Способ энергоэффективного двухзонного регулирования скорости асинхронного двигателя в системе прямого управления моментом



Способ энергоэффективного двухзонного регулирования скорости асинхронного двигателя в системе прямого управления моментом
Способ энергоэффективного двухзонного регулирования скорости асинхронного двигателя в системе прямого управления моментом
Способ энергоэффективного двухзонного регулирования скорости асинхронного двигателя в системе прямого управления моментом
Способ энергоэффективного двухзонного регулирования скорости асинхронного двигателя в системе прямого управления моментом
Способ энергоэффективного двухзонного регулирования скорости асинхронного двигателя в системе прямого управления моментом

 

H02P27/06 - Управление или регулирование электрических двигателей, генераторов, электромашинных преобразователей; управление трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками (конструкции пусковых аппаратов, тормозов или других управляющих устройств см. в соответствующих подклассах, например механические тормоза F16D, механические регуляторы скорости G05D; переменные резисторы H01C; пусковые переключатели H01H; системы для регулирования электрических или магнитных переменных величин с использованием трансформаторов, реакторов или дроссельных катушек G05F; устройства, конструктивно связанные с электрическими двигателями, генераторами, электромашинными преобразователями, трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками, см. в соответствующих подклассах, например H01F,H02K; соединение или управление

Владельцы патента RU 2587162:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленности и на транспорте в системах электропривода с прямым управлением моментом асинхронных двигателей (АД). Техническим результатом является обеспечение энергоэффективного двухзонного регулирования асинхронного двигателя при более полном использовании двигателя по нагреву и мощности. В способе двухзонного регулирования скорости асинхронного двигателя используют прямое управление моментом (Direct Torque Control - DTC), при этом определение ограничения задания на момент, вычисленного регулятором скорости, производится путем деления заданной мощности на частоту вращения ротора двигателя, причем величина заданной мощности определяется в зависимости от температуры обмоток статора двигателя, вычисляемой по модели или измеряемой датчиком температуры, и может принимать три фиксированных значения: 1) Рзн; 2) Рзн; 3) Рзн, где Рз - заданная мощность, Рн - номинальная мощность двигателя; задание на потокосцепление статора определяется в первой и второй зоне регулирования по значению задания на момент на основе заранее рассчитанной зависимости потокосцепления статора от момента двигателя, обеспечивающей минимальное значение тока статора при заданном моменте и имеющей вид кривой с насыщением. 2 ил.

 

Изобретение относится к асинхронному электроприводу и может быть использовано в промышленности и на транспорте в системах электропривода с прямым управлением моментом асинхронных двигателей (АД).

Известен способ двухзонного регулирования скорости асинхронного электропривода с ослаблением потока ротора в системе векторного управления (Козярук А.Е., Рудаков В.В. Современное и перспективное алгоритмическое обеспечение частотно-регулируемых электроприводов. - СПб.: Санкт-Петербургская электротехническая компания, 2004. - Прототип). В данном способе блок задания потокосцепления в первой зоне регулирования (при частоте вращения двигателя ниже номинальной) устанавливает номинальное значение потокосцепления ротора двигателя. Во второй зоне регулирования (при частоте вращения двигателя выше номинальной) ослабление поля (уменьшение магнитного потока по отношению к номинальному значению) достигается за счет изменения задания на потокосцепление ротора обратно пропорционально увеличению частоты вращения по отношению к номинальной. Минимизация тока статора может осуществляться путем под держания равенства составляющих тока статора.

Недостатками этого способа являются традиционная для векторных систем сложность и большой объем вычислений, невысокая устойчивость к возмущениям, косвенное влияние на потокосцепление ротора через изменение тока статора, отсутствие регулирования потокосцепления двигателя в первой зоне, недоиспользование двигателя по мощности и нагреву во второй зоне.

