На правах рукописи

ДАВЫДКИН МАКСИМ НИКОЛАЕВИЧ

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ВЕКТОРНО-ИМПУЛЬСНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ПУСКОМ СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Специальность 05.09.03. - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Магнитогорск, 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО “Магнитогорский государственный технический университет им. ”

Научный руководитель –

кандидат технических наук, доцент

БАСКОВ Сергей Николаевич

Официальные оппоненты –

доктор технических наук, профессор

САРВАРОВ Анвар Сабулханович

кандидат технических наук, доцент

ИШМАТОВ Закир Шарифович

Ведущая организация –

ОАО “Уральская Сталь”, г. Новотроицк

Защита состоится “28” июня 2010 г. в 13 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.111.04 при ГОУ ВПО “Магнитогорский государственный технический университет им. ” Челябинская обл., г. Магнитогорск, пр. Ленина, ауд. 227.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО “Магнитогорский государственный технический университет им. ”.

Автореферат разослан “27” мая 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При прямом асинхронном пуске синхронного двигателя в цепи статора возникают ударные токи, которые могут превосходить номинальные в 7-14 раз. Эти броски тока вызывают большие электромагнитные и механические ударные нагрузки на двигатели и исполнительные механизмы. Многократные ударные нагрузки приводят к выходу из строя дорогостоящего технологического оборудования и к значительным затратам на его ремонт. Кроме того, прямой пуск высоковольтного электродвигателя большой единичной мощности, сопровождаемый протеканием пусковых токов, сравнимых по величине с токами короткого замыкания, приводит к глубоким посадкам напряжения питающей сети при каждой операции пуска, что отрицательно сказывается на устойчивости работы других потребителей.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Большие пусковые токи, потребляемые электродвигателями в момент их пуска, и связанные с этим глубокие посадки напряжения существенно усложняют, а в ряде случаев делают невозможным пуск таких двигателей в случае их электроснабжения от газотурбинных, дизельных или иных электростанций ограниченной мощности. В связи с этим персонал предприятий, эксплуатирующий высоковольтные электродвигатели, старается обеспечивать их работу без остановок, возможно более длительное время, даже когда по технологии нет потребности в их работе. А это в свою очередь приводит к значительному перерасходу электроэнергии.

При внедрении систем плавного пуска повышается надежность работы агрегатов и систем их электроснабжения, так как исключаются механические электромагнитные и гидравлические ударные нагрузки. Обеспечивается возможность запуска электродвигателей большой единичной мощности от газотурбинных и дизельных электростанций ограниченной мощности. Увеличиваются сроки службы агрегатов с высоковольтным приводом и длительность межремонтных промежутков, исключаются глубокие просадки напряжений сети в режиме пуска двигателя, что обеспечивает надежное электроснабжение других потребителей электроэнергии подключенных к сети.

На сегодняшний день плавный пуск синхронных двигателей чаще всего осуществляется с отключенной обмоткой возбуждения, при этом используются все способы пуска, применяемые для асинхронных двигателей. Наиболее распространенным способом является плавное повышение напряжения на статоре, с помощью различных регуляторов напряжения. Основным недостатком этого способа является значительное снижение пускового момента, кроме того, возникают сложности в синхронизации с сетью при достижении около-синхронной частоты вращения. Единственным способом, позволяющим осуществить плавный пуск синхронного двигателя с подключенной обмоткой возбуждения, без значительных бросков тока, является частотный пуск. Однако техническая реализация данного способа затруднена высокой стоимостью преобразователей частоты, особенно высоковольтных. Стоимостные и массогабаритные показатели источника питания (выпрямитель-инвертор) могут быть экономически оправданы только со стороны ограничений технологического процесса, в котором принимает участие конкретный синхронный двигатель.

