Электропривод постоянного тока с минимизацией потерь в двигателе
Иллюстрации
Показать всеРеферат
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (»)!003280 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву М 663052 (22) Заявлено 2(.,07.81. (2() 3321552/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (53)М. Кл.
Н 02 P 5/06
Гоеударетееклыа комитет
СССР
Опубликовано07.03.83 ° Бюллетень № 9 вю делам изобретений и открытий (53) УДК 62k. .316.718 5 (088.8) Дата опубликования описания 07.03.83 (72) Авторы изобретения нк „. (,(оли,тыко
М» ф; . -.. 4 l: ..,- f
Белорусский ордена Трудового Красного 3 амени политехнический институт
В. И. Панасюк, В. Л. Анхимюк, В, С. Юде (7() Заявитель (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА С МИНИМИЗАБИЕЙ
ПОТЕРЬ В ДВИГАТЕЛЕ
Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемому электроприводу постоянного тока, управляемому по цепи якоря и возбуждения двигателя постоянного тока.
По основному авт. св. М. 663052 извес- 5 ген электропривод постоянного тока с минимизацией потерь в двигателе, содержаший датчики тока возбуждения и напряжения на якоре, последовательно соединенные,датчик скорости, функциональный преобразователь и блок перемножения с подключенным к его второму входу датчиком тока якоря, а также регулятор возбуждения, к входу которого подключен блок интегрирования, с тремя входами, которые соединены соответственно с выходом блока перемножения, с выходом датчика напряжения на якоре и с выходом датчика тока возбуждения. Уп20 равление элек троприводом осуществляется по закону
R tQ„(u>)K ф + 2 — @-(R )=0 (a) 2
Оптимальность процесса по критерию минимума потерь обеспечивается выражением {1) только в установившемся режиме. Однако во многих электроприводах переходные процессы занимают значительное время по сравнению со временем всего цикла работы. Это приводит к необходимости учета и минимизации потерь не только в установившемся режиме, но в переходных процессах электропривода (.ll.
Недостатком известного устройства является невозможность обеспечения опгимального по потерям энергии динамического режима разгона алекгропривода.
Бель изобретения — повышение КПД путем минимизации потерь электроэнергии в переходном процессе разгона электропривода.
Поставленная цель достигается тем, что в электропривод включены микропроцессор, ключ, регулятор тока якоря, датчик момента сопротивления и задатчик скорости, причем выходы датчиков тока возбуждения, скорости, тока якоря, нап3 1003 ряжения на якоре, момента сопротивления и задатчика скорости соединены с входами микропроцессора, первый выход которого связан с входом регулятора тока якоря, два других выхода — с двумя входами ключа, третий вход которого соединен с выходом блока интегрирования, а выход ключа соединен с входом регуля« тора возбуждения.
На фиг. 1 показана блок-схема элект- 10 ропривода; на фиг. 2 — область определения функции потерь; на фиг. 3 - блоксхема функционирования микропроцессора.
Электропривод (фиг. 1) содержит пос ледовательно соединенные датчик 1 скорости, функциональный преобразователь
2, блох 3 перемножения, блок 4 интегрирования с коэффициентом интегрированйя
К, связанный с регулятором S тока возбуждения,датчик 6 тока якоря, соединен- 2й ный с вторым входом блока 3 датчик 7 тока возбуждения, связанный с вторым входом блока 4 с коэффициентом интегрирования К>, датчик 8 напряжения на якоре, соединенный с третьим входом бло- 25 ка 4 с коэффициентом интегрирования К, м.пропроцессор 9, ключ 10, датчик 3.1 момента сопротивления, регулятор 12 тока якоря и задатчик 13 скорости Выходы датчиков 1, 6, 7, 8 и 9 и задатчи- 30 ка 13 соединены с входами микропроцессора 9, один выход которого связан с регулятором 12, два других выхода - с двумя входами ключа 10, третий вход которого соединен с выходом блока 4, а выход ключа 10 связан с входом регуля тора 5, Снижение полных потерь за время разгона достается за счет управления с более точным определением минимума о фунхпии потерЬ F (Зя, ф, оз ) с учетом момента статического сопротивления
Мс в допустимой области изменения тока якоря 3Я и потока возбуждения Ф при ограничении напряжения в цепи якоря.
