Способ стабилизации частоты вращения синхронного двигателя


 


Владельцы патента RU 2582201:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) (RU)

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам регулируемого электропривода на базе синхронных двигателей с преобразователями частоты (ПЧ). Cпособ стабилизации частоты вращения электродвигателей переменного тока состоит в воздействии на фазовый угол синусоидального напряжения питания, формируемого ПЧ, пропорционально сигналу отклонения мгновенного значения угла нагрузки Θ от его среднего значения за период автоколебаний, обеспечивая его фазовый сдвиг и, тем самым, демпфирование колебаний частоты вращения синхронных электродвигателей. Технический результат заключается в обеспечении эффективного гашения автоколебаний синхронного двигателя без использования датчика положения ротора, в простоте реализации и возможности применения в различных видах ПЧ. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам регулируемого электропривода на базе синхронных двигателей с преобразователями частоты (ПЧ). Изобретение может быть использовано для демпфирования колебаний частоты вращения синхронных электродвигателей, в которых отсутствует возможность непосредственного измерения угла нагрузки Θ, в частности для систем скалярного электропривода при раздельном формировании амплитуды и частоты питающего напряжения, и применено в различных видах ПЧ.

Известен способ двухзонного амплитудно-фазового перевозбуждения синхронных гистерезисных электродвигателей с инерционной нагрузкой, при котором одновременно с увеличением и последующим снижением напряжения питания регулируют фазу результирующего вектора напряжения [1]. Недостатком данного способа является его применимость только для инверторов с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения.

Наиболее близким к предложенному способу является способ стабилизации частоты вращения электродвигателей переменного тока (варианты) [2], который обеспечивает стабилизацию частоты вращения электродвигателей переменного тока, питающихся от статических преобразователей частоты, содержащих инвертор с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения, при этом изменяют сформированное с помощью инвертора питающее напряжение электродвигателя посредством сигнала обратной связи, который формируют пропорционально фазе второй производной фазного тока электродвигателя на одном из коммутационных интервалов инвертора. Недостатком данного способа является его применимость только для инверторов с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения.

Предложенный способ стабилизации частоты вращения синхронного двигателя решает задачу эффективного гашения автоколебаний ротора синхронных машин.

Поставленная задача решается тем, что согласно способу стабилизации частоты вращения синхронного двигателя, питающегося от статического преобразователя частоты, в соответствии с которым изменяют сформированное с помощью инвертора питающее двигатель напряжение посредством отрицательной обратной связи, вычисляют отклонение угла нагрузки от среднего значения за период автоколебаний, определяют корректирующий сигнал, пропорциональный отклонению угла нагрузки от среднего значения, вычитают этот корректирующий сигнал из сигнала задания фазового угла синусоидального напряжения, чем обеспечивают его фазовый сдвиг.

На фиг. 1 показана схема устройства, реализующего предложенный способ стабилизации частоты вращения электродвигателей переменного тока.

Устройство, реализующее предложенный способ, содержит синхронную машину 1, преобразователь частоты 2, датчики тока 3, датчики напряжения 4, наблюдатель угла нагрузки Θ 5, блок вычисления среднего значения угла нагрузки Θ за период автоколебаний Τθ 6, сумматор 7, блок масштабирования отклонения мгновенного значения угла нагрузки ΔΘ, который осуществляет перевод отклонения в управляющее воздействие на положение вектора напряжения статора 8, сумматор 9.

Способ стабилизации частоты вращения синхронного двигателя заключается в следующем. Частота свободных колебаний угла нагрузки определяется параметрами как электрической, так и механической частей привода. Статическая нагрузка привода определяется средней за период свободных колебаний величиной угла нагрузки Θ. Для гашения свободных колебаний электропривода, как следует из положений теории классической механики, для успешного подавления колебаний управляющее воздействие должно прикладываться в фазе с колебаниями системы. Блок преобразователя 2, содержащий инвертор, формирует питающее напряжение u1 электродвигателя 1 согласно заданию на амплитуду U1, частоту f1 и фазу φ

u1=U1*sin(ω1*t+φ),

где ω1=(2*π*f1)/p; p - число пар полюсов статора.

