Введение 9
1. Математическое описание синхронного двигателя с постоянными магнитами 12
1.1. Особенности синхронного двигателя с постоянными магнитами 12
1.2. Векторная диаграмма, момент и структурная схема синхронного двигателя с
постоянными магнитами 13
2. Разработка скалярного тестового режима работы СДПМ 17
2.1. Параметры двигателя и используемые константы 17
2.2. Создание модели двигателя и инвертора напряжения 18
2.3. Переход от модели к реальной системе 20
2.4. Алгоритм нахождения начального положения вала ротора 24
3. Разработка векторной системы управления 26
3.1. Настройка и проверка контура тока 27
3.2. Настройка и проверка контура скорости 29
4. Создание и проверка защит 38
5. Проведение испытаний на экспериментальном стенде 42
6. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 48
6.1. Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 48
6.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования 48
6.1.2. Технология QuaD 49
6.1.3. SWOT-анализ 50
6.2. Планирование научно-исследовательских работ и формирование бюджета затрат
научно-исследовательского проекта 54
6.2.1. Структура работ в рамках научного исследования 54
6.2.2. Определение трудоемкости выполнения работ 56
6.2.3. Разработка графика проведения научного исследования 56
6.2.4. Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 59
6.2.5. Основная заработная плата исполнителей темы 60
6.2.6 Дополнительная заработная плата исполнителей темы 63
6.2.7. Отчисления во внебюджетные фонды 63
6.2.8. Накладные расходы 64
6.2.9. Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта 64
6.3. Определение ресурсоэффективности проекта 65
7. Производственная безопасность 67
7.1. Описание технологического процесса и рабочего места 67
7.2. Анализ опасных производственных факторов и обоснование мероприятий по их
устранению 68
7.3. Анализ вредных производственных факторов и обоснование мероприятий по их
устранению 68
7.4. Экологическая безопасность 72
7.4.1. Тепловое излучение 72
7.4.2. Утилизация твердых отходов 73
7.5. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 74
7.6. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 76
Заключение 77
Список используемых источников 78
CD-диск. Пояснительная записка к ВКР (файл ВКР Чиков.боех) 79
АННОТАЦИЯ
Выпускная квалификационная работа содержит 79 с., 46 рис., 16 табл., 34 источника.
Ключевые слова: цифровая система управления, синхронный двигатель с постоянными магнитами, оптимизация, математическая модель, MexBIOS Development Studio.
В выпускной квалификационной работе, путем графического программирования в среде MexBIOS Development Studio, произведена разработка и исследование цифровой системы управления синхронным двигателем с постоянными магнитами.
Разработанная система управления исследована на стенде тип 4 с установленной цифровой системой управления синхронным двигателем с постоянными магнитами. По итогам работы разработано методическое пособие для создания систем управления для синхронных двигателей с постоянными магнитами.
Проведена проверка безопасности и экологичности проекта и рассчитана экономическая эффективность модернизации оборудования.
Работа выполнена в текстовом редакторе MicrosoftWord 2010; обработка формул велась в программе Math Type 6.9; для построений рисунков, диаграмм, функциональных и принципиальных схем использовались программы: Paint, Microsoft Visio 2010; программная реализация системы управления создана в графической среде MexBIOS Development Studio.
Введение
Разнообразие существующих типов электродвигателей приводит к вопросу: какая из машин является наиболее подходящей для разрабатываемого электропривода.
Двигатели постоянного тока являются дорогостоящими, громоздкими и ненадежными из - за наличия щёточно-коллекторного узла, требующего профилактического обслуживания. Поэтому основное сравнение проводится между асинхронными и синхронными двигателями с возбуждением от постоянных магнитов [1].
Как и все синхронные машины, двигатель синхронный с возбуждением от постоянных магнитов (СДПМ) работает с высоким коэффициентом мощности, что обеспечивает снижение потребляемого тока и уменьшение потерь. По сравнению с асинхронным двигателем, имеющим ту же мощность, КПД синхронного будет выше, что показано на рисунке 1 [2].
У синхронного двигателя вращающий момент пропорционален действующему напряжению сети. Поэтому синхронный двигатель, даже при снижении напряжения в сети, сохраняет нагрузочную способность больше, чем асин-
хронный. Это говорит о большей надежности такого типа двигателей. Массогабаритные показатели СДПМ меньше конкурентов. Ротор имеет низкий момент инерции.
Указанные преимущества позволяют применять СДПМ в тех областях техники, где традиционно применялись только машины постоянного тока или специальные асинхронные двигатели.
Динамические характеристики синхронных двигателей с постоянными магнитами определяются по большей мере системой управления. Самыми распространенными видами систем управления являются бездатчиковый и с использованием энкодеров. Первые являются менее точными и недостаточно надежными. Поэтому наиболее актуальным является разработка системы управления с использованием датчика положения вала ротора.
Многие ученые занимаются созданием и усовершенствованием СДПМ и электроприводов на их основе, среди них: В.В. Панкратов, И.Е. Овчинников,
О.Г. Вегнер, А. А. Глотов, Ю.Н. Калачев, Л. Зонг, Ж.Х. Кан и многие другие. Объемы научных работ по данной тематике говорит о том, что разработка цифровых систем управления синхронными двигателями с постоянными магнитами является актуальным вопросом.
Объектом исследования работы является синхронный двигатель с постоянными магнитами.
Предметом исследования являются цифровые системы управления двигателем с постоянными магнитами.
Целью работы является создание универсальной, простой, надежной и удобной цифровой системы управления синхронными двигателями с постоянными магнитами с неявнополюсным ротором с использованием датчика положения вала ротора.
Методы исследования. Для выполнения поставленной цели применялись теоретические и экспериментальные методы исследований.
Практическая значимость результатов ВКР. По результатам выполненной работы составлено методическое пособие в ООО "НПФ Мехатроника- Про", по которому проходят повышение квалификации инженера с различных предприятий, а также результаты исследований будут внедрены в учебный процесс кафедры электропривода и электрооборудования ФГАОУ ВО "Национальный исследовательский Томский политехнический университет".
Заключение
В результате выполнения работы реализованы математические модели систем управления синхронными двигателями с постоянными магнитами в визуальной среде разработки и моделирования встроенного программного обеспечения систем управления электродвигателями, технологическими комплексами и программируемыми логическими контроллерами MexBIOS Development Studio. Полученные характеристики, показатели качества соответствуют теоретическим. Опираясь на модели, реализована система управления для управления любым синхронным двигателем с постоянными магнитами на базе учебного стенда тип 4 с преобразователем частоты MBS-FC01.
Результаты проведенных экспериментов показывают, что разработанная система управления является рабочей и пригодной для использования в учебных целях. Показатели качества переходных процессов двигателя и модели имеют небольшие погрешности [п.5 табл.2], что вполне допустимо с учетом принятых допущений. Повышение показателей качества переходных процессов может быть произведено в результате более точной настройки контуров тока и скорости с учетом допущений. Статическая ошибка по возмущению равняется 0, а максимальное перерегулирование модели 4,8 %, что полностью удовлетворяет техническому заданию.
Система защиты безошибочно и с высокой скоростью выполняет свои функции, что позволяет производить различные эксперименты, допускаемые используемым оборудованием, без риска его выхода из строя.
Дальнейшая работа будет направлена на разработку алгоритма автоматического нахождения начального положения вала ротора при пуске двигателя и его подробного исследования, а также на проведение экспериментов с различными нагрузками и более точную настройку регуляторов.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
