Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Разработка и исследование тиристорного выпрямителя с микропроцессорным управлением для широкорегулируемого электропривода

Диссертация: Разработка и исследование тиристорного выпрямителя с микропроцессорным управлением для широкорегулируемого электропривода
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Особый прогресс в развитии серийного тиристорного ЭП постоянного тока в нашей стране наблюдался в 70 — 80 гг. XX века. Большой вклад в развитие этого направления внесли российские ученые: Булгаков А. А., Шипилло В. П., Слежановский О. В., Юньков М. М., Ключев В. И., Ильинский Н. Ф., а также основатель Чебоксарской школы приводчиков Поздеев А. Д., его ученики и продолжатели Иванов А. Г., Донской… Читать ещё >

Разработка и исследование тиристорного выпрямителя с микропроцессорным управлением для широкорегулируемого электропривода (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТОК И ПРОИЗВОДСТВА ТИРИСТОРНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
    • 1. 1. Обзор состояния тиристорных выпрямителей для двигателей постоянного тока
    • 1. 2. Технические требования для микропроцессорных систем управления (МПСУ) тиристорным выпрямителем
    • 1. 3. Выводы
  • ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ
    • 2. 1. Основные этапы проектирования МПСУ
    • 2. 2. Анализ и разработка структуры МПСУ
    • 2. 3. Разработка алгоритма управления МПСУ
    • 2. 4. Выбор типа микропроцессора
    • 2. 5. Алгоритм автонастройки МПСУ 51 2.7 Выводы
  • ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ САР СКОРОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ТИРИСТОРНЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ И МПСУ
    • 3. 1. Анализ особенностей динамических свойств системы с тиристорным выпрямителем и двигателем постоянного тока при большом диапазоне регулирования скорости
    • 3. 2. Исследование динамических процессов на модели
    • 3. 3. Оптимизация динамических процессов
    • 3. 4. Оптимизация структуры МПСУ с аналоговыми датчиками скорости
    • 3. 5. Выводы
  • ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА ТИРИСТОРНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ С МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ
    • 4. 1. Опытный образец САР скорости двигателя постоянного тока на базе тиристорного выпрямителя с МПСУ
    • 4. 2. Алгоритм работы МПСУ
    • 4. 3. Разработка принципиальной схемы МПСУ и результаты исследования
    • 4. 4. Выводы
  • Заключение
  • Литература
  • ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность работы. В настоящее время большое значение имеет развитие полупроводниковых преобразователей с микропроцессорным управлением для регулирования скорости асинхронных, вентильных и вентильно-индукторных двигателей. Однако не утратил актуальность вопрос создания тиристорного микропроцессорного управления для электропривода (ЭП) постоянного тока, который отличается высокой надежностью, обратимостью преобразования электроэнергии, низкой стоимостью и простотой алгоритмов управления (скалярное управление вместо векторного в транзисторных системах). В настоящее время во многих производственных механизмах горной, металлургической, полиграфической, цементной и других отраслях промышленности широко применяется ЭП постоянного тока. Поэтому нет оснований утверждать, что в обозримом будущем произойдет полное вытеснение тиристорных систем регулирования постоянного тока электроприводом переменного тока.

Особый прогресс в развитии серийного тиристорного ЭП постоянного тока в нашей стране наблюдался в 70 — 80 гг. XX века. Большой вклад в развитие этого направления внесли российские ученые: Булгаков А. А., Шипилло В. П., Слежановский О. В., Юньков М. М., Ключев В. И., Ильинский Н. Ф., а также основатель Чебоксарской школы приводчиков Поздеев А. Д., его ученики и продолжатели Иванов А. Г., Донской Н. В., Никитин В. М., Горчаков В. В., Альтшуллер М. И. и др.

За рубежом наибольших успехов в развитии тиристорных систем регулирования ЭП достигли фирмы Siemens, ABB, BOSCH и др., которые наряду с современными приводами переменного тока провели модернизацию аналоговых систем приводов постоянного тока и успешно применяют современные тиристорные ЭП с цифровым управлением. Однако использование результатов этих разработок ведущих инофирм при модернизации отечественных тиристорных систем регулирования оказывается практически невозможным. Это обусловлено засекреченностью информации в условиях рыночных отношений и, в отличие от аналоговых систем, большими техническими трудностями по алгоритмической и программной расшифровке принципиальных решений.