Известна система прямого управления моментом (Direct Torque Control, - DTC) (Козярук A.E., Рудаков В.В. Системы прямого управления моментом в частотно-регулируемых электроприводах переменного тока. /Под ред. А.Г.Народицкого. - СПб.: Санкт-Петербургская электротехническая компания, 2005), которую можно использовать для энергоэффективного двухзонного управления АД. В системе прямого управления моментом реализовано непосредственное высокодинамичное релейное регулирование потокосцепления статора и момента двигателя по отклонению. К отличительным особенностям DTC (блок 1 на фиг. 1, 2) можно отнести наличие в системе:

- гистерезисных релейных регуляторов потокосцепления статора (РРп) и момента (РРм) асинхронного двигателя;

- электронной адаптивной модели двигателя (АМД) для вычисления текущих управляемых координат асинхронного двигателя (потокосцепления статора, электромагнитного момента, температуры и др.) по значению фазных токов, напряжения в звене постоянного тока и коммутационной функции автономного инвертора напряжения (АИН);

- вычислителя фазового сектора (ВФС), в котором в текущий момент времени находится вектор потокосцепления статора двигателя;

- табличного (матричного) вычислителя оптимального вектора напряжения двигателя, выполняемого в виде блока логического автомата (БЛА) и определяющего функцию переключения вентилей АИН.

В блоке DTC имеются также два алгебраических сумматора. В одном из них сравнивается задание на момент Мз, поступающее из системы управления, и момент двигателя, вычисленный АМД; полученное рассогласование поступает на РРм. Во втором сумматоре сравнивается задание на потокосцепление ψ, поступающее из системы управления, и потокосцепление двигателя ψs, вычисленное АМД; полученное рассогласование поступает на РРп. АМД вычисляет также фазу вектора потокосцепления (фаза ψs). При необходимости в АМД блока 1 (блок DTC) можно производить также вычисление температуры обмоток статора двигателя t° (фиг. 2).

Система DTC обладает высоким быстродействием и, в то же время, в ней не требуются необходимые при реализации векторного управления преобразователи координат, регуляторы составляющих тока статора, блоки компенсации перекрестных обратных связей АД, организация широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Кроме того, система более устойчива к возмущениям и неточности информации о переменных состояния объекта управления, чем векторная система. Однако для систем DTC недостаточно проработаны энергосберегающие способы управления двигателями, что не позволяет полостью реализовать все преимущества DTC.

Задачей изобретения является реализация энергоэффективного двухзонного регулирования асинхронного двигателя в системе прямого управления моментом при наиболее полном использовании двигателя по нагреву и мощности.

Технический результат достигается тем, что в данном способе, использующем прямое управление моментом, определение ограничения задания на момент, вычисленного регулятором скорости, производится путем деления заданной мощности на частоту вращения ротора двигателя, причем величина заданной мощности определяется в зависимости от температуры обмоток статора двигателя, вычисляемой по модели или измеряемой датчиком температуры, и может принимать три фиксированных значения:

1) Рзн; 2) Рзн; 3) Рзн,

где Рз - заданная мощность, Рн - номинальная мощность двигателя;

а задание на потокосцепление статора определяется в первой и второй зоне регулирования по значению задания на момент на основе заранее рассчитанной зависимости потокосцепления статора от момента двигателя, обеспечивающей минимальное значение тока статора при заданном моменте и имеющей вид кривой с насыщением.

Функциональные схемы систем двухзонного регулирования скорости АД, реализующих данный способ, представлены на фиг. 1 и 2. В схеме фиг. 1 температура асинхронного двигателя 2 измеряется датчиком температуры обмоток статора, встроенном в АД, а в схеме фиг. 2 вычисляется по модели в блоке 1 (блок DTC). Измерение температуры датчиком является более точным, поэтому оно предпочтительно (фиг. 1), однако это требует установки датчика в асинхронном двигателе. В случае отсутствия датчика возможно вычисление температуры по тепловой модели двигателя, включаемой в этом случае в адаптивную модель двигателя блока 1 (фиг. 2), однако это снижает точность определения температуры.

В обоих случаях в представленных схемах (фиг. 1, 2) имеется внешний контур регулирования частоты вращения (угловой скорости) двигателя. Темп нарастания задания на частоту вращения ωз может определяться задатчиком интенсивности (на схемах не показан). Действительная угловая скорость ротора АД измеряется датчиком частоты вращения 3 (ДЧВ). Рассогласование между заданной (ωз) и действительной угловой скоростью двигателя (ω), определяемое в сумматоре 4, подается на регулятор скорости 5, который формирует предварительное задание на момент тягового двигателя (Мзω). Затем в блоке 6 вычисления задания момента с учетом ограничений (БВЗМ) определяются ограничения и окончательное задание на момент Мз, поступающее в блок 1 (DTC), по следующим уравнениям:

где Мзогр - ограничение задания на момент АД; Мзmax - ограничение по моменту, устанавливаемое обычно исходя из допустимого тока вентилей статического преобразователя.