Задача оптимального управления переходным процессом разгона от скорости м0 до и - (и (ui- ) по минимуму полных потерь в двигателе постоянного тоха заключается, в выборе таких законов изменения тока якоря 3> и потока возбуждения ф, которые обеспечивают минимизацию энергии потерь, выделяющихся в двигателе за время Г переходного процесса
Т 55
8 = hP Й1 (2)
280 4 с учеФом ограничений ! Sl l ll max и1 u
Э (3 ñ3
Smhn В 9 max> где b Pg d P + hl 9< + d P <+ b Pg - полные потери в двигател йР 3Я R g — потеря в обмотке яко2 ря;
ДР,= 6 (w ) K2 ô — потеря в стали;
bP = hP>(Ф) = Э И - в обмотке возбуждения; аР „= ЛРм (N ) — механические потери;
Зя,, Ф вЂ” токи якоря, возбуждения;и магнитный. поток двигателя, соответственно; щ †. скорбсть;
Й4 и Й вЂ” сопротивление якоря и возбуждения двигателя.
Уравнение механического равновесия двигателя
М=К ЯФ= M (4+- Д.6 ()
Задача минимизации (2) является задачей со свободным правым концом и незакрепленным временем. Заменим 1 в (2) на о из (4) . Тогда, пренебрегая длит@льнос тью электромагнитных процессов, получим задачу оптимального управления, сводящуюся к минимизации интеграла с фиксирован ными пределами
Минимум выражения (S) достигается при минимизации подынтегральной . функции F (° ) в текущий момент времени. Запишем выражение для F () в виде
3 р +3 Р +6(ю)К +Р (ш)
2 2(2
P()=F(x >)
КЭ Э -М
Я б С
X +J P
Fc (6) 5
2 2
Х - q
2 2
3 >о >
P= аР„„(), 1003 280 6
Если прямая (7) не пересекается с прямоугольником АСкк Ч, т. е. при малых м и 10! (0 „х, то минимум
F (x, у) при выполнении
Я.тпсiх д вн R>+G,()K / (
Определим стационарную точку по х
= М.ar где с=>) >» g(»; ,,=и,)к,т/к; ах (ху ) Х = + С
1,2 Хп)с х - (1) йля режима разгона (к ш), (») (F.(x,ß= с
F(x 2=с = с
2х +Р
„г
2 Р
+c cx2 р, Х2 где
U2 Ty V+prpa$ (к,ш)2-), ((к, ш) Кбт(кеш)) >> )у ()К ш) — Й >у) у=К +С (со)К
g>p, P >О, р ъО, х -р,>О
В <5) полагается, что магнитная сис- 1 тема машины не насьпцена т. е. Ф 3 в >, что не искажает сути задачи (кривую насьпцения учитываем ограничением тока возбуждения 3 из (3) ) . Область оп ределения (фиг. 2) F () определяет- 20 ся ограничениями (3) и уравнением е
Uax xWRO++ W (7), Т
На фиг. 2 нанесены область определения г (Х, у ) — прямоугольник ACR8 и линия . Х 9 = сопэФ» fIpH )EJ = co&54 минимум ." F (х, « ) при каждом фиксированном нэ достигается без учета ограничений при х .= у > откуда следует, что ЗО если минимум F (х, у ) достигается в точке, принадлежащей фигуре BCD, N »),, то эта точка должна лежать на отрезке BE биссектрисы OL . Если F (х, s ) имеет минимум в области АВЙ., й, ro эта точка лежит на,отрезке АВ. И, наконец, если
Ягgtntn F(х, У ) принадлежит области
ЕЭ, Э, то эта точка лежит на отрезке
AE. Если точка минимума лежит на отрезке BE, то при х = У получим откуда видно, что при X - > О
2 сЭгс min F (х,х)— х2
50 т. е. точка минимум достигается при возможно большем значении произведения
Х 9 = X, т, е. на ограничениях (3)
2 и (7) — точка E.
y, y-2)). Х-У(У +Р)
2 2.
