Устройство управления асинхронным двигателем



Владельцы патента RU 2483422:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении управления электродвигателем. Для этого заявленное устройство содержит автономный инвертор напряжения, силовые выходы которого через датчики токов подключены к статорным обмоткам асинхронного двигателя, блок драйверов, выходы которых соединены с управляющими входами автономного инвертора напряжения. Силовые входы автономного инвертора напряжения соединены с выходами неуправляемого выпрямителя, входы которого подключены к источнику трехфазного переменного напряжения. Блок драйверов соединен с выходами ШИМ-генератора. Блок интерфейса последовательно соединен с входным фильтром, первым сумматором, ПИ-регулятором скорости, вторым сумматором, первым ПИ-регулятором тока, первым и вторым преобразователями координат, фильтром Калмана, третьим сумматором, ПИ-регулятором потокосцепления, четвертым сумматором, вторым ПИ-регулятором тока, первым преобразователем координат, ШИМ-генератором. Блок интерфейса подключен к третьему сумматору. Первый сумматор соединен с нечетким регулятором скорости, выход которого подключен ко второму сумматору. Фильтр Калмана соединен с первым сумматором, первым и третьим преобразователями координат. Выходы датчиков токов соединены с входами второго преобразователя координат, выходы которого подключены к третьему преобразователю координат, который соединен с четвертым и вторым сумматором, а блок интерфейса связан с персональным компьютером. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к управлению асинхронными двигателями.

Известно устройство управления асинхронным электродвигателем, содержащее асинхронный двигатель, ШИМ-инвертор, датчик скорости, преобразователь координат, регулятор тока, интегратор, генератор команд на изменение тока, схемы формирования команд на изменение напряжения, команд на изменение угловой частоты вращения, команд на изменение глубины модуляции, сигналов управления ШИМ-инвертором (RU патент №2193814, МПК 7 Н02Р 21/00, опубл. 27.11.2002 г.).

Недостатком известного устройства управления является то, что для его функционирования необходимо оборудовать двигатель датчиком скорости, что снижает область применения данного устройства управления.

Известна система управления асинхронным двигателем, которая выбрана в качестве прототипа, состоящая из блока ввода заданной частоты вращения асинхронного двигателя, блока рассогласования, регулятора напряжения, блока драйверов, выходы которых соединены с управляющими входами автономного инвертора напряжения, автономного инвертора напряжения, датчика текущей частоты вращения асинхронного двигателя, блока вычисления синхронной частоты вращения асинхронного двигателя, наблюдателя состояния (RU патент №2390091, МПК 8 Н02Р 21/08, Н02Р 21/13, Н02Р 23/08, Н02Р 27/06, опубл. 20.05.2010 г.).

Недостатком известной системы управления является то, что для вычисления электрической частоты вращения ротора двигателя наблюдателем состояния необходимо использование датчика скорости, что снижает надежность данной системы.

Задачей изобретения является повышение надежности управления электродвигателем.

Поставленная задача решена за счет того, что устройство управления асинхронным двигателем так же, как и в прототипе, содержит автономный инвертор напряжения, наблюдатель состояния и блок драйверов, выходы которых соединены с управляющими входами автономного инвертора напряжения.

Согласно изобретению силовые выходы автономного инвертора напряжения через датчики токов подключены к статорным обмоткам асинхронного двигателя, а силовые входы автономного инвертора напряжения соединены с выходами неуправляемого выпрямителя, входы которого подключены к источнику трехфазного переменного напряжения. В качестве наблюдателя состояния выбран фильтр Калмана. Блок драйверов соединен с выходами ШИМ-генератора. К блоку интерфейса последовательно подключены входной фильтр, первый сумматор, ПИ-регулятор скорости, второй сумматор, первый ПИ-регулятор тока, первый преобразователь координат, второй преобразователь координат, фильтр Калмана, третий сумматор, ПИ-регулятор потокосцепления, четвертый сумматор, второй ПИ-регулятор тока, первый преобразователь координат, ШИМ-генератор. Блок интерфейса подключен к третьему сумматору. Первый сумматор соединен с нечетким регулятором скорости, выход которого подключен ко второму сумматору. Фильтр Калмана соединен с первым сумматором, первым и третьим преобразователями координат. Выходы датчиков токов соединены со входами второго преобразователя координат, выходы которого подключены к третьему преобразователю координат, который соединен с четвертым и вторым сумматорами, а блок интерфейса связан с персональным компьютером.

