ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ


RU (11) 2069034 (13) C1

(51) 6 H02P7/42, H02P5/34 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5037925/07 
(22) Дата подачи заявки: 1992.04.16 
(45) Опубликовано: 1996.11.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Патент США N 4450395, кл. Н 02 Р 5/28, 1985. 2. Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Частотное управление асинхронными двигателями. - М.-Л.: Энергия, 1966, с. 104. 3. Авторское свидетельство СССР N 1339861, кл. Н 02 Р 7/36, 1987. 
(71) Заявитель(и): Ташкентский государственный технический университет им.А.Р.Бируни (UZ) 
(72) Автор(ы): Хашимов Арипджан Адылович[UZ]; Имамназаров Абдукаххар Турабович[UZ]; Сабиров Шухрат Мирвахитович[UZ] 
(73) Патентообладатель(и): Хашимов Арипджан Адылович (UZ) 

(54) ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ 

Использование: для управления частотно-регулируемым асинхронным электроприводом с короткозамкнутым двигателем. Сущность. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод содержит асинхронный двигатель 1, преобразователь частоты блоки регулирования 3, 4 частотой и напряжением преобразователя частоты, сумматор 5, источник задания 4. В электропривод введены блоки умножения 9, 10, 11, 14, 15 блоки деления 12, 130 блоки дифференцирования напряжения и мощности, датчик 8 скорости функциональный преобразователь реализующий 16 зависимость /(1-), где = P2/P1 P2 - мощность на валу асинхронного делителя, P1 - полная мощность, потребляемая асинхронным двигателе. Введение указанных блоков позволит минимизировать суммарную мощность в зависимости от управляющей частоты и нагрузки на валу двигателя, что повышает КПД и упрощает электропривод за исключения датчика потока двигателя, датчика момента и решающих устройств, реализующих изменение потока, в зависимости от нагрузки и частоты. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления частотно-регулируемым асинхронным электроприводом с короткозамкнутым двигателем.

Известен асинхронный электропривод с экспериментальным управлением (1) с использованием микро ЭВМ, в которой сохраняется константы двигателя. Система привода содержит контур управления током статора и контур управления частотой статора.

При управлении измеряются скольжение, момент и магнитный поток в воздушном зазоре двигателя. На базе измеренных величин и хранящихся в памяти ЭВМ констант определяют потери в меди и ротора и потери в стали.

Рассчитывается КПД и в функции потока в воздушном зазоре и определяется направление изменения потока для увеличения КПД. Осуществляют необходимое изменение потока и соответствующие изменения частоты для поддержания постоянства момента.

Контуры управления током и частотой выдаются надлежащие команды и все операции повторяются.

Недостатком данного электропривода является использование вычислительного устройства (микро ЭВМ), которое приводит к необходимости составления и реализации алгоритма управления, а также значительно усложняет систему и повышает стоимость электропривода.

Известен частотно-регулируемый асинхронный электропривод с экстремальным управлением по минимуму потерь (2), содержащий асинхронный двигатель, к статорным обмоткам которого подключен статический преобразователь частоты с каналом регулирования частоты и каналом регулирования напряжения, на входы которых подаются управляющий сигнал задания и решающее (вычислительное) устройство, на входы которого поступают сигналы от датчиков частоты и момента двигателя, а с выхода выдается сигнал, пропорциональный оптимальной величине потока и сравнивающийся с сигналом пропорциональным оптимальной величине потока и поступающим от датчика потока двигателя, а их разность подается на вход канала регулирования напряжения и отрабатывается системой.

Данный электропривод имеет недостатки, аналогичные недостаткам выше рассмотренного (1).

Наиболее близким к изобретению является асинхронный электропривод с экстремальным управлением (3), содержащий асинхронный электродвигатель, к статорным обмоткам которого подключены выходы статического преобразователя частоты, блоки регулирования частоты и напряжения, выходами подключенные к соответствующим управляющим входам статического преобразователя частоты, сумматор, выход которого соединен с входом блока регулирования напряжения, а вход блока регулирования частоты соединен с выходом источника задания. Электропривод содержит два функциональных преобразователя, вход одного из которых соединен с выходом датчика момента, а выход, на котором получается сигнал ,, подключен к одному входу второго сумматора, на второй вход которого поступает сигнал a с датчика частоты, на вход сумматора соединен с входом второго функционального преобразователя, на выходе которого образуется сигнал, пропорциональный величине потока vоп и который подается на один из входов первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом датчика потока (3).

Недостатками данного устройства является сложность схемы, обусловленное наличием датчиков момента и магнитного потока, которое приводит к сложной конструктивной связи с двигателем и узлами регулирования.

