Частотно-управляемый асинхронный электропривод
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
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3927877/24 — 07 (22) 16.07.85 (46) 07..10.87. Бюл. ¹ 37 (71) Белорусский политехнический институт (72) В.И.Панасюк, Ю.В.Лопатин, Э.Д .Политыко, Ю.Н.Петренко и Л,М.Дембовский (53) 621.313.3.072.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 587589,.кл. Н 02 Р 7/42, 1978.
Авторское свидетельство СССР
¹- 629618, кл. Н 02 Р 7/42, 1978. (54) ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть ис„„Я0„„1343536 А 1 (51) 4 Н 02 P 7/42 пользовано в электроприводах различного назначения для регулирования yr— ла 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
<О поворота 8> при заданном уровне потерь энергии Q . t ил. 1 табл.
1343536 в виде
10 о где Л„, Л, Лз (R i + К )х х, - I р асо о
20 (3) х dt min т (4) 1 dt - min;
25 т
4dt45
50 о = Ь р cos r1> — bp
Р 6
+ h --)x
U — — sin у- (С 5 з1па - р, Э 5(р = g ps p„, sing!q
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах различного назначения для регулирования угла поворо— та вала асинхронного электродвигателя.
Целью изобретения является минимизация потерь энергии в электродвигателе в процессе позиционирования.
На чертеже показана структурная схема частотно-управляемого асинхронр ного электропривода.
Электропривод содержит асинхронный электродвигатель 1, статорные обмотки которого подключены к выходам статического преобразователя 2 частоты, вычислительный блок 3, соединенный выходами через блоки управления частотой 4 и напряжением 5 с управляющими 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
I вторым выходом датчика 6 частоты вращения, программные перекпючатели задания угла поворота 9 и уровня потерь 10,первый, второй, третий, четвертый 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 уравнениИ в полярных координатах — U сову dp + су cosa
U Р
sin у+ С -- sin gq+u), 1 э S на основе асимптотической магистральной теории аналитически определен оптимальный позиционный процесс °
Обобщенный критерий качества взят
+Л вЂ” Л <) dt- ппп, (2) неотрицательные весовые множители °
Критерий (2) учитывает быстродействие, потери и производительность и получен как взвешенная сумма критериев
Т т о
В (1) все величины выражены через параметры схемы замещения и обз0 щепринятые обозначения в декартовой системе координат:
U и — напряжение и частота питания статора; о, о — модули потокосцепления з 1"
35 статора и ротора;
dp — угол между потокосцеплениями статора и ротора; — момент сопротивления
У может зависеть от 4 не40 прерывно и монотонно; — частота вращения ротора;
I — момент инерции привода; а,Ъ,с,h,f — константы; В у= B — Ч = arctg
8 — угол поворота ротора; — угол поворота вектора потоз косцепления статора; — проекция вектора потокосцепSp ления статора на ось — проекция вектора потокоСцеп5Ы ленция статора на ось Ы; В (3) i u i — квадраты то2 ° 2 5 ков в роторе и статоре; и Rs и R — сопротивление статора и ротора, 4 Решение задачи минимизации функционала (2) при условиях (1) нахо— дят по выражению (P», 4 g» ) = argmin F + (рэ, д ц ) для раз гона, 5 имеющего место до достижения 4 значения 1и(при этом / > р .) и по выражению (р, 4 Ч» ) = argmax F (р, 4q) для торможения Я,й (при этОм p > (pà> ) Где 41() Р /(61) + Л2 — Л (аьт ):, 1343536 Учитываем ограничения на управление 0 (Б с Б„ и>„„„ о ы,„„, (6) и фазовые координаты 0(о с о яэ эмакс 0. „, „.