Электропривод постоянного тока с минимизацией потерь в двигателе

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (»)!003280 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву М 663052 (22) Заявлено 2(.,07.81. (2() 3321552/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (53)М. Кл.

Н 02 P 5/06

Гоеударетееклыа комитет

СССР

Опубликовано07.03.83 ° Бюллетень № 9 вю делам изобретений и открытий (53) УДК 62k. .316.718 5 (088.8) Дата опубликования описания 07.03.83 (72) Авторы изобретения нк „. (,(оли,тыко

М» ф; . -.. 4 l: ..,- f

Белорусский ордена Трудового Красного 3 амени политехнический институт

В. И. Панасюк, В. Л. Анхимюк, В, С. Юде (7() Заявитель (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА С МИНИМИЗАБИЕЙ

ПОТЕРЬ В ДВИГАТЕЛЕ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемому электроприводу постоянного тока, управляемому по цепи якоря и возбуждения двигателя постоянного тока.

По основному авт. св. М. 663052 извес- 5 ген электропривод постоянного тока с минимизацией потерь в двигателе, содержаший датчики тока возбуждения и напряжения на якоре, последовательно соединенные,датчик скорости, функциональный преобразователь и блок перемножения с подключенным к его второму входу датчиком тока якоря, а также регулятор возбуждения, к входу которого подключен блок интегрирования, с тремя входами, которые соединены соответственно с выходом блока перемножения, с выходом датчика напряжения на якоре и с выходом датчика тока возбуждения. Уп20 равление элек троприводом осуществляется по закону

R tQ„(u>)K ф + 2 — @-(R )=0 (a) 2

Оптимальность процесса по критерию минимума потерь обеспечивается выражением {1) только в установившемся режиме. Однако во многих электроприводах переходные процессы занимают значительное время по сравнению со временем всего цикла работы. Это приводит к необходимости учета и минимизации потерь не только в установившемся режиме, но в переходных процессах электропривода (.ll.

Недостатком известного устройства является невозможность обеспечения опгимального по потерям энергии динамического режима разгона алекгропривода.

Бель изобретения — повышение КПД путем минимизации потерь электроэнергии в переходном процессе разгона электропривода.

Поставленная цель достигается тем, что в электропривод включены микропроцессор, ключ, регулятор тока якоря, датчик момента сопротивления и задатчик скорости, причем выходы датчиков тока возбуждения, скорости, тока якоря, нап3 1003 ряжения на якоре, момента сопротивления и задатчика скорости соединены с входами микропроцессора, первый выход которого связан с входом регулятора тока якоря, два других выхода — с двумя входами ключа, третий вход которого соединен с выходом блока интегрирования, а выход ключа соединен с входом регуля« тора возбуждения.

На фиг. 1 показана блок-схема элект- 10 ропривода; на фиг. 2 — область определения функции потерь; на фиг. 3 - блоксхема функционирования микропроцессора.

Электропривод (фиг. 1) содержит пос ледовательно соединенные датчик 1 скорости, функциональный преобразователь

2, блох 3 перемножения, блок 4 интегрирования с коэффициентом интегрированйя

К, связанный с регулятором S тока возбуждения,датчик 6 тока якоря, соединен- 2й ный с вторым входом блока 3 датчик 7 тока возбуждения, связанный с вторым входом блока 4 с коэффициентом интегрирования К>, датчик 8 напряжения на якоре, соединенный с третьим входом бло- 25 ка 4 с коэффициентом интегрирования К, м.пропроцессор 9, ключ 10, датчик 3.1 момента сопротивления, регулятор 12 тока якоря и задатчик 13 скорости Выходы датчиков 1, 6, 7, 8 и 9 и задатчи- 30 ка 13 соединены с входами микропроцессора 9, один выход которого связан с регулятором 12, два других выхода - с двумя входами ключа 10, третий вход которого соединен с выходом блока 4, а выход ключа 10 связан с входом регуля тора 5, Снижение полных потерь за время разгона достается за счет управления с более точным определением минимума о фунхпии потерЬ F (Зя, ф, оз ) с учетом момента статического сопротивления

Мс в допустимой области изменения тока якоря 3Я и потока возбуждения Ф при ограничении напряжения в цепи якоря.