Блок наблюдателя 5 на основании сигналов с датчиков тока 3 и напряжения 4 вычисляет мгновенное значение угла нагрузки Θ, затем реализуется алгоритм определения отклонения угла нагрузки от его среднего значения за период свободных колебаний. В блоке 6 вычисляется среднее значение угла нагрузки Θ со временем осреднения ТΘ. Далее на выходе сумматора 7 формируется величина отклонения ΔΘ угла нагрузки от среднего значения. В блоке 8 масштабирования отклонения мгновенного значения угла нагрузки ΔΘ происходит умножение на коэффициент Κφ. Сумматор 9 вычитает сформированный сигнал коррекции из задания фазового угла синусоидального напряжения, чем обеспечивается его фазовый сдвиг.

Величину масштабирующего коэффициента Κφ необходимо выбирать исходя из требований интенсивности стабилизации угла нагрузки. Κφ должен быть меньше единицы, иначе система станет неустойчивой, однако чем ближе его величина к единице, тем больше быстродействие контура стабилизации угла нагрузки Θ. Из этих соображений для каждого отдельно взятого электропривода подбирается величина коэффициента Κφ. Постоянная времени осреднения ТΘ должна быть обязательно не меньше периода свободных колебаний системы электропривода. Однако при выборе слишком большой величины этой постоянной времени это может привести к ухудшению динамических характеристик системы при изменении нагрузки на валу. Поэтому эту постоянную времени необходимо выбирать в пределах (1…2)*Т0, где Т0 - период свободных колебаний разомкнутой системы электропривода.

Преимуществами данного способа по отношению к аналогам являются: простота реализации алгоритма стабилизации частоты вращения синхронного двигателя, универсальность метода и возможность применения в различных видах ПЧ.

Литература

1. Патент RU №2375813 C1, кл. Н02Р 21/05, Н02Р 6/00 от 10.12.2009.

2. Патент RU №2164053 С1, кл. Н02Р 7/42, Н02Р 7/62 от 10.03.2001.

Способ стабилизации частоты вращения синхронного двигателя, питающегося от статического преобразователя частоты, в соответствии с которым изменяют сформированное с помощью инвертора питающее двигатель напряжение посредством отрицательной обратной связи, отличающийся тем, что вычисляют отклонение угла нагрузки от среднего значения за период автоколебаний, определяют корректирующий сигнал, пропорциональный отклонению угла нагрузки от среднего значения, вычитают этот корректирующий сигнал из сигнала задания фазового угла синусоидального напряжения, чем обеспечивают его фазовый сдвиг.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих электроприводах с асинхронными исполнительными двигателями. Техническим результатом является повышение быстродействия следящего электропривода с асинхронным исполнительным двигателем.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрических системах. Техническим результатом является обеспечение быстрой реакции на управляющее воздействие, в частности на вращающий момент, и малых искажений высшими гармониками.