„,= 1. (Rs + R1 ) . (1 — Cos -1у2 Зр sin (24 ) / + LI + 1 m где L — — — --— У L „— индуктивности статора, ротора, взаимная: b = 1 1. р — число пар полюсов. Значение ) может быть опреи делено из формулы (-1 Г=г) ., и Ю МИН 1 1" 1 1-11МИН 11 (Ы 4 sbL (= зр EQ макс I 1 ломаке С11 ) При разгоне имеем U< ь U1 - Пмакс 35 о Ф (у», 4y+) = (1; 0,5 arccos Х,), (9) (13) омакс 1 U111c1xc р»-2 + — — (а 1.40 где ю„= btg dV 4Р При торможении г " „+2 Cos Л 11») (— — —" Ь 2Ь на участке I (1 ) J ъ 4 = — -) Л2 и Ю 3, (p», д y») = (1; 0,5 arccos х ), (10) 45 (14) Р х sin 2 8LI + p ) +)2 — (, 2 + + btg el% + ) (15) П, р» Таким образом, получены аналитические выражения для оптимального в смысле критерия (2) управления асинхронным электроприводом. Электропривод работает следующим образом. Сигналы с программных переключателей задания уровня потерь 10 и Л,(Rs + R,) где а = — — — — — — —— 1 2 (Ь1)2 У Х 1 Й9 С 1 < (+ )+ Л2- Л, o(1 а 15 на У 4астке ТТ к (Р 89 » ) = (1; -0,5 arccos х ), (11) 2 20 1+ с4+Нь 2d, +о(1 + 2 (1 + d)2+ 2 Управления U и м", удерживающие систему (1) в точках (р »„ 25 йq» ) при разгоне и (р», Ь1 » } при торможении, определяются как 30 4 = ы, 1 о м„„11 1 лба кс 1 (12) 1 угла поворота 9 поступают в вычислительный блок 3, где по заранее пост— роенным таблицам определяется Л, и (параметр Л> noaaraevcz pae ным 1). Далее вычислительный блок 3 Рассчитывает значение 1 и по фоРмУле (8) и "к 12/ 1з и s каждом такте управления выполняет (до тех Зб 1+ х> В tg 4 += + Г1 ы + 1 1+ х,. (2 1 + X1IZ sin 24 + = + агссоз х 2 ) = — 1 — х 2 Введем обозначения х, при разгоне, х при торможении, у+ = k1,Г х+2 2 где 1 — при разгоне на участке I торможения, 1 + Cos 24M Gos д Ф м — Ь вЂ”.— -- +ур + -— 1+ х+ я2 tg4q = Ф Ф где А= а — — — (1+ х ). 2Ь sin 24М = + Алгоритм, реализованный в вычислительном блоке 3, выглядит в общем виде так: (+ 0 5 arccos x z) вычисление и задание постоянных 2 коэффициентов; k, .= -1 признак разгона), 1 (знак "+" перед у ); 2 разгон (х = х,), пока получаем 1+Cos 2 Cos dq+ — — — — —— 1+ Соз (+ arccos x 2 ) 5 13435 йор, пока асинхронный двигатель 1 не отработает заданный программным переключателем 9 угол поворота ротора 9> ) следующую процедуру: рассчитывается 44 о, U д, . Теперь 5 + значения U и ш+ 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 двигателя (значение скорости, ускорения, статического момента) через датчики частоты вращения 6, статического момента 7 и ускорения 8 поступает на входы вычислительного блока 3, который переходит 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 p = 1, что позволяет этот сомножитель исключить из выражений (14) и (15). Ингредиент (— p2 sin 24ц - )/I 2Ь иэ формулы (15) представляет собой преобразованную правую часть уравнения (з кз )iiI т е BUCKO рение. В (14) и (15) имеются члены Cos2 qadi» sin 2 4у+, tg 4q где л + — магистральные значения ((9) 40 (11)). На основании известных тригонометрических соотношений -1 — на участке II торможения. Знак "-" в формулах соответствует второму участку торможения, где 4q (0. Учитывая указанные выводы запи- шем выражения для U и ы, которые реализуются в вычислительном блоке 3. й>= А + t k у+(— + — — )+р 2 г ch Ь 2Ь 1+х+ 1343536 Тогда 1 =z -1, 2 откуда + kg х 2 (Uý П )ах ); щ -мп иах(ы .,„,ul)I, где d д, k) 5 36 константы; промежуточные