Дипломный проект №28 | ЭСЭСА | Теория частотного скалярного и векторного способа управления электродвигателем с применением преобразователя частоты ACS 2000

Аннотация

В настоящем дипломном проекте приведена теория частотного регулирования привода.
Произведено сравнение скалярного и векторного способа управления электродвигателем с применением преобразователя частоты.
Рассчитаны главные параметры асинхронного двигателя для проведения анализа скалярного и векторного управления моментом. Обоснован выбор системы управления на основе преобразователя частоты ACS 2000 с рекуперативным блоком питания и приводным блоком.
Так же в данной работе освещены вопросы безопасности жизнедеятельности, и дано технико-экономическое обоснование модернизации.

Содержание

Введение
Глава 1. Краткая характеристика судна и подруливающего устройства.
1.1 Технические данные
1.2 Состав подруливающего устройства
1.3 Контрольно-измерительные приборы
Глава 2. Расчёт электропривода
2.1 Теория частотного управления электропривода
2.2 Законы и алгоритмы, реализуемые в электроприводе с преобразователем
частоты ACS 2000
2.3 Режимы работы, реализуемые в электроприводе с преобразователем
частоты ACS 2000
2.4 Расчёт двигателя подруливающего устройства
2.5 Выбор трансформатора
2.6 Выбор преобразователя частоты
2.7 Расчёт момента сопротивления на винте
2.8 Стандартные прикладные макропрограммы управления преобразователем
2.9 Электромагнитная магнитная совместимость преобразователя частоты ACS 600 с питающей сетью
Глава 3. Безопасность жизнедеятельности
Глава 4 . Гражданская оборона
Глава 5. Технико-экономическое обоснование
Глава 6. Заключение
Глава 7. Список литературы
Глава 8. Приложение

Введение

За прошедшие годы асинхронные двигатели нашли очень широкое применение в различных отраслях промышленности и на транспорте. Это основной «потребитель» электрической энергии на судне. В последние два десятилетия регулируемый асинхронный электропривод претерпел столь существенные изменения в своем развитии, что полностью вытеснил из многих областей синхронный привод и привод постоянного тока. Это связано, прежде всего, с достижениями в области силовой электроники и микропроцессорной техники, на основе которых были разработаны преобразователи частоты, обеспечивающие управление асинхронными короткозамкнутыми двигателями с энергетическими и динамическими показателями, соизмеримыми или превосходящими показатели других приводов.
Высокая скорость обработки информации современными процессорами дала толчок развитию старых и разработке новых алгоритмов управления системой «преобразователь-двигатель».
Сегодня частотное управление является для асинхронного привода своего рода техническим стандартом. В то же время практически вышли из употребления и не используются в современных разработках такие способы управления и устройства как управление напряжением, управление введением добавочных сопротивлений в цепи статора и ротора, управление изменением числа пар полюсов и др. Практически во всех современных системах управления информация об электромагнитных процессах в двигателе представлена в векторной форме.
Современные системы векторного управления прошли долгий путь развития и в настоящее время являются наиболее распространенными среди систем электропривода переменного тока. Они позволяют просто и эффективно управлять такими сложными объектами как асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (АД), что в свою очередь, позволяет существенно расширить область его применения, почти полностью вытесняя из автоматизированных управляемых приводов двигатели постоянного тока. Это связано в первую очередь с развитием силовой электроники, позволяющей создавать надежные и относительно дешевые преобразователи, а также с развитием быстродействующей микроэлектроники, способной реализовать алгоритмы управления практически любой сложности. Поэтому высококачественный асинхронный векторный электропривод (АВП) в настоящее время является по существу техническим стандартом.

Первым этапом процесса развития АВП была разработка универсальной векторно-матричной математической модели, получившей название обобщенной электрической машины, которая началась в конце 20-х годов и завершилась в конце 40-х годов ХХ века. Эта модель позволяет описывать электромагнитные процессы в идеализированной электрической машине с помощью аппарата линейной алгебры. Практическое использование модели было отложено на несколько десятилетий, т.к. при ручных расчетах она не давала каких-либо преимуществ, но требовала существенных вычислительных затрат, теоретически же ее успешно использовали для анализа переходных процессов в электрических машинах.

В 1971 году F. Blaschke предложил принцип построения системы управления асинхронным двигателем, в котором использовалась векторная модель АД с ориентацией системы координат по потокосцеплению ротора. Сущность предложенного метода, получившего впоследствии название векторного, заключалась в использовании в системе управления передаточных функций обратных по отношению к передаточным функциям векторной модели АД, что позволяло получить в качестве независимых входных переменных системы величины, входящие в уравнение электромагнитного момента. Поэтому этот принцип называется также прямым управлением моментом. Кроме того, для упрощения задачи в векторной модели АД использовалась система координат, ориентированная по одному из векторов, входящих в уравнение электромагнитного момента, что существенно упрощало передаточные функции системы и позволяло определить момент двумя независимыми переменными аналогично тому, как это делается в двигателях постоянного тока.

За три прошедшие десятилетия были разработаны десятки вариантов исходных моделей АВП, реализованы сотни устройств на разной элементной базе, опубликованы тысячи статей и монографий, но принцип и первая модель, предложенная F. Blaschke, по-прежнему доминируют в технических реализациях.