Способ частотного управления асинхронным электродвигателем

 

СПОСОБ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, подключенным к преобразователю частоты , при котором изменяют частоту и напряжение питания электродвигателя , частоту регулируют по заданному закону, а напряжение изменяют в заданном отношении к частоте, которое формируют по результатам измерения напряжения, тока и угла между ними, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности за . счет оптимизации потребляемой мощности при изменении нагрузки, для формирований заданного отношения напряжения к частоте осуществляют пробные колебания напряжения, определяют относительные приращения напряжения, тока и угла V между ними по отношению к предыдущим значениям, относительное приращение угла умножают на tgtf, суммируют полученные значения и по получении положительной суммы увеличивают, а отрицательной - уменьшают величину напряжения до получения нулевых приращений алгебраической суммы. оо 00 00 4

СОО3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (1)4 Н 02 Р 7 42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

И ОТНРЫТ (21) 3745700/24-07 (22) 28.05.84 (46) 30.10.85. Бюл. № 40 (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени горный институт им. Артема (72) В.Л.Соседка, Ю.И.Драбкин и В.К.Шепелев (53) 621.313.333.072.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 436216, кл. Н 02 P 7/42, 1974.

Патент США № 4249120, кл. Н 02 P 7/36, 1979. (54)(57) СПОСОБ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, подключенным к преобразователю частоты, при котором изменяют частоту и напряжение питания электродвигате.ля, частоту регулируют по заданному закону, а напряжение изменяют в за„„Я0„„11 840 данном отношении к частоте, которое формируют по результатам измерения напряжения, тока и угла Ч между ними, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности за счет оптимизации потребляемой мощности при изменении нагрузки, для формирования заданного отношения напряжения к частоте осуществляют пробные колебания напряжения, определяют относительные приращения напряжения, тока и угла М между ними по отношению к предыдущим значениям, относительное приращение угла умножают на

tgg, суммируют полученные значения и по получении положительной суммы увеличивают, а отрицательной — уменьшают величину напряжения до получения нулевых приращений алгебраической суммы.

88840 г работы устройства поясним работу способа.

Мощность, подводимая к двигателю, может быть записана

UIcosY=I К+<И (Т,Ч *) (1)

В выражении (1) первое слагаемое — это мощность потерь в активном сопротивлении обмотки, второе слагаемое — электромагнитная мощность, передаваемая обмоткой через воздушный зазор в ротор двигателя, где I 4 * — векторные значения тока статора, потокосцепления в воздушном зазоре.

Выразим электромагнитную мощность через активную мощность, подводимую к двигателю. и мощность

Левая часть выражения (3)

g(U,I, 1) — в относительных единицах характеризует передачу мощности переменного тока через воздуш.ный зазор в ротор двигателя. НайЗО дем приращение функции d(U,1, 4) при малых изменениямх напряжения.

Тогда приращение функции можно заменить приращением ее дифференциала ьН

Uc0sV i U - 1а Y

Блок 9 питания ключей соединен с сумматором 7 через блок 8 ключей.

Вычислительный блок 10 соединен с выходом автономного инвертора 2 по току и напряжению, à BbIxopbl вычисли-. тельного устройства 10 соединены с одним из входов блока 6 управления системой. Выход автономного инвер- 5О тора 2 по напряжению соединен с входом синхронизатора 11, выход которого соединен с входом блока б управленин системой, выходы которого соединены с входами блока 8 ключей 55 и с входами вычислительного блока 10.

Изложим теоретические основы данного способа, а затем на примере

1 . 11

Изобретение относится к электротехнике, а также к электроприводам с частотным регулированием скорости вращения асинхронного двигателя (АД), обеспечивающим режим по передаче.электромагнитной мощности в ротор двигателя с минимальными потерями. .Задача состоит в управлении напряжением, но без непосредственного измерения магнитного потока АД в полюсах статора иЛи воздушном зазоре таким образом, чтобы средняя за период мощность переменного тока, подводимая к двигателю, передавалась,в ротор двигателя с минимальными потерямч.

Цель изобретения — повышение эко номичности системы за счет оптимизации потребляемой двигателем мощности при изменении нагрузки.

На чертеже представлен один из возможных вариантов устройства, с помощью которого реализуется способ.

Устройство соцержит управляемый выпрямитель, 1, автономный инвертор 2 напряжения, АД 3, подключенный к инвертору, блок 4 управления выпрямителем, блок 5 управления инвертором, блок 6 управления с.«.сте,,ой, сумматор 7, блок 8 ключей, блок 9 питания ключей 8, вычислительный блок 10 и синхронизатор 11. Управляемый выпрямитель 1, автономный инвертор 2 напряжения, АД 3, блок 4 управления выпрямителем, блок 5 управления инвертором, блок 6 управления системой образуют типовую схему управления

АД с явно выраженным звеном постоянного тока. потерь в активном сопротивлении обмотки шт (Т,Ч *)=Uicosу,-12К. (2)

Разделим левую и правую часть выражения (1) на Ц?соз Ч м1„(I,7 ) I",e (0 I, ) =------ — --=1- -- --- (3)

