RU167775U1 - Энергосберегающая система управления асинхронным электроприводом - Google Patents

Энергосберегающая система управления асинхронным электроприводом Download PDF

Info

Publication number
RU167775U1
RU167775U1 RU2016117357U RU2016117357U RU167775U1 RU 167775 U1 RU167775 U1 RU 167775U1 RU 2016117357 U RU2016117357 U RU 2016117357U RU 2016117357 U RU2016117357 U RU 2016117357U RU 167775 U1 RU167775 U1 RU 167775U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
input
output
output terminal
input terminal
Prior art date
Application number
RU2016117357U
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Анатольевич Пугачев
Владимир Иванович Воробьев
Original Assignee
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" filed Critical ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет"
Priority to RU2016117357U priority Critical patent/RU167775U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU167775U1 publication Critical patent/RU167775U1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/06—Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H02P21/08—Indirect field-oriented control; Rotor flux feed-forward control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/141—Flux estimation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14—Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Landscapes

  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в системах управления электроприводами общепромышленного применения. Полезная модель относится к электротехнике, в частности к частотно-регулируемым электроприводам с асинхронным короткозамкнутым двигателем и скалярным способом управления. Полезная модель может найти применение в регулируемых электроприводах широкого применения.Энергосберегающая система управления асинхронным электроприводом, состоящая из блока ввода заданной частоты вращения асинхронного двигателя, регулятора напряжения, блока драйверов, который своими выходными выводами соединен с входными управляющими выводами автономного инвертора напряжения, который соединен с обмотками асинхронного двигателя, вычислителя проекций вектора тока статора, интегратором, блоком переключений режимов работы электропривода, блока широтно-импульсной модуляции, датчиков тока, выходные выводы блока широтно-импульсной модуляции соединены с входными выводами блока драйверов.Отличительной особенностью предлагаемой энергосберегающей системы управления асинхронным электроприводом является то, что для снижения энергопотребления частотно-регулируемого асинхронного электропривода во всем диапазоне изменения нагрузок (выше и ниже номинальных) двигателя она снабжена вычислителем действующего значения тока статора, блоком памяти, блоком сравнения, блоком выделения знака, источником постоянного напряжения, двумя дополнительными блоками переключения, инвертором, источником опорного треугольного напряжения, блоком выбора режима работы, сумматором, генератором