В настоящее время в России и СНГ освоен большой парк двигателей постоянного тока (серии 2П, 4П, 4ПФ, ДПР и др.) различной мощности и тиристорных преобразователей для ЭП (серии ЭПУ1, ЭПУ2, ЭПУ5, ЭТУ, БОГ и др.), которые нуждаются в модернизации с использованием достижений современной силовой электроники и микроэлектроники, в том числе микропроцессорной техники. Применение микропроцессорной техники позволяет реализовать новые функции и алгоритмы, не доступные ранее для аналоговых систем. В связи с этим, задачи модернизации рассматриваемых систем с улучшением их потребительских свойств, динамических показателей и структуры регулирования являются актуальными.

Цель диссертационной работы. Целью работы является разработка и исследование тиристорного выпрямителя (ТВ) с микропроцессорной системой управлением (МПСУ) для широкорегулируемого электропривода постоянного тока. В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:

1. Обоснование технических требований к разработке МПСУ тиристорным выпрямителем для широкорегулируемого электропривода постоянного тока.

2. Разработка структуры, алгоритма системы регулирования и методики автонастройки параметров регуляторов.

3. Исследование особенностей динамических процессов системы регулирования при больших диапазонах регулирования с нелинейной нагрузкой и оптимизация ее динамических характеристик.

4. Экспериментальные исследования, подтверждение достоверности результатов теоретических положений, изложенных в диссертации.

Методы исследования. При выполнении работы применялись методы теории электрических цепей, теория автоматического регулирования, теория цифровых систем управления, методы имитационного моделирования, а также численные методы. Разработка и отладка программных продуктов осуществлялась с помощью сред разработки С++, VisualDSP. Экспериментальная часть выполнялась на опытном образце модернизированного тиристорного преобразователя ЭПУ1М с применением персонального компьютера, отладочного средства ADMC300 EVALUTION KIT.

Научная новизна.

1. На основании исследования зарубежных и отечественных разработок синтезирована МПСУ ТВ по известному аналоговому прототипу — серийному электроприводу ЭПУ1М, отличающаяся автонастройкой параметров регуляторов, компенсацией моментной нелинейности и нелинейности режима прерывистого тока.

2. В результате проведенного теоретического исследования коэффициента передачи тиристорного выпрямителя для наиболее распространенных на практике случаев (aL^") получены аналитические зависимости, позволяющие осуществлять компенсацию нелинейности режима прерывистого тока.

3. На основании аналитических исследований и компьютерного моделирования выполнен анализ процессов пуска и реверса двигателя в тиристорной САР при большом диапазоне регулирования скорости с нагрузочным моментом типа «сухое трение» и получены новые результаты.

4. Предложен и экспериментально испытан способ повышения быстродействия пусковых режимов двигателя при малых скоростях вращения под нагрузкой.

Практическая ценность.

1. Разработана и испытана МПСУ тиристорным выпрямителем для регулирования скорости двигателя постоянного тока с автонастройкой, которая рекомендуется при модернизации аналоговых устройств типа ЭПУ1М, КЭП и др.

2. Разработаны алгоритмы и программы для синтеза микропроцессорной системы с аналоговыми датчиками скорости и ЭДС.

3. Создан опытный образец трехфазной реверсивной тиристорной микропроцессорной системы электропривода и выполнены его экспериментальные исследования.

4. Проведена экспериментальная проверка эффективности предложенного способа повышения быстродействия тиристорной системы регулирования при пуске и реверсе двигателя на малых скоростях вращения при статическом моменте типа «сухое трение».