UIccs Y Ucos< (у 7, ) " 1Ь0 ЗРз1

-0sVU2 u, zV

Рассмотрим выражение (4) применительно к частотному регулированию АД, Изменение напряжения — один регулируемый параметр при заданной частоте (частота задается из технологи= ческих соображений) . Для каждой частоты v каждого момента нагрузки следует гошагово выбирать такое приращение напряжения, чтобы величина дс была положительной. Работа АД может протекать при различных о., но оптимальным будем считать такой режим, при котором величина максимальна. Этого можно достигнуть с помощью шаговой системы экстремального регулирования. Задаем значения Л и определяем значения DI и д, вызванные приращением напряжения. Затем определяем приращения д по формуl0

25

55 з 11 ле (4) . Если положительно, то делаем следующий шаг в ту же сторону.

При черезмерном увеличении напряжения относительное приращение тока будет больше относительного приращения напряжения, и значения о будут уменьшаться, о чем будет говорить отрицательное значение.

Как видно из описания алгоритма, этот способ применим для управления асинхронными двигателями (АД) и позволяет в них достичь режимов, обеспечивающих передачу электромагнитной мощности в ротор двигателя с минимальными потерями, что повышает экономические показатели системы за счет снижения потребляемой мощности.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу "Пуск" на выходе блока 6 управления появляются сигналы, которые подаются в блок 4 управления выпрямителем и в блок 5 управления инвертором, и которые осуществляют запуск ЛД по схеме, используемой в преобразователях частоты серии ТПЧ. Так как в приведенной схеме отсутствует блок измерения внутренней ЗДС двигателя, то коррекции по потоку нет и соотношение между U и Е выдерживается приближенно.

В установившемся режиме осуществляется оптимизации процесса. При переходе волны питающего напряжения от минуса к плюсу блок 11 синхронизации вырабатывает импульс и посылает его в блок 6 управления, который формирует импульс и передает его в вычислительный блок 10. По

1 этому сигналу на периоде напряжения, питающего ЛД 3, определяются

0 UО соя Ур При переходе волны питающего напряжения от минуса к плюсу второй раз блок синхронизации формирует второй импульс, который поступает в блок 6 управления системой. По этому импульсу блок 6 управления системой формирует два сигнала: один сигнал поступает на вход блока ключей, к напряжению задания U добавляется приращение напря3 жения дЬ „, а по действию второго сигнала определяются параметры питающего напряжения U,,I„ и соя Ч на втором периоде (на втором периоде блок 4 управления выпрямителем получил увеличенное на дУ„ задание). После окончания второго периода в вычисли88840 4 тельном блоке 10 определяется по формуле (4) функция д (U, I, 1) — приращение относительной мощности, передаваемой через воздушный зазор, Величины Ж,dI д Y определяются по соотношению dU=U> У ьТ=Т -Т ; дч =

52(U,I,V) определяется в третьем пе-риоде. При этом может быть два варианта: вычисления занимают значительную часть периода (первый случай) и вычисления занимают незначительную часть периода (второй случай).

Рассмотрим для конкретности первый случай. В этом случае при приходе четвертого синхроимпульса от блока 1 1 синхронизации блок 6 управления системой вырабатывае сигнал, который появляется по каналу 12 или по каналу 13. При положительном значении дскб(Б,I, g) сигнал появляется по каналу 12, что увеличивает выходное напряжение блока ключей еще на один шаг дБ„. Таким образом, напряжение задания увеличилось и стало равно U +2дУ„. Если значение <(U,I,Q) отрицательно, то сигнал с выхода блока 6 управления появится в канале 13, что приведет к уменьшению напряжения задания на величину U дБ

Таким образом, делая пробные шаги, и на каждом шаге определяя значение Ы(Ц,I,9), получим экстремальную систему регулирования с пошаговым автоматическим поиском экстремума. Изменение момента нагрузки будет смещать положение экстремума, но шаговая экстремальная система будет его каждый раз находить. Для ускорения выхода системы на экстремум можно усложнить алгоритм и величину пробного шага дБ„ сделать тем больше, чем больше .Ы(Б,Т,Y).

Для уменьшения ошибки при определении П,I,Q можно эти величины определить не на одном периоде, а на нескольких периодах.

Из описания работы экстремальной системы видно,-что ее целесообразно применять для тех приводов переменного тока, момент которых относительно медленно меняется во времени,. а вели1188840

Составитель В.Тарасов

Редактор Ю.Середа Техред Т.Дубинчак Корректор В.Гирняк

Заказ 6752/56 Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 чина момента ниже номинального. Такие двигатели переменного тока загружают сеть реактивной мощности и понижают соз Р сети.

Предлагаемый способ позволяет уменьшить реактивную мощность за счет понижения напряжения питания. При увеличении момента напряжение будет расти таким образом, чтобы обеспечить передачу электромагнитной мощности в ротор двигателя с минимальными потерями. Такой режим позволит повысить зкономические показатели системы эа счет снижения двигателем потребляемой мощности и за счет повышения коэффициента мощности сети.