Интерес представляет векторно-импульсный способ пуска, заключающийся в том, что статор двигателя подключают к сети импульсно, когда вектора потокосцеплений ротора и статора занимают в пространстве определенное взаимное положение. Подробные исследования этого способа, позволяющие реализовать его на практике, не проводились. Поэтому задача решения проблемы плавного пуска мощных синхронных двигателей простыми техническими средствами, на основе способа векторно-импульсного управления, поставленная в диссертационной работе, является актуальной.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка конкурентоспособных, малогабаритных устройств плавного пуска, обеспечивающих пуск мощных синхронных электродвигателей с заданным темпом разгона, пусковым моментом близким к номинальному и регулируемым ограничением тока.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих основных задач:

- исследование существующих способов плавного пуска синхронных электродвигателей и особенностей векторно-импульсного способа пуска;

- разработка математической модели синхронного двигателя в режиме векторно-импульсного управления, исследование динамических режимов пуска методами математического моделирования;

- определение оптимального момента и длительности включения синхронного двигателя для получения электромагнитного момента, требуемой величины и знака;

- разработка принципов построения и вариантов реализации системы векторно-импульсного управления пуском синхронного двигателя;

- проведение теоретических и экспериментальных исследований разработанной системы электропривода.

Методы исследования. Теоретические исследования проводились с использованием аналитических и численных методов решения алгебраических уравнений и систем дифференциального и интегрального исчисления, методов структурного моделирования. Разработанные алгоритмы реализованы в виде программных модулей для пакета визуального программирования SIMULINK математического пакета MATLAB R2007b. Экспериментальные исследования проводились в промышленных условиях на специально созданной экспериментальной установке путем прямого осциллографирования основных параметров с последующей их обработкой.

Научная новизна разработок заключается в разработке устройства плавного пуска с принципиально новой системой управления, реализующей векторно-импульсный способ пуска.

Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены основные зависимости и способы управления координатами синхронного электродвигателя при векторно-импульсном управлении.

Предложено математическое описание, разработаны структурные схемы и создан программный продукт для моделирования работы синхронного электродвигателя в режиме векторно-импульсного пуска.

Разработана система управления, обеспечивающая определение положения вектора потокосцепления ротора и подключение обмоток статора к сети в требуемые моменты времени в режиме широтно-импульсной модуляции, за счет чего обеспечивается положительный электромагнитный момент и ограничение тока статора на заданном уровне.

Теоретически и экспериментально доказано, что предложенная система управления обеспечивает плавный пуск синхронного двигателя с подключенной обмоткой возбуждения и последующей самосинхронизацией с сетью, причем среднее значение электромагнитного момента синхронного двигателя при векторно-импульсном пуске значительно больше, чем при асинхронном пуске от регулятора напряжения.

Практическая ценность и реализация работы состоит в том, что в результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований:

- разработано устройство плавного пуска синхронных электродвигателей, обеспечивающее изменяемый темп разгона, пусковой момент близкий к номинальному и регулируемое ограничение тока. Простота предложенной силовой схемы позволяет реализовывать малогабаритные и недорогие устройства плавного пуска, в том числе и для высоковольтных синхронных двигателей;

- разработанная система автоматизированного электропривода опробована на экспериментально-промышленной установке устройства плавного пуска синхронного двигателя регулируемого электропривода роликовых печей листопрокатного цеха №1 Сталь». Доказана возможность осуществления плавного пуска синхронного двигателя с ограничением пусковых токов и снижением нагрузки на питающую сеть.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается правомерностью принятых исходных положений и предпосылок, корректным применением методов математического моделирования, применением классических методов теории электропривода и теории автоматического управления, практической реализацией и экспериментальными исследованиями разработанной системы электропривода в промышленных условиях.

К защите представляются следующие основные положения:

1. Основные закономерности для определения оптимального момента и длительности подключения статора синхронного двигателя к сети при векторно-импульсном управлении.

2. Алгоритм определения положения ротора синхронного двигателя по величинам фазных ЭДС статора, наводимых магнитным полем ротора в неподвижном состоянии в момент подачи тока возбуждения на ротор.

3. Принципы построения системы управления пуском синхронного двигателя, работающей по алгоритму векторно-импульсного управления с широтно-импульсной модуляцией.