Практическая реализация. Практическая ценность диссертации подтверждается решением ряда актуальных задач. Предложенные в работе новые технические решения защищены патентами, а результаты исследования рекомендуется взять за основу при разработке и внедрении нового поколения тиристорных электроприводов взамен выпускаемых ОАО «ЧЭАЗ» серий ЭПУ1М, КЭП1, БОТ и ЭПУ5.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждались на V, VI и VII Всероссийских научно-технических конференциях «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем» (г. Чебоксары, 2003, 2005 и 2007 гг.), V и VI Всероссийских научно-технических конференциях «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике» (г. Чебоксары, 2004 и 2006 гг.), II и III Республиканских научно-технических конференциях молодых специалистов «Электротехника, электроэнергетика, электромеханика» (г. Чебоксары, 2004 и 2005 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ: из них 15 научных статей в научных журналах и материалах научных конференций. По теме диссертации получены 4 патента РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа объемом 152с. состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 72 наименований и 2 приложений. Работа содержит 44 рисунка и 1 таблицу.

4.4 Выводы.

Разработаны экспериментальный образец САР скорости двигателя на базе ТВ с МПСУ, электрическая принципиальная схема МПСУ и алгоритм работы МПСУ. На языке ассемблер составлена программа, реализующая данный алгоритм.

Проверено функционирование системы и основные положения диссертации. Результаты испытаний положительные. По основным техническим решениям получены патенты на полезные модели и изобретения [18,19,23,31,32].

Заключение

.

На основе выполненных исследований в диссертации получены следующие результаты:

1. Предложена структура тиристорной микропроцессорной системы регулирования скорости двигателя постоянного тока, отличающаяся автонастройкой и компенсацией влияния моментной нелинейности и нелинейности режима прерывистого тока.

2. Получена аналитическая зависимость коэффициента передачи ТВ, упрощающая линеаризацию характеристик выпрямителя в режиме прерывистого тока.

3. Выполнен анализ динамических процессов и предложен способ повышения быстродействия пусковых режимов в САР с МПСУ при больших диапазонах регулирования скорости двигателя под нагрузкой.