Предлагаемое устройство позволяет улучшить динамические характеристики и повысить надежность управления асинхронным двигателем за счет использования нечеткого регулятора скорости совместно с ПИ-регулятором скорости, а также фильтра Калмана, связанного с двумя сумматорами. Улучшение динамических характеристик электропривода обеспечивается нечетким регулятором скорости, который позволяет уменьшить динамический провал скорости двигателя при воздействии возмущающих сигналов. Совместное применение ПИ-регулятора скорости с нечетким регулятором обеспечивает астатизм электропривода по возмущению. Использование фильтра Калмана позволяет повысить надежность управления асинхронным двигателем за счет отказа от механических датчиков скорости и потокосцепления ротора.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства управления асинхронным двигателем.

Устройство управления асинхронным двигателем содержит автономный инвертор напряжения 1 (АИН), силовые выходы которого через датчики фазных токов 2, 3, 4 (ДТ) подключены к статорным обмоткам асинхронного двигателя 5 (М). Силовые входы автономного инвертора напряжения 1 (АИН) соединены с выходами неуправляемого выпрямителя 6 (НВ), входы которого подключены к источнику трехфазного переменного напряжения 7 (ИТПН). Управляющие входы автономного инвертора напряжения 1 (АИН) через блок драйверов 8 (БД) соединены с выходами ШИМ-генератора 9 (ШИМ-Г). К блоку интерфейса 10 (БИ) последовательно подключены входной фильтр 11 (ВФ), первый сумматор 12 (С1), ПИ-регулятор скорости 13 (ПИ-РС), второй сумматор 14 (С2), первый ПИ-регулятор тока 15 (ПИ-РТ 1), первый преобразователь координат 16 (ПК 1), второй преобразователь координат 17 (ПК 2), фильтр Калмана 18 (ФК), третий сумматор 19 (С3), ПИ-регулятор потокосцепления 20 (ПИ-РП), четвертый сумматор 21 (С4), второй ПИ-регулятор тока 22 (ПИ-РТ 2), первый преобразователь координат 16 (ПК 1), ШИМ-генератор 9 (ШИМ-Г). Блок интерфейса 10 (БИ) связан с третьим сумматором 19 (С3). Первый сумматор 12 (С1) соединен с нечетким регулятором скорости 23 (Н-РС), выход которого подключен ко второму сумматору 14 (С2). Фильтр Калмана 18 (ФК) связан с первым сумматором 12 (С1), первым преобразователем координат 16 (ПК 1) и третьим преобразователем координат 24 (ПК 3). Датчики фазных токов 2, 3, 4 (ДТ) соединены со вторым преобразователем координат 17 (ПК 2), выходы которого подключены к третьему преобразователю координат 24 (ПК 3), который соединен с четвертым сумматором 21 (С4) и со вторым сумматором 14 (С2). Блок интерфейса 10 (БИ) связан с персональным компьютером (не показан).

В качестве датчиков фазных токов 2, 3, 4 (ДТ) могут быть использованы датчики тока - промышленный прибор КЭИ-0,1. Неуправляемый выпрямитель 6 (НВ) и автономный инвертор напряжения 1 (АИН) конструктивно выполнены в одном устройстве - преобразователе частоты, в качестве которого может быть использован преобразователь частоты VLT FC 300 фирмы Danfoss. Блок драйверов 8 (БД) может быть выполнен на драйверах типа ДРИ11-10-12-1 ОМ1К-1 для управления IGBT модулями. ПИ-регулятор скорости 13 (ПИ-РС), ПИ-регулятор потокосцепления 20 (ПИ-РП), первый ПИ-регулятор тока 15 (ПИ-РТ 1) и второй ПИ-регулятор тока 22 (ПИ-РТ 2) могут быть выполнены на операционных усилителях типа 157УД4 с конденсатором в цепи обратной связи. Сумматоры 12 (С1), 14 (С2), 19 (С3) и 21 (С4) могут быть выполнены на операционных усилителях типа 157УД4. Входной фильтр 11 (ВФ) представляет собой апериодическое звено первого порядка и может быть выполнен на базе RC-цепочки. Первый преобразователь координат 16 (ПК 1), второй преобразователь координат 17 (ПК 2), третий преобразователь координат 24 (ПК 3), нечеткий регулятор скорости 23 (Н-РС), фильтр Калмана 18 (ФК) и ШИМ-генератор 9 (ШИМ-Г) могут быть выполнены на базе микроконтроллера типа TMS320F2812 фирмы Texas Instruments. Блок интерфейса 10 (БИ) может быть реализован на базе последовательного преобразователя интерфейса RS-232.