4. Математическая модель системы векторно-импульсного управления, учитывающая условия коммутации управляющих элементов силовых ключей.

5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований разработанного устройства плавного пуска.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Энерго - и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (г. Екатеринбург, 2009 г.); на межрегиональной научной конференции молодых ученых и аспирантов «Наука и производство Урала» (г. Новотроицк, г. г.); на научно-технических семинарах кафедры автоматизированного электропривода и мехатроники ( г. г.); 67-й научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за г. г. (МГТУ, апрель 2009 г.) и на расширенном заседании кафедры автоматизированного электропривода и мехатроники ГОУ ВПО “Магнитогорский государственный технический университет им. ” (май 2010 г.).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 9 печатных трудах, в т. ч. одна статья в ведущем рецензируемом научном журнале, рекомендованном Высшей аттестационной комиссией Минобразования России.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 70 наименований и 1 приложения. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, в том числе 60 рисунков и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи исследований.

В первой главе на основе патентно-литературных исследований дан анализ существующих способов плавного пуска синхронных двигателей. Показано что, несмотря на все преимущества синхронных двигателей, их использование ограниченно сложностью пуска, особенно пуска высоковольтных синхронных двигателей. В результате анализа установлено, что известные методы и способы либо не удовлетворяют техническим критериям пуска синхронных двигателей, либо их применение ограничено высокой стоимостью пусковых устройств.

Наибольший интерес представляет импульсный способ пуска, при котором обмотка статора синхронного двигателя соединяется с сетью переменного тока через тиристорный коммутатор. Система управления подает импульсы управления на тиристоры, моменты подачи которых синхронизированы с положением ротора с помощью датчика положения ротора. Среднее значение момента а, следовательно, и интенсивность пуска регулируется изменением параметров импульсов – длительностью, амплитудой, положением и скважностью посредством фазового управления тиристоров. Преимущества данного способа пуска заключаются в однократном преобразование энергии, отсутствии звена постоянного тока и высоковольтного реактора, естественной коммутации тиристоров и автоматической синхронизации с сетью при достижении синхронной частоты вращения. Вместе с тем этот способ обладает и существенными недостатками: невозможностью ограничения пусковых токов синхронного двигателя, вследствие неполной управляемости тиристоров и необходимостью применения датчика положения ротора.

На основе проведенного анализа существующих способов пуска синхронного двигателя и задач, которые должно решать пусковое устройство, был сделан вывод о необходимости разработки на базе импульсного способа пуска нового устройства, с применением полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов, что позволит реализовать регулируемое ограничение пускового тока и улучшение энергетических характеристик устройства. Управление подключением статора синхронного двигателя к сети должно осуществляться в функции взаимного положения векторов потокосцеплений статора и ротора, для чего необходимо разработать способ определения положения этих векторов.

Вторая глава диссертационной работы посвящена разработке математического описания синхронного двигателя с учетом особенностей, накладываемых режимом векторно-импульсного пуска, составлению структурных схем математических моделей, разработке программного продукта для автоматизированного анализа и теоретическому исследованию потокосцеплений ротора и статора и электромагнитного момента синхронного двигателя в режиме векторно-импульсного пуска.

Для составления модели использовалась система уравнений Парка-Горева и соответствующая ей схема замещения синхронного двигателя в осях d-q. Для учета зависимости коэффициентов взаимной индукции и со­ответствующих реактивностей от насыщения стали в исходные урав­нения машины вводятся специальные переменные параметры и учитывающие насыщение стали по осям d и q. Сами же коэффи­циенты являются постоянными параметрами, независящими от насыщения, и определяются для идеализированной ненасыщенной машины. Следовательно, форма записи уравнений насыщенной машины остается такой же, как идеализированной машины, изменяются лишь выражения для определения d, q составляющих ЭДС рассеяния статора. В систему уравнений машины необходимо включить уравнения для определения и характеристику насыщения стали. Таким образом, модель синхронного двигателя в осях d, q, удовлетворяющая требованиям и пригодная для проведения расчетов переходных процессов при векторно-импульсном управлении принимает вид:

(1)

, (2.)

