Аннотация — Сформулированы требования к контуру управления моментом тяговых электроприводов транспортных средств и приводов стартеров газотранспортных агрегатов. Приведены результаты исследования электроприводов без датчика скорости в контуре момента при векторном и частотном управлении, полученные в результате их математического моделирования и натурных экспериментов, учитывающего процессы в стали и широкий диапазон изменения электромагнитных параметров вследствие насыщения и температуры.

Ключевые слова — асинхронный электропривод; тяговый электропривод; бездатчиковое управление; векторное управление; частотное управление; стартер газотурбинного агрегата.

I. Введение

В настоящее время в тяговых электроприводах традиционно применяются частотные либо векторные системы управления с датчиком скорости/положения на валу двигателя. При этом, преимущество отдается векторным приводам, как обладающим более высокими динамическими показателями. На данный момент датчик скорости является одним из самых ненадежных элементов в тяговых электроприводах большой мощности, работающих в весьма тяжелых условиях по вибрации и температуре окружающей среды. Как показывает практика эксплуатации тяговых приводов большой и средней мощности, к кратковременным сбоям в работе канала измерения скорости могут приводить не только повышенные механические нагрузки, но и постепенный износ подшипниковых узлов, электродинамические усилия, возникающие в конструкции машин при больших переменных токах, наводки на первичную систему измерения датчика, конструктивно расположенную в электрической машине. В приводах малой мощности применение датчика на валу двигателя заметно сказывается не только на надежности, но и на стоимости привода.

Известно, что бездатчиковый асинхронный электропривод с векторным управлением уже достаточно давно входит в стандартный набор исполнений преобразователей частоты универсального назначения ведущих зарубежных фирм, а также в отечественный привод универсального назначения серии ЭПВ, разработанный НТЦ Электропривода «Вектор» Ивановского государственного энергетического университета и выпускавшийся в ООО «ЧЭАЗ-ЭЛПРИ» Чебоксарского электроаппаратного завода с начала двухтысячных годов [1,2]. Он обеспечивает диапазон регулирования скорости 100 и полосу пропускания контура скорости в десятки Гц. Применение подобных приводов в тяговых приложениях до сих пор сдерживалось их особенностями  [3,4], а именно:

• эксплуатацией в условиях повышенных климатических и механических воздействий;
• необходимостью достаточно быстрой (десятые доли секунды) и точной (не хуже 5..10%) отработки задания по моменту в условиях больших изменений параметров двигателя в процессе работы (активные сопротивления могут изменяться в 2 раза из-за температуры, индуктивности – в 3 из-за насыщения различных участков магнитопровода);
• работа с широкой второй и третьей зонами регулирования скорости, суммарный диапазон которых в отдельных применениях может быть более 10;
• сильным влиянием на процессы в электроприводе глубокого насыщения магнитопровода асинхронного двигателя (АД) на малых скоростях и процессов в стали на средних и больших скоростях.

Необходимым атрибутом любой системы управления моментом электропривода переменного тока без датчика скорости/положения является наблюдатель состояния (вычислитель скорости и других переменных и параметров) электропривода, к которому, как правило, предъявляются определенные требования к динамической и статической точности, а также адаптируемости к изменениям параметров и структурным неточностям математических моделей. Вопросы построения таких устройств достаточно хорошо отражены в современной технической литературе, в частности в [6..12, 1, 5].

В настоящей статье рассматриваются основные результаты исследований, полученные в процессе разработки асинхронного электропривода без датчика на валу двигателя, предназначенного для применения в качестве тягового электропривода различных транспортных средств (карьерных самосвалов, тракторов, автобусов, троллейбусов, трамваев, электропоездов, тепловозов и др.), питаемых как от дизель-генераторных установок, так и от сети. Другими возможными сферами применения данного электропривода являются любые механизмы, требующие регулирования момента либо формирования его предельного значения в рабочем диапазоне скоростей (например, стартеры газотурбинных  агрегатов), не предъявляющие повышенных требований к диапазону регулирования скорости (с требуемым диапазоном регулирования скорости не более 100).
...

( скачать статью в формате PDF (1,4 Мб) )