4. Создан опытный образец микропроцессорной системы регулирования скорости двигателя постоянного тока и проведены его экспериментальные исследования. Полученные результаты свидетельствуют о соответствии теоретических и экспериментальных данных.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Белов Г. А, Динамика импульсных преобразователей. Чебоксары: изд-во Чувашского университета, 2001, 528с.
  2. Г. А. Электронные цепи и микросхемотехника. Учебное пособие для вузов. Чебоксары: изд-во Чувашского университета, 2004, 780с.
  3. В. А., Изранцев В. В. Системы автоматического управления с микроЭВМ. М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. лит., 1987 — 320с.
  4. В.А. Цифровые автоматические системы. М.: Наука, 1976.
  5. А.А. Новая теория управляемых выпрямителей. М., «Наука», 1970, 320с.
  6. М., Саньков М., Ченцов Д. Система управления тиристорным преобразователем // Современная технология автоматизации. 2000. № 2, с.60−65.
  7. Л.Н. Оптимальное дискретное управление динамическими системами/ Под. ред. П. Д. Крутько. М.: Наука, 1986.
  8. Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное пособие.-СПб.: КОРОНА принт, 2001.-320с.
  9. А. Визуальное моделирование в среде MATLAB. СПБ.: Питер, 2000. 429с.
  10. А. Имитационное моделирование в среде Windows. Санкт-Петербург: Корона принт, 1999. 287с.
  11. В.Г., Гусев Ю. М. Электроника: учеб. Пособие для вузов. -М.: Высш. шк., 1991.
  12. B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ие, 1988.
  13. Динамика вентильного электропривода постоянного тока. Под ред. канд. техн. наук А. Д. Поздеева. М., «Энергия», 1975, 224с.
  14. Ю.С. Промышленная электроника: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1982.
  15. Г. В., Ионкин П. А., Нетушил А. В., Страхов С. В. Основы теории цепей. М.: Энергия, 1975. 752с.
  16. Е.Н., Кацевич B.JL, Козырев С. К. Электроприводы постоянного тока с вентильными преобразователями М.: Энергоатомиздат, 1981.-192с.
  17. Г. С. Основы силовой электроники: Учебн. пособие.- Изд. 2-е, испр. и доп.-Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003.-664с.
  18. А.Г., Арзамасов B.JL, Пименов В. М., Сергеев А. Г. Микропроцессорный электропривод. Патент № 2 280 315 на изобретение. Бюллетень № 20. Опубл. 20.07.2006.
  19. А.Г., Арзамасов В. Л., Пименов В. М., Сергеев А. Г. Тиристорный электропривод постоянного тока с микропроцессорным управлением. Патент № 43 702 на полезную модель Бюллетень № 3. Опубл. 27.01.2005.
  20. А.Г. К вопросу о динамических моделях и методиках синтеза замкнутых систем с управляемыми выпрямителями // Труды Академии электротехнических наук Чувашской республики, 2001. № 2, с.76−82.
  21. А.Г., Сергеев А. Г. Динамические особенности широкорегулируемого электропривода. Труды Академии электротехнических наук Чувашской Республики, Чебоксары, 2004, № 2.
  22. А.Г., Сергеев А. Г. Источник регулируемого напряжение Патент № 58 819 на полезную модель. Бюллетень № 33. Опубл. 27.11.2006.
  23. А.Г., Сергеев А. Г. Методика определения параметров самонастройки в микропроцессорных САР с управляемыми выпрямителями //
  24. Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: Материалы V Всеросс. научн.-техн. конф. Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 2003, с. 3−6.
  25. А.Г., Сергеев А. Г. Модель нагрузки в системе «управляемый выпрямитель-двигатель» // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: Материалы VI Всеросс. научн.-техн. конф. Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 2005, с. 50−53.
  26. А.Г., Сергеев А. Г. Особенности динамики тиристорного электропривода при малых угловых скоростях вращения// Электротехника, 2005. № 11, с. 56−58.
  27. А.Г., Сергеев А. Г. Тиристорный электропривод. Патент № 55 228 на полезную модель. Бюллетень № 21. Опубл. 27.07.2006.
  28. А.Г., Сергеев А. Г. Электропривод с микропроцессорным управлением. Патент № 50 062 на полезную модель. Бюллетень № 34. Опубл. 10.12.2005.
  29. А.Г., Чернышев А. С. Устройство для управления двигателем постоянного тока. А.с. № 762 117, Б. И. № 33,1980 г.
  30. Н.Ф., Козаченко В. Ф. Общий курс электропривода: Учеб. Для вузов. -М: Энергоатомиздат, 1992.-544с.
  31. Н.Ф. Основы электропривода М.: Из-во МЭИ, 2000 -162с.
  32. Н.Ф. Электропривод в современном мире //Автоматизированный электропривод: Сборник материалов V Международной (XVI Всероссийской) научной конференции: Санкт-Петербург, 2007.
  33. .М., Сташин В. В. Микропроцессоры в цифровых системах. М.: Энергия. 1979,192с.