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в системах управления электроприводами общепромышленного применения. Полезная модель относится к электротехнике, в частности к частотно-регулируемым электроприводам с асинхронным короткозамкнутым двигателем и скалярным способом управления. Полезная модель может найти применение в регулируемых электроприводах широкого применения.
Известна система векторного управления скоростью асинхронного электропривода (патент RU №2158055, опубл. 20.10.2000). Система содержит контур потокосцепления ротора, включающий в себя последовательно соединенные элемент сравнения сигнала задания потокосцепления ротора и обратной связи и регулятор потокосцепления ротора, первый контур скорости, включающий в себя последовательно соединенные первый элемент сравнения сигнала задания частоты вращения ротора и обратной связи с датчика скорости, первый блок деления, первый регулятор скорости, выходы регулятора потокосцепления ротора и первого регулятора скорости подключены к соответствующим подчиненным контурам тока, каждый из которых содержит последовательно соединенные сумматор сигнала задания тока и обратной связи с соответствующего выхода преобразователя токов из неподвижной системы координат (α, β), во вращающуюся систему координат (х, у) и регулятор тока, выходы каждого из которых подключены через блок компенсации эдс вращения и перекрестных связей, преобразователь координат из вращающейся системы (х, у) в неподвижную систему (α, β), и преобразователь двухфазной системы сигналов в трехфазную к управляющим входам преобразователя частоты, соединенного силовыми выходами через датчики тока с обмотками асинхронного электродвигателя, в зазоре которого установлены два датчика составляющих главного потокосцепления на элементах Холла, выходы которых через вычислитель составляющих потокосцепления ротора в неподвижной системе координат (α, β) подключены к входам преобразователя потокосцепления ротора из неподвижной системы координат (α, β) во вращающуюся систему координат (х, у), выходы датчиков тока фаз подключены через преобразователь трехфазной системы токов в двухфазную ко вторым информационным входам вычислителя составляющих потокосцепления ротора в неподвижной системе координат (α, β) и входам преобразователя токов из неподвижной системы координат (α, β) во вращающуюся систему координат (х, у), угол поворота которой, относительно неподвижной системы координат (α, β), равен
Figure 00000001
вторые развертывающие входы преобразователей координат подключены к выходам направляющих
Figure 00000002
и
Figure 00000003
двухфазного генератора, вторые и третьи входы блока компенсации эдс вращения и перекрестных связей к выходам преобразователя токов из неподвижной системы координат (α, β) во вращающуюся систему координат (х, у) и выходу датчика скорости, отличающаяся тем, что введен контур автоподстройки частоты потокосцепления, содержащий последовательно соединенные регулятор частоты, второй делитель, выходной сигнал которого, задающий синхронную частоту, подключен к входу двухфазного генератора и четвертому входу блока компенсации эдс вращения и перекрестных связей, а управляющий вход совместно с управляющим входом первого блока делителя, входом обратной связи элемента сравнения контура потокосцепления ротора и пятым входом блока компенсации эдс вращения и перекрестных связей соединен с выходом Ψrx преобразователя потокосцепления ротора из неподвижной системы координат (α, β) во вращающуюся систему координат (х, у) через первый низкочастотный фильтр, причем вход регулятора частоты подключен к выходу Ψrx преобразователя потокосцепления ротора из неподвижной системы координат (α, β) во вращающуюся систему координат (х, у) через второй низкочастотный фильтр, кроме того, введен дополнительный контур скорости, содержащий последовательно включенные второй элемент сравнения сигнала задания частоты и обратной связи с датчика скорости, ключ и второй регулятор скорости, выход которого через элемент сравнения первого контура скорости и первый блок делителей соединен с входом первого регулятора скорости, выход первого элемента сравнения через реле с зоной нечувствительности соединен с управляющим входом ключа.
Недостатком является сложная структура, большое количество настроечных элементов, что влечет сложность в настройке и низкую надежность. Также эта система не обеспечивает необходимого уровня энергосбережения электропривода.
Известна система векторного управления скоростью асинхронного электропривода (патент RU №2317632, опубл. 20.02.2008). Система содержит контур потокосцепления, включающий в себя последовательно соединенные элемент сравнения задания потокосцепления и обратной связи и регулятор потокосцепления, контур скорости, включающий в себя последовательно соединенные элемент сравнения сигнала задания частоты вращения ротора и обратной связи с датчика скорости, параметрический регулятор скорости с блоком ограничения, выходы регуляторов потокосцепления и скорости подключены через соответствующие подчиненные контуры тока, каждый из которых содержит последовательно соединенные сумматор сигнала задания тока и обратной связи с соответствующего выхода преобразователя токов из трехфазной системы (а, b, с) во вращающуюся систему координат (х, у), регуляторы тока, два канала блока компенсации ЭДС вращения и перекрестных связей, преобразователь координат из вращающейся системы (х, у) в трехфазную систему (а, b, с) и широтно-импульсный модулятор к блоку управления автономным инвертором, соединенным силовыми входами с источником питания, а выходами - с обмотками асинхронного электродвигателя, первый и второй входы блока компенсации ЭДС вращения и перекрестных связей соединены с выходами преобразователя токов из трехфазной системы (а, b, с) во вращающуюся систему координат (х, у), а также последовательно включенные регулятор синхронной частоты, блок деления и интегратор, выход которого соединен с развертывающими входами преобразователя токов из трехфазной