Клюєв Олег Володимирович. Багатоканальна система розривного векторного керування асинхронним вентильним каскадом (синтез і дослідження)

brief description

Клюєв Олег Володимирович. Багатоканальна система розривного векторного керування асинхронним вентильним каскадом (синтез і дослідження) : Дис... канд. наук: 05.09.03 2009

Клюєв О.В. Багатоканальна система розривного векторного керування асинхронним вентильним каскадом (синтез і дослідження). Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 Електротехнічні комплекси і системи. Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2009.
Дисертацію присвячено розв'язанню науково-практичної задачі підвищення регулювальних і енергетичних показників асинхронно-вентильних каскадів (АВК) в електроприводах турбомеханізмів.
Для регулювання в АВК швидкості і реактивної потужності пропонується в одній системі реалізувати принципи оптимального й екстремального керування. Для цього з застосуванням модифікованого принципу симетрії, заснованого на концепціях зворотних задач динаміки і збуреного - незбуреного руху, здійснена побудова релейно-векторної системи підпорядкованого керування АВК, до якої додано контур екстремального регулювання з заданими цільовими функціями й алгоритмом роботи екстремального регулятора.
Отримано цільові функції, що характеризують розподіл реактивних потужностей між статорним і роторним колами АВК, спираючись на їх екстремальні властивості побудовані алгоритми екстремального керування.
Розроблено взаємозалежну багатоканальну систему керування у вигляді дворівневої конструкції. Нижній рівень являє собою первинні контури стабілізації змінних у ковзних режимах релейних регуляторів, оптимальних у сенсі мінімізації квадратичних функціоналів якості. Вони підпорядковані верхньому рівню, реалізованому в класі аналітичних екстремальних систем.
Проведено аналіз різних структур векторних систем керування АВК при генеруванні реактивної потужності у мережу, досліджена стійкість АВК у цьому режимі, визначена границя стійкості по реактивному струму ротора і запропонований спосіб усунення автоколивань опорного вектору потокозчеплення.

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій розв’язана актуальна наукова задача синтезу законів керування АВК як багатозв’язного нелінійного об'єкта керування з урахуванням розподілу реактивної потужності між статорним і роторним ланцюгами АМ і впливу її на стійкість електропривода по системі АВК, що забезпечує підвищення його енергетичної ефективності і керованості. Найбільш суттєві наукові і прикладні результати, висновки і рекомендації полягають у наступному.
1. Аналіз задачі побудови ЕП за схемою АВК з високими регулювальними й енергетичними показниками дозволив висунути ідею об'єднання в одній електромеханічній системі принципів оптимального й екстремального керування.
2. У підсумку дослідження рівнянь динаміки АВК складена його математична модель в осях координат, орієнтованих за вектором потокозчеплення статора, що має просту структуру в порівнянні з моделями в інших осях координат і слабкі перехресні зв'язки між каналами керування. Одночасно в цій структурі САК ефективно реалізувати оптимізацію АВК за запропонованими в роботі енергетичними показниками.
3. Реалізація в багатоканальній релейно-векторній системі керування АВК багатовимірних ковзних режимів дозволила створити контури оптимального за точністю регулювання змінних з компенсацією внутрішніх перехресних зв'язків між каналами керування, широким діапазоном регулювання швидкості при низькій чутливості до координатних та параметричних збурень.
4. Властивість екстремальності енергетичних характеристик АВК у сталих режимах обумовила ефективність застосування принципів екстремального керування для підвищення енергетичних показників при одночасному регулюванні швидкості АВК, що досягається системою взаємозалежного регулювання змінних у загальному випадку за трьома каналами керування: двома по роторному колу й одним по статорному.
5. У триканальній системі взаємозалежного керування змінними АВК забезпечується режим максимального використання габаритної потужності АМ, що відповідає найменшій завантаженості її реактивною потужністю. Для цього екстремальне регулювання збудження АВК з боку ротора здійснюється за критерієм мінімуму модуля струму статора. Контур екстремального керування за енергетичними показниками роторного ланцюга реалізується по статору АВК регулюванням величини його потокозчепленняпри зменшенні моменту статичного навантаження.
6. У діапазоні швидкостей нижче синхронної за цільову функцію контуру екстремального керування потокозчеплення статора необхідно приймати величину коефіцієнта потужності роторного ланцюга, у той час як при двозонном регулюванні швидкості АВК потрібно оптимізувати систему за мінімумом реактивної потужності ротора.
7. Для обчислення цільових функцій в екстремальному регуляторі потрібно застосувати модальний спостерігач стану, що оцінює момент статичного навантаження й інші координати АВК. Запропоновано використовувати розподіл коренів характеристичного рівняння спостерігача за Батервортом, що забезпечує достатній запас стійкості і задовільну швидкодію спостерігача.
8. Установлено, що сумарна реактивна потужність ланцюгів статора і ротора АВК є екстремальною функцією реактивного струму ротора, екстремальне значення якого при постійному потокозчепленні статора визначається швидкістю ротора і не залежить від моменту навантаження. Як наслідок, систему екстремального регулювання реактивної потужності АВК за критерієм енергетичної ефективності доцільно формувати в контурі керування реактивним струмом ротора при безпосередньому підключенні статора до мережі.
9. Енергетичні характеристики АВК з векторним керуванням не інваріантні до орієнтації координатного базису. Структури векторних систем керування АВК, орієнтованих за векторами потокозчеплення і напруги статора, рівноцінні та ефективніші за критерієм енергетичної ефективності порівняно з іншими дослідженими структурами.
10. Статична стійкість АВК залежить головним чином від потоків його реактивної потужності. АВК з ємнісною реактивною потужністю статора доцільно використовувати як засіб поліпшення коефіцієнта потужності електроенергії в місцях її споживання. При цьому для підвищення стійкості замкненої системи необхідно регулювати струм намагнічування.
11. Результати математичного моделювання на ЕОМ й експериментальних досліджень на стендовому обладнанні підтвердили сформульовані в роботі основні теоретичні положення і можливість практичної реалізації синтезованих законів керування з застосуванням сучасної елементної бази силової електроніки і мікропроцесорної техніки.