Способ частотного управления асинхронным электродвигателем

(5)4 Н 02 Р 7 42 кин ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРИ ОТНРЫТ(71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени горный институт им. Артема(56) Авторское свидетельство СССРФ 436216, кл. Н 02 Р 7/42, 1974.Патент США Р 4249120,кл. Н 02 Р 7/36, 1979.(54)(57) СПОСОБ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ,подключенным к преобразователю частоты, при котором изменяют частотуи напряжение питания электродвигате.ля, частоту регулируют по заданномузакону, а напряжение изменяют в заЯО 11 840 данном отношении к частоте, которое Формируют по результатам измерения1 напряжения, тока и угла Ч между ними о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения экономичности за счет оптимизации потребляемой мощнос ти при изменении нагрузки, для формирования заданного отношения напряжения к частоте осуществляют пробные колебания напряжения, определяют относительные приращения напряжения, тока и угла М между ними по отношению к предыдущим значениям, относительное приращение угла умножают насуммируют полученные значения и по получении положительной суммы увеличивают, а отрицательной - умень шают величину напряжения до получения нулевых приращений алгебраической суммы.88840 гработы устройства поясним работуспособа,Мощность, подводимая к двигателю, может быть записана01 соз 1=1 К+ЮТ (1,Ч) (1)В выражении (1) первое слагаемое - это мощность потерь в активном сопротивлении обмотки, второеслагаемое - электромагнитная мощность, передаваемая обмоткой черезвоздушный зазор в ротор двигателя,где 1, Ч- векторные значения токастатора, потокосцепления в воздушном зазоре,Выразим электромагнитную мощность через активную мощность, подводимую к двигателю. и мощность Левая часть выражения (3)(Ц,Т,1) - в относительных единицах характеризует передачу мощности переменного тока через воздуш,ный зазор в ротор двигателя, НайЗО дем приращение функции 1 Й,Т,М)при малых измецениямх напряжения.Тогда приращение функции можно заменить приращением ее дифференциала дО 0 созУОБлок 9 питания ключей соединен с сумматором 7 через блок 8 ключей, Вычислительный блок 10 соединен с вы ходом автономного ицвертора 2 по току и напряжению, а выходы вычислительного устройства 10 соединены с одним из входов блока 6 управления системой. Выход автономного инвер тора 2 по напряжению соединен с входом синхронизатора 11, выход которого соединен с входом блока б управ- ленин системой, выходы которогосоединены с входами блока 8 ключей 55 и с входами вычислительного блока 10,Изложим теоретические основы данного способа, а затем на примере 1 11Изобретение относится к электротехнике, а также к электроприводам с частотным регулированием скорости вращения асинхронного двигателя (АД), обеспечивающим режим по передаче.электромагнитной мощности в ротор двигателя с минимальными потерями.,Задача состоит в управлении напряжением, но без непосредственного измерения магнитного потока АД в полюсах статора иди воздушном зазоре таким образом, чтобы средняя за период мощность переменного тока, подводимая к двигателю, передавалась,в ротор двигателя с минимальными потерямч.Цель изобретения - повышение эко номичцости системы за счетоптимизации потребляемой двигателем мощности при изменении нагрузки. На чертеже представлен один из возможных вариантов устройства, с помощью которого реализуется способ.Устройство соцержит управляемый выпрямитель, 1, автоцомный инвертор 2 напряжения, АД 3, подключенный к инвертору, блок 4 управления выпрямителем, блок 5 управления инвертором, блок б управления ссте;,ой, сумматор 7, блок 8 ключей, блок 9 питания ключей 8, вычислительный блок 10 и синхронизатор 11. Управляемый выпрямитель 1, автономный инвертор 2 напряжения, АД 3, блок 4 управления выпрямителем, блок 5 управления инвертором, блок 6 управления системой образуют типовую схему управления АД с явно выраженным звеном постоянного тока. потерь в активном сопротивленииобмоткиШТ, (Т,У)=01 созмК. (2)Разделим левую и правую частьвыражения (1) ца ЦТсоз Чм 1(1 7".) ТКс(0 1 )==1 в в в(3)1)1 соз У 0 соз(у 7 ь)д Э 1 Б О 3 Р з 1 У ВалОз 0 ц Рассмотрим выражение (4) применительно к частотному регулированию АД, Изменение напряжения - один регулируемый параметр при заданной частоте (частота задается из технологи.