системы (а, b, с) во вращающуюся систему координат (х, у), преобразователя координат из вращающейся системы (х, у) в трехфазную систему (а, b, с), вход обратной связи параметрического регулятора скорости соединен с выходом датчика скорости, трехфазную модель двигателя в естественных координатах статора и ротора, три входа которых соединены с силовыми выходами автономного инвертора, а три первых выхода, пропорциональные токам фаз статора, подключены к входам преобразователя токов из трехфазной системы (а, b, с) во вращающуюся систему координат (х, у), преобразователь потокосцепления ротора в систему вращающихся координат (х, у), три входа которого подключены к трем другим выходам модели, пропорциональным потокосцеплениям обмоток ротора, выход rx - к входу обратной связи элемента сравнения контура потокосцепления, третьему входу блока компенсации ЭДС вращения и перекрестных связей и управляющим входам параметрического регулятора скорости и блока деления, выход ry - к входу регулятора синхронной частоты, третий сумматор, два входа которого соединены с выходом интегратора и седьмым выходом модели, соответствующим координате угла поворота ротора, а выход подключен к развертывающему входу преобразователя потокосцепления ротора в систему вращающихся координат (х, у), третий элемент сравнения, два входа которого соединены соответственно с восьмым выходом модели, соответствующим координате частоты вращения, и выходом датчика скорости, а выход через регулятор компенсации момента нагрузки соединен с входом координаты статического момента модели.
Недостатком является сложная структура, большое количество настроечных элементов, что влечет в сложность в настройке и низкую надежность. Также эта система не обеспечивает необходимого уровня энергосбережения электропривода.
Известна система управления асинхронным двигателем (патент RU №2390091, опубл. 20.05.2010). Система содержит блок ввода заданной частоты вращения асинхронного двигателя, блок рассогласования, регулятор напряжения, блок драйверов, автономного инвертора напряжения, датчик текущей частоты вращения асинхронного двигателя, блок вычисления синхронной частоты вращения асинхронного двигателя, дополнительный блок выбора оптимального скольжения, блок расчета оптимального потокосцепления, блок расчета оптимального значения вектора тока статора, блок вычисления токовой ошибки, блок выбора вектора напряжения, наблюдатель состояния, включающий в себя блок вычисления электрической частоты вращения ротора, блок вычисления текущего вектора тока статора и блок расчета конструктивных параметров, причем выход блока ввода заданной частоты вращения асинхронного двигателя соединен с первым входом блока рассогласования, первым входом блока выбора оптимального скольжения и первым входом блока вычисления синхронной частоты вращения асинхронного двигателя, причем второй вход блока рассогласования подключен к первому выходу наблюдателя состояния, являющемуся выходом блока вычисления электрической частоты вращения ротора, выход блока рассогласования подключен к входу регулятора напряжения, выход которого подключен ко второму входу блока выбора оптимального скольжения и к первому входу блока расчета оптимального потокосцепления, второй вход которого соединен с выходом блока выбора оптимального скольжения, а третий вход подключен к третьему выходу наблюдателя состояния, являющемуся выходом блока расчета конструктивных параметров, который, кроме того, подключен ко второму входу блока расчета оптимального значения вектора тока статора, первый вход которого соединен с выходом блока расчета оптимального потокосцепления, выход блока расчета оптимального значения вектора тока статора подключен к первому входу блока вычисления токовой ошибки, второй вход которого соединен со вторым выходом наблюдателя состояния, являющимся выходом блока вычисления текущего вектора тока статора, а выход блока вычисления токовой ошибки подключен к первому входу блока выбора вектора напряжения, кроме того, выход блока выбора оптимального скольжения подключен ко второму входу вычисления синхронной частоты вращения асинхронного двигателя, а его выход соединен со вторым входом блока выбора вектора напряжения, выходы которого подключены ко входам блока драйверов, выходы которых соединены с управляющими входами автономного инвертора напряжения, выходы которого соединены с обмотками асинхронного двигателя, а также с первым входом наблюдателя состояния, являющимся входом блока вычисления текущего вектора тока статора, асинхронный двигатель соединен с датчиком текущей частоты вращения асинхронного двигателя, выход которого подключен ко второму входу наблюдателя состояния, являющемуся входом блока вычисления электрической частоты вращения ротора.
Недостатком является сложная структура, большое количество настроечных элементов, что влечет сложность в настройке и низкую надежность. Наличие датчика сужает диапазон применения. Также эта система не обеспечивает необходимого уровня энергосбережения электропривода.
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбрана энергосберегающая система управления асинхронным электроприводом, состоящая из блока ввода заданной частоты вращения асинхронного двигателя, регулятора напряжения, блока драйверов, который своими выходными выводами соединен с входными управляющими выводами автономного инвертора напряжения, который соединен с обмотками асинхронного двигателя, вычислителя проекций вектора тока статора, вычислителя активного тока статора, умножителей, согласующего усилителя, фильтра, интегратора, вычислителями синуса и косинуса угла поворота вектора напряжения, блока переключений режимов работы электропривода, блока широтно-импульсной модуляции и датчиков тока, при этом выходные сигнальные выводы датчиков тока соединены с выходными выводами вычислителя проекций вектора тока статора, который выходными выводами соединен с первым и третьим входным выводом вычислителя активного тока статора, а второй и четвертый входной вывод