, (3)

, (4)

, (5)

(6)

(7)

, (8)

(9)

(10)

, (11)

, (12)

(13)

(14)

, (15)

для неявнополюсной машины

(16)

для явнополюсной машины

(17)

где - синхронные индуктивные сопротивления машины по продольной и поперечной осям,

- реактивные сопротивления реакции статора (якоря) по продольной и поперечной осям,

- реактивное сопротивление рассеяния статора,

- реактивные сопротивления обмотки возбуждения, продольного и поперечного демпферных контуров,

- реактивные сопротивления рассеяния обмотки возбуждения, продольного и поперечного демпферных контуров,

- ЭДС, индуктируемые в статоре магнитным полем токов роторных контуров при синхронной частоте вращения ротора,

- постоянная времени обмотки возбуждения при прочих разомкнутых контурах, с,

- постоянные времени демпферных контуров при прочих разомкнутых контурах, с,

- инерционная постоянная двигателя, с.

Характеристику насыщения стали машины можно построить по заданной характеристике холостого хода.

С помощью разработанной математической модели, реализованной в среде Matlab R2007b, в пакете Simulink были проведены исследования электромагнитного момента синхронного двигателя при включении с различными начальными условиями. Под начальными условиями подразумевается взаимное положение векторов потокосцеплений ротора и статора на момент включения. Результаты моделирования приведены на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость момента синхронного двигателя от начального

положения ротора

В результате моделирования сделан вывод, что величина и знак пускового момента синхронного двигателя зависят от начального положения векторов потокосцепления статора и ротора. Максимальное среднее значение момента за цикл включения получается, когда положение вектора потокосцепления статора совпадает с положением вектором потокосцепления ротора. Момент имеет положительный знак, когда вектор потокосцепления статора обгоняет вектор потокосцепления ротора и угол между векторами не превышает 1800.

Установлено, что определение положения вектора потокосцепления статора возможно через обобщенный вектор напряжения статорной обмотки синхронного двигателя. При замене реального угла поворота вектора потокосцепления статора на угол поворота обобщенного вектора напряжения, максимальная погрешность составляет 5,42 %, что вполне допустимо для системы векторно-импульсного управления пуском синхронного двигателя.

В третьей главе разработаны принципы построения системы векторно-импульсного управления пуском синхронного двигателя, выполняющей следующие функции: вычисление положения обобщенного вектора напряжения; измерение или вычисление положения вектора потокосцепления ротора, как при вращающемся, так и при неподвижном роторе; определение момента подключения к сети статора СД, обеспечивающего положительное значение электромагнитного момента; ограничение тока статора на заданном уровне. Функциональная схема системы управления, реализующая перечисленные функции показана на рис. 2.

Рис. 2. Функциональная схема векторно-импульсной системы управления

Устройство работает следующим образом. Перед подачей напряжения на обмотки статора синхронного двигателя из блока определения начального положения ротора подается разрешающий сигнал на подключение источника возбуждения к ротору синхронного двигателя. При подаче напряжения возбуждения начинается процесс определения начального положения ротора по величинам фазных ЭДС, наведенных в обмотках статора изменяющимся магнитным потоком ротора. После завершения переходного процесса тока возбуждения, измеренный угол передается в блок определения момента подключения статора к сети и устройство готово к пуску синхронного двигателя. При подаче команды на пуск двигателя в блоке определения момента подключения вычисляются положения обобщенного вектора напряжения статора и потокосцепления ротора. При совпадении этих векторов выдается напряжение Uразр, которое разрешает работу блока ШИМ. Выходной сигнал этого блока открывает ключи в силовой части устройства плавного пуска, в результате чего статор синхронного двигателя подключается к сети. Запирание силовых ключей происходить при превышении токами статора величины Imax. Дальнейшее отпирание ключей производится следующим импульсом тактового генератора. Работа блока ШИМ продолжается в течение всего времени, пока сохраняются электромагнитные условия для возникновения положительного знака момента, то есть пока угол между обобщенным вектором напряжения и ротором не превысит значения . Если обобщенный вектор напряжения обгоняет вектор потокосцепления ротора на угол больший, чем работа блока ШИМ прекращается, статор синхронного двигателя отключается от сети, за счет чего исключаются отрицательные пики электромагнитного момента.

Разработана динамическая модель предложенной системы управления в среде Matlab Simulink, позволяющая исследовать влияние различных параметров двигателя и системы управления на динамику пуска синхронного двигателя. Результаты пуска синхронного двигателя с предложенной системой управления, представлены на рис. 3. В момент времени от 0 до 0,005 с вектор потокосцепления статора обгоняет вектор потокосцепления ротора и разность углов между ними больше 1800. В этот момент нет разрешающего импульса на пуск синхронного двигателя. В момент времени 0,005с разность между векторами становится меньше 1800, появляется первый импульс управления на подключение статора синхронного двигателя к сети. Фазные токи начинают протекать по обмоткам статора, в результате чего создается положительный вращающий момент. Затем значение тока доходит до величины тока ограничения. Система управления снимает управляющий сигнал, и статор синхронного двигателя отключается от сети. Фазные токи в обмотках статора начинают уменьшаться. Следующее подключение обмоток статора произойдет тогда, когда фазные токи станут меньше тока ограничения при условии, что угол между обобщенным вектором напряжения и ротором не превысит значения .

Выявлены две координаты, по которым можно осуществлять управление пуском СД при неизменной величине ограничения тока: максимальный угол между векторами потокосцеплений статора и ротора, при котором разрешено подключение статора к сети и частота коммутации силовых ключей. Исследовано влияние этих величин на динамику пуска СД. Установлено, что при увеличении частоты модуляции и максимального угла между векторами, средний электромагнитный момент увеличивается, а время пуска уменьшается. Результаты моделирования векторно-импульсного пуска синхронного двигателя при различных значениях максимального угла между векторами и частоты модуляции показаны на рис. 4 и рис. 5.

Рис.3. Диаграммы работы системы векторно-импульсного управления

С помощью математической модели был проведен сравнительный анализ векторно-импульсного способа пуска с наиболее распространенными способами: прямым асинхронным пуском и пуском с помощью регулятора напряжения. На рис. 6 приведены графики изменения скорости двигателя при пуске этими способами.

Рис. 4. Влияние величины на темп разгона

Рис. 5. Влияние частоты модуляции на темп разгона

Рис. 6. Разгон двигателя при пуске различными способами

1 - прямой пуск; 2 - векторно-импульсный пуск; 3 - пуск с регулятором напряжения

Анализ графиков, представленных на рис. 6 позволил сделать вывод, что при прямом пуске темп разгона наибольший, однако, наблюдаются пиковые броски тока, которые отрицательно влияют на двигатель и питающую сеть. Пуск двигателя с помощью регулятора напряжения с ограничением пускового тока обуславливается наличием отрицательных пиков момента, которые уменьшают средний пусковой момент синхронного двигателя. Время разгона двигателя при данном способе пуска в 2 раза больше, чем при векторно-импульсном способе. Таким образом, из перечисленных способов пуска наиболее эффективным является векторно-импульсный.

Четвертая глава посвящена разработке лабораторной установки и экспериментальным исследованиям векторно-импульсного пуска синхронного двигателя. Предложена силовая схема устройства плавного пуска синхронного двигателя позволяющая минимизировать количество дорогостоящих силовых ключей и обеспечить простоту их последовательного включения в высоковольтных схемах (Рис.7).

