RU2605458C1 - Способ энергоэффективного двухзонного регулирования скорости асинхронного электропривода с гибким ограничением мощности - Google Patents

Способ энергоэффективного двухзонного регулирования скорости асинхронного электропривода с гибким ограничением мощности Download PDF

Info

Publication number
RU2605458C1
RU2605458C1 RU2015122839/07A RU2015122839A RU2605458C1 RU 2605458 C1 RU2605458 C1 RU 2605458C1 RU 2015122839/07 A RU2015122839/07 A RU 2015122839/07A RU 2015122839 A RU2015122839 A RU 2015122839A RU 2605458 C1 RU2605458 C1 RU 2605458C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
motor
stator
control
temperature
torque
Prior art date
Application number
RU2015122839/07A
Other languages
English (en)
Inventor
Галина Анатольевна Федяева
Алексей Николаевич Тарасов
Татьяна Владимировна Сморудова
Дмитрий Владимирович Конохов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального 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 профессионального образования "Брянский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянский государственный технический университет"
Priority to RU2015122839/07A priority Critical patent/RU2605458C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2605458C1 publication Critical patent/RU2605458C1/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
    • H02P21/10—Direct field-oriented control; Rotor flux feed-back 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
    • H02P21/12—Stator flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленности и на транспорте в системах электропривода с прямым управлением моментом асинхронных двигателей (АД). Способ двухзонного регулирования скорости асинхронного двигателя, использующий прямое управление моментом. Техническим результатом является обеспечение двухзонного регулирования асинхронного двигателя в системе прямого управления моментом при более полном использовании двигателя по нагреву и мощности. В способе двухзонного регулирования скорости асинхронного электропривода определение ограничения задания на момент, вычисленного регулятором скорости, производится путем деления заданной мощности на частоту вращения ротора двигателя, причем величина заданной мощности определяется в зависимости от температуры обмотки статора двигателя, вычисляемой по модели или измеряемой датчиком температуры, по следующей формуле:
Figure 00000005
где Pз - заданная мощность, Pн - номинальная мощность двигателя; θдоп - допустимая температура обмотки статора; t0 - текущая температура обмотки, а задание на потокосцепление статора определяется в первой и второй зоне регулирования по значению задания на момент на основе заранее рассчитанной зависимости потокосцепления статора от момента двигателя, обеспечивающей минимальное значение тока статора при заданном моменте и имеющей вид кривой с насыщением. 2 ил.

