Введение
ГЛАВА 1. Отказоустойчивый электропривод переменного тока в составе опасных производственных объектов
1.1. Отказоустойчивость, живучесть и безопасность электроприводов опасных производственных объектов 20
1.2. Влияние уровня техники и технологий на тенденции развития электроприводов переменного тока 24
1.3. Основные направления по построению силовых импульсных преобразователей для электроприводов переменного тока 28
1.4. Характеристика отказов электродвигателей переменного тока 30
1.5. Аварийные режимы и традиционные методы отказоустойчивого управления в электроприводах переменного тока 31
1.5.1. Микропроцессорные устройства защитного отключения нерегулируемых двигателей переменного тока 32
1.5.2. Алгоритмы отказоустойчивого управления в асинхронном электроприводе 34
1.5.3. Алгоритмы отказоустойчивого управления в вентильном электроприводе 37
1.5.4. Алгоритмы отказоустойчивого управления в вентильно-индукторном электроприводе 40
1.6. Обеспечение безопасности кранового электропривода механизма подъема на основе ограничителя грузоподъемности 42
1.7. Живучесть аварийной технической системы 43
1.8. Выводы 44
ГЛАВА 2. Методы отказоустойчивого управления электроприводом переменного тока .
2.1. Предпосылки разработки методов отказоустойчивого управления 47
2.2. Рабочие и аварийные состояния трехфазных асинхронных и вентильных двигателей 50
2.3. Связь теории живучести и методологии построения технической системы отказоустойчивого электропривода 55
2.4. Формирование избыточности в отказоустойчивом электроприводе переменного тока 59
2.5. Пространство параметров управления электрических машин при организации отказоустойчивого управления электроприводом переменного тока 62
2.6. Методы отказоустойчивого управления электроприводом переменного тока 63
2.6.1. Синтез отказоустойчивого электропривода с формированием вектора параметров для нормального режима работы 63
2.6.2. Мониторинг и формирование матрицы отказов электропривода переменного тока 66
2.6.3. Адаптация структуры электропривода к работе в неполнофазных режимах с оценкой резерва 66
2.6.4. Блокировка цепей электропитания защитными элементами 67
2.6.5. Адаптация функций аварийного электропривода c активизацией алгоритма восстановления и оценкой работоспособности 67
2.6.6. Определение остаточного ресурса работы электропривода для тепловых и механических повреждений 69
2.6.7. Формирование пространства отказоустойчивого управления электроприводом переменного тока в виде вектора аварийных параметров 69
2.7. Выводы 73
ГЛАВА 3. Математические и имитационные модели электроприводов переменного тока в аварийных режимах работы .
3.1. Особенности моделирования электродвигателей переменного тока в аварийных и неполнофазных режимах работы 73
3.2. Математические модели асинхронного электропривода в аварийных и не полнофазных режимах работы при подключении с развязанными и связанными фазами 75
3.3. Математическая модель вентильного электропривода в аварийных и неполнофазных режимах работы 87
3.4. Математическая модель трехфазного двухсекционного вентильно-индукторного электропривода в аварийных и неполнофазных режимах работы 93
3.5. Имитационные модели электроприводов переменного тока в аварийных и неполнофазных режимах работы 99
3.5.1. Имитационная модель асинхронного электропривода 99
3.5.2. Имитационная модель отказоустойчивого вентильно-индукторного электропривода 106
3.5.2.1. Имитационная модель односекционного трехфазного вентильно индукторного электропривода 106
3.5.2.2. Имитационная модель двухсекционного трехфазного вентильноиндукторного электропривода 115
3.6. Математическая модель кранового электропривода механизма подъема 116
3.7. Выводы 120
ГЛАВА 4. Алгоритмическое обеспечение систем управления двигателями переменного тока в аварийных режимах работы.