Изобретение относится к области электротехники и может быть испольтзовано для управления вращающейся электрической машиной, такой как индукционная (асинхронная или синхронная) машина.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования частоты вращения ротора асинхронных электроприводов с тиристорным преобразователем напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано во асинхронной и синхронной электрической машине без использования датчика положения. Технический результат - уменьшение вибраций и шумов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано во вращающихся электрических машинах. Технический результат - повышение точности коррекции ошибки смещения магнитного потока в разомкнутой системе управления вращающейся электрической машине.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводе. Технический результат - увеличение КПД на низких частотах вращения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления синхронной машиной с постоянными магнитами «MSAP». Техническим результатом является обеспечение оптимальной надежности и высокой безопасности.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигателями с постоянными магнитами. Технический результат - повышение точности определения углового положения при низких угловых скоростях вращения ротора электродвигателя с постоянными магнитами.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для демпфирования крутильных колебаний во вращающейся системе. Технический результат - осуществление демпфирования колебаний без использования датчиков вращающегося момента.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в регулируемом электроприводе переменного тока. Технический результат заключается в уменьшении тока статора в пусковом режиме, обеспечивающего заданный момент двигателя, повышении работоспособности устройства. В электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель и инвертор с ШИМ-регулятором, два датчика тока статора, блок задания частоты вращения поля статора и амплитуды напряжения, блок коррекции задания напряжения, содержащий блок вычислительных операций, осуществляющий выработку корректирующего сигнала задания напряжения в функции рассчитываемого параметра - тангенса угла между векторами тока и эдс статора, вычисляемого на основании измеренных значений фазных токов статора и сигналов задания на фазные напряжения двигателя, введен блок, изменяющий сигнал коррекции с учетом насыщения двигателя. Инвертором формируются фазные напряжения статора с частотой и амплитудой, необходимой для обеспечения заданного значения момента при условии минимизации потребления тока статора из сети с учетом насыщения двигателя. Электропривод работает с реально измеряемыми переменными, что упрощает алгоритм расчета корректирующего сигнала и снижает требования к управляющему контроллеру. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах РЛС (радиолокационная станция), рулевом электроприводе. Техническим результатом является увеличение диапазона регулирования скорости электродвигателя за счет регулирования токов двигателя в полярной системе координат, улучшение эксплуатационных характеристик двигателя и повышение надежности электропривода. Электропривод переменного тока содержит датчик положения ротора, соединенный с ротором синхронного двигателя на постоянных магнитах, подключенный фазными обмотками к выходу инвертора напряжения, на вход которого подключен векторный модулятор, на первый вход которого подключен регулятор модуля тока, к входу которого подключен сумматор, к первому входу которого подключен задатчик модуля тока, к второму входу которого подключен первый выход преобразователя координат, вход которого подключен к датчикам фазных токов двигателя. Второй вход векторного модулятора подключен к выходу регулятора фазы тока, вход которого подключен к сумматору, первый вход которого подключен к второму выходу преобразователя координат, второй вход подключен к выходу датчика положения. Электропривод может содержать сумматор, включенный между выходом регулятора фазных токов и вторым входом векторного модулятора, при этом второй вход сумматора соединен с выходом датчика положения ротора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. .

Изобретение относится к способам для управления тяговой системой транспортных средств с электротягой. Способ управления асинхронными тяговыми двигателями включает вычисление текущих значений электромагнитного момента и потокосцепления статора в блоке DTC (Direct Torque Control) по двигателю первой оси тележки. При этом вычисление задания на момент, подаваемого в блок DTC, ведется регулятором скорости с использованием сигналов максимальной или минимальной скорости вращения параллельно включенных асинхронных двигателей. В режиме тяги управление ведется по максимальной, а в режиме торможения - по минимальной скорости вращения. Задание на потокосцепление статора , подаваемое в блок DTC, определяется по заданной зависимости потокосцепления от задания на электромагнитный момент двигателя , предварительно рассчитанной из условия минимума тока статора с учетом насыщения двигателя. При включении двигателей под напряжение в первые моменты времени задание на потокосцепление определяется в зависимости от времени. Технический результат заключается в обеспечении высокодинамичного регулирования момента тяговых двигателей и предупреждения буксования и юза. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам переменного тока периодического движения. Электропривод колебательно-вращательного движения содержит двухфазный асинхронный двигатель, обмотка возбуждения которого подключена к источнику переменного тока, а обмотка управления к выходу инвертора напряжения, преобразователь напряжение-частота, частотный демодулятор, прецизионный регулируемый блок питания постоянного напряжения, фазовое звено и два сумматора. Выход прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом частотного демодулятора, вход которого подключен к источнику переменного тока, а выход соединен с входом преобразователя напряжение-частота. Выход преобразователя напряжение-частота подключен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом фазового звена, а выход соединен с входом инвертора напряжения. Вход фазового звена подключен к источнику переменного тока. Технический результат состоит в обеспечении регулирования параметров движения колебательно-вращательного режима работы электропривода. 2 ил.
Наверх