вычислителя активного тока статора соединен с выходными выводами умножителей, при этом выходной вывод вычислителя активного тока статора соединен со вторым входным выводом умножителя, второй входной вывод которого соединен с выходным выводом блока ввода заданной частоты, а выходной вывод умножителя соединен с входным выводом согласующего усилителя, который своим выходным выводом соединен с входным выводом фильтра, при этом выходной вывод фильтра соединен со вторым входным выводом блока переключения режимов работы электропривода, первые входные выводы умножителей соединены с выходными выводами вычислителей синуса и косинуса угла поворота вектора напряжения соответственно, входные выводы которых соединены с выходным выводом интегратора, вторые входные выводы умножителей соединены с выходным выводом фильтра, интегратор входным выводом соединен с выходным выводом блока ввода заданной частоты, а первый входной вывод блока переключений режимов работы электропривода соединен с выходным выводом регулятора напряжения, входной вывод которого соединен с выходным выводом блока ввода заданной частоты, при этом блок широтно-импульсной модуляции первым и вторым входным выводом соединен с выходным выводом блока переключений режимов работы электропривода и блоком ввода заданной частоты, а выходные выводы блока широтно-импульсной модуляции соединены с входными выводами блока драйверов (патент RU №2498496, опубл. 10.11.2013).
Недостатком является снижение энергопотребления частотно-регулируемого асинхронного электропривода в диапазоне нагрузок двигателя ниже номинальных.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является снижение энергопотребления частотно-регулируемого асинхронного электропривода во всем диапазоне изменения нагрузок (выше и ниже номинальных) двигателя.
Технический результат достигается тем, что энергосберегающая система управления асинхронным электроприводом, состоящая из блока ввода заданной частоты вращения асинхронного двигателя, регулятора напряжения, блока драйверов, который своими выходными выводами соединен с входными управляющими выводами автономного инвертора напряжения, который соединен с обмотками асинхронного двигателя, вычислителя проекций вектора тока статора, интегратором, блоком переключений режимов работы электропривода, блока широтно-импульсной модуляции, датчиков тока, выходные выводы блока широтно-импульсной модуляции соединены с входными выводами блока драйверов, снабжена вычислителем действующего значения тока статора, блоком памяти, блоком сравнения, блоком выделения знака, источником постоянного напряжения, двумя дополнительными блоками переключения, инвертором, источником опорного треугольного напряжения, блоком выбора режима работы, сумматором, генератором тактовых импульсов, при этом выходные сигнальные выводы датчиков тока соединены с входными выводами вычислителя проекций вектора тока статора, выходные выводы которого соединены с входными выводами вычислителя действующего значения тока статора, который выходным выводом соединен с входным выводом блока памяти, при этом выходной вывод блока памяти соединен с первым входным выводом блока сравнения, второй входной вывод которого соединен с выходным выводом вычислителя действующего значения тока статора, а выходной вывод блока сравнения соединен с входным выводом блока выделения знака, выходной вывод которого соединен с управляющим входом второго блока переключения, первый входной вывод которого связан с выходным выводом первого блока переключения, входной вывод которого соединен с выходным выводом источника постоянного напряжения, при этом второй входной вывод второго блока переключения соединен с выходным выводом инвертора, входной вывод которого соединен с выходным выводом первого блока переключения, при этом выходной вывод второго блока переключения соединен с входным выводом интегратора, выходной вывод которого соединен с третьим входным выводом сумматора, второй входной вывод которого соединен с выходным выводом третьего блока переключения, входной вывод которого соединен с выходным выводом источника опорного треугольного напряжения, при этом первый входной вывод сумматора соединен с выходным выводом регулятора напряжения, входной вывод которого соединен с выходным выводом блока ввода заданной частоты вращения асинхронного двигателя, выходной вывод которого также соединен с первым входным выводом блока широтно-импульсной модуляции и вторым входным выводом блока выбора режима работы, первый входной вывод которого соединен с выходным выводом блока сравнения, при этом выходной вывод блока выбора режима работы соединен с управляющими выводами первого и третьего блоков переключения, при этом выходной вывод сумматора соединен с вторым входным выводом блока широтно-импульсной модуляции, при этом выходной вывод генератора тактовых импульсов соединен с синхронизирующими выводами блока памяти, блока сравнения и источника опорного треугольного напряжения.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена структурная схема энергосберегающей системы управления асинхронным электроприводом, на фиг. 2 изображены диаграммы тактовых импульсов и опорного треугольного напряжения, на фиг. 3 изображены результаты моделирования электропривода с управлением по закону
Figure 00000004
Figure 00000005
на фиг. 4 изображены результаты моделирования электропривода с энергосберегающей системой управления.