Задача оптимального управления переходным процессом разгона от скорости м0 до и - (и (ui- ) по минимуму полных потерь в двигателе постоянного тоха заключается, в выборе таких законов изменения тока якоря 3> и потока возбуждения ф, которые обеспечивают минимизацию энергии потерь, выделяющихся в двигателе за время Г переходного процесса

Т 55

8 = hP Й1 (2)

280 4 с учеФом ограничений ! Sl l ll max и1 u

Э (3 ñ3

Smhn В 9 max> где b Pg d P + hl 9< + d P <+ b Pg - полные потери в двигател йР 3Я R g — потеря в обмотке яко2 ря;

ДР,= 6 (w ) K2 ô — потеря в стали;

bP = hP>(Ф) = Э И - в обмотке возбуждения; аР „= ЛРм (N ) — механические потери;

Зя,, Ф вЂ” токи якоря, возбуждения;и магнитный. поток двигателя, соответственно; щ †. скорбсть;

Й4 и Й вЂ” сопротивление якоря и возбуждения двигателя.

Уравнение механического равновесия двигателя

М=К ЯФ= M (4+- Д.6 ()

Задача минимизации (2) является задачей со свободным правым концом и незакрепленным временем. Заменим 1 в (2) на о из (4) . Тогда, пренебрегая длит@льнос тью электромагнитных процессов, получим задачу оптимального управления, сводящуюся к минимизации интеграла с фиксирован ными пределами

Минимум выражения (S) достигается при минимизации подынтегральной . функции F (° ) в текущий момент времени. Запишем выражение для F () в виде

3 р +3 Р +6(ю)К +Р (ш)

2 2(2

P()=F(x >)

КЭ Э -М

Я б С

X +J P

Fc (6) 5

2 2

Х - q

2 2

3 >о >

P= аР„„(), 1003 280 6

Если прямая (7) не пересекается с прямоугольником АСкк Ч, т. е. при малых м и 10! (0 „х, то минимум

F (x, у) при выполнении

Я.тпсiх д вн R>+G,()K / (

Определим стационарную точку по х

= М.ar где с=>) >» g(»; ,,=и,)к,т/к; ах (ху ) Х = + С

1,2 Хп)с х - (1) йля режима разгона (к ш), (») (F.(x,ß= с

F(x 2=с = с

2х +Р

„г

2 Р

+c cx2 р, Х2 где

U2 Ty V+prpa$ (к,ш)2-), ((к, ш) Кбт(кеш)) >> )у ()К ш) — Й >у) у=К +С (со)К

g>p, P >О, р ъО, х -р,>О

В <5) полагается, что магнитная сис- 1 тема машины не насьпцена т. е. Ф 3 в >, что не искажает сути задачи (кривую насьпцения учитываем ограничением тока возбуждения 3 из (3) ) . Область оп ределения (фиг. 2) F () определяет- 20 ся ограничениями (3) и уравнением е

Uax xWRO++ W (7), Т

На фиг. 2 нанесены область определения г (Х, у ) — прямоугольник ACR8 и линия . Х 9 = сопэФ» fIpH )EJ = co&54 минимум ." F (х, « ) при каждом фиксированном нэ достигается без учета ограничений при х .= у > откуда следует, что ЗО если минимум F (х, у ) достигается в точке, принадлежащей фигуре BCD, N »),, то эта точка должна лежать на отрезке BE биссектрисы OL . Если F (х, s ) имеет минимум в области АВЙ., й, ro эта точка лежит на,отрезке АВ. И, наконец, если

Ягgtntn F(х, У ) принадлежит области

ЕЭ, Э, то эта точка лежит на отрезке

AE. Если точка минимума лежит на отрезке BE, то при х = У получим откуда видно, что при X - > О

2 сЭгс min F (х,х)— х2

50 т. е. точка минимум достигается при возможно большем значении произведения

Х 9 = X, т, е. на ограничениях (3)

2 и (7) — точка E.

y, y-2)). Х-У(У +Р)

2 2.