При включении устройства с персонального компьютера поступает сигнал управления на блок интерфейса 10 (БИ), от которого одновременно подаются команды задания на потокосцепление и на скорость вращения асинхронного двигателя 5 (М) на третий сумматор 19 (С3) и входной фильтр 11 (ВФ) соответственно. От входного фильтра 11 (ВФ) сигнал поступает на первый сумматор 12 (С1), в котором суммируется с отрицательным значением сигнала оценки скорости от фильтра Калмана 18 (ФК). От первого сумматора 12 (С1) сигнал поступает одновременно на нечеткий регулятор скорости 23 (Н-РС) и ПИ-регулятор скорости 13 (ПИ-РС). Далее сигналы с нечеткого регулятора скорости 23 (Н-РС) и ПИ-регулятора скорости 13 (ПИ-РС) идут на второй сумматор 14 (С2), где суммируются с отрицательным значением сигнала проекции вектора тока статора на ось ординат вращающейся системы координат от третьего преобразователя координат 24 (ПК 3). Со второго сумматора 14 (С2) сигнал поступает на первый ПИ-регулятор тока 15 (ПИ-РТ 1). В третьем сумматоре 19 (С3) происходит суммирование команды задания на потокосцепление и отрицательного значения сигнала оценки потокосцепления с фильтра Калмана 18 (ФК). Далее сигнал поступает на ПИ-регулятор потокосцепления 20 (ПИ-РП), с которого идет на четвертый сумматор 21 (С4), где суммируется с отрицательным значением сигнала проекции вектора тока статора на ось абсцисс вращающейся системы координат с третьего преобразователя координат 24 (ПК 3). С четвертого сумматора 21 (С4) сигнал поступает на второй ПИ-регулятор тока 22 (ПИ-РТ 2). На первый преобразователь координат 16 (ПК 1) одновременно поступают сигналы с первого ПИ-регулятора тока 15 (ПИ-РТ 1), второго ПИ-регулятора тока 22 (ПИ-РТ 2) и сигнал оценки угла поворота вектора потокосцепления с фильтра Калмана 18 (ФК). С первого преобразователя координат 16 (ПК 1) сигналы фазных напряжений одновременно поступают на ШИМ-генератор 9 (ШИМ-Г) и на второй преобразователь координат 17 (ПК 2). С ШИМ-генератора 9 (ШИМ-Г) сигналы идут на блок драйверов 8 (БД). На второй преобразователь координат 17 (ПК 2) также поступают сигналы с датчиков фазных токов 2, 3, 4 (ДТ). Со второго преобразователя координат 17 (ПК 2) проекции векторов тока и напряжения статора на оси неподвижной системы координат поступают на фильтр Калмана 18 (ФК). На третий преобразователь координат 24 (ПК 3) поступают сигналы проекций вектора тока статора на оси неподвижной системы координат со второго преобразователя координат 17 (ПК 2). С источника трехфазного переменного напряжения 7 (ИТПН) сигналы поступают на неуправляемый выпрямитель 6 (НВ). На автономный инвертор напряжения 1 (АИН) одновременно поступают сигнал выпрямленного напряжения с неуправляемого выпрямителя 6 (НВ) и сигналы управления силовыми ключами инвертора с блока драйверов 8 (БД). С автономного инвертора напряжения 1 (АИН) сигналы поступают на датчики фазных токов 2, 3, 4 (ДТ) и далее на статорные обмотки асинхронного двигателя 5 (М). Таким образом, заявляемое устройство позволяет регулировать скорость и потокосцепление асинхронного двигателя 5 (М).

