Частотно-управляемый асинхронный электропривод Советский патент 1987 года по МПК H02P7/42 

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

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

На чертеже показана структурная схема частотно-управляемого асинхронного электропривода

Электропривод содержит асинхронный электродвигатель 1, статорные обмот- ки которого подключены к выходам статического преобразователя 2 частоты, вычислительный блок 3, соединенный выходами через блоки управления частотой 4 и напряжением 5 с управля- ющими 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 вторым выходом датчика 6 частоты вращения, программные переключатели задания угла поворота 9 и уровня по35

терь 10,первый, второй, третий, чет- зо щепринятые обозначения в декарто- вертый 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 уравнений в полярных координатах

40

вой системе координат: и, ы - напряжение и частота п тания статора; р , р - модули потокосцепления

статора и ротора; Л If - угол между потокосцепл

ниями статора и ротора lU - момент сопротивления,

может зависеть от V прерывно и монотонно; О - частота вращения ротор I - момент инерции привода a,b,c,h, - константы;

р и cos - - d PJ + с р ,

и . .

-с - S in у + С - S in л L/ + (jJ ,

в р о pg

р hpg cos dgi - bf,, ,

., H.i,(c-t

sinuif- pV,

I 3 - s( .

Pe P,-

на основе асимптотической магистральной теории аналитически определен оптимальный позиционный процесс, Обобщенный критерий качества взят :В виде

т I - {Л,р + Д - Aj л) ) dt - min

i(2)

где , AI 9 ъ неотрицательные

весовые множители.

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

Т т

J о

X dt

т

J

Q dt

0

min

(, Ipx

1 dt

.Jdt

min;

max.

(3) (4)

(5)

0

В (1) все величины выражены через параметры схемы замещения и об

щепринятые обозначения в декарто-

вой системе координат: и, ы - напряжение и частота питания статора; р , р - модули потокосцепления

статора и ротора; Л If - угол между потокосцеплениями статора и ротора; lU - момент сопротивления,

может зависеть от V непрерывно и монотонно; О - частота вращения ротора; I - момент инерции привода; a,b,c,h, - константы;

т

- Lf arctg

.

в - угол поворота ротора; угол поворота вектор косцепления статора;

L/ - угол поворота вектора пото

Vg..- проекция вектора потокосцепления статора на ось А ; Vf: проекция вектора потокоСцепленция статора на ось с( ; B(3)i и ij - квадраты токов в роторе и статоре; и Rj и R., - сопротивление статора и ротора.

3

Учитываем ограничения ление

О .и .. и„„,, ,

(с

и фазовые координаты 0 р, . р

5 WOKC

О f, Р

Г макс

-1- d.i. Rj:L(i -.), fi / (kl

pp sin (2lvT/(46L)5.

де L ---i-Ljr-l-b-..

L , L , индуктивности статора, poTQpa, взаимная:

p - число пар полюсов.

Значение } м делено из формулы

Значение } может быть опре ) +Д2

где а

I( Rr)

2 (L)

6

Зр

При разгоне имеем

(Pst ) (; arccos Х,),(9)

РПР X - I-i- -l-I -e + с/ , где X, - -.,

-,

2- Лз-0

При торможении

.Д,

на участке I (%|„ у V 7/ -О ---)

5. . (f,v) (1; 0,5 arccos Х2),(10)

U -ps f b Cos 4()2- -(c - sin 2 4 + btg J(+ p )

Таким образом, получены аналитиче-угла поворота 9 поступают в вычисли- ские выражения для оптимального втельный блок 3, где по заранее постсмысле критерия (2) управления асин-роенным таблицам определяется Д, и хронным электроприводом. gg Да (параметр Д полагается равЭлектропривод работает следующимным 1). Далее вычислительный блок 3

образом.рассчитьшает значение Vn по формуСигналы с программных переключа-ле (8) и г ъ каждом

телей задания уровня потерь 10 итакте управления выполняет (до тех

363536

Решение задачи минимизации функционала (2) при условиях (1) находят по выражению ( Vt

argmin ( Р. , i V ) для разгона, 5 AAV -IS

имеющего место до достижения )

значения )п (при этом / : и . ) и по выражению (fg , V ) argnax F( р , dv) торможения Р (при Ътом lUj : (Uj ), где . ,

на участке II ,

(|),4(/t) (1; -0,5 arccos Xj),(11)

где Xj

1 1 Jl l.l 1. . (T +,)+ Л Г

Управления U и w, удерживающие систему (1) в точках ( р , 25 UL( ) при разгоне и(р , ) при торможении, определяются как

U)

мин

« l -МИН J

w V

ш,

1.

