Частотно-управляемый асинхронный электропривод

Частотно-управляемый асинхронный электропривод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть исf f 7 пользовано в электроприводах различного назначения для регулирования угла поворота вала асинхронного электродвигателя . Целью изобретения является минимизация потерь энергии в электродвигателе в процессе позиционирования . Применение в структуре электропривода программных переключателей задания уровня потерь 10 и угла поворота 9, датчиков момента 7 и ускорения 8 наряду с датчиком 6 частоты вращения при использовании вычислительного блока 3, реализующего заданный вычислительный алгоритм, позволяет электроприводу за минимальное время обрабатывать заданный угол поворота 6j при заданном уровне потерь энергии Qj.1 ил. 1 табл. I (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3927877/24 — 07 (22) 16.07.85 (46) 07..10.87. Бюл. ¹ 37 (71) Белорусский политехнический институт (72) В.И.Панасюк, Ю.В.Лопатин, Э.Д .Политыко, Ю.Н.Петренко и Л,М.Дембовский (53) 621.313.3.072.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 587589,.кл. Н 02 Р 7/42, 1978.

Авторское свидетельство СССР

¹- 629618, кл. Н 02 Р 7/42, 1978. (54) ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть ис„„Я0„„1343536 А 1 (51) 4 Н 02 P 7/42 пользовано в электроприводах различного назначения для регулирования yr— ла поворота вала асинхронного электродвигателя. Целью изобретения является минимизация потерь энергии в электродвигателе в процессе позиционирования. Применение в структуре электропривода программных переключателей задания уровня потерь 10 и угла поворота 9, датчиков момента 7 и ускорения 8 наряду с датчиком 6 частоты вращения при использовании вычислительного блока 3, реализующего заданный вычислительный алгоритм, позволяет электроприводу за минимальное время обрабатывать заданный угол

<О поворота 8> при заданном уровне потерь энергии Q . t ил. 1 табл.

1343536 в виде

10 о где Л„, Л, Лз (R i + К )х х, - I р асо о

20 (3) х dt min т (4) 1 dt - min;

25 т

4dt45

50 о = Ь р cos r1> — bp

Р 6

+ h --)x

U — — sin у- (С 5 з1па - р, Э 5(р = g ps p„, sing!q

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах различного назначения для регулирования угла поворо— та вала асинхронного электродвигателя.

Целью изобретения является минимизация потерь энергии в электродвигателе в процессе позиционирования.

На чертеже показана структурная схема частотно-управляемого асинхронр ного электропривода.

Электропривод содержит асинхронный электродвигатель 1, статорные обмотки которого подключены к выходам статического преобразователя 2 частоты, вычислительный блок 3, соединенный выходами через блоки управления частотой 4 и напряжением 5 с управляющими входами статического преобразователя 2 частоты, датчик 6 частоты вращения, датчик 7 статического момента,подключенные входами к асинхронному электродвигателю 1, датчик 8 ускорения, вход которого соединен с

I вторым выходом датчика 6 частоты вращения, программные перекпючатели задания угла поворота 9 и уровня потерь 10,первый, второй, третий, четвертый и пятый входы вычислительного блока 3 соединены соответственно с первым выходом датчика 6 частоты вращения и выходами программного переключателя 9 задания угла поворота, .программного переключателя 10 задания уровня потерь, датчика 8 ускорения и датчика 7 статического момента.

Для асинхронного электропривода, динамика которого описывается полной системой дифференциальных уравнениИ в полярных координатах — U сову dp + су cosa

U Р

sin у+ С -- sin gq+u), 1 э S на основе асимптотической магистральной теории аналитически определен оптимальный позиционный процесс °

Обобщенный критерий качества взят

+Л вЂ” Л <) dt- ппп, (2) неотрицательные весовые множители °

Критерий (2) учитывает быстродействие, потери и производительность и получен как взвешенная сумма критериев

Т т о

В (1) все величины выражены через параметры схемы замещения и обз0 щепринятые обозначения в декартовой системе координат:

U и — напряжение и частота питания статора; о, о — модули потокосцепления з 1"

35 статора и ротора;

dp — угол между потокосцеплениями статора и ротора; — момент сопротивления

У может зависеть от 4 не40 прерывно и монотонно; — частота вращения ротора;

I — момент инерции привода; а,Ъ,с,h,f — константы; В у= B — Ч = arctg

8 — угол поворота ротора; — угол поворота вектора потоз косцепления статора; — проекция вектора потокосцепSp ления статора на ось — проекция вектора потокоСцеп5Ы ленция статора на ось Ы;