-С -О
) с
Х =г>>» + Х )%
Ф< Х
При возрастании w прямая (7) пересекает фигуру АСЯМ и конец достигает точки (l2)> что соответствует U =0 „,„
При дальнейшем возрастании <О точка, доставляющая минимум F (Х, v ), переходит на отрезок AN (О =Um „). > "ля определения точки минимума в этом случае подставим в F (X, . ) ) выражение полученное из (7). Тогда, подставив (13) в (6), получим
dF (x,у)
Из условия =О. = О полуах х +2 х+с =О; х„г -Ч + 4 -, 2
1003280 8
7 с % "ew v("ео 1 "такт
"Е 5 ц"
5 для точки минимума F(X ), лежа; щей на прямой (7) для разгона справедливы условия
0 ? К(о
ma< Пю(Х Е фу Ят
1О
° О х .= min
% цмх; TAOIX
В этом случае управляющим воздействием является g+, так кек М«по цепи якоря;изменяться не может, поскольку гпс1Х° Если условие (10) не выполняется, т» е. прямая Х Ч пересекает грань
CR, то из (6,9) y+ x. и при разгоне "с
У =гп)п +
Х«
«Переходя в исходный переменный, алгоритм оптимального управления электродвигателем по минимуму потерь представляет собой блок-схему функционирования микропрограммного вычислительного блока (фиг. 3).
1О
Работа электропривода происходит в двух режимах: .статическом (сюда включено и торможение) и динамическом режиме разгоне. Оптимизация статического реаацка (и торможения) присходит согласно формуле (1). При этом в работе участ. вуют датчик 7 тока возбуждения, датчик
1 скорости, датчик 6 тока якоря, датчик
8 напряжения на якоре, функциональный преобразователь 2, блок 3 перемножения, блок 4 интегрирования. Управляемый ключ 10 осуществляет автоматическое, переключение управления со статического
У =п1ln 3 с „«,;,-x, гпс1 Х «- д
"е режиме на динамический при ш — ш (Е и обратно при (1 — ш, Е для некоторой величины Е) О, выбираемой при настройке.
Управление,ключом 10 осуществляется от микропроцессора 9 сигналом Кг, (K> = 1 — разгон электропривода, К„=
" 0 — статический pe ). В режиме резгона происходят коммутации ключа 10 и управление процессом организуется микропроцессором 9, На выход микропроцессора
9 подаются сигналы с задетчика 13 скорости(и и с датчиков 1, 6, 7, 8 и 11. Микропроцессор 0 производйт обработку сигналов согласно алгоритму (фиг. 3). На двух выходах микропроцессора 9 формируется сигнал задания тока возбуждения, который подается через ключ 10 на вход регулятора 5 тока возбуждения, и сигнал задания тока якоря, который подается на вход регулятора 1 2 тока якоря.
Таким образом обеспечивается оптимальное.по потерям энергии функционирование электропривода как в статическом, так и в динамическом (разгон) режимах работы.
Формула изобретения
Электропривод постоянного токе с минимизацией потерь в двигателе по авт. св. No. 663052, о т л и ч а ю— шийся тем, что с целью повышения его
КПЙ путем минимизации потерь электроэнергии в переходном процессе, в него введены микропроцессор> ключ, датчик момента сопротивления регулятор тока якоря и задатчик скорости, причем выходы датчиков тока возбуждения, скорости, гока якоря, напряжения на якоре, момента.сопротивления и задатчика скорости соединены с входами: микропроцессора, первый выход которого соединен с входом
:регулятора тока якоря, два других выхода — с двумя входами ключа, третий вход которого соединен с выходом блока интегрирования, а выход ключа соединен с входом регулятора возбуждения.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
Мо 663052, кл, Н 02 P 5/06, 1977.
2. 003280
Хта
"i@ax
1 003280
ВНИИПИ Заказ 1584/42 Тираж 685 Подписное
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4