Description

Изобретение относится к асинхронному электроприводу и может быть использовано в промышленности и на транспорте в системах электропривода с прямым управлением моментом асинхронных двигателей (АД).
Известен способ двухзонного регулирования скорости асинхронного электропривода с ослаблением потока ротора в системе векторного управления (Козярук А.Е., Рудаков В.В. Современное и перспективное алгоритмическое обеспечение частотно-регулируемых электроприводов. - СПб.: Санкт-Петербургская электротехническая компания, 2004. - прототип). В данном способе блок задания потокосцепления в первой зоне регулирования (при частоте вращения двигателя ниже номинальной) устанавливает номинальное значение потокосцепления ротора двигателя. Во второй зоне регулирования (при частоте вращения двигателя выше номинальной) ослабление поля (уменьшение магнитного потока по отношению к номинальному значению) достигается за счет изменения задания на потокосцепление ротора обратно-пропорционально увеличению частоты вращения по отношению к номинальной. Минимизация тока статора может осуществляться путем поддержания равенства составляющих тока статора.
Недостатками этого способа являются традиционная для векторных систем сложность и большой объем вычислений, невысокая устойчивость к возмущениям, косвенное влияние на потокосцепление ротора через изменение тока статора, отсутствие регулирования потокосцепления двигателя в первой зоне, недоиспользование двигателя по мощности и нагреву во второй зоне.
Известна система прямого управления моментом (Direct Torque Control, - DTC) (Козярук A.E., Рудаков В.В. Системы прямого управления моментом в частотно-регулируемых электроприводах переменного тока / под ред. Народицкого А.Г. - СПб.: Санкт-Петербургская электротехническая компания, 2005), которую можно использовать для энергоэффективного двухзонного управления АД. В системе прямого управления моментом реализовано непосредственное высокодинамичное релейное регулирование потокосцепления статора и момента двигателя по отклонению. К отличительным особенностям DTC (блок 1 на фиг. 1, 2) можно отнести наличие в системе: - гистерезисных релейных регуляторов потокосцепления статора (РРп) и момента (РРм) асинхронного двигателя;
- электронной адаптивной модели двигателя (АМД) для вычисления текущих управляемых координат асинхронного двигателя (потокосцепления статора, электромагнитного момента, температуры и др.) по значению фазных токов, напряжения в звене постоянного тока и коммутационной функции автономного инвертора напряжения (АИН);
- вычислителя фазового сектора (ВФС), в котором в текущий момент времени находится вектор потокосцепления статора двигателя;
- табличного (матричного) вычислителя оптимального вектора напряжения двигателя, выполняемого в виде блока логического автомата (БЛА) и определяющего функцию переключения вентилей АИН.
В блоке DTC имеются также два алгебраических сумматора. В одном из них сравнивается задание на момент Мз, поступающее из системы управления, и момент двигателя, вычисленный АМД; полученное рассогласование поступает на РРм. Во втором сумматоре сравнивается задание на потокосцепление ψsз поступающее из системы управления, и потокосцепление двигателя ψs, вычисленное АМД; полученное рассогласование поступает на РРп. АМД вычисляет также фазу вектора потокосцепления (фаза ψs). При необходимости в АМД блока 1 (блок DTC) можно производить также вычисление температуры обмоток статора двигателя t0 (фиг. 2).
Система DTC обладает высоким быстродействием и в то же время в ней не требуются необходимые при реализации векторного управления преобразователи координат регуляторы составляющих тока статора, блоки компенсации перекрестных обратных связей АД, организация широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Кроме того, система более устойчива к возмущениям и неточности информации о переменных состояния объекта управления, чем векторная система. Однако для систем DTC недостаточно проработаны энергосберегающие способы управления двигателями, что не позволяет полостью реализовать все преимущества DTC.
Целью изобретения является реализация энергоэффективного двухзонного регулирования асинхронного двигателя в системе прямого управления моментом при наиболее полном использовании двигателя по нагреву и мощности.
Технический результат достигается тем, что в данном способе, использующем прямое управление моментом, определение ограничения задания на момент, вычисленного регулятором скорости, производится путем деления заданной мощности на частоту вращения ротора двигателя, причем величина заданной мощности определяется в зависимости от температуры обмотки статора двигателя, вычисляемой по модели или измеряемой датчиком температуры, по следующей формуле:
Figure 00000001
где Pз - заданная мощность, Pн - номинальная мощность двигателя; θдоп - допустимая температура обмотки статора; t0 - текущая температура обмотки,
а задание на потокосцепление статора определяется в первой и второй зоне регулирования по значению задания на момент на основе заранее рассчитанной зависимости потокосцепления статора от момента двигателя, обеспечивающей минимальное значение тока статора при заданном моменте и имеющей вид кривой с насыщением.
Функциональные схемы систем двухзонного регулирования скорости АД, реализующих данный способ, представлены на фиг. 1, 2. В схеме фиг. 1 температура асинхронного двигателя 2 измеряется датчиком температуры обмоток статора, встроенном в АД, а в схеме рис. 2 вычисляется по модели в блоке 1 (блок DTC). Измерение температуры датчиком является более точным, поэтому оно предпочтительно (фиг. 1), однако это требует установки датчика в асинхронном двигателе. В случае отсутствия датчика возможно вычисление температуры по тепловой модели двигателя, включаемой в этом случае в адаптивную модель двигателя блока 1 (фиг. 2), однако это снижает точность определения температуры.
В обоих случаях в представленных схемах (фиг. 1, 2) имеется внешний контур регулирования частоты вращения (угловой скорости) двигателя. Темп нарастания задания на частоту вращения ωз может определяться задатчиком интенсивности (на схемах не показан). Действительная угловая скорость ротора АД измеряется датчиком частоты вращения 3 (ДЧВ). Рассогласование между заданной (ωз) и действительной угловой скоростью двигателя (ω), определяемое в сумматоре 4, подается на регулятор скорости 5, который формирует предварительное задание на момент тягового двигателя (Мзω). Затем в блоке 6 вычисления задания момента с учетом ограничений (БВЗМ) определяются ограничения и окончательное задание на момент Мз, поступающее в блок 1 (DTC), по следующим уравнениям:
Figure 00000002
где Мзогр - ограничение задания на момент АД; Мзmax - ограничение по моменту, устанавливаемое обычно, исходя из допустимого тока вентилей статического преобразователя.
Величина заданной мощности Pз определяется в зависимости от температуры обмоток статора t0 двигателя в блоке 7 по формуле
Figure 00000003
где Pз - заданная мощность, Pн - номинальная мощность двигателя; θдоп - допустимая температура обмотки статора; t0 - текущая температура обмотки, с ограничением заданной мощности на уровне Pз=1,2Pн.
Задание на потокосцепление статора ψsз определяется в блоке 8 для первой и второй зоны регулирования скорости АД по найденному с использованием уравнений (1, 2) заданию на момент Мз на основе заранее рассчитанной зависимости потокосцепления статора от момента двигателя ψsз=f(Mз) по условию минимума тока статора, имеющей вид кривой с насыщением. Найденное задание потокосцепления поступает в блок 1 (блок DTC). Применение DTC позволяет отдельно регулировать электромагнитный момент и потокосцепление статора двигателя по энергосберегающему закону с высоким быстродействием. Управляющие сигналы, выработанные в блоке 1, подаются в блок статического преобразователя 9 (блок СП) для управления вентилями АИН.
В первой зоне регулирования скорости при реализации низких скоростей и низких заданиях на момент (в случае пониженной нагрузки двигателя) задание на потокосцепление статора автоматически снижается по заданной кривой ψsз=f(Mз) (фиг. 1, 2). При увеличении нагрузки задание на момент возрастает (вплоть до Мзmax) и соответственно увеличивается задание на потокосцепление статора.
По мере разгона двигателя и увеличения частоты вращения ω вверх от номинального значения задание на момент с учетом принятых ограничений (см. выражения 1) неизбежно снижается с ростом со и одновременно снижается задание на потокосцепление статора по заданной расчетной зависимости ψsз=f(Mз). При этом двигатель автоматически переходит в зону ослабления поля (во вторую зону).
В данной системе электропривода перед пуском двигателя необходимо установить заданный уровень потокосцепления. Для этого используется режим предварительного намагничивания, заключающийся в установке задания на потокосцепление на заданном начальном уровне при задании на момент равном нулю. После намагничивания АД задание на момент повышается с требуемой интенсивностью и далее реализуется расчетная зависимость ψsз=f(Mз).
Таким образом, в первой и второй зонах производится регулирование потокосцепления статора по энергосберегающему закону, причем одновременно реализовано регулирование максимально допустимой мощности двигателя в зависимости от температуры обмоток, позволяющее дозировано изменять его перегрузочную способность.
Плавное (гибкое) регулирование заданной мощности Pз в зависимости от температуры обмоток позволяет без сокращения срока службы повышать мощность двигателя, временно перегружая его в случае необходимости, например, при преодолении подъема транспортным средством или снижении давления в магистрали при увеличении разбора жидкости, а также предохранять двигатель от превышения температуры. Одновременно предлагаемая реализация энергосберегающего двухзонного регулирования в системе прямого управления моментом позволяет снизить потери и повысить КПД асинхронного двигателя.