Величина заданной мощности Рз определяется в зависимости от температуры обмоток статора θ двигателя в блоке 7 из трех фиксированных значений по следующим уравнениям:

где θдоп - допустимая температура обмотки статора АД.

Задание на потокосцепление статора ψ определяется в блоке 8 для первой и второй зоны регулирования скорости АД по найденному с использованием уравнений (1, 2) заданию на момент Мз на основе заранее рассчитанной зависимости потокосцепления статора от момента двигателя ψ=f(Мз) по условию минимума тока статора, имеющей вид кривой с насыщением. Найденное задание потокосцепления поступает в блок 1 (блок DTC). Применение DTC позволяет отдельно регулировать электромагнитный момент и потокосцепление статора двигателя по энергосберегающему закону с высоким быстродействием. Управляющие сигналы, выработанные в блоке 1, подаются в блок статического преобразователя 9 (блок СП) для управления вентилями АИН.

В первой зоне регулирования скорости при реализации низких скоростей и низких заданиях на момент (в случае пониженной нагрузки двигателя) задание на потокосцепление статора автоматически снижается по заданной кривой ψ=f(Мз) (фиг. 1, 2). При увеличении нагрузки задание на момент возрастает (вплоть до Мзmax) и соответственно увеличивается задание на потокосцепление статора.

По мере разгона двигателя и увеличения частоты вращения ω вверх от номинального значения задание на момент с учетом принятых ограничений (см. выражения 1) неизбежно снижается с ростом ω и одновременно снижается задание на потокосцепление статора по заданной расчетной зависимости ψ=f(Мз). При этом двигатель автоматически переходит в зону ослабления поля (во вторую зону).

В данной системе электропривода перед пуском двигателя необходимо установить заданный уровень потокосцепления. Для этого используется режим предварительного намагничивания, заключающийся в установке задания на потокосцепление на заданном начальном уровне при задании на момент, равном нулю. После намагничивания АД задание на момент повышается с требуемой интенсивностью и далее реализуется расчетная зависимость ψ=f(Мз).

Таким образом, в первой и второй зонах производится регулирование потокосцепления статора по энергосберегающему закону, причем во второй зоне одновременно реализовано регулирование максимально допустимой мощности двигателя в зависимости от температуры обмоток, позволяющее дозировано изменять его перегрузочную способность.

Изменение заданной мощности Рз в зависимости от температуры обмоток позволяет без сокращения срока службы повышать мощность двигателя, временно перегружая его в случае необходимости, например, при преодолении подъема транспортным средством или снижении давления в магистрали при увеличении разбора жидкости, а также предохранять двигатель от превышения температуры. Одновременно предлагаемая реализация энергосберегающего двухзонного регулирования в системе прямого управления моментом позволяет снизить потери и повысить к.п.д. асинхронного двигателя.

Способ двухзонного регулирования скорости асинхронного двигателя, использующий прямое управление моментом (Direct Torque Control - DTC), отличающийся тем, что в данном способе определение ограничения задания на момент, вычисленного регулятором скорости, производится путем деления заданной мощности на частоту вращения ротора двигателя, причем величина заданной мощности определяется в зависимости от температуры обмоток статора двигателя, вычисляемой по модели или измеряемой датчиком температуры, и может принимать три фиксированных значения:
1) Рзн;
2) Рзн;
3) Рзн,
где Рз - заданная мощность; Рн - номинальная мощность двигателя,
а задание на потокосцепление статора определяется в первой и второй зоне регулирования по значению задания на момент на основе заранее рассчитанной зависимости потокосцепления статора от момента двигателя, обеспечивающей минимальное значение тока статора при заданном моменте и имеющей вид кривой с насыщением.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу переменного тока с режимом динамического торможения асинхронного двигателя. При отказе механического тормоза при аварийной остановке применяется электрический тормоз - электропривод переходит в режим регулируемого динамического торможения.