В (3) i u i — квадраты то2 ° 2

5 ков в роторе и статоре; и Rs и R — сопротивление статора и ротора, 4

Решение задачи минимизации функционала (2) при условиях (1) нахо— дят по выражению (P», 4 g» )

= argmin F + (рэ, д ц ) для раз гона, 5 имеющего место до достижения 4 значения 1и(при этом / > р .) и по выражению (р, 4 Ч» )

= argmax F (р, 4q) для торможения

Я,й (при этОм p > (pà> ) Где

41() Р /(61) + Л2 — Л (аьт ):, 1343536

Учитываем ограничения на управление

0 (Б с Б„ и>„„„ о ы,„„, (6) и фазовые координаты

0(о с о яэ эмакс

0. „, „.„,= 1. (Rs + R1 ) . (1 — Cos

-1у2 Зр sin (24 ) /

+ LI + 1 m где L — — — --—

У

L „— индуктивности статора, ротора, взаимная:

b = 1

1. р — число пар полюсов.

Значение ) может быть опреи делено из формулы (-1 Г=г) ., и

Ю МИН 1 1" 1 1-11МИН

11 (Ы

4 sbL (= зр

EQ макс I 1 ломаке

С11 ) При разгоне имеем

U< ь U1 - Пмакс

35 о Ф (у», 4y+) = (1; 0,5 arccos Х,), (9) (13) омакс 1

U111c1xc р»-2

+ — — (а

1.40 где ю„= btg dV 4Р

При торможении г " „+2

Cos Л 11») (— — —"

Ь 2Ь на участке I (1 ) J ъ 4 = — -)

Л2 и

Ю 3, (p», д y») = (1; 0,5 arccos х ), (10) 45 (14) Р х sin 2 8LI + p ) +)2 — (, 2 + + btg el% + ) (15) П, р»

Таким образом, получены аналитические выражения для оптимального в смысле критерия (2) управления асинхронным электроприводом.

Электропривод работает следующим образом.

Сигналы с программных переключателей задания уровня потерь 10 и

Л,(Rs + R,) где а = — — — — — — ——

1 2 (Ь1)2 У

Х 1 Й9 С 1 < (+ )+

Л2- Л, o(1 а

15 на У 4астке ТТ к (Р 89 » ) = (1; -0,5 arccos х ), (11) 2

20 1+ с4+Нь 2d, +о(1 +

2 (1 + d)2+ 2

Управления U и м", удерживающие систему (1) в точках (р »„

25 йq» ) при разгоне и (р», Ь1 » } при торможении, определяются как

30 4 = ы, 1 о м„„11

1 лба кс 1 (12) 1 угла поворота 9 поступают в вычислительный блок 3, где по заранее пост— роенным таблицам определяется Л, и (параметр Л> noaaraevcz pae ным 1). Далее вычислительный блок 3

Рассчитывает значение 1 и по фоРмУле (8) и "к 12/ 1з и s каждом такте управления выполняет (до тех

Зб

1+ х>

В

tg 4 += + Г1

ы + 1 1+ х,. (2 1

+ X1IZ

sin 24 + = + агссоз х 2 ) = — 1 — х 2

Введем обозначения х, при разгоне, х при торможении, у+ = k1,Г х+2

2 где

1 — при разгоне на участке

I торможения, 1 + Cos 24M

Gos д

Ф м — Ь вЂ”.— -- +ур + -—

1+ х+ я2

tg4q = Ф

Ф где А= а — — — (1+ х ).

2Ь

sin 24М = +

Алгоритм, реализованный в вычислительном блоке 3, выглядит в общем виде так: (+ 0 5 arccos x z) вычисление и задание постоянных

2 коэффициентов;

k, .= -1 признак разгона), 1 (знак "+" перед у );

2 разгон (х = х,), пока получаем

1+Cos 2

Cos dq+ — — — — ——

1+ Соз (+ arccos x 2 ) 5 13435 йор, пока асинхронный двигатель 1 не отработает заданный программным переключателем 9 угол поворота ротора

9> ) следующую процедуру: рассчитывается 44 о, U д, . Теперь

5 + значения U и ш+ с выхода вычислительного блока 3 поступают на входы блоков управления напряжением 4 и частотой 5, которые через статический преобразователь 2. частоты управляют асинхронным двигателем 1. Информация о состоянии двигателя (значение скорости, ускорения, статического момента) через датчики частоты вращения 6, статического момента 7 и ускорения 8 поступает на входы вычислительного блока 3, который переходит к следующему такту управления.