Claims (1)

  1. Способ двухзонного регулирования скорости асинхронного двигателя, использующий прямое управление моментом (Direct Torque Control - DTC), отличающийся тем, что в данном способе определение ограничения задания на момент, вычисленного регулятором скорости, производится путем деления заданной мощности на частоту вращения ротора двигателя, причем величина заданной мощности определяется в зависимости от температуры обмотки статора двигателя, вычисляемой по модели или измеряемой датчиком температуры, по следующей формуле:
    Figure 00000004

    где Рз - заданная мощность, Рн - номинальная мощность двигателя; θдоп - допустимая температура обмотки статора; t0 - текущая температура обмотки,
    а задание на потокосцепление статора определяется в первой и второй зоне регулирования по значению задания на момент на основе заранее рассчитанной зависимости потокосцепления статора от момента двигателя, обеспечивающей минимальное значение тока статора при заданном моменте и имеющей вид кривой с насыщением.
RU2015122839/07A 2015-06-15 2015-06-15 Способ энергоэффективного двухзонного регулирования скорости асинхронного электропривода с гибким ограничением мощности RU2605458C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015122839/07A RU2605458C1 (ru) 2015-06-15 2015-06-15 Способ энергоэффективного двухзонного регулирования скорости асинхронного электропривода с гибким ограничением мощности

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015122839/07A RU2605458C1 (ru) 2015-06-15 2015-06-15 Способ энергоэффективного двухзонного регулирования скорости асинхронного электропривода с гибким ограничением мощности

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2605458C1 true RU2605458C1 (ru) 2016-12-20

Family

ID=58697411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015122839/07A RU2605458C1 (ru) 2015-06-15 2015-06-15 Способ энергоэффективного двухзонного регулирования скорости асинхронного электропривода с гибким ограничением мощности

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2605458C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2706025C1 (ru) * 2016-11-01 2019-11-13 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Способ управления двигателем и устройство управления двигателем

