×
27.06.2020
220.018.2bfe

Способ управления синхронным электродвигателем

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002724603
Дата охранного документа
25.06.2020
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах частотного регулирования скорости синхронных двигателей, питаемых от автономного инвертора напряжения, в режиме бездатчикового управления. Техническим результатом является обеспечение экономичного (Cosϕ=1) и устойчивого (без колебаний) режима вращения двигателя в условиях изменяющегося момента нагрузки на его валу. Алгоритм реализуется с использованием только сигнала обратной связи по току нагрузки на выходе инвертора. Для управления скоростью синхронного двигателя с помощью автономного инвертора, содержащего каналы регулирования амплитудой и частотой напряжения обмотки статора: в канал регулирования амплитуды вводится сигнал ΔU; в канал регулирования частоты вводится сигнал в виде фазового сдвига (на угол ϕ) с положительным знаком; для управления автономным инвертором используются сигналы датчиков тока Дm после их преобразований из трехфазной (физической) модели i, i, i в эквивалентную двухфазную модель. Работа устройства может выполняться без использования сигналов блока интегрирования и блока суммирования. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к электротехнике, к системам частотного регулирования скорости синхронных двигателей, питаемых от автономного инвертора напряжения (АИН), в режиме «бездатчикового» управления. Цель - разработка алгоритма для устойчивого и экономичного режима работы двигателя в условиях изменяющегося момента нагрузки на его валу.

Известны способы управления [1, 2], в которых статорные обмотки синхронных двигателей получают питание от m-фазного инвертора с амплитудами и частотой, регулируемыми за счет сигналов тока и напряжения фаз в обмотках статора или других сигналов и вычислительных процедур, позволяющих выявить угловое положение ротора синхронной машины. Недостатками их являются большое количество необходимых датчиков, сигналов и вычислений, замедляющих реакцию инвертора на изменение момента нагрузки [1, 3], либо усложнение конструкции ротора за счет короткозамкнутой обмотки [2].

Технический результат - использование в алгоритме только сигналов датчиков тока фаз двигателя (отсутствие необходимости в сигналах других датчиков), повышение быстродействия и поддержание режима с максимальным коэффициентом мощности электродвигателя, достигается тем, что для питания обмоток статора используется автономный инвертор с вычислителем, содержащим канал регулирования амплитуды Um и канал регулирования частоты напряжений обмотки статора ωзад, отличающийся тем, что с целью обеспечения устойчивого вращения ротора при наиболее выгодном значении коэффициента потребляемой двигателем мощности (Cosϕ=1):

- в канал регулирования амплитуды Em вводится сигнал ΔU, увеличивающий амплитуду, если в обмотках статора возникает ток, опережающий напряжение статора и, соответственно, уменьшающий ее, если ток статора становится отстающим;

- в канал регулирования частоты ωзад вводится сигнал в виде фазового сдвига (на угол ϕ) с положительным знаком, если в обмотках статора возникает ток, опережающий напряжение и, соответственно, с отрицательным знаком, если ток в обмотках оказывается отстающим;

- для управления автономным инвертором используется функциональная схема вычислителя, обведенная на фиг. 1 пунктиром, в которой для «выделения» сигналов ΔU≠0 и ϕ используются сигналы только датчиков тока Дm после их преобразований из трехфазной (физической) модели iA, iB, iC в эквивалентную двухфазную модель ia, ib для ввода в вычислитель

iaДТIm[Sin(ωзадt+ϕ)],

iaДТIm[Cos(ωзадt+ϕ)]

и, повторяющейся для этих сигналов вычислительной процедуры,

(ia⋅Cosωt-ib⋅Sinωt)Кu(1+1/Tp)=Кu(1+1/Тр)⋅КДТ⋅ImSinϕ=ΔU≠0;

(ia⋅Cosωt-ib⋅Sinωt)Кϕϕ⋅КДТ⋅ImSinϕ→0 при ϕ→0;

где КДТ - коэффициент преобразования датчиков тока;

Im - амплитудное значение токов фазных обмоток статора, А;

ωзад - заданная угловая частота автономного инвертора, рад/с;

ϕ - угол сдвига между током и напряжением в обмотке статора, в рад;

ΔU - приращение задания напряжения статора для автономного инвертора, при котором ϕ→0;

Sin и Cos тригонометрические функции от угла θзадзад⋅t+ϕ.