For report 04_2008

Рис. 7. Силовая схема устройства плавного пуска

Силовая часть установки содержит вводной автомат – 1, нуль-орган – 2 для синхронизации системы управления с сетью, датчик положения ротора – 3 для определения положения вектора потокосцепления ротора, датчики фазных токов – 4 для реализации ограничения пускового тока, трехфазный диодный мост – 5, один, или несколько последовательно включенных IGBT транзисторов – 7 со снабберными цепями – 6 для защиты от коммутационных перенапряжений и систему управления – 8.

При реализации векторно-импульсного способа пуска синхронного двигателя одной из основных проблем построения силовой схемы является защита IGBT-транзистора от перенапряжений, возникающих при коммутации. Особенностью силовой схемы преобразователя, применяющегося при векторно-импульсном управлении, является то, что к индуктивности монтажа добавляется индуктивность рассеяния обмоток синхронного двигателя. Для оценки возможности практической реализации пассивных снабберных цепей в устройствах плавного пуска большой мощности были проведены расчеты для высоковольтных синхронных двигателей мощностью от 400 кВт до 6,5 МВт. Из проведенных расчетов был сделан вывод, что мощность, рассеиваемая в элементах защитной цепи, не превышает 1,2 % от номинальной мощности двигателя. Емкость конденсатора, величина сопротивления снабберной цепи и мощность, рассеиваемая на этом сопротивлении, находятся в пределах, легко реализуемых на практике.

Для экспериментальной проверки алгоритмов работы системы векторно-импульсного управления была создана лабораторная установка с явнополюсным синхронным двигатель ГАБ-4 с номинальными параметрам Pн=1100 Вт, nн =3000 об/мин, Uн= 380 В, Iн=3А. Двигатель оснащен датчиками фазных токов и напряжений (в фазах А и В) с гальванической развязкой сигналов и импульсным датчиком угла поворота ротора типа ВЕ175А5. Для проверки возможности увеличения максимально допустимого напряжения транзисторного ключа за счет последовательного включения IGBT транзисторов, в силовой части схемы реализован ключ, состоящий из двух последовательно соединенных транзисторов со статическим и динамическим симметрированием за счет пассивных снабберных цепей. Эти же цепи служат для защиты каждого из транзисторов ключа от перенапряжения в процессе коммутации. Система управления лабораторной установкой реализована на микроконтроллере LPC 2148.

На рис. 8 представлена зависимость тока, момента, скорости и положения векторов потокосцепления.

Рис. 8. Результаты пуска синхронного двигателя ГАБ-1-230-Т

Экспериментальные исследования подтвердили работоспособность предложенной системы управления, достоверность основных теоретических выводов и правильность выбора принципов построения системы управления. Показали, что разработанное устройство векторно-импульсного пуска выполняет все технические требования предъявляемые к подобным устройствам, обладая при этом низкой стоимостью и малыми габаритами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1.  По результатам проведенного литературного и патентного обзора установлено, что известные методы и способы пуска либо не удовлетворяют техническим критериям пуска синхронного двигателя, либо не могут быть применены из-за высокой стоимости устройств их реализующих.

2.  На базе импульсного способа пуска предложено новое устройство, обеспечивающее импульсное управление синхронным двигателем в функции взаимного положения векторов потокосцеплений ротора и статора, с применением в силовой схеме полностью управляемых полупроводниковых приборов, позволяющих реализовать регулируемое ограничение пускового тока и улучшение энергетических характеристик устройства.

3.  В результате математического моделирования синхронного двигателя в режиме векторно-импульсного пуска установлено, что величина и знак момента синхронного двигателя при включении зависят от положения векторов потокосцепления статора и ротора. Максимальное значение момента за цикл включения получается, когда при включении, положение вектора потокосцепления статора совпадает с положением вектором потокосцепления ротора. Момент вращения синхронного двигателя имеет положительный знак, когда вектор потокосцепления статора обгоняет вектор потокосцепления ротора и угол между векторами не превышает 1800.

4.  Предложена структурная схема системы управления, реализующая векторно-импульсный способ пуска синхронного двигателя. В системе реализованы функции определения положения векторов потокосцеплений ротора и статора и подключение обмоток статора двигателя в режиме широтно-импульсной модуляции с ограничением тока статора в каждом цикле.