В энергосберегающую систему (фиг. 1) управления входят вычислитель проекций вектора тока статора 1, вычислитель действующего значения тока статора 2, блок памяти 3, блок сравнения 4, блок выделения знака 5, источник постоянного напряжения 6, блоки переключения 7, 8 и 9, инвертор 10, интегратор 11, источник опорного треугольного напряжения 12, блок выбора режима работы 13, блок ввода заданной частоты вращения асинхронного двигателя 14, регулятор напряжения 15, сумматор 16, блок широтно-импульсной модуляции 17, блок драйверов 18, генератор тактовых импульсов 19. Выпрямитель 20 входными силовыми выводами соединен с трехфазной сетью электроснабжения. Выходными силовыми выводами выпрямитель 20 связан с входными силовыми выводами звена постоянного тока 21, выходные силовые выводы которого соединены с входными силовыми выводами автономного инвертора 22. Выходные силовые выводы автономного инвертора 22 соединены со статорной обмоткой асинхронного двигателя 23. В фазы А и С статорной обмотки асинхронного электродвигателя включены датчики тока 24 и 25 соответственно. Выходные сигнальные выводы датчиков тока 24 и 25 соединены с системой управления, а именно с входными выводами вычислителя проекций тока статора 1. Выходные выводы вычислителя проекций вектора тока статора 1 соединены с входными выводами вычислителя действующего значения тока статора 2, который выходным выводом соединен с входным выводом блока памяти 3. Выходной вывод блока памяти 3 соединен с первым входным выводом блока сравнения 4, второй входной вывод которого соединен с выходным выводом вычислителя действующего значения тока статора 2. Выходной вывод блока сравнения 4 соединен с входным выводом блока выделения знака 5, выходной вывод которого соединен с управляющим входом второго блока переключения 8. Первый входной вывод второго блока переключения 8 связан с выходным выводом первого блока переключения 7, входной вывод которого соединен с выходным выводом источника постоянного напряжения 6. Второй входной вывод второго блока переключения 8 соединен с выходным выводом инвертора 10, входной вывод которого соединен с выходным выводом первого блока переключения 7. Выходной вывод второго блока переключения 8 соединен с входным выводом интегратора 11, выходной вывод которого соединен с третьим входным выводом сумматора 16. Второй входной вывод сумматора 16 соединен с выходным выводом третьего блока переключения 9, входной вывод которого соединен с выходным выводом источника опорного треугольного напряжения 12. Первый входной вывод сумматора 16 соединен с выходным выводом регулятора напряжения 15, входной вывод которого соединен с выходным выводом блока ввода заданной частоты вращения асинхронного двигателя 14. Выходной вывод блока ввода заданной частоты вращения асинхронного двигателя 14 также соединен с первым входным выводом блока широтно-импульсной модуляции 17 и вторым входным выводом блока выбора режима работы 13. Первый входной вывод блока выбора режима работы 13 соединен с выходным выводом блока сравнения 4. Выходной вывод блока выбора режима работы 13 соединен с управляющими выводами первого и третьего блоков переключения 7 и 9. Выходной вывод сумматора 16 соединен с вторым входным выводом блока широтно-импульсной модуляции 17. Выходные выводы блока широтно-импульсной модуляции 17 соединены с входными выводами блока драйверов 18, выходные выводы которого соединены с управляющими выводами автономного инвертора 22. Выходной вывод генератора тактовых импульсов 19 соединен с синхронизирующими входами блока памяти 3, блока сравнения 4 и источника опорного треугольного напряжения 12.
Система работает следующим образом. На входные выводы выпрямителя 20 подают трехфазное переменное напряжение с частотой 50 Гц. На выходных силовых выводах выпрямителя 20 получают постоянное напряжение. С помощью звена постоянного тока 21 сглаживают постоянное напряжение и подают на входные силовые выводы автономного инвертора 22.
С помощью блока ввода заданной частоты 13 плавно устанавливают заданное постоянное значение частоты вращения асинхронного электродвигателя 23. Заданное постоянное значение частоты вращения поступает на регулятор напряжения 15, с выхода которого заданное значение напряжения поступает на сумматор 16. В момент пуска первый и третий блоки переключения 7 и 9 находятся в верхнем положении (разомкнуты), следовательно, на второй и третий входные выводы сумматора 16 поступают нулевые сигналы. Таким образом, на входные выводы блока широтно-импульсной модуляции 17 поступают сигналы заданного постоянного значения частоты вращения и заданного значения напряжения. На основе этих двух сигналов блок широтно-импульсной модуляции 17 формирует управляющие сигналы автономного инвертора 22 и через блок драйверов 18 передает их на него. Асинхронный двигатель 23, находясь в режиме пуска, начинает разгоняться.
При выходе на установившееся значение частоты вращения блок выбора режима работы 13 устанавливает блоки переключений 7 и 9 в нижнее положение (замкнуты), тем самым устанавливая энергосберегающий режим работы.
Принцип работы в энергосберегающем режиме следующий. Блок переключения 9 подключает источник опорного треугольного напряжения 12 к сумматору 16. Источник опорного треугольного напряжения 12 формирует треугольные импульсы Uon небольшой амплитуды по отношению к амплитуде напряжения статора U с периодом 2ТВ, синхронизированные тактовыми импульсами ƒT, формируемыми генератором тактовых импульсов 19 (фиг. 2). В результате в обмотке статора асинхронного двигателя 23 формируется небольшое изменение тока статора, информация о котором с датчиков тока 24 и 25 поступает на вычислитель проекций вектора тока статора 1, после которого она поступает на вычислитель действующего значения тока статора 2, что приводит к небольшому изменению его действующего значения. Блок памяти 3 фиксирует значение действующего тока статора в начале каждого периода следования опорного треугольного напряжения и через время ТВ выдает этот сигнал на блок сравнения 4. Фиксация значения действующего тока статора происходит по фронту тактовых импульсов ƒT, формируемых генератором тактовых импульсов 19, подача этого значения на выход блока памяти 3 происходит по спаду тактовых импульсов ƒT, формируемых генератором тактовых импульсов 19 (фиг. 2). Блок сравнения 4 сравнивает текущее значение действующего тока статора, вычисленное вычислителем действующего значения тока статора 2, с его предыдущим значением, хранимым в блоке памяти 3. Сравнение текущего и предыдущего действующего значений тока статора происходит по спаду тактовых сигналов ƒT, формируемых генератором тактовых импульсов 19. Блок выделения знака 5 выделяет знак сигнала, поступающего с блока сравнения 4, таким образом, что если текущее значение действующего тока статора больше его предыдущего значения (т.