Устройство управления асинхронным двигателем, содержащее автономный инвертор напряжения, наблюдатель состояния и блок драйверов, выходы которых соединены с управляющими входами автономного инвертора напряжения, отличающееся тем, что силовые выходы автономного инвертора напряжения через датчики токов подключены к статорным обмоткам асинхронного двигателя, а силовые входы автономного инвертора напряжения соединены с выходами неуправляемого выпрямителя, входы которого подключены к источнику трехфазного переменного напряжения, в качестве наблюдателя состояния выбран фильтр Калмана, блок драйверов соединен с выходами ШИМ-генератора, к блоку интерфейса последовательно подключены входной фильтр, первый сумматор, ПИ-регулятор скорости, второй сумматор, первый ПИ-регулятор тока, первый и второй преобразователи координат, фильтр Калмана, третий сумматор, ПИ-регулятор потокосцепления, четвертый сумматор, второй ПИ-регулятор тока, первый преобразователь координат, ШИМ-генератор, при этом блок интерфейса подключен к третьему сумматору, первый сумматор соединен с нечетким регулятором скорости, выход которого подключен ко второму сумматору, а фильтр Калмана соединен с первым сумматором, первым и третьим преобразователями координат, причем выходы датчиков токов соединены со входами второго преобразователя координат, выходы которого подключены к третьему преобразователю координат, который соединен с четвертым и вторым сумматорами, а блок интерфейса связан с персональным компьютером.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления асинхронной и синхронной машинами в отсутствие датчика положения вращения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для перезапуска вращающейся машины переменного тока. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано и может быть использовано в силовой электронике. .

Изобретение относится к области силовой электроники и может быть использовано при эксплуатации преобразовательной схемы. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах, в которых требуется глубокое регулирование скорости, высокая перегрузочная способность, обеспечение тяжелого пуска из стопорного режима.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах, в которых требуется глубокое регулирование скорости, высокая перегрузочная способность, обеспечение тяжелого пуска из стопорного режима.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах, в которых требуется глубокое регулирование скорости, высокая перегрузочная способность, обеспечение тяжелого пуска из стопорного режима.

Изобретение относится к области электротехники и используется для управления электромагнитным моментом асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, питающегося от автономного инвертора напряжения, в котором используются полностью управляемые транзисторы IGBT.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления как асинхронной, так и синхронной машиной, получающей информацию о положении ротора без использования датчика углового положения.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам управления электромагнитным моментом и амплитудой потокосцепления статора электрической машины переменного тока, получающей питание от автономного инвертора напряжения со стороны статора.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления возбуждением вращающейся машины переменного тока

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления возбуждением вращающейся машины переменного тока

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигателем, имеющего ротор с постоянными магнитами

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты вращающейся машины переменного тока и ее схемы возбуждения от перегрузок по току

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты вращающейся машины переменного тока и ее схемы возбуждения от перегрузок по току