Кроме того, в прототипе не учитываются механические потери, а минимизирующая лишь электромагнитные потери состоящие из потерь в меди обмотки статора и ротора, а также потери в стали статора.

Механические потери, обусловленные наличием вентиляции и трением механических частей электродвигателя, начинают сильно влиять на суммарные потери электродвигателя в зоне регулирования частоты выше номинального. Это видно по формуле,

Pмехf= PмехнF3/2

где Pмехf механические потери двигателя, состоящие из потерь в подшипниках и вентиляционных потерь

Pмехн значение механических потерь при номинальной частоте

F=f/fн относительная частота.

В результате все вышесказанные недостатки в общем снижают КПД электродвигателя и электропривода.

Целью изобретения является повышение К.П.Д. и упрощение электропривода.

Указанная цель достигается тем, что в частотно-регулируемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель, к статорным обмоткам которого подключены входы статического преобразователя частоты, блоки регулирования частоты и напряжения, входами подключенные к соответствующим управляющим входам статического преобразователя частоты, сумматор, выход которого соединен с входом блока регулирования напряжения, вход блока регулирования частоты соединен с выходом источника задания, введены три блока умножения, два блока деления, два блока дифференцирования соответственно сигнала напряжения и мощности, датчик мощности и датчик напряжения, включенные в цепи статорных обмоток, датчик скорости, механически связанный с асинхронным двигателем, выход датчика напряжения подключен к входам блока дифференцирования сигнала напряжения и первого блока умножения, выходы датчика мощности и второго блока умножения подключены к входам первого блока деления, выходы датчика скорости и первого блока умножения подключены к входам второго блока умножения, выход первого блока деления подключен к входу функционального преобразователя, к входам третьего блока умножения подключены выходы второго блока умножения и функционального преобразователя, выход третьего блока умножения подключен к входу блока дифференцирования сигнала мощности, с входом второго блока деления подключены выходы блоков дифференцирования сигналов напряжения и мощности, выход второго блока деления подключен к одному из входов сумматора, а функциональный преобразователь выполнен с возможностью реализации функции



P2 мощность на валу асинхронного двигателя;

P1 полная мощность, потребляемая асинхронным двигателем.

На фигуре представлена блок-схема частотно-регулируемого асинхронного электропривода с экстремальным управлением.

Частотно-регулируемый асинхронный электропривод с экстремальным управлением содержит асинхронный двигатель 1, к статорным обмоткам которого подключены выходы статического преобразователя 2 частоты, блоки 3, 4 регулирования соответственно напряжения и частоты, выходами подключенные к соответствующим управляющим входам статического преобразователя 2 частоты, сумматор 5, выход которого соединен с входом блока 3 регулирования напряжения, вход блока 4 регулирования частоты подключен к выходу источника задания. В электропривод введены датчики 6, 7 соответственно мощности и напряжения, включенные в цепи статорных обмоток, асинхронного двигателя, датчик 8 скорости, механически связанный с асинхронным двигателем. В электропривод также введены три блока 9, 10, 11 умножения, два блока 12, 13 деления, два блока 14, 15 дифференцирования соответственно сигналов напряжения и мощности и функциональный преобразователь 16, реализующий функцию ,

где , P2 мощность на валу асинхронного двигателя, P1 полная мощность, потребляемая асинхронным двигателем.

Выход датчика напряжения подключен к входам блока 14 дифференцирования сигнала напряжения и первого блока 9 умножения. Выходы датчика 6 мощности и второго блока 10 умножения подключены к входам первого блока 12 деления. Выходы датчика 8 скорости и первого блока 9 умножения подключены к входам второго блока 10 умножения. Выход первого блока 12 деления подключен к входу функционального преобразователя 16. К входам третьего блока 11 умножения подключены выходы второго блока 10 умножения и функционального преобразователя 16, а выход третьего блока 11 умножения соединен с входом блока 15 дифференцирования сигнала мощности, выход которого и выход блока дифференцирования 14 сигнала напряжения соединены с входами второго блока 13 деления, выходом соединенного с одним из входов сумматора 5, другим входом соединенное с источником задания.

Электропривод работает следующим образом.

В установившемся режиме работы частотно-регулируемого асинхронного электропривода потери являются функцией трех независимых переменных: момента нагрузки, магнитного потока двигателя и частоты.

Поэтому в общем случае минимум потерь определяется системой трех равенств.

(1)

где потери мощности в асинхронном двигателе.

= f/fн относительное значение момента на валу асинхронного двигателя.

= /н относительное значение частоты.