Группа изобретений относится к устройствам или способам управления двигателями переменного тока. Способ импульсного регулирования электрического дифференциала переменного тока (ЭД) включает в себя то, что собирают статорные обмотки двух асинхронных двигателей в общий треугольник.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в частотно-регулируемом электроприводе переменного тока, в частности в грузоподъемных механизмах, и предназначено для рекуперации электрической энергии в питающую сеть в режиме генераторного торможения при спуске тяжелого груза.

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.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электропривода с пониженной частотой вращения, а также в установках депарафинизации нефтяных скважин.

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 многокаскадных высоковольтных преобразователях частоты, фазы которых состоят из группы последовательно соединенных силовых преобразовательных ячеек.

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 использовано в электроприводах дутьевых вентиляторов котельного агрегата. Технический результат - снижение потребления электрической энергии за счет повышения эквивалентного КПД электропривода дутьевого вентилятора при обеспечении заданного технологического режима котельного агрегата.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к колебательным электроприводам переменного тока. Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого движения содержит источник переменного тока, задающий генератор, амплитудный модулятор, фазовое звено, фазовый детектор, электронный ключ и инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя. Обмотка возбуждения двухфазного асинхронного двигателя подключена к источнику переменного тока. Выход задающего генератора соединен с первым входом амплитудного модулятора, второй вход которого соединен с выходом фазового звена. Вход фазового звена подключен к источнику переменного тока. Первый вход электронного ключа соединен с выходом амплитудного модулятора, а вторым входом электронного ключа соединен с выходом фазового детектора. Первый вход фазового детектора подключен к выходу фазового звена, а второй вход - к выходу задающего генератора. Выход электронного ключа соединен с входом инвертора напряжения. Технический результат состоит в устранении высокочастотных пульсаций частоты сети и задающего генератора при формировании пульсирующего движения двухфазного асинхронного двигателя. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу и устройству управления генератором, приводимым двигателем внутреннего сгорания, установленным с возможностью работы в параллель. Способ включает в себя: обнаружение контроллером каждого генератора при каждом запуске двигателя внутреннего сгорания наличия выходного напряжения, при наличии - генератор становится ведомым и синхронизирует фазы выходного напряжения с фазой обнаруженного напряжения, как опорной фазы, при отсутствии напряжения - генератор действует как задающий генератор; определение соответствующей активной мощности и эффективных значений выходных токов; определение соответствующих амплитуд выходного напряжения в падающих характеристических кривых согласно эффективным значениям выходных токов, и определение внутренних углов коэффициента мощности согласно соответствующей активной мощности; управление каждым генератором для достижения соответствующих амплитуд выходного напряжения и внутренних углов коэффициента мощности. Технический результат состоит в реализации энергетического баланса между параллельно работающими генераторами. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 11 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.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для привода вентиляторов, насосов и т.д. Техническим результатом является улучшение эксплуатационных характеристик. Электроприводной модуль (1) содержит электродвигатель (2) с постоянными магнитами, инвертор (3), питающий электродвигатель (2), ступень (4) постоянного тока, питающую инвертор, контроллер (8), содержащий модулятор (5), предназначенный для приведения в действие инвертора, управляемого посредством первого цифрового сигнала (Vs_act), представляющего амплитуду фазовых напряжений, прикладываемых к электродвигателю, и посредством второго цифрового сигнала (freq_act), представляющего частоту электрического тока фазовых напряжений. Приводной модуль (1) содержит аналоговую/цифровую ступень (6) для расчета оптимального значения угла (δopt) опережения по фазе напряжения, приложенного к электродвигателю относительно противоэлектродвижущей силы, в качестве линейной функции пикового значения фазового тока, и аналоговую/цифровую ступень (12) для измерения угла (ϕact) между напряжением, приложенным к электродвигателю, и фазным током. Контроллер (8) запрограммирован для определения с выборкой при частоте электрического тока угла (γact) между фазным током и противоэлектродвижущей силой как разницы между вышеупомянутым оптимальным значением угла (δopt) опережения по фазе и углом (ϕact), измеренным между напряжением, приложенным к электродвигателю, и фазным током. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх