Способ энергосберегающего управления однофазным коллекторным электродвигателем с динамической коррекцией движения

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрифицированном инструменте, бытовых и промышленных электроприборах, приборах специального назначения. Технический результат заключается в улучшении энергетических показателей электропривода, в частности динамического энергетического КПД. В способе энергосберегающего управления однофазным коллекторным электродвигателем с динамической коррекцией движения во время пуска управляющий преобразователь формирует напряжение питания двигателя на уровне максимального значения на все время нарастания тока двигателя, которое прямо пропорционально постоянной времени двигателя, а в дальнейшем формирует напряжение питания в соответствии с требуемым законом регулирования. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к электрифицированному инструменту, бытовым и промышленным электроприборам, приборам специального назначения.

Известен способ стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя (а.с. СССР №997216, Н02Р 5/12 от 15.02.83 г.), при котором формируют напряжение обратной связи, суммируют напряжение обратной связи с заданным напряжением, полученный результат сравнивают с опорным напряжением и в момент равенства суммарного и опорного напряжений подают питание на двигатель. Напряжение обратной связи формируется следующим способом: измеряют время спадания ЭДС самоиндукции до нуля, формируют постоянное напряжение и интегрируют его на интервале времени спадания ЭДС самоиндукции, результатом и будет напряжение обратной связи.

К достоинству представленного способа можно отнести то, что при реализации способа стабилизации учитывается нелинейность двигателя последовательного возбуждения, внутренние параметры которого зависят от скорости. Однако, существенным недостатком является нерегулируемость переходных процессов, что не позволяет контролировать энергетику (КПД) системы в переходных режимах, и как следствие, влиять на снижение КПД в динамике.

Наиболее близким к заявляемому решению, по мнению заявителей, является способ коррекции для замкнутой системы с сериесным двигателем [1]. Способ реализуется путем ввода параллельного корректирующего звена, в виде звена гибкой обратной связи, охватывающего силовой преобразователь. Такой способ динамической коррекции позволяет поддерживать быстродействие системы на требуемом уровне при изменении скорости. Недостатком указанного устройства является то, что переходные процессы (например, при пуске) не регулируются с целью повышения энергоэффективности. Вследствие этого значение динамического КПД снижается.

Технический результат предлагаемого решения заключается в улучшении энергетических показателей электропривода, в частности динамического энергетического КПД.

Поставленная цель достигается тем, что во время пуска управляющий преобразователь формирует напряжение питания двигателя на уровне максимального значения на все время нарастания тока двигателя, которое прямо пропорционально постоянной времени двигателя, а в дальнейшем формирует напряжение питания в соответствии с требуемым законом регулирования (например, по пропорционально-интегральному закону).

На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ энергосберегающего управления однофазным коллекторным электродвигателем с динамической коррекцией движения.

Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя содержит управляемый преобразователь 1, электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения 2, блок динамической коррекции 3, регулятор скорости 4, регулятор тока 5, блок задания-скорости 6.

Способ реализуется следующим образом.

Способ управления предусматривает оптимальную по быстродействию отработку приращения скорости двигателя при принятых ограничениях. Интервал нарастания тока при ограничении на напряжение питания нелинейно зависит от скорости двигателя и его нагрузки на валу. Динамика работы двигателя зависит от постоянной времени двигателя [2]:

где Т_э - электромагнитная постоянная обмоток двигателя (зависит только от индуктивности и активного сопротивления обмоток двигателя),

Ω - скорость вращения вала, 1/с.

- коэффициент, учитывающий коэффициент ЭДС якоря и аппроксимирующую кривую намагничивания.

Решением уравнения электрического равновесия для двигателя является выражение:

где U - напряжение питания двигателя, В.

R - сопротивление обмоток двигателя, Ом.

Заменяя экспоненту степенным рядом, получим для первых двух членов (учитывая, что ток растет лишь до своего максимального значения значения I_max, которое меньше, чем U/R). Тогда выражение (2) можно записать в виде:

Откуда, с учетом, что i(t)=I_max, получим для времени нарастания тока t_p и, следовательно, поддержания максимального значения напряжения U_max на двигателе:

Исходя из вышесказанного, при пуске к двигателю прикладывается максимальное значение напряжения U_max в течение времени t_p, к концу этого времени ток достигает своего максимального значения при данном способе, и поддерживается на данном максимальном уровне пока скорость не достигнет заданного значения, после процесса пуска происходит режим регулирования скорости. Данный способ пуска позволяет достичь повышение энергетического динамического КПД системы электропривода с двигателем последовательного возбуждения благодаря регулирования при пуске максимального значения тока I_max определенный период времени t_p.

Таким образом, заявленный технический результат достигнут вследствие того, что во время пуска управляющий преобразователь формирует напряжение питания двигателя на уровне максимального значения на все время нарастания тока двигателя, которое прямо-пропорционально электромеханической постоянной времени двигателя.

Источники информации

[1] Каган В.Г. Полупроводниковые системы с двигателями последовательного возбуждения / В.Г. Каган, Г.В. Лебедев, Л.И. Малинин. - М., Энергия, 1971. - 96 с.

[2] Мешков А.С. Электропривод малой мощности с улучшенными энергетическими характеристиками / А.С. Мешков, Суздорф В.И., Сюй Н.А. - Вестник ТОГУ №1 (28), 2013 г. - Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 115-124 с.

Способ энергосберегающего управления однофазным коллекторным электродвигателем с динамической коррекцией движения, реализуемый путем ввода параллельного корректирующего звена, в виде звена гибкой обратной связи, охватывающего силовой преобразователь, отличающийся тем, что во время пуска управляющий преобразователь формирует напряжение питания двигателя на уровне максимального значения на все время нарастания тока двигателя, которое прямо пропорционально постоянной времени двигателя.