Функциональная схема электропривода состоит из пульта управления (ПУ) 1, вычислителя (2÷18), реализующего способ и обведенного на фиг. 1 пунктирной линией, автономного инвертора напряжения (АИН) 19 и синхронного двигателя 20. Она позволяет с помощью сигнала задания частоты ωзад и сигнала обратной связи по токам фаз статорной обмотки двигателя iA, iB, iC сформировать сигналы задания для АИН UA, UB, UC и обеспечить устойчивую работу двигателя в режиме Cosϕ=1 в диапазоне нагрузок от холостого хода до момента опрокидывания

Схема содержит следующие сигналы и элементы математических преобразований над ними:

1 - пульт управления электроприводом (ПУ), формирует график заданной угловой частоты вращения вектора напряжения обмотки статора ωзад(t);

2 - интегратор или узел умножения ωзад на время t, обеспечивающий преобразование заданной угловой частоты в заданное значение углового перемещения вектора напряжения статора ωзадt в электрических радианах;

3 - узел умножения ωзад на величину потокосцепления Ψ, обеспечивающий формирование амплитудного значения выходного напряжения инвертора, компенсирующего ЭДС обмоток эквивалентного двухфазного синхронного двигателя Emзад⋅Ψ;

4, 6, 7 и 12 - узлы алгебраического суммирования сигналов соответствсенно (Em+ΔU)=Um, (1+1/Тр) Кдт⋅ImSinϕ, (ωt+ϕ)=θзад и ia⋅Cosωt-ib⋅Sinωt;

5 и 8 - узлы умножения, обеспечивающие получение корректирующие уровни сигнала ΔU=КU⋅(1+1/Тр)Кдт⋅ImSinϕ для канала регулирования амплитуды и сигнала ϕ=Кϕ⋅Кдт⋅ImSinϕ для канала регулирования частоты;

9 - узел интегрирования с коэффициентом 1/Т в составе сигнала коррекции по каналу задания амплитуды;

10, 11 - узлы преобразования θзад в тригонометрические функции этого угла;

13, 14 - узлы умножения для формирования заданных значений напряжений в эквивалентной двухфазной машине Ua=Um⋅Cosθзад и Ub=Um⋅Sinθзад;

15,16 - узлы умножения (формирования произведений) ia⋅Cosθзад, ib⋅Sinθзад;

17 - узел преобразования двухфазного задания напряжений Ua и Ub в трехфазное задание UA, UB, UC для автономного инвертора напряжения (АИН)

UA=Ua=Um⋅Cosθзад, UB=Um⋅Cos(θзад-2π/3), UC=Um⋅Cos(θзад +2π/3);

18 - преобразователь трехфазных сигналов тока iA, iB, iC в сигналы тока эквивалентной двухфазной машины ia, ib [ia=iA,

19 -автономный инвертор напряжения (АИН), питающий двигатель и формирующий сигналы датчиков тока (Дm) iA, iB, iC 3-х фазной синхронной машины;

20 - синхронный двигатель.

С целью упрощения алгоритма (сокращения математических операций, а значит и времени на повторяющуюся вычислительную процедуру) допустим менее строгий синтез, обеспечивающий устойчивый режим вращения синхронной машины во всем диапазоне скоростей. Режим с Cosϕ=1 при этом достигается только на одной скорости и при одной величине момента нагрузки. В качестве обратной связи в ней также используется сигнал по реактивной составляющей тока статора Кдт⋅ImSinϕ. Через безразмерные коэффициенты Кu и Кϕ он подается в каналы управления амплитудой ΔU и частотой ϕ. Пример такой «упрощенной» структуры приведен на фиг. 2. По сравнению со структурой на фиг. 1 в структуре на фиг. 2 исключен интегратор 9 с коэффициентом 1/Т и элемент суммирования 6.

Вычислительная процедура, используемая в алгоритме управления АИН на фиг. 2, повторялась каждые 60 мкс. Это позволило работать АИН в электроприводе, формируя трехфазное синусоидальное напряжение с выходной частотой до 150 Гц и амплитудой выходного напряжения до Um=650 вольт.

На фиг. 3 приведена осциллограмма напряжения и тока в одной из обмоток трехфазного синхронного двигателя мощностью 150 кВт при номинальном моменте нагрузки и при скорости 3000 об/мин. Управление электроприводом осуществлялось по «упрощенному» алгоритму фиг. 2. Осциллограмма получена с помощью измерительной системы FLUKE - 435.