4.1. Принципы построения асинхронного электропривода с поддержкой отказоустойчивых алгоритмов восстановления работоспособности в аварийных и неполнофазных режимах работы 121
4.2. Принципы формирования алгоритмов восстановления работоспособности в аварийном режиме в виде выражений самоорганизации управления с интегрированными битами матрицы отказов 122
4.3. Алгоритм мониторинга и блокирования цепей питания для аварийного режима трехфазного асинхронного электропривода 124
4.4. Алгоритмы отказоустойчивого управления асинхронным электроприводом в аварийных режимах работы 125
4.4.1. Отказоустойчивое частотно-токовое управление асинхронным электроприводом 127
4.4.2. Отказоустойчивое управление ш-фазным асинхронным электроприводом с формированием несинусоидальных фазных токов 128
4.4.3. Отказоустойчивое частотно-токовое управление асинхронным электроприводом с увеличением частоты фазных токов 134
4.4.4. Отказоустойчивое векторное управление асинхронным электроприводом 135
4.4.5. Обеспечение отказоустойчивости электропривода со структурным резервом 138
4.4.6. Моделирование процессов алгоритмического восстановления работоспособности отказоустойчивого асинхронного электропривода 140
4.5. Алгоритмы отказоустойчивого управления вентильным электроприводом в аварийных режимах работы 154
4.6. Алгоритмы отказоустойчивого управления вентильно-индукторным электроприводом в аварийных режимах работы 157
4.6.1. Управление односекционным трехфазным вентильно-индукторным электроприводом с симметричной одиночной коммутацией и исходной отказоустойчивостью 158
4.6.2. Алгоритм управления односекционным трехфазным вентильно-индукторным электроприводом с симметричной одиночной коммутацией и компенсацией момента за счет увеличения амплитуды фазных токов 160
4.6.3. Алгоритм управления односекционным трехфазным вентильно-индукторным электроприводом с компенсацией момента за счет изменения угла перекрытия фаз 162
4.6.4. Алгоритм управления односекционным трехфазным вентильно-индукторным электроприводом с компенсацией момента за счет изменения угла перекрытия фаз и увеличения амплитуд фазных токов 164 4.6.5. Управление двухсекционным трехфазным вентильно-индукторным
электроприводом с симметричной одиночной коммутацией и исходной отказоустойчивостью 166
4.6.6. Алгоритм управления двухсекционным трехфазным вентильно-индукторным электроприводом с симметричной одиночной коммутацией и компен сацией момента за счет увеличения амплитуды фазных токов 168
4.7. Выводы 174
ГЛАВА 5. Применение алгоритмов отказоустойчивого управления в электроприводе переменного тока .
5.1. Сравнение результатов моделирования и экспериментов в асинхронном электроприводе в аварийных режимах работы 177
5.2. Применение алгоритмов отказоустойчивого управления в вентильном электроприводе в аварийных режимах работы 183
5.2.1. Аппаратное построение вентильного электропривода с поддержкой аварийного двухфазного режима работы 183
5.2.2. Сравнение результатов моделирования и экспериментов 187
5.2.3. Сравнительный анализ трех и двухфазных режимов работы вентильного электропривода 188
5.2.3.1. Анализ статических характеристик вентильного электропривода в трех и двухфазных режимах работы 188
5.2.3.2. Исследование переходных процессов при развитии аварийной ситуации вентильного электропривода в трех и двухфазных режимах работы 191
5.3. Применение алгоритмов мониторинга и диагностики фундаментов электроприводов линейной газокомпрессорной станции 199
5.4. Отказоустойчивое управление крановым электроприводом механизма подъема с обеспечением безопасности и живучести 205
5.4.1. Информативные параметры отказоустойчивого ограничителя грузоподъемности 205
5.4.2. Обоснование информативных параметров отказоустойчивого ограничителя грузоподъемности на основе математической модели электропривода 207
5.4.3. Учет влияния отклонений параметров питающей сети на характеристики информативных параметров кранового электропривода механизма подъема 211
5.4.4. Экспериментальное определение информативных параметров отказоустойчивого ограничителя грузоподъемности 215
5.4.5. Технические решения отказоустойчивого ограничителя грузоподъемности 218
5.5. Выводы 221
ГЛАВА 6. Построение отказоустойчивых электроприводов переменного тока
6.1. Технические решения элементов системы мониторинга отказов преобразователей частоты электроприводов переменного тока 223
6.1.1. Аналого-цифровой датчик состояния ячейки силового преобразователя частоты 225
6.1.2. Цифровой датчик состояния силовой ячейки полумостового преобразователя частоты 226
6.2. Технические решения преобразователей частоты электроприводов переменного тока 228
6.3. Технические решения по построению отказоустойчивых электроприводов переменного тока с защитными элементами 231
6.4. Технические решения по построению отказоустойчивого вентильного электропривода на элементах непрограммируемой логики 247
6.5. Отказоустойчивые генераторы подвижных объектов 250
6.6. Выводы 253
ГЛАВА 7. Формирование структурного и нагрузочного резервов в отказоустойчивых электроприводах переменного тока на основе промежуточного звена повышенной частоты
7.1. Вентильный электропривод со структурным резервированием силовых цепей 254
7.2. Преобразователь -фазного напряжения для вентильного электропривода 267
7.3. Частотно-регулируемый электропривод с повышенной перегрузочной способностью 274
7.4. Измерительный частотный преобразователь тока для отказоустойчивых электроприводов 282
7.5. Выводы 288
Заключение 290
Список используемых сокращений 294
Список используемых обозначений 297
Список литературы 307