5.  Разработана динамическая модель предложенной системы управления в среде Matlab Simulink, позволяющая исследовать влияние различных параметров двигателя и системы управления на динамику пуска синхронного двигателя. Выявлены две координаты, по которым можно осуществлять управление пуском СД при неизменной величине ограничения тока: частота коммутации силовых ключей и максимальный угол между векторами потокосцеплений статора и ротора, при котором разрешено подключение статора к сети.

6.  Исследовано влияние частоты широтно-импульсной модуляции и максимального угла между векторами потокосцеплений статора и ротора на динамику пуска СД. Установлено, что при увеличении частоты модуляции и максимального угла между векторами, средний электромагнитный момент увеличивается, а время пуска уменьшается. Даны рекомендации по выбору оптимальных значений этих величин.

7.  Предложена силовая схема устройства плавного пуска синхронного двигателя позволяющая минимизировать количество дорогостоящих силовых ключей и обеспечить простоту их последовательного включения в высоковольтных схемах. Разработаны основные соотношения для расчета параметров элементов силовой схемы устройства плавного пуска.

8.  Проведен анализ цепей защиты силовых транзисторов от коммутационных перенапряжений, даны рекомендации по выбору оптимального варианта схемы. Разработана методика расчета параметров элементов защитной цепи, даны рекомендации по их выбору. Рассмотрена возможность последовательного включения IGBT транзисторов в силовой схеме высоковольтного устройства плавного пуска. Даны рекомендации по статическому и динамическому симметрированию последовательно включенных транзисторов.

9.  Разработана лабораторная установка с микропроцессорной системой управления. Предложен алгоритм реализации программы для микропроцессорной системы, реализующий векторно-импульсный способ управления. Проведены экспериментальные исследования векторно-импульсного способа пуска, подтвердившие эффективность предложенной системы по сравнению с известными способами пуска синхронного двигателя.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. , Басков -импульсный способ пуска синхронных двигателей в компрессорных установках кислородно-компрессорного цеха сталь» // Изв. вузов. Электромеханика, 2009. № 1. - С. 99-102. (рецензируемое издание из перечня ВАК)

2. , Басков -импульсное управление синхронным двигателем // Наука и производство Урала: Сборник трудов межрегиональной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. – Новотроицк: НФ МИСиС, 2007. - С. 51-57.

3. , Басков -импульсный способ пуска синхронного двигателя // Наука и производство Урала: Сборник трудов межрегиональной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. – Новотроицк: НФ МИСиС, 2008. - С. 7-11.

4. , Басков микроконтроллера LPC2148 в системах управления плавного пуска электродвигателей // Наука и производство Урала: Сборник трудов межрегиональной научной конференции молодых ученых и аспирантов.–Новотроицк: НФ МИСиС, 2009. С.13-15.

5. , Коньков микроконтроллера LPC2148 в системах управления плавного пуска синхронных электродвигателей компрессорных установок металлургического производства // Автоматизация технологических и производственных процессов в металлургии: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. - С.

6. , , Коньков динамики синхронного двигателя при различных способах пуска // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. Вып. 17. - С.

7. , Давыдкин анализ режимов пуска синхронного двигателя // Материалы 67-й научно-технической конференции: сб. докладов. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. т.2. с. 93-97.

8. , , Коньков определения положения ротора синхронного двигателя // Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых 14-18 декабря 2009 г. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. с. 69-72.

9. Давыдкин оптимальных условий для нахождения положения ротора синхронного двигателя по импульсу тока возбуждения (статья) Наука и производство Урала: Сборник трудов межрегиональной научной конференции молодых ученых и аспирантов. – Новотроицк: НФ МИСиС, 2009. С.16-20.

Подписано в печать 24.05.2010. Формат 60х84 1/16. Бумага тип. №1

Плоская печать. Усл. печ. л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ 424

г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38

Полиграфический участок МГТУ