P относительное значение магнитного потока.

Выполнение второго и третьего условий означает, что потери будут наименьшими при отсутствии нагрузки и нулевой частоте, т. е. при неработающей машине. Поэтому единственным условием минимума потерь работающей машины является выполнение первого условия



Магнитный поток с напряжением связан следующей зависимостью:

(2)

f1н частота напряжений n-ной обмотки

= 2/1н абсолютное скольжение

Uн номинальное напряжение статора

С 4,44 1K конструктивная постоянная фазной обмотки статора

= U/Uн относительное напряжение

B() и A(,) математические обозначения, выраженные через параметры схемы замещения фазы асинхронного электродвигателя при частотном управлении.

(3)

на основании (3) запишем первое условие из (1)

(4)

Для реализации минимума потерь в частотном электроприводе разыскивается экстремальная поисковая система с изложением производной которая позволяет поддерживание минимума потерь при изменении момента и частоты.

В рабочем режиме электродвигателя сигналы с датчиков мощности 6, напряжения 7 и скорости 8 поступают на блоки 9, 10, 14, 12 арифметических операций управления.

В блоке 9 умножения (квадратор) сигнал датчика 7 напряжения увеличивается квадратично. Далее умноженный сигнал напряжения поступает на блок 10 умножения с постоянным коэффициентом "к", где происходит умножение квадратичного сигнала U2 напряжения на коэффициент "к" и выходной сигнал датчика скорости 8. Соответственно на выходе блока 10 умножения выделяется сигнал, пропорциональный величине мощности на валу асинхронного двигателя . Этот сигнал поступает на блоки 12 и 11. В блоке 12 деления производится деление двух сигналов, пропорциональных

. Функциональный преобразователь 16 осуществляет арифметическую операцию .

Далее в блоке 11 умножения производятся умножения сигналов, пропорциональных , при этом на выходе блока 11 образуются суммарные потери DP двигателя.

В блоках дифференцирования 14 и 15 дифференцируются сигналы U и P, которые поступают на блок 13 деления.

На выходе этого блока получаем сигнал равный . Величина сигнала может иметь разнополярное значение в зависимости от величины нагрузки. При изменении нагрузки на валу двигателя от нуля до номинальной знак сигнала положительный, а при увеличении нагрузки выше номинального

отрицательный. При суммировании сигналов задания и обратной связи в сумматоре 5, получаем на его выходе сигнал управления, который изменяет выходное напряжение преобразователя 2 частоты до экстремального значения. Причем экстремальная величина напряжения всегда будет обеспечивать минимум потребления активной мощности асинхронного двигателя.

Таким образом, вследствие минимизации суммарной мощности в зависимости от управляющей частоты и нагрузки на валу двигателя повышается КПД двигателя и снижается установленная мощность питаемого преобразователя частоты.

В системе экстремального управления заметно улучшается конструктивное исполнение двигателя в связи с отсутствием датчика потока двигателя, датчика момента и решающих устройств, реализующих изменение потока в зависимости от нагрузки и частоты. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Частотно-регулируемый асинхронный электропривод с экстремальным управлением, содержащий асинхронный двигатель, к статорным обмоткам которого подключены выходы статического преобразователя частоты, блоки регулирования частоты и напряжения, выходами подключенные к соответствующим управляющим входам статического преобразователя частоты, сумматор, выход которого соединен с входом блока регулирования напряжения, вход блока регулирования частоты соединен с выходом источника задания, отличающийся тем что с целью повышения КПД и упрощения, введены три блока умножения, два блока деления, два блока дифференцирования соответственно сигнала напряжения и мощности, датчик мощности и датчик напряжения, включенные в цепи статорных обмоток, датчик скорости, механически связанный с асинхронным двигателем, выход датчика напряжения подключен к входам блока дифференцирования сигнала напряжения и первого блока умножения, выходы датчика мощности и второго блока умножения подключены к входам первого блока деления, выходы датчика скорости и первого блока умножения подключены к входам второго блока умножения, выход первого блока деления подключен к входу функционального преобразователя, к входам третьего блока умножения подключены выходы второго блока умножения и функционального преобразователя, выход третьего блока умножения подключен к входу блок дифференцирования сигнала мощности, к входам второго блока деления подключены выходы блоков дифференцирования сигналов напряжения и мощности, выход второго блока деления подключен к одному из входов сумматора, другим входом соединенного с источником задания, а функциональный преобразователь выполнен с возможностью реализации функции



где h = P2/P1;

P2 мощность на валу асинхронного двигателя;

Р1 полная мощность, потребляемая асинхронным двигателем.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru