Основні розробки кафедри

Основні розробки кафедри

Основні розробки кафедри представлені далі:

УНІФІКОВАНИЙ КОНТРОЛЕР НА ОСНОВІ ЦИФРОВОГО СИГНАЛЬНОГО ПРОЦЕСОРА TMS320LF2406A

1. Призначення
Призначений для створення високоефективних систем керування електроприводами на основі електричних двигунів  змінного струму та перетворювальної техніки.

2. Переваги у порівнянні зі світовими та вітчизняними виробниками
Існуючі на ринку електроприводи змінного струму, в тому числі таких відомих брендів як SIEMENS,  ABB, та ін., дозволяють задовольнити вимоги значної кількості технологічних застосувань в сучасній промисловості. Разом з тим існує цілий ряд задач, де застосування серійних електроприводів є неможливим або ускладненим. До них відносяться електроприводи транспортних засобів, електроприводи на основі машини подвійного живлення, спеціальна техніка. В перелічених сферах застосування необхідно використовувати сучасні нелінійні закони керування, які для своєї реалізації вимагають підвищеної точності і обчислювальної спроможності керуючого пристрою. Розроблений контролер та його програмне забезпечення дозволяє створювати системи керування електроприводами змінного струму та перетворювальною технікою, які за своїми показниками якості керування та енергетичної ефективності не поступаються світових аналогам.

3. Основні технічні характеристики

• 16 розрядний процессор с 32 розрядним акумулятором;
• Тактова частота  – 40 МГц;
• Виконання операцій типу Y=AB+C за один такт;
• 32 kWord флеш-пам’яті;
• 2.5 kWord оперативної пам’яті;
• 8 kB флеш-пам’яті для параметрів налаштування:
• 14 аналогових входів (10 розрядний АЦП, час перетворення 1мкс);
• аналоговий вихід;
• 8 каналів ШІМ;
• 8 дискретних входів/виходів загального призначення;
• два канали для підключення фото імпульсних датчиків швидкості;
• комунікаційні інтерфейси RS-232, RS-485, CAN;
• 6 гальванічно розв’язаних дискретних входів;
• 2 гальванічно розв’язаних дискретних виходи;
• Живлення: +2х5 В; ±15В.
• Розміри: 120х90х25 мм.

Рис. 1. Зовнішній вигляд модифікацій уніфікованого цифрового контролера

4. Стан розробки
Контролер знаходиться у виробництві з 2004 року. За цей час він був застосований при розробці електромеханічних систем у наступних використаннях.

Векторно-керований асинхронний електропривод
Функціональна схема розробленого асинхронного електроприводу показана на Рис. 2, а экспериментальний зразок перетворювача частоти потужністю 2.2 кВт на Рис. 3. Розроблений електропривод забезпечує керування асинхронним двигуном в режимах частотного, векторного, та векторного бездавачевого керування з підвищеними показниками якості керування та енергетичної ефективності процесу електромеханічного перетворення енергії. Розробка експериментально протестована у діапазоні потужностей до 50 кВт.

Рис. 3. Функціональна схема асинхронного електроприводу

Рис. 4. Експериментальний зразок ПЧ для електроприводу змінного струму

Вітрогенеруюча установка на основі машини подвійного живлення
Контролер з програмним забезпеченням, що реалізує алгоритми векторного керування машиною подвійного живлення, використані на вітрогенеруючій установці потужністю 350 – 400 кВА. Генеруюча установка працює паралельно з мережею. Керування МПЖ здійснюється за допомогою реверсивного перетворювача в колі ротора. Функціональна схема вітрогенеруючої установки показана на Рис. 5, за зовнішній вигляд вітряка – на Рис. 6.

Рис. 5. Функціональна схема генеруючої установки з МПЖ

Рис. 6. Зовнішній вигляд вітрогенератора

Система векторного керування МПЖ станції оборотного водопостачання
Контролер з програмним забезпеченням, що реалізує алгоритми векторного керування МДЖ в двигуновому режимі впроваджені на станції оборотного. Функціональна схема електроприводу на основі МПЖ показана на Рис. 7.
Потужність МПЖ – 750 кВт.
Напруга статора – 6 кВ.
Напруга ротора – 380 В.
Зовнішній вигляд насосної установки та перетворювача в колі ротора показані на Рис. 8.

Рис.7. Функціональна схема електроприводу насоса на основі МПЖ РАД-750

Асинхронний тяговий електропривод пасажирського трамваю
Короткі технічні характеристики вагону

Трамвай оснащено тяговими візками, на яких встановлено по два АД потужністю 50 кВт. Обидва двигуни кожного візка підключені паралельно до виходу інвертора напруги. Інформація про швидкість двигунів вимірюється за допомогою двох датчиків швидкості з розподільчою здатністю 192 імп/об.
Функціональна схема тягового електропривода одного візка показана на Рис. 9. На схемі позначені: ДС1 – датчик струму контактної мережі, ДС2 – ДС4 – датчик вихідного струму інвертора, ДН1 – датчик напруги контактної мережі, ДН2 – датчик напруги ланки постійного струму, ДШ1 и ДШ2 – датчики кутової швидкості двигунів. Зовнішній вигляд трамвайних вагонів, на яких встановлено розроблений електропривод, наведено на Рис. 10.
Алгоритми керування моментом приводних АД програмно реалізовані на уніфікованому цифровому контролері.
Максимальна швидкість вагону складає 75 км/г, що відповідає кутовій швидкості обертання ротору приводного АД, яка дорівнює 418 рад/с (266% від номінального значення).