Алгоритм работы вычислительного блока 3 позволяет существенно снизить количество арифметических операций и отказаться от вычисления прямых и обратных тригонометрических функций.

При его выполнении приняты следующие обозначения и допущения.

Для всего процесса p = 1, что позволяет этот сомножитель исключить из выражений (14) и (15).

Ингредиент (— p2 sin 24ц - )/I

2Ь иэ формулы (15) представляет собой преобразованную правую часть уравнения (з кз )iiI т е BUCKO рение.

В (14) и (15) имеются члены

Cos2 qadi» sin 2 4у+, tg 4q где л + — магистральные значения ((9)

40 (11)). На основании известных тригонометрических соотношений -1 — на участке II торможения.

Знак "-" в формулах соответствует второму участку торможения, где

4q (0.

Учитывая указанные выводы запи- шем выражения для U и ы, которые реализуются в вычислительном блоке 3. й>= А + t k у+(— + — — )+р

2 г ch Ь

2Ь 1+х+

1343536

Тогда

1 =z -1, 2 откуда

+ kg х

2 (Uý П )ах ); щ -мп иах(ы .,„,ul)I, где d д, k)

5 36 константы; промежуточные результаты.

k, := 1 (признак торможения); торможение (первый участок), поK B 1 к

k 2 . = -1 (знак — перед у») признак участка II торможения; торможение, пока 1 0 останов;

Выражение для х" упрощается следующим образом.

Пусть г„= 1+Ы,; z2 = z>++

d„+ 2с(„+ ps = ((d + 2Ы, +

+ 1) + P2) — 1 = (z2 т

В табличной записи алгоритма используются следующие соотношения:

40L Re+ Rr

Зр 262 L2

ch — х» =1+х»

3 2Ь У

Э ь

1р:В =-=- А=а — k x*

-+ х

Таблица описывает алгоритм работы вычислительного блока 3 как последовательность вычислительных операций.

Таким образом, применение в структуре электропривода программных переключателей задания уровня потерь

10 и угла поворота 9 датчиков момента 7 и ускорения 8 и использование указанного алгоритма работы вычислительного блока 3 позволяет электроприводу за минимальное время срабатывать заданный угол поворота 8 при заданном уровне потерь энергии

Формула изобретения Частотно-управляемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, статорные обмотки которого подключены к выходам статического преобразователя частоты, вычислительный блок, соединенный выходами через блоки управления напряжением и частотой с управляющими входами статического преобразователя частоты, датчик частоты вращения ротора асинхронного электроЗ0 двигателя, первый выход которого подключен к первому входу вычислительного блока, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью минимизации потерь энергии в электродвигателе в

35 процессе позиционирования, введены программные переключатели задания угла поворота и уровня потерь, датчик статического момента, датчик ускорения, второй, третий, четвертый

40 и пятый входы вычислительного блока соединены с выходами соответственно программного переключателя задания угла поворота, программного переключателя задания уровня потерь, датчи45 ка ускорения и датчика статического момента, а вычислительный блок функционирует в соответствии с алгоритмом, представленным в таблице;!.343536

i л

1 1

Ь:(Э I 1

cC) г )t сс) с) )с) ° Ф л с с.)

Cl г

t .ф Х - N N N N N N "т + N N C) N

1 Ю

I E

1 )CI

I 1!! с- С)

М г сс) 1

+

) с: (1 ю

)Х

О а

О

СО сс с Ф ) сс) I)) Ф л- г

-б 00 г, N I N N N т 1 N Cd d

Х

Х Э

Э Ж

K Х

О Э

Х 1

Е " Э

Ь C(ссс гЬ

C)

N сс:) ) О)

4 Cd N

I cd I

О X

Ьс

Ц Х сю а

CO 0 О - < ) < с П сЮ

)Х

Ц и

CU

СС!