  34. А.Е. Электропривод в Санкт-Петербурге: вчера, сегодня, завтра// Автоматизированный электропривод: Сборник материалов V Международной (XVI Всероссийской) научной конференции: Санкт-Петербург, 2007.
  35. Е.А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов. -М.: Радио и связь, 1991. -376с.
  36. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник. Под ред. В.М. Перельмутера-М.: Энергоатомиздат. 1998.-319с.
  37. Г., Корн Т. Справочник по математике для научныхгработников и инженеров. М.: Изд-во «Наука. 1970, 720с.
  38. .Г., Чмут В. И. Компенсация нелинейности звена тиристорный преобразователь двигатель в микропроцессорном электроприводе. Многомерные электромеханические системы.-Л: Изд-во Северо-Западного политехи, ин-та, 1987.
  39. Микропроцессорные автоматические системы регулирования. Основы теории и элементы. Учебное пособие. Солодовников В. В., Коньков В. Г., Суханов B. JL, Шевяков О. В. М.: Высшая школа, 1991.-255с.
  40. Микропроцессорные системы управления электроприводами./ Кулесский Р. А., Бородин М. Ю., Ишматов З. Ш. и др. Свердловск: СЦНТИ, 1986.-49С.
  41. И. Аппаратные средства микро-ЭВМ: пер. с япон. М.: Мир, 1988.-280с.
  42. В.В., Гуляев И. В., Тутаев Г. М. Моедлирование нагрузки электропривода // Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития: Тр. IV Междунар. (XV Всероссийской) конф. По автоматизированному электроприводу. Ч. 1. Магнитогорск, 2004, 331с.
  43. Ю.В., Скоробогатов П. К. Основы микропроцессорной техники. М.: Интернет-Университет информационных технологий -ИНТУИТ.РУ, 2004,440с.
  44. Г. Б. Электрический привод. Учебник для вузов М.: РАСХН. 2003−320с.
  45. В.М., Сидоренко В. А. Системы управления тиристорными электроприводами постоянного тока.-М.: Энергоатомиздат, 1988.-340с.
  46. В.М., Соловьев А. К. Цифровые системы управления тиристорным электроприводом. Киев: Техника. 1983, 104с.
  47. А.Д. Теория вентильного и цифрового электропривода. Анализ и синтез линеаризованных структур электроприводов. Чебоксары. Изд-во Чуваш, ун-та, 1994.
  48. Полупроводниковые выпрямители/ Беркович Е. И., Ковалев В. Н., Ковалев Ф. И. и др.- Под ред. Ф. И. Ковалева и Г. П. Мостковой 2-е изд., перераб. М.: Энергия, 1978 — 448с.
  49. Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления: Учеб. Пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Наука, 1989.
  50. И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. М.: Энергоатомиздат, 1988.
  51. Г. И., Новосельцова Т. Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах: Справочник.-М.: радио и связь, 1990.
  52. Ю.К. Основы силовой электроники. М.: Энергоатомиздат, 1992−296с.
  53. B.C., Сенько В. И., Чиженко И. М. Основы преобразовательной техники: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Высш. школа, 1980,424с.
  54. Руководство пользователя по сигнальным микропроцессорам семейства ADSP-2100/ Пер. с англ. О.В. Луневой- Под ред. А.Д. Викторова- Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет.-Санкт-Петербург, 1997.-520с.
  55. Силовая электроника/ Под ред. Р. Лампе: Пер. с нем. М.: Энергоатомиздат, 1987.
  56. В.М. Элементы автоматизированного электропривода: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1987.-224с.
  57. Р. Микропроцессоры. Курс и упражнения: Пер. с англ./ Под ред. В. Н. Грасевича. М.: Энергоатомиздат, 1987.
  58. Управляемый выпрямитель в системах автоматического регулирования/ Н. В. Донской, А. Г. Иванов, В. М. Никитин, А.Д. Поздеев- Под ред. А. Д. Поздеева.-М.: Энергоатомиздат, 1984.-352с.
  59. В.Г., Файнштейн Э. Г. Микропроцессорные системы управления тиристорными электроприводами/ Под. ред. О.В. Слежановского-М.: Энергоатомиздат, 1986.-240с.
  60. Э.Г., Файнштейн В. Г. Электроприводы постоянного тока с микропроцессорным управлением.-М.: Энергоатомиздат, 1986.-256с.
  61. П., Хилл У. Искусство схемотехники: Пер. с англ. 5-е изд., перераб. — М.: Мир, 1998.-704с.
  62. М.Г., Ключев В. И., Сандлер А. С. Теория автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1979.-616с.
  63. B.JI. Популярные цифровые микросхемы: Справочнк. М.: Радио и связь, 1987.-352с.
  64. В.П. Автоматизированный вентильный электропривод. М., «Энергия», 1969, 400с.
  65. Электропривод постоянного тока. Состояние и тенденции. // Докл. научно-практического семинара. М.: Издательство МЭИ, 2002 — 72с.
  66. ADMC300 Single Chip DSP Motor Controller Data Sheet, Analog Devices.
  67. ADMC300 DSP Motor Controller. Developer Reference Manual. Revision 2.0, 1998.
  68. ADSP-2100 Family User’s Manual, Third Edition, 9/95, Analog Devices.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!