е. знак положительный), то блок переключения 8 переводится в верхнее положение, если текущее значение действующего тока статора меньше его предыдущего значения (т.е. знак отрицательный), то блок переключения 8 переводится в нижнее положение. При верхнем положении блока переключения 8 к интегратору 11 подключен источник постоянного напряжения 6, в результате чего на выходе интегратора 11 формируется линейно нарастающее напряжение. При нижнем положении блока переключения 8 к интегратору 11 подключен инвертор 10, который меняет знак напряжения источника постоянного напряжения 6 на отрицательный, в результате чего на выходе интегратора 11 формируется линейно уменьшающееся напряжение. Таким образом, если опорное треугольное напряжение за первый полупериод следования импульсов 0…ТВ вызывает увеличение действующего тока статора, то для его уменьшения происходит увеличение напряжения статора (как показано на фиг. 2 за первый полупериод 0…ТВ происходит линейное уменьшение напряжения. Если это уменьшение вызывает увеличение тока, то для уменьшения тока необходимо увеличить напряжение). Если опорное треугольное напряжение за первый полупериод следования импульсов 0…ТВ вызывает уменьшение действующего тока статора, то для его дальнейшего уменьшения происходит уменьшение напряжения статора (как показано на фиг. 2 за первый полупериод 0…ТВ происходит линейное уменьшение напряжения. Если это уменьшение вызывает уменьшение тока, то для уменьшения тока необходимо уменьшение напряжение). Данный процесс продолжается до тех пор, пока не будет найден минимум действующего значения тока статора, в результате чего выходное напряжение сумматора 16 достигнет своего оптимального значения и его отклонение в любую из сторон приведет к возрастанию тока. Следствием этого является то, что значение действующего тока статора за время ТВ меняется менее установленного значения и происходит смена знака сигнала с выхода блока сравнения 4. На основании этой смены знаков блок выбора режима работы 13 переводит блоки переключений 7 и 9 в верхнее положение (разомкнуты) и источник постоянного напряжения 6 и источник опорного треугольного напряжения 12 отключаются от системы управления. На вход интегратора 11 поступает нулевой сигнал независимо от значения управляющего входа, на выходе интегратора 11 хранится предыдущее значение, обеспечивающее минимум действующего значения тока статора, которое продолжает поступать на сумматор 16. В случае изменения нагрузки, которое приводит к существенному изменению тока статора, значение действующего тока статора за время ТВ меняется более установленного значения, в результате чего блок выбора режима работы 13 переводит блоки переключений 7 и 9 в нижнее положение (замкнуты) и процесс повторяется.
Таким образом, энергосберегающая система управления обеспечивает снижение энергопотребления частотно-регулируемого асинхронного электропривода во всем диапазоне изменения нагрузок.
На фиг. 3 приведены результаты моделирования электропривода с асинхронным электродвигателем и управлением по закону
Figure 00000006
где U - амплитуда напряжения статора, ƒ - частота тока статора. На фиг. 4 приведены результаты моделирования электропривода с асинхронным электродвигателем и энергосберегающей системой управления. Параметры асинхронного двигателя следующие:
Figure 00000007
Figure 00000008
Figure 00000009
Figure 00000010
Figure 00000011
Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000016
Figure 00000017
Figure 00000018
где Рном - номинальная мощность электродвигателя, 2р - число полюсов обмотки статора, n - частота вращения вала ротора, Rs, Rr, Rc - сопротивления обмотки статора, ротора (приведенное к обмотке статора) и сопротивление, эквивалентное потерям в стали, соответственно Xσs, Хσr, Хμ - индуктивные сопротивления рассеяния обмотки статора, ротора (приведенная к обмотке статора) и воздушного зазора соответственно, индекс ном относится к номинальному режиму работы, индекс пуск относится к пусковому режиму работы, индекс хх относится к режиму холостого хода.
Моделирование проводилось без энергосберегающей системы управления по закону
Figure 00000019
(фиг. 3) и с энергосберегающей системой управления (фиг. 4).
Нагрузка при пуске составляет М=80 Нм, в момент времени t=70 с нагрузка ступенчато изменяется до М=20 Нм, в момент времени t - 110 с нагрузка ступенчато изменятся до М=110 Нм. Частота тока статора ƒ=15 Гц. Разгон в электроприводе с асинхронным электродвигателем и энергосберегающей системой управления произведен по закону
Figure 00000020
Анализ работы электропривода с управлением по закону
Figure 00000020
(фиг. 3) показывает, что при нагрузке М=80 Нм ток статора I=27,3 А, потери мощности ΔР=1356 Вт, КПД=0,7354, амплитуда напряжения статора U=97 В; при нагрузке М=20 Нм ток статора I=8,08 А, потери мощности ΔР=106 Вт, КПД=0,8987, амплитуда напряжения статора U=97 В; при нагрузке М=110 Нм ток статора I=44,59 А, потери мощности ΔР=3675 Вт, КПД=0,585, амплитуда напряжения статора U=97 В.
Анализ работы электропривода с энергосберегающей системой управления (фиг. 4) показывает, что при нагрузке М=80 Нм ток статора I=21,9 А, потери мощности ΔР=814,7 Вт, КПД=0,8222, амплитуда напряжения статора U=116 В; при нагрузке M=20 Нм ток статора I=7,98 А, потери мощности ΔР=102,4 Вт, КПД=0,9011, амплитуда напряжения статора U=91 В; при нагрузке M=110 Нм ток статора I=29,2 А, потери мощности ΔР=1463 Вт, КПД=0,7798, амплитуда напряжения статора U=124,5 В.
Технико-экономический эффект заявленной полезной модели заключается в том, что в режиме энергосбережения отслеживают значение амплитуды напряжения статора, которое обеспечивает минимальное значение действующего тока статора, тем самым снижают потери в электродвигателе и повышают его КПД.