-С -О

) с

Х =г>>» + Х )%

Ф< Х

При возрастании w прямая (7) пересекает фигуру АСЯМ и конец достигает точки (l2)> что соответствует U =0 „,„

При дальнейшем возрастании <О точка, доставляющая минимум F (Х, v ), переходит на отрезок AN (О =Um „). > "ля определения точки минимума в этом случае подставим в F (X, . ) ) выражение полученное из (7). Тогда, подставив (13) в (6), получим

dF (x,у)

Из условия =О. = О полуах х +2 х+с =О; х„г -Ч + 4 -, 2

1003280 8

7 с % "ew v("ео 1 "такт

"Е 5 ц"

5 для точки минимума F(X ), лежа; щей на прямой (7) для разгона справедливы условия

0 ? К(о

ma< Пю(Х Е фу Ят

1О

° О х .= min

% цмх; TAOIX

В этом случае управляющим воздействием является g+, так кек М«по цепи якоря;изменяться не может, поскольку гпс1Х° Если условие (10) не выполняется, т» е. прямая Х Ч пересекает грань

CR, то из (6,9) y+ x. и при разгоне "с

У =гп)п +

Х«

«Переходя в исходный переменный, алгоритм оптимального управления электродвигателем по минимуму потерь представляет собой блок-схему функционирования микропрограммного вычислительного блока (фиг. 3).

1О

Работа электропривода происходит в двух режимах: .статическом (сюда включено и торможение) и динамическом режиме разгоне. Оптимизация статического реаацка (и торможения) присходит согласно формуле (1). При этом в работе участ. вуют датчик 7 тока возбуждения, датчик

1 скорости, датчик 6 тока якоря, датчик

8 напряжения на якоре, функциональный преобразователь 2, блок 3 перемножения, блок 4 интегрирования. Управляемый ключ 10 осуществляет автоматическое, переключение управления со статического

У =п1ln 3 с „«,;,-x, гпс1 Х «- д

"е режиме на динамический при ш — ш (Е и обратно при (1 — ш, Е для некоторой величины Е) О, выбираемой при настройке.

Управление,ключом 10 осуществляется от микропроцессора 9 сигналом Кг, (K> = 1 — разгон электропривода, К„=

" 0 — статический pe ). В режиме резгона происходят коммутации ключа 10 и управление процессом организуется микропроцессором 9, На выход микропроцессора

9 подаются сигналы с задетчика 13 скорости(и и с датчиков 1, 6, 7, 8 и 11. Микропроцессор 0 производйт обработку сигналов согласно алгоритму (фиг. 3). На двух выходах микропроцессора 9 формируется сигнал задания тока возбуждения, который подается через ключ 10 на вход регулятора 5 тока возбуждения, и сигнал задания тока якоря, который подается на вход регулятора 1 2 тока якоря.

Таким образом обеспечивается оптимальное.по потерям энергии функционирование электропривода как в статическом, так и в динамическом (разгон) режимах работы.

Формула изобретения

Электропривод постоянного токе с минимизацией потерь в двигателе по авт. св. No. 663052, о т л и ч а ю— шийся тем, что с целью повышения его

КПЙ путем минимизации потерь электроэнергии в переходном процессе, в него введены микропроцессор> ключ, датчик момента сопротивления регулятор тока якоря и задатчик скорости, причем выходы датчиков тока возбуждения, скорости, гока якоря, напряжения на якоре, момента.сопротивления и задатчика скорости соединены с входами: микропроцессора, первый выход которого соединен с входом

:регулятора тока якоря, два других выхода — с двумя входами ключа, третий вход которого соединен с выходом блока интегрирования, а выход ключа соединен с входом регулятора возбуждения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Мо 663052, кл, Н 02 P 5/06, 1977.

2. 003280

Хта

"i@ax

1 003280

ВНИИПИ Заказ 1584/42 Тираж 685 Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4