Аннотация
В работе ставится задача создать модель структурной схемы системы векторного управления асинхронным двигателем с частотным регулированием скорости, в которой осуществляется преобразование координат. Используется виртуальная модель асинхронного двигателя из библиотеки Simulink Matlab. Питание двигателя осуществляется от преобразователя частоты со звеном постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией. Система регулирования скорости построена с использованием принципов подчиненного регулирования координат электропривода. Для анализа работы электроприводов с векторным управлением принят метод структурного моделирования. Преимущество представленной модели заключается в использовании виртуальных моделей асинхронных двигателей из библиотеки Simulink. Это существенно упрощает процесс моделирования и представляет большие возможности для исследователей. В этом случае при исследовании электроприводов необходимо только задать основные параметры исследуемого двигателя. Имеется возможность учесть кривую намагничивания электротехнической стали. Для измерения переменных двигателя предусмотрен специальный блок, в котором может быть выведено большое количество переменных состояния электрической машины. Рассмотрение двигателя по такой модели приводит к структурной схеме двигателя без упрощений, которые часто вводятся при компенсации перекрестных связей по каналам регулирования потокосцепления и момента. Созданы блоки, в которых осуществляется преобразование трехфазной системы токов статора в двухфазную систему в неподвижной системе координат. Затем эта двухфазная система преобразуется в двухфазную систему координат, вращающуюся со скоростью поля статора с ориентацией вещественной оси по вектору потокосцепления ротора. Выходные координаты этого блока используются в качестве сигналов обратной связи по составляющим тока статора, пропорциональным потокосцеплению и электромагнитному моменту двигателя. Создается система подчиненного регулирования координат электропривода для регулирования скорости. Выходом этой системы регулирования являются сигналы задания напряжения, представленные в двухфазной системе координат, вращающейся со скоростью поля двигателя. Эти сигналы преобразуются в двухфазную неподвижную систему координат, а затем в трехфазную систему задающих сигналов для преобразователя частоты. Представленная структура модели электропривода переменного тока дает значительные возможности исследователям при анализе работы электроприводов переменного тока.
Ключевые слова
Асинхронный двигатель, векторное управление, преобразователь частоты, неподвижная и вращающаяся системы координат, структурное моделирование, подчиненное регулирование координат, широтно-импульсная модуляция.
1. Анучин А.С. Системы управления электроприводов. М.: Издательский дом МЭИ, 2015. 373 с.
2. Виноградов А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока. Иваново: ИГЭУ, 2008. 298 с.
3. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. М.: Издательский центр «Академия», 2007. 272 с.
4. Усольцев А.А. Частотное управление асинхронными двигателями: учебное пособие. СПб.: СПбГУ-ИТМО, 2006. 94 с.
5. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов. М.: Издательский центр «Академия», 2006. 304 с.
6. Мещеряков В.Н., Воеков В.Н. Векторная система управления вентильным электроприводом на базе автономного инвертора напряжения с релейным регулированием входного тока инвертора и фазных токов статора // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2017. Т. 17. № 2. С. 48-57.
7. Электрооборудование современных цехов ОАО «ММК» / Е.Я. Омельченко, А.Н. Козин, В.Н. Маколов, П.А. Бовшик, С.Н. Попов // Электротехнические системы и комплексы. 2014. №1(22). С. 43-46.
8. Головин В.В., Косенков А.В., Разворотнев В.П. Опыт внедрения современных электроприводов в ОАО «ММК» // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2010. №3-2. С. 149-156.
9. Bose B.K. Modern Power Electronics and AC Drives. NJ: Prentice Hall, 2002. 738 p.
10. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург: УРО РАН, 2000. 654 с.
11. Терехин В.Б., Дементьев Ю.Н. Компьютерное моделирование систем электропривода постоянного и переменного тока в Simulink. М.: Издательство Юрайт, 2019. 306 с.
12. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, Sim Power System и Simulink. М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. 288 с.
13. Герман-Галкин С.Г. MATLAB&SIMULINK. Проектирование мехатронных систем на ПК. СПб.: Издательство «Корона. Век», 2014. 368 с.
14. Шохин В.В., Пермякова О.В., Короткова Е.В. Моделирование взаимосвязанного частотно-регулируемого электропривода прокатного стана // Электротехнические системы и комплексы: междунар. сб. науч. трудов. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2013. Вып. 21. С. 70-75.
15. Шохин В.В., Храмшин В.Р., Новецки Р.Ю. Исследование на математической модели электроприводов черновых клетей сортового стана 450 СПЦ ОАО «ММК // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2017. Т. 17. № 2. С. 58-66.
16. Shokhin V.V., Permyakova O.V. The study of continuous rolling mill inter-stand tension inferential control systems // Procedia Engineering. 2015. Vol. 129. Pp. 231-238. doi: 10.1016/j.proeng.2015.12.038
17. Improvement of electric and mechanical system for automated strip tension control at continuous wide-strip hot-rolling mill / V.R. Khramshin, A.A. Radionov, G.P. Kornilov, K.E. Odintsov // Procedia Engineering. 2016. Vol. 150. Pp. 11-17. doi: 10.1016/j.proeng.2016.07.208
18. Khramshin V.R. Ways to compensate for static deviations in speed in electric drives of broad-strip hot rolling-mill stands // Russian Electrical Engineering. 2013. Vol. 84. No. 4. Pp. 221-227. doi: 10.3103/S1068371213040032
19. Algorithms of a digital automatic system for tension and loop control in a widestrip hot-rolling mill / P.V. Shilyaev, I.Yu. Andryushin, V.V. Golovin, A.A. Radionov, A.S. Karandaev, V.R. Khramshin // Russian Electrical Engineering. 2013. Vol. 84. No. 10. Pp. 533–541. doi: 10.3103/S106837121310009X