Claims (1)

  1. Энергосберегающая система управления асинхронным электроприводом, состоящая из блока ввода заданной частоты вращения асинхронного двигателя, регулятора напряжения, блока драйверов, который своими выходными выводами соединен с входными управляющими выводами автономного инвертора напряжения, который соединен с обмотками асинхронного двигателя, вычислителя проекций вектора тока статора, интегратором, блоком переключений режимов работы электропривода, блока широтно-импульсной модуляции, датчиков тока, выходные выводы блока широтно-импульсной модуляции соединены с входными выводами блока драйверов, отличающаяся тем, что она снабжена вычислителем действующего значения тока статора, блоком памяти, блоком сравнения, блоком выделения знака, источником постоянного напряжения, двумя дополнительными блоками переключения, инвертором, источником опорного треугольного напряжения, блоком выбора режима работы, сумматором, генератором тактовых импульсов, при этом выходные сигнальные выводы датчиков тока соединены с входными выводами вычислителя проекций вектора тока статора, выходные выводы которого соединены с входными выводами вычислителя действующего значения тока статора, который выходным выводом соединен с входным выводом блока памяти, при этом выходной вывод блока памяти соединен с первым входным выводом блока сравнения, второй входной вывод которого соединен с выходным выводом вычислителя действующего значения тока статора, а выходной вывод блока сравнения соединен с входным выводом блока выделения знака, выходной вывод которого соединен с управляющим входом второго блока переключения, первый входной вывод которого связан с выходным выводом первого блока переключения, входной вывод которого соединен с выходным выводом источника постоянного напряжения, при этом второй входной вывод второго блока переключения соединен с выходным выводом инвертора, входной вывод которого соединен с выходным выводом первого блока переключения, при этом выходной вывод второго блока переключения соединен с входным выводом интегратора, выходной вывод которого соединен с третьим входным выводом сумматора, второй входной вывод которого соединен с выходным выводом третьего блока переключения, входной вывод которого соединен с выходным выводом источника опорного треугольного напряжения, при этом первый входной вывод сумматора соединен с выходным выводом регулятора напряжения, входной вывод которого соединен с выходным выводом блока ввода заданной частоты вращения асинхронного двигателя, выходной вывод которого также соединен с первым входным выводом блока широтно-импульсной модуляции и вторым входным выводом блока выбора режима работы, первый входной вывод которого соединен с выходным выводом блока сравнения, при этом выходной вывод блока выбора режима работы соединен с управляющими выводами первого и третьего блоков переключения, при этом выходной вывод сумматора соединен с вторым входным выводом блока широтно-импульсной модуляции, при этом выходной вывод генератора тактовых импульсов соединен с синхронизирующими выводами блока памяти, блока сравнения и источника опорного треугольного напряжения.
RU2016117357U 2016-05-04 2016-05-04 Энергосберегающая система управления асинхронным электроприводом RU167775U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016117357U RU167775U1 (ru) 2016-05-04 2016-05-04 Энергосберегающая система управления асинхронным электроприводом