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах запуска нагрузки такой, как электродвигатель. Техническим результатом является понижение пульсирующего тока в сглаживающем конденсаторе даже при ШИМ управлении инвертором в режиме двухфазной модуляции. Контроллер для системы запуска нагрузки, которая содержит преобразователь для изменения выходного напряжения источника питания постоянного тока, инвертор для преобразования напряжения постоянного тока, поступающего от преобразователя, в трехфазное напряжение переменного тока, которое подается на нагрузку, и сглаживающий конденсатор, подключенный параллельно между преобразователем и инвертором, включает в себя контроллер инвертора для ШИМ-управления инвертором с двухфазной модуляцией и контроллер преобразователя для ШИМ-управления преобразователем. Частоты несущего сигнала инвертора, используемого в контроллере инвертора, и несущего сигнала преобразователя, используемого в контролере преобразователя, являются одинаковыми. И когда момент времени, в который генерируется входной электрический ток в инвертор, соответствующий несущему сигналу инвертора, отклоняется на заданный период, разность фаз между несущим сигналом инвертора и несущим сигналом преобразователя смещается на величину, равную указанному заданному периоду. 5 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах управления электроприводами общепромышленного применения. Технический результат - снижение энергопотребления частотно-регулируемого асинхронного электропривода при снижении нагрузок двигателя ниже номинальных. Энергосберегающая система управления асинхронным электроприводом содержит блок ввода заданной частоты вращения асинхронного двигателя, регулятор напряжения, блок драйверов, автономный инвертор напряжения, вычислитель проекций вектора тока статора, вычислитель активного тока статора, умножители, согласующий усилитель, фильтр, интегратор, вычислители синуса и косинуса угла поворота вектора напряжения, блок переключений режимов работы электропривода, блок широтно-импульсной модуляции и датчик тока, связанные между собой так, как указано в материалах заявки. При этом выходные сигнальные выводы датчиков тока соединены с выходными выводами вычислителя проекций вектора тока статора, который выходными выводами соединен с первым и третьим входным выводом вычислителя активного тока статора, а второй и четвертый входной вывод вычислителя активного тока статора соединен с выходными выводами умножителей. 2 ил.

Изобретение относится к реверсивным полупроводниковым коммутаторам, ведомым однофазной сетью переменного тока, и предназначено для использования в нерегулируемом электроприводе переменного тока для запуска и работы от однофазной сети трехфазных асинхронных двигателей. Первые выводы первого и второго полупроводниковых ключей соединены с фазой однофазной сети переменного тока. Первые выводы третьего и четвертого полупроводниковых ключей соединены с нулем однофазной сети переменного тока. Вторые выводы первого и третьего полупроводниковых ключей объединены и соединены с началом первой и концом третьей статорных обмоток. Вторые выводы второго и четвертого полупроводниковых ключей объединены и соединены с концом первой и началом третьей статорных обмоток. При этом начало второй статорной обмотки электродвигателя подключено к нулю, а ее конец - к фазе однофазной сети переменного тока. Технический результат - обеспечивается возможность повышения развиваемого двигателем момента и мощности за счет получения более равномерного кругового вращающегося магнитного потока поля статора, а также упрощения системы управления транзисторами. 7 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в управляемых асинхронных двигателях. Техническим результатом является упрощение алгоритма управления асинхронным двигателем при наборе и сбросе заданной частоты вращения и при пуске асинхронного двигателя на «выбеге». В способе управления, осуществляемом в соответствии с формулой изобретения, останавливают изменение задания по частоте при изменении входного переменного напряжения в широких пределах или изменении значения задания по частот; когда ток или напряжение в звене постоянного тока достигают своих критических значений, отключают инвертор от звена постоянного тока до тех пор, пока ток или напряжение в звене постоянного тока не станет ниже критического значения. При изменении задания по частоте, пуске и остановке асинхронного двигателя выходное напряжение и частоту изменяют по одному и тому же закону скалярного частотного управления. При выключении инвертора плавно снижают выходные напряжения и частоту до нуля, а при повторном пуске плавно разгоняют асинхронный двигатель с текущими значениями напряжения и частоты для исключения генераторного режима на «выбеге». 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования мощности постоянного тока в мощность переменного тока. Техническим результатом является предотвращение быстрых флуктуаций тока, связанных с операциями включения/выключения каждого элемента переключения. Устройство преобразования мощности включает в себя: элементы (S1-S6) переключения, которые подключены параллельно к общей токопроводящей шине и возбуждают токи разных фаз; и контроллер (14) электродвигателя, который управляет соответствующими элементами (S1-S6) переключения. Контроллер (14) электродвигателя управляет соответствующими элементами (S1-S6) переключения таким образом, что направление флуктуации тока, обусловленной операцией включения/выключения одного элемента переключения, противоположно направлению флуктуации тока, обусловленной операцией включения/выключения, по меньшей мере, одного из других элементов переключения. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 25 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2013-05-27 2013-05-27T15:11:30
Наверх