- ческих соображений) . Для каждой частоты и каждого момента нагрузки следует гошагово выбирать такое приращение напряжения, чтобы величина 5 с была положительной. Работа АД может протекать при различных о., цо оптимальным будем считать такой режим, при котором величина 1 максимальна. Этого можно достигнуть с помощью шаговой системы экстремального регулирования, Задаем значения Д 11 и определяем значения аТ и а , вызванные приращением напряжения. Затем определяем приращения д по формузле (4). Если положительно, то делаем следующий шаг в ту же сторону,При чрезмерном увеличении напряжения относительное приращение токабудет больше относительного приращения напряжения, и значения о будутуменьшаться, о чем будет говоритьотрицательное значение,Как видно из описания алгоритма,этот способ применим для управленияасинхронными двигателями (АД) и позволяет в них достичь режимов, обеспечивающих передачу электромагнитной мощности в ротор двигателя с минимальными потерями, что повышаетэкономические показатели системы засчет снижения потребляемой мощности.Устройство работает следующим образом.По сигналу "Пуск" на выходе блока 6 управления появляются сигналы,которые подаются в блок 4 управления выпрямителем и в блок 5 управления инвертором, и которые осуществляют запуск ЛД по схеме, используемой в преобразователях частотысерии ТПЧ. Так как в приведеннойсхеме отсутствует блок измерениявнутренней ЗДС двигателя, то коррекции по потоку нет и соотношение между У и Г выдерживается приближенно.В установившемся режиме осуществляется оптимизации процесса. Припереходе волны питающего напряженияот минуса к плюсу блок 11 синхронизации вырабатывает импульс и посылает его в блок 6 управления, который формирует импульс и передаетего в вычислительный блок 10. Поэтому сигналу на периоде напряжения, питающего ЛД 3, определяются1,Бо,соя У . При переходе волныпитающего напряжения от минуса к плюсу второй раз блок синхронизацииформирует второй импульс, которыйпоступает в блок 6 управления системой. По этому импульсу блок 6управления системой Формирует двасигнала: один сигнал поступает навход блока ключей, к напряжению задания Б добавляется приращение напря 3жения ьЬ, а по действию второго сигнала определяются параметры питающего напряжения 11 и соя Ч на втором периоде (на втором периоде блок 4управления выпрямителем получилувеличенное на лУ задание). Послеокончания второго периода в вычисли 88840 4 10 20 25 30 35 40 45 50 Из описания работы экстремальной системы видно, что ее целесообразно применять для тех приводов переменного тока, момент которых относительно медленно меняется во времени,. а вели 55 тельном блоке 10 определяется по формуле (4) функция дс(П ,1 ,) - приращение относительной мощности, передаваемой через воздушный зазор, Величины Ж,Л 1, д У определяются по соотношению ЛБ=Ц-Уо ь 1=1-1; У=Ч- , Если приращение д 0,1,Ч) положительно, то вычислительный блок 10 формирует сигнал по каналу 12, если приращение л (Ц,1,Ю) отрицательно, то вычислительный блок 10 формирует сигнал по каналу 13, Вычисление ЛЙП,1,Ч) определяется в третьем пе- . риоде. При этом может быть два варианта: вычисления занимают значительную часть периода (первый случай) и вычисления занимают незначительную часть периода (второй случай). Рассмотрии для конкретности первый случай. В этом случае при приходе четвертого синхроиипульса от блока 1 1 синхронизации блок 6 управления системой вырабатывае сигнал, который появляется по каналу 12 или по каналу 13. При положительном значении Лсб(0,1, ) сигнал появляется по каналу 12, что увеличивает выходное напряженое блока ключей еще на один шаг дЦ. Таким образом, напряжение задания увеличилось и стало равно Б +2 лУ. Если значение с(0,1,) отрицательно, то сигнал с выхода блока 6 управления появится в канале 13, что приведет к уменьшению напряжения задания на величину Б ЬЦТаким образом, делая пробные шаги, и на каждом шаге определяя значение Ы(Ц,1,У), получимэкстремальную систему регулирования с пошаговым автоматическим поиском экстремума. Изменение момента нагрузки будет смещать положение экстремума, но шаговая экстремальная система будет его каждый раз находить. Для ускорения выхода систеиы на экстремум можно усложнить алгоритм и величину пробного шага дУ сделать теи больше, чем больше Ы(0,1,). Для уменьшения ошибки при определении 0,1, можно эти величины определить не на одном периоде, а на нескольких периодах.1188840 Составитель В.ТарасовРедактор Ю.Середа Техред Т.Дубинчак Корректор В.Гирняк Заказ 6752/56 Тираж 645 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 чина момента ниже номинального, Такиедвигатели переменного тока загружаютсеть реактивной мощности и понижаютсов сети.5Предлагаемый способ позволяетуменьшить реактивную мощность за счетпонижения напряжения питания. Приувеличении момента напряжение будет расти таким образом, чтобы обеспечитьпередачу электромагнитной мощностив ротор двигателя с минимальными потерями. Такой режим позволит повыситьзкономические показатели системы эасчет снижения двигателем потребляемой мощности и за счет повышения коэффициента мощности сети.