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016117357U RU167775U1 (ru) 2016-05-04 2016-05-04 Энергосберегающая система управления асинхронным электроприводом

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU167775U1 true RU167775U1 (ru) 2017-01-10

Family

ID=58452086

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016117357U RU167775U1 (ru) 2016-05-04 2016-05-04 Энергосберегающая система управления асинхронным электроприводом

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU167775U1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005218153A (ja) * 2004-01-27 2005-08-11 Nippon Reliance Kk 電動機駆動用インバータ制御装置
RU2402147C1 (ru) * 2009-09-04 2010-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Русэлпром-Электропривод" Способ оптимального векторного управления асинхронным двигателем
US20100315034A1 (en) * 2009-06-11 2010-12-16 Bin Lu System and method of dynamic regulation of real power to a load
RU2498496C1 (ru) * 2012-06-19 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Энергосберегающая система управления асинхронным электроприводом

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005218153A (ja) * 2004-01-27 2005-08-11 Nippon Reliance Kk 電動機駆動用インバータ制御装置
US20100315034A1 (en) * 2009-06-11 2010-12-16 Bin Lu System and method of dynamic regulation of real power to a load
RU2402147C1 (ru) * 2009-09-04 2010-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Русэлпром-Электропривод" Способ оптимального векторного управления асинхронным двигателем
RU2498496C1 (ru) * 2012-06-19 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Энергосберегающая система управления асинхронным электроприводом

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dixon et al. Current control strategy for brushless DC motors based on a common DC signal
Patel et al. Modeling and performance analysis of PID controlled BLDC motor and different schemes of PWM controlled BLDC motor
Urtasun et al. Small wind turbine sensorless MPPT: robustness analysis and lossless approach
Damiano et al. Operating constraints management of a surface-mounted PM synchronous machine by means of an FPGA-based model predictive control algorithm
JP2013055817A (ja) 電力変換装置の制御装置
CN102497154A (zh) 一种变频器瞬时掉电不停机的方法
CN103595310A (zh) 一种五桥臂电压源逆变器的占空比优化调制方法
Ghodke et al. One-cycle-controlled bidirectional three-phase unity power factor ac–dc converter without having voltage sensors
Liu et al. Second-order ESO-based current sensor fault-tolerant strategy for sensorless control of PMSM with B-phase current
CN103546083A (zh) 用于调节用来控制异步电机的操作的电流和/或转矩命令的方法、系统和装置
Rezaei et al. Modelling and analysis of indirect field-oriented control of SVPWM-driven induction motor drive based on a voltage source inverter
CN104953910A (zh) 永磁同步电机及永磁同步电机的控制方法、控制装置
RU167775U1 (ru) Энергосберегающая система управления асинхронным электроприводом
RU2498496C1 (ru) Энергосберегающая система управления асинхронным электроприводом
Karpe et al. Switching losses minimization and performance improvement of PCC and PTC methods of model predictive direct torque control drives with 15-level inverter
Nannen et al. Novel predictive start-up algorithm for soft starter driven induction motors
Zhong AC Ward Leonard drive systems: Revisiting the four-quadrant operation of AC machines
Rao et al. Analysis of torque ripple in vector control of BLDC motor using SVPWM technique
Ramana Vasu et al. Enhanced space vector modulated scalar control of induction motor
Pati et al. Improvement of transient and steady state performance of a scalar controlled induction motor using sliding mode controller
RU2625720C1 (ru) Устройство для управления двигателем двойного питания
Smolentsev et al. Selection of Energy Storage Parameters in a Distributed Network and Control of its Operation Modes
RU2474951C1 (ru) Асинхронный вентильный каскад
Nagarajan et al. PERFORMANCE AND ESTIMATION OF SPEED CONTROL OF PMDC MOTOR USING ANN CONTROLLER WITH STATE SPACE MODEL
Han et al. An Improved Model Predictive Current Control Algorithm Considering Dynamic Response Performance of Torque and Speed

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20170301