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2914595A1 (de) * 1978-04-10 1979-10-18 Gen Electric Einrichtung zum steuern bzw. regeln des drehmoments eines wechselstrommotors
EP2190113A1 (en) * 2008-11-19 2010-05-26 Abb Research Ltd. Method and apparatus for controlling an electrical Machine with direct torque control
RU2455751C2 (ru) * 2006-10-30 2012-07-10 Бомбардир Транспортацион Гмбх Управление и/или регулирование трехфазного преобразователя электроэнергии для управления работой асинхронной машины
RU2498497C1 (ru) * 2012-07-24 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Высокодинамичный бездатчиковый асинхронный электропривод с непосредственным управлением моментом
WO2014094319A1 (zh) * 2012-12-19 2014-06-26 天津大学 一种可抑制转矩脉动的直接转矩控制方法
CN104201957A (zh) * 2014-09-12 2014-12-10 江苏科技大学 一种基于合成电压矢量技术的异步电机直接转矩控制方法
US20150048774A1 (en) * 2012-03-22 2015-02-19 Nissan Motor Co., Ltd. Three-phase ac induction motor control device and three-phase ac induction motor control method
RU152678U1 (ru) * 2014-08-12 2015-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянский государственный технический университет" Система автоматизированного управления асинхронным электроприводом передвижения

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2914595A1 (de) * 1978-04-10 1979-10-18 Gen Electric Einrichtung zum steuern bzw. regeln des drehmoments eines wechselstrommotors
RU2455751C2 (ru) * 2006-10-30 2012-07-10 Бомбардир Транспортацион Гмбх Управление и/или регулирование трехфазного преобразователя электроэнергии для управления работой асинхронной машины
EP2190113A1 (en) * 2008-11-19 2010-05-26 Abb Research Ltd. Method and apparatus for controlling an electrical Machine with direct torque control
US20150048774A1 (en) * 2012-03-22 2015-02-19 Nissan Motor Co., Ltd. Three-phase ac induction motor control device and three-phase ac induction motor control method
RU2498497C1 (ru) * 2012-07-24 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Высокодинамичный бездатчиковый асинхронный электропривод с непосредственным управлением моментом
WO2014094319A1 (zh) * 2012-12-19 2014-06-26 天津大学 一种可抑制转矩脉动的直接转矩控制方法
RU152678U1 (ru) * 2014-08-12 2015-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянский государственный технический университет" Система автоматизированного управления асинхронным электроприводом передвижения
CN104201957A (zh) * 2014-09-12 2014-12-10 江苏科技大学 一种基于合成电压矢量技术的异步电机直接转矩控制方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2706025C1 (ru) * 2016-11-01 2019-11-13 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Способ управления двигателем и устройство управления двигателем

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4737087B2 (ja) 永久磁石式同期モータの制御装置
CN107332485B (zh) 一种永磁同步电机的弱磁控制方法及控制器
CN103036500B (zh) 一种交流异步电动机无速度传感器的矢量控制方法
JP5121200B2 (ja) 永久磁石電動機の制御装置
JP2015216840A (ja) 誘導電動機制御装置
JP5620526B2 (ja) モータ制御装置
RU2605458C1 (ru) Способ энергоэффективного двухзонного регулирования скорости асинхронного электропривода с гибким ограничением мощности
US8975858B2 (en) Method for controlling an asynchronous machine having a converter in a manner that is optimal for (copper) loss
CN111130412A (zh) 用于控制感应电动机的系统和方法
RU2587162C1 (ru) Способ энергоэффективного двухзонного регулирования скорости асинхронного двигателя в системе прямого управления моментом
US9647597B2 (en) Motor control apparatus and method for controlling motor
CN104779878B (zh) 实现转矩和效率优化的感应电机全速度域电流分配方法
RU159869U1 (ru) Система энергоэффективного двухзонного регулирования скорости асинхронного двигателя с прямым управлением моментом без датчика температуры обмоток
RU159422U1 (ru) Система энергоэффективного двухзонного регулирования скорости асинхронного двигателя с прямым управлением моментом
JP2008167630A (ja) 電力変換器の制御装置
CN104767459A (zh) 电动机控制装置
JP2004187460A (ja) インバータ制御装置、誘導電動機の制御装置及び誘導電動機システム
JP7162759B2 (ja) 電動機駆動装置
RU2254666C1 (ru) Электропривод переменного тока
RU2625720C1 (ru) Устройство для управления двигателем двойного питания
CN113085552A (zh) 车辆电机的母线电压控制方法、系统
JP5634016B2 (ja) 誘導電動機の制御装置
EP1322032A1 (en) System and method for electric motor control
RU2759558C1 (ru) Способ формирования потокосцепления ротора асинхронного двигателя в составе электропривода с векторным полеориентированным управлением при работе в зоне ограниченного напряжения
RU2766907C1 (ru) Устройство экстремального управления асинхронного двигателя

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170616