Экспериментальная проверка электропривода с «упрощенным» алгоритмом управления АИН, показала устойчивую его работу в широком диапазоне скоростей и моментов нагрузки. Однако, режим Cosϕ=1 поддерживался лишь при одном установившемся значении момента нагрузки М=Мн. При меньших значениях М, в том числе и при моменте нагрузки близком к холостому ходу, ток в обмотках статора снижался, но не пропорционально величине момента, а это значит, что в токе статора возникала реактивная (размагничивающая/подмагничивающая) составляющая. Потери энергии по сравнению с алгоритмом по схеме фиг. 1 получались незначительно выше.

Предлагаемый способ управления АИН обеспечивает плавный пуск и устойчивую (без колебаний) работу электропривода на заданной скорости в широком диапазоне моментов нагрузки с помощью лишь сигнала задания ωзад, обратной связи по току iA, iB, iC синхронной машины (сигналов датчиков тока Дm) и достаточно «короткой» по времени процедуры в вычислителе по алгоритму фиг. 1 или фиг. 2.

Заметим, предлагаемый способ пригоден для управления синхронными двигателями и с электромагнитным возбуждением, в том числе и для управления высоковольтными двигателями, если их питание осуществляется от высоковольтного инвертора или преобразователя частоты.

Источники информации

1. Мищенко В.А., Мищенко Н.И., Мищенко А.В. Способ векторного управления синхронным электродвигателем с постоянными магнитами на роторе и электропривод для осуществления этого способа. Патент Российской Федерации №2141719 от 25.03.1998

2. Донской Н.В. Регулируемые электроприводы переменного тока. Чебоксары. Издательство Чувашского государственного университета, 2011.

3. Хачатуров Д.В. Способ управления синхронным электродвигателем на постоянных магнитах. Патент Российской Федерации №2683586 от 20.03.2018


Способ управления синхронным электродвигателем
Способ управления синхронным электродвигателем
Способ управления синхронным электродвигателем
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-3 из 3.
24.10.2019
№219.017.da4c

Поляризованный электромагнит

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим аппаратам, и может быть использовано при конструировании контакторов, поляризованных реле, дистанционных переключателей и других устройств автоматики. Техническим результатом является повышение быстродействия и надежности устройства, а...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704021
Дата охранного документа: 23.10.2019
26.10.2019
№219.017.db5d

Магнитоэлектрический вентильный двигатель со встроенным магнитным редуктором (варианты)

Изобретение относится к электротехнике, к совмещенным электрическим машинам, обладающим свойствами магнитоэлектрических вентильных двигателей и магнитных редукторов. Технический результат состоит упрощении конструкции. Магнитоэлектрический вентильный двигатель со встроенным магнитным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704239
Дата охранного документа: 25.10.2019
06.07.2020
№220.018.2ffa

Устройство обнуления напряжения квазирезонансного типа

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях электроэнергии. Технический результат заключается в расширении диапазона ШИМ и повышении надежности работы устройства обнуления напряжения квазирезонансного типа. Изобретение представляет собой устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002725623
Дата охранного документа: 03.07.2020
Показаны записи 1-4 из 4.
27.06.2015
№216.013.5b13

Многоуровневый преобразователь электроэнергии для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения. Многоуровневый преобразователь электроэнергии для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554856
Дата охранного документа: 27.06.2015
09.06.2018
№218.016.5dfe

Подмодуль полумостовой силового полупроводникового модуля

Изобретение относится к силовым полупроводниковым модулям и может использоваться в преобразовательной технике. Подмодуль полумостовой силового полупроводникового модуля, содержащий электроизоляционную теплопроводящую подложку с токоведущим слоем, имеющим силовые полигоны: первый DC+ и АС, на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002656302
Дата охранного документа: 04.06.2018
18.01.2019
№219.016.b120

Подмодуль полумостовой силового полупроводникового модуля

Изобретение относится к силовым полупроводниковым модулям и может использоваться в преобразовательной технике. Сущность изобретения заключается в том, что подмодуль полумостовой силового полупроводникового модуля содержит электроизоляционную теплопроводящую подложку с двумя токоведущими слоями:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677253
Дата охранного документа: 16.01.2019
10.07.2019
№219.017.aec0

Способ регулирования тока на выходе мостового транзисторного инвертора

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейным системам автоматического регулирования тока, и может быть использовано в силовых преобразователях постоянного и переменного тока с контуром отрицательной обратной связи по току нагрузки инвертора. Способ регулирования тока на выходе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002326485
Дата охранного документа: 10.06.2008
+ добавить свой РИД