26 февраля 2016г.
Аннотация: показана эффективность использования активного фильтра гармоник для компенсации тока искажения, вызываемого действием высших гармоник частотных электроприводов мостового крана. Предлагается систему управления активным фильтром стоить на базе нечеткого вывода.
Ключевые слова: нечеткая логика, активный фильтр гармоник.
FEATURES OF USING ACTIVE FILTER FOR GRID CELL, WITH FREQUENCY CONTROL CRANE ELECTROMOTOR
Averbukh M.A., Doctor of technical science Korzhov D.N., Limarov D.S., post-graduate students
Belgorod Technological State University named after Shukhov
Abstract: structure of control system active power filter based on fuzzy logic is presented and results of connecting filter to the virtual model of grid cell are analysed.
Keywords: fuzzy logic, active power filter.
В состав мостового однобалочного крана, грузоподъемностью 8 тонн, входят частотно управляемые приводы подъема, передвижения крана и передвижения тали. Основной особенностью мостовых кранов, является разновременность работы приводов подъема крана, перемещения крана и перемещения тали. В связи с этим, тахограмма движения, представляется сложной конфигурацией, в которой преобладают участки неравномерного движения. Преобладание нестационарных режимов работы способствует увеличению уровня гармоник генерируемых в сеть частотными электроприводами [1].
Использование активного фильтра гармоник очень эффективно для компенсации несинусоидальных токов, сгенерированных частотным электроприводом. С другой стороны, компенсация сильно искаженных токов дает худшие результаты. Фактически очень сложно создать систему управления, способную отследить токовые всплески, которые могут в несколько раз превышать действующее значение тока, в условиях ограниченной частоты переключения вентилей преобразователя частоты. К этому следует добавить наличие двух других нелинейных потребителей в узле нагрузки (Рисунок 1).
Используя нечеткие множества, становится возможным спроектировать системы управления активным фильтром с регулируемым управляющим воздействием для различных режимов работы. Система управления, построенная на базе нечетких множеств, может отследить ток искажения независимо от того, является ли он плавно изменяющимся или содержит большие всплески.
Активный фильтр гармоник (АФГ) реализован на базе инвертора напряжения управляемого токами с использованием широтноимпульсной модуляции (ШИМ).
Ядро активного фильтра – это блок системы управления, которое выделяет форму сигнала тока искажения, соответствующую содержанию гармоник в линейном токе и управляет инвертором, генерируя ток фильтра, который точно воспроизводить ток искажения (Рисунок 2). Таким образом, активный фильтр состоит из двух основных блоков: генерирование тока фильтра и отслеживание тока искажения [2].
Ток искажения представляет собой разность между током нагрузки и током первой гармоники. В стандартной системе
управления амплитуда
первой гармоники вычисляется в результате разложения в ряд Фурье тока нагрузки, а ее фаза выбирается в зависимости от формы кривой мгновенного фазного напряжения с целью получения требуемого коэффициента мощности. В системах управления на
базе нечеткого вывода
ток искажения определяется при помощи нечеткого контроля тока. В качестве входных переменных принимаются отклонения по токам, для всех нелинейных потребителей системы (частотно регулируемых электроприводах подъема крана, перемещения крана и перемещения тали).
Нечеткая система управления активным фильтром состоит из первой части, которая генерирует входные сигналы, нечеткого ядра, осуществляющего фаззификацию, вывод и дефаззификацию, и второй части, которая преобразует выходные сигналы в сигналы управления для инвертора. При детальном рассмотрении значения нечетких выходов представляют собой часть периода опорного сигнала, относящуюся к первому из
управляемых ключей, и от знака рассогласования зависит, какой из ключей плеча инвертора должен быть закрыт первым.
Для величины отклонения по току привода передвижения крана используются термы: положительное очень большое (PEL), положительное большое (PL), положительное маленькое (PS), положительно очень маленькое (PES). Для величины отклонения по току привода передвижения тали используются термы: очень большое (VB), большое (EB), маленькое (VS), очень маленькое (ES). Для величины отклонения по току привода подъема крана используются термы: очень маленький (VL), достаточно маленький (EL), достаточно большой (EH), очень большой (VH).
Выходная переменная фаззи-регулятора представляет собой продолжительность включения ключей, которая определяет часть периода опорного сигнала, на котором работает первый из управляемых ключей. Если сравнить его с оставшейся частью периода опорного сигнала, в течение которой включен второй вентиль того же плеча инвертора, тогда можно использовать следующие метки: одинаковый (Е), немного меньше (LM), значительно меньше (EM) и намного меньше (ММ).
На Рисунке 3 (а) – г)) представлены функции принадлежностей для входных и выходных переменных.
Рис.3. а) термы для двигателя подъема крана б) термы для двигателя передвижения тали в) термы для двигателя передвижения крана г) продолжительность включения ключей опорного сигнала
На основании предложенной методики построен АФГ, моделирование которого произведено в пакете Matlab Simulink. В результате моделирования системы электроснабжения мостового
крана, которое произведено в пакете Matlab Simulink, получены значения токов в сети без учета работы АФГ и при его включении. На
Рисунке 4 представлены результаты моделирования, из которых следует, что суммарный коэффициент гармонических составляющих по току (THD) c учетом работы АФ за цикл работы обобщенной тахограммы движения крановых двигателей снижается с 38,02% до 6,78%.
Рис.4. Гармонические составляющие
тока сети
после понижающего трансформатора до включения фильтра (а) и после (б).
Список литературы
1.
Лимаров Д.С. Оценка гармонических составляющих тока и напряжения кранового частотного электропривода с помощью виртуальной модели. Материалы XVIII Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: эффективность, надежность, безопасность». Томск, 2012 г, 532с
2.
A. Dell’Aquila, G. Delvino, M. Liserre, P. Zanchetta. «A new fuzzy logic strategy for active power filter», IEEE 2000.