Х

Ь

Х

Б .0

В с) о4 с

СсЬ а

Р )

Ь)4 г сС)

+ а

)-1 С4 к

)Д

))

Х

Ьс

Ф х а

CU и а cd

О Р

М Х

Э Э

Х Х Э

Х Х Х CU

Э Х Х

М Э Х

О Э

Я Х О Ь„

2 Е Ь» Э 0 ) О

Э CU

Х Х

Х A ц! с;Ь

ЬЬЬ Р

Х Х

Cd

О О

Х Х а а

Х 2

Х Х

Э Э

О Х

Х

Е ) 0

134353б

)g ж

Ef

Я

:» 1 1

t(Э 1 1

Ц и ф ф

1Х 17 N о сЧ сч

N N

° t

N .N м

4 N N

Ф I Ф

N N N 14

Ю i ll

+ 4

-б" счФ 4, 4 +

+ с4 и с.z$ -!

+ +

СЧ

1 л

1 . cv ъ

Ф

-! +

Я ч

Ф

\ +

N Х Х ч- ЮЪ Ф»ъ Юъ C4 144

О 4 N N 1 4,М N N Х N I м — с 1м

2 ж

<У

И о ж

Е 1

1 Ъ

Ж ol ж ж

Ф Ж

K э о ж о

Е о х Ф 1 ж

Ж Я Ф cd е ж И е о х о ц ж ! Ф Е

o <

Э ж ж

Ф

И о ж

Е I

1 ъ

Э с5

o oa о х

Е 1 Ъ м о

% Ч

N N

CV

N 14

Ф

4 N и .Ic p

N N N

<и сЧ I 4 л со

С N о

СЧ H

Р

СЧ л ч 1 1

c t п1 а! 1

1» 1

<у 1

g 1 е1 1 о! ц1 о! р,l I

)Я ь, а! о !!!

М И

ЗД

Е» ь0 Cd

Ж д, 0) Ь

Р <б о д

М Х!

1-4! 343536

1 1 (I ф !

Х » ,Х>

-т

Мс

1х !

Х Р

Ф, <," .О,И

+ ФЪ Я д ф ъ о.

eel Я

М

1

cd с4

tel

О A

Р Р

С1

< И 45 сч

N N

Э Ж Э х э х д э K э х

K o 1 е

О Х O С4

z ц о о W o

Э Ж х х х э

Э М

K o

О 4 Х

Х и

Э ж х х э

K о о х

Е I о

Э х х ! a!

Ц

I (U

1::(<О Э ж х о

С»4 I ч

В

1 у! !

Ж о 1 щ! ! 1

Э1 л х! х!

ЭI о, о г — 1

>. М -Ф r- ао ц, о с4 С4 с4 с 4 с4

N N gQ N И N И Я И

Г4

r ! Р .!.

4!С! х

1Х (О,О +

+ + с

М I

Ф

О щ

Ф

СЧ cv ! Х СХ N Ir !4 Н са о гз * с М е4 ill .а N N !4 N о,о л )»вЂ” Г 4 м м м м м с c М .0

CCI Т Ъ cubi С

tel И

N N N N м о о л ср .4 -Ф -4

l5!

343536

Ь

Х с 4 г> и х (» ("

M х — х > ° » >

>>-> ш х х и х >х х х н а р g !

0 t0

0J Э !:(0J а а э

Э Э и И I o

>х х

Й о я о !

0 > Х

Э 1:(Э а 0J а

Э Ц 0l и ц

К. (:( о

Х

0J

Q I

Э

1 с4

З З 3

1!0 !

1 Ф

1: х

ы

Е э

Э Э

Н I(Н

>0 >0

° е Ц э, о

Е И Г(0

0J Н

Н

>0 ° х

Е A х

ы ы

Е Е с

3 -! к

ы 6

Е Е ((э 3 3 о х х х э

l 0l Х ! 10 (0

О 0( а

o o

>> >

> с

3 3 3 3

1 сч I (1

СО O - СЧ п б V V Л" 0O а Π— сЧ

1»"»>"»>1 >>">»"> И 4>»> О"»>"> О Р

Ъ и х

Ц!

E» !

1 х

Э!!

1 л ж!!

k(!

„(о

И (Х б х

И И

>х ы (В х э а, Ц Э о х с

Е

E 3 з

Н Н 0(>О . а х

3 Э (х

Э Э х х

0(0J 0(Э

t0 Х (0 Х

4 Э Ю Э

Ф х х х

V t0 V

Х <б Х <б а а а а

o t» o о о х х

Ю Р

Clj е( а а

g g

Э II Э

Н Н

0 ° ° 0

Ц о с-> Q

CA „Я Щ

Э х х

Э 0(Э д х х х

0J <б Э

Ф х

V (0 х а о д о

1

1

I (0 1 о х

v о

1