильно-индукторного электропривода в среде VISSIM, которая позволяет обеспечить заданные в техническом задании динамические характеристики ВИЭП.
Задачи:
1. Разработка модели с гибким изменением параметров ВИД и параметров системы управления (регулятора).
2. Идентификация объекта управления при помощи пакета MatLab.
3. Моделирование САУ ВИД в программной среде Vissim.
В результате проделанной работы была разработана модель с гибким изменением параметров ВИД: момента инерции, сопротивления фаз, индуктивности катушек и, что крайне важно, легко изменяется количество зубцов статора и ротора. Также легко могут быть изменены параметры системы управления (регулятора), что позволяет легко проводить сравнение различных алгоритмов управления с целью выявления их эффективности. Модель является адекватной, что обусловлено использованием известных уравнений, вытекающих из известных законов электромагнетизма и механики
Модель можно использовать для идентификации ВИД, используя МАТЛАБ, с целью синтеза регулятора скорости системы управления.
Показано, что для ВИЭП мощностью 120 кВт регулятор скорости, параметры которого определены по переходной характеристике для среднего режима работы ВИД, обеспечивает динамические характеристики ВИЭП, не хуже указанных в задании: перерегулирование не превышает 10%, а длительность переходного процесса - 3 секунд. Таким образом, цель работы достигнута.
Реализация подобных гибких моделей вентильно-индукторных электроприводов (ВИЭП), по нашим данным, в литературе не описана, что показывает её новизну. Модель предполагается использовать на ООО НПО Резонанс, что показывает её практическую ценность.