1 1

i 1 -мин

I м«КС I 1 W ,

и,, и, и„„,, ,

(12)

и

(13)

где

макс

, и, 7

UMOKC т

ш btg Vp + -7- (

- С

45

-ь - )

(14)

X sin |Ug) ,

(15)

51

пор, пока асинхронный двигатель 1 не отработает заданный программным переключателем 9 угол поворота ротора

6j ) следующую процедуру: рассчитывается jt/ f , U , со, . Теперь значения U и ,w 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 двигате Ья (.значение скорости, ускорения, статического момента) через датчики частоты вращения 6, статического момента 7 и ускорения 8 поступает на входы вычислительного блока 3, который переходи 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 -р 1, что позволяет этот сомножитель исключить из выражений (14) и (15).

ДЬ

k

1 - при разгоне на участке I торможения,

-1 - на участке II торможения.

Ингредиент (|д р| sin 2u(f

из.формулы (15) представляет собой преобразованную правую часть уравнения } (ju - 5 )/1, т.е. ускорение.

В (14) и (15) имеются члены Cos dq- , sin 2 , tg iif , где

-aw - магистральные значения ((9) - реализуются в вычислительном блоке 3. (11)). На основании известных три- гонометрических соотношений

Знак - в формулах соответствует второму участку торможения, где 0.

Учитьшая указанные выводы запи- шем вьфажения для U и w , которые

,y(fb.-b--).p,

t 1 - ,

2 - 52.ir 2jL 5I 2E2BllCos 4tf

55

Алгоритм, реализованный в вычисли тельном блоке 3, выглядит в общем виде так:

вычисление и задание постоянных

коэффициентов;

k, -1 признак разгона), k,2 :

1 + Cos (t arccos x-,2 ) . 2 разгон (x X,), пока -J Vn i

2

-(. ill I SS - - - i ) tg c - I 2 (fo.sTrc coTs Xi,J

x« tJ/1 .

X

1,1

1 + X

1,2

sin 2dL/ t 1 - (t 0,5

arccos X

f,2

) iVT

i

Введем обозначения

X при разгоне.

х

25

X, при торможении.

Ь fT- x+i

где

k

1 - при разгоне на участке I торможения,

-1 - на участке II торможения.

реализуются в вычислительном блоке 3.

Знак - в формулах соответствует второму участку торможения, где 0.

Учитьшая указанные выводы запи- шем вьфажения для U и w , которые

реализуются в вычислительном блоке

45

,y(fb.-b--).p,

.

1 + X . 10

50

где A a - - (1 + x ) .

Алгоритм, реализованный в вычислительном блоке 3, выглядит в общем виде так:

вычисление и задание постоянных

коэффициентов;

ц : 1 (признак торможения);

торможение (первый участок), л ка V / )к ;

kj (знак - перед у) - признак участка II торможения;

торможение, пока V О ;

останов;

Выражение для х упрощается следующим образом.

Пусть

z 1 + (У ; z г, + 1 . Тогда

л .1

(oiV + 2 о, +

+ 1) -ь в - 1 (z )

- 1 Zj - 1,

откуда

X

..

В табличной записи алгоритма используются следующие соотнощения:

46L Зр 261 L

f.J-

k;; «. # V - 1 - V J OU X - I т X ,

2b

л) л)р; .B - ; A a - kj. X

b

x

U min (U, U,o,x );

U)mir |niax(u.,u))j,

где d, g, kj - константы; x,, B,ZjfZjg- промежуточные результаты.

435368

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 1Q указанного алгоритма работы вычислительного блока 3 позволяет электроприводу за минимальное время срабатывать заданный угол поворота 0j при заданном уровне потерь энергии

IS QSФормула изобретения

Частотно-управляемый асинхронный

2Q электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, статорные обмотки которого подключены к выходам статического преобразователя частоты, вычислительньш блок, соединенный

25 выходами через блоки управления напряжением и частотой с управляющими входами статического преобразователя частоты, датчик частоты вращения ротора асинхронного электро3Q двигателя, первый выход которого подключен к первому входу вычислительного блока, отличающи й- с я тем, что, с целью минимизации потерь энергии в электродвигателе в процессе позиционирования, введены программные переключатели задания угла поворота и уровня потерь, датчик статического момента, датчик ускорения, второй, третий, четвертый

Q и пятый входы вычислительного блока соединены с выходами соответственно программного переключателя задания угла поворота, программного переключателя задания уровня по.терь, датчика ускорения и датчика статического момента, а вычислительный блок функционирует в соответствии с алгорит- мом, представленным в таблице.35

45

Ox

о

CMCS

СЧ

cs

CM

m

чО CM

f CM

CO CM

04 CM

о

m

CN

M

ГО- ГО

ы

N

Ш S

к

О

к

Oi

ro

о

t3

м

+

IX

rO

cx f

PLI

I

ж

ЕlO ей X p,

01cr

ara

оn

ии

m

rf

N

ГО f

r r

Ю

}4D

Г-- )OO

-

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