Elektromechanická interakce mezi elektrickým pohonem a mechanickou zátěží a řídicí algoritmy pro její potlačení

Ing. Martin BRŮHA

Doctoral thesis

Abstract:

This work deals with modern concepts of electric drives for medium and high power (megawatt range), particularly with electro-mechanical interaction between frequency converter, electric motor and mechanical shaft system. First the motor torque and its ripple is analyzed, i.e. the pul-sating components of air gap torque. Factors influencing torque ripple such as converter topolo-gy, modulation scheme, controller settings, interaction with load and also specific control algo-rithms are investigated. Focus is on the control strategy of the drive or frequency converter respectively, and the influence on the interaction with driven equipment. The aim of this work is mainly an optimization of the drive from the point of view of minimized torque pulsations and development as well as verification of algorithms for active damping. The most perspective methods are presented by means of simulations or measurements on spe-cific drives. Focus is also given on analytic methods to determine stability from torsional view-point. With such aid, the parameters of the frequency converter are tuned prior to the commis-sioning phase. The problematic of electro-mechanical interaction is demonstrated on examples of several real field cases. The summary shows selected active damping functions and gives some practical hints how to deal with variable speed drive with a frequency converter as part of a torsional system.

Abstract:

Tato práce se zabývá elektromechanickou interakcí mezi frekvenčním měničem, napájeným elektromotorem a mechanickým soustrojím u pohonů středních a zejména velkých výkonů (řádov? jednotky až desítky megawatt). Nejprve je analyzován moment motoru a jeho zvlnění, tj. jednotlivé pulsační složky momentu. Zkoumány jsou faktory mající vliv na tyto složky: topologie měniče, způsob modulace, nastavení regulátorů, interakce se zátěží a dále také specifické řídicí algoritmy. Hlavní pozornost je zaměřena na způsob řízení pohonu resp. frekvenčního měniče a jeho vliv na interakci s poháněným zařízením. Cílem práce je zejména optimalizace pohonu z hlediska minimalizace torzních kmitů a dále pak návrh a ověření algoritmů jejich aktivního tlumení. Nejperspektivnější metody jsou detailněji prezentovány pomocí simulací či v podobě měření konkrétních pohonů. Důraz je kladen také na analytické způsoby pro určení stability pohonu z hlediska torzního kmitání. S jejich pomocí je frekvenční měnič optimálně parametrizován předtím, než je uveden do provozu. Problematika elektro-mechanické interakce je demonstrována na několika reálných případech z praxe. V závěru jsou zmíněny perspektivní algoritmy řízení pro tlumení kmitání a poskytnuty praktické rady, jak zohlednit elektrický regulovaný pohon s frekvenčním měničem jako součást torzního systému.

Keywords

Vysokonapěťový pohon, zátěží komutovaný střídač (LCI), napěťový střídač (VSI), zpětná vazba, regulátor, přímé řízení momentu (DTC), vektorové řízení, elektromechanická interakce, pružný hřídel, vlastní frekvence, vibrace, simulace, experiment, aktivní tlumení

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 8. 2018

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

University of West Bohemia

Faculty of Electrical Engineering

Doctoral programme / field:
Electrical Engineering and Informatics / Electronics