Рис. 9. Функціональна схема тягового електроприводу.

Рис. 10.

5. Захищеність інноваційної розробки патентами
В стадії захисту
6. Економічний розділ пропозиції
Існуючі у закордонних виробників електроприводи для спеціальних застосувань, зазвичай в два і більше разів дорожчі за створені з використанням розробленого уніфікованого контролера та алгоритмів керування. Застосування високоефективних алгоритмів керування машинами змінного струму дозволяє зменшити втрати активної потужності в електромеханічних системах до 20%.
7. Інформація про розробників
Кафедра автоматизації електромеханічних систем та електроприводу НТУУ «КПІ»
Науковий керівник – проф., д.т.н. Сергій Михайлович Пересада
Відповідальний виконавець – доц., к.т.н. Сергій Миколайович Ковбаса
Телефон: 8-044-241-86-56, 8-044-236-99-30
e-mail: sergeyk@fea.kpi.ua
Адреса: Кафедра АЕМС-ЕП, НТУУ”КПІ”, проспект Перемоги 37, Київ, 03056

ІНТЕРАКТИВНИЙ ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧИЙ КОНТРОЛЕР НАСОСУ ВОДОПОСТАЧАННЯ

1. Призначення
Призначений для енергоефективного керування насосними установками з привідними асинхронними двигунами з частотними перетворювачами систем водопостачання
2. Переваги у порівнянні зі світовими та вітчизняними аналогами
У порівнянні з насосними установками, продуктивність яких регулюється засувками чи дроселюванням, забезпечує до 40% енергозбереження. У порівнянні з системами стабілізації напорів в диктуючих точках на основі насосів з привідними асинхронними двигунами з частотними перетворювачам до 10%. Контролер в інтерактивному режимі з заданим періодом квантування знаходить мінімально-достатню швидкість для задоволення потреб споживачів, або при відсутності реакції споживачів знижує швидкість до мінімально допустимого значення з певним коефіцієнтом затухання. Необхідне використання датчика витрат.
3. Основні технічні характеристики
Діапазон допустимої вхідної напруги з датчика витрат води 0 – 2.56В. Діапазон зміни вихідної напруги контролера (напруги завдання для частотного перетворювача) 0 – 5.12 В. Цифрова індикація вхідної напруги контролера (напруги датчика витрат, встановленого на виході насоса). Цифрова індикація вихідної напруги контролера. Цифрова індикація, збільшення, зменшення та запам’ятовування величин періоду квантування (від 15 с до 1485 с з дискретністю 15 с), коефіцієнту затухання (в межах від 0,8 до 0,99), мінімальної вихідної напруги (від 0 до 3,5 В), максимальної вихідної напруги. (від 3,9 до 5,2 В). Електричні з’єднання зі стандартними перетворювачами частоти та датчиками витрат двопровідні. Чотири кнопки керування. Захист від зависання та можливість примусового скидання. Напруга живлення контролера 5В стабілізована постійна.
4. Стан розробки
Розроблено експериментальний зразок контролера (рис.1). Роботу контролера протестовано на спеціально-розробленому випробувальному стенді з гібридною моделлю насосної установки (рис.2). У 2009 р. заплановано випробування контролера на фізичній моделі насосної установки. Необхідний партнер для дослідження роботи контролера на реальних насосних установках систем водопостачання

Рис.11. Експериментальний зразок контролера

Рис.12. Передня панель випробувального стенду

5. Захищенність інноваційної розробки патентами
Отримано  патент України.
6. Економічний розділ пропозиції
Для розробки промислового зразка, проведення експериментальних досліджень на фізичній моделі та вдосконалення алгоритму за  отриманими результатами необхідне фінансування  66 тис. грн. терміном 1 рік.
При використанні контролера для однієї насосної установки потужністю 1000 КВт з частотно-керованим асинхронним електроприводом при прогнозованій додатковій величині економії електроенергії 5% термін окупності розробки складе 0.5 року.
При масовому впровадженні термін значно скорочується, при цьому прогнозована вартість контролера не перевищуватиме 20% вартості частотного перетворювача при потужності 1КВт зі зменшенням пропорції при збільшенні потужності.
7. Інформація про розробників
Кафедра автоматизації електромеханічних систем та електроприводу НТУУ „КПІ”.
Науковий керівник – проф., д.т.н. Микола Гаврилович Попович
Відповідальний виконавець – к.т.н., доц. Олег Іванович Кіселичник
Телефон 8-044-2418656  E-mail koi@gala.net
Адреса: Кафедра АЕМС-ЕП, НТУУ”КПІ”, проспект Перемоги 37, 03056 Київ