результаты. k, := 1 (признак торможения); торможение (первый участок), поK B 1 к k 2 . = -1 (знак — перед у») признак участка II торможения; торможение, пока 1 0 останов; Выражение для х" упрощается следующим образом. Пусть г„= 1+Ы,; z2 = z>++ d„+ 2с(„+ ps = ((d + 2Ы, + + 1) + P2) — 1 = (z2 т В табличной записи алгоритма используются следующие соотношения: 40L Re+ Rr Зр 262 L2 ch — х» =1+х» 3 2Ь У Э ь 1р:В =-=- А=а — k x* -+ х 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 указанного алгоритма работы вычислительного блока 3 позволяет электроприводу за минимальное время срабатывать заданный угол поворота 8 при заданном уровне потерь энергии Формула изобретения Частотно-управляемый асинхронный электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, статорные обмотки которого подключены к выходам статического преобразователя частоты, вычислительный блок, соединенный выходами через блоки управления напряжением и частотой с управляющими входами статического преобразователя частоты, датчик частоты вращения ротора асинхронного электроЗ0 двигателя, первый выход которого подключен к первому входу вычислительного блока, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью минимизации потерь энергии в электродвигателе в 35 процессе позиционирования, введены программные переключатели задания угла поворота и уровня потерь, датчик статического момента, датчик ускорения, второй, третий, четвертый 40 и пятый входы вычислительного блока соединены с выходами соответственно программного переключателя задания угла поворота, программного переключателя задания уровня потерь, датчи45 ка ускорения и датчика статического момента, а вычислительный блок функционирует в соответствии с алгоритмом, представленным в таблице;!.343536 i л 1 1 Ь:(Э I 1 cC) г )t сс) с) )с) ° Ф л с с.) Cl г t .ф Х - N N N N N N "т + N N C) N 1 Ю I E 1 )CI I 1!! с- С) М г сс) 1 + ) с: (1 ю )Х О а О СО сс с Ф ) сс) I)) Ф л- г -б 00 г, N I N N N т 1 N Cd d Х Х Э Э Ж K Х О Э Х 1 Е " Э Ь C(ссс гЬ C) N сс:) ) О) 4 Cd N I cd I О X Ьс Ц Х сю а CO 0 О - < ) < с П сЮ )Х Ц и CU СС! Х Ь Х Б .0 В с) о4 с СсЬ а Р ) Ь)4 г сС) + а )-1 С4 к )Д )) Х Ьс Ф х а CU и а cd О Р М Х Э Э Х Х Э Х Х Х CU Э Х Х М Э Х О Э Я Х О Ь„ 2 Е Ь» Э 0 ) О Э CU Х Х Х A ц! с;Ь ЬЬЬ Р Х Х Cd О О Х Х а а Х 2 Х Х Э Э О Х Х Е ) 0 134353б )g ж Ef Я :» 1 1 t(Э 1 1 Ц и ф ф 1Х 17 N о сЧ сч N N ° t N .N м 4 N N Ф I Ф N N N 14 Ю i ll + 4 -б" счФ 4, 4 + + с4 и с.z$ -! + + СЧ 1 л 1 . cv ъ Ф -! + Я ч Ф \ + N Х Х ч- ЮЪ Ф»ъ Юъ C4 144 О 4 N N 1 4,М N N Х N I м — с 1м 2 ж <У И о ж Е 1 1 Ъ Ж ol ж ж Ф Ж K э о ж о Е о х Ф 1 ж Ж Я Ф cd е ж И е о х о ц ж ! Ф Е o < Э ж ж Ф И о ж Е I 1 ъ Э с5 o oa о х Е 1 Ъ м о % Ч N N CV N 14 Ф 4 N и .Ic p N N N <и сЧ I 4 л со С N о СЧ H Р СЧ л ч 1 1 c t п1 а! 1 1» 1 <у 1 g 1 е1 1 о! ц1 о! р,l I )Я ь, а! о !!! М И ЗД Е» ь0 Cd Ж д, 0) Ь Р <б о д М Х! 1-4! 343536 1 1 (I ф ! Х » ,Х> -т Мс 1х ! Х Р Ф, <," .О,И + ФЪ Я д ф ъ о. eel Я М 1 cd с4 tel О A Р Р С1 < И 45 сч N N Э Ж Э х э х д э K э х K o 1 е О Х O С4 z ц о о W o Э Ж х х х э Э М K o О 4 Х Х и Э ж х х э K о о х Е I о Э х х ! a! Ц I (U 1::(<О Э ж х о С»4 I ч В 1 у! ! Ж о 1 щ! ! 1 Э1 л х! х! ЭI о, о г — 1 >. М -Ф r- ао ц, о с4 С4 с4 с 4 с4 N N gQ N И N И Я И Г4 r ! Р .!. 4!С! х 1Х (О,О + + + с М I Ф О щ Ф СЧ cv ! Х СХ N Ir !4 Н са о гз * с М е4 ill .а N N !4 N о,о л )»вЂ” Г 4 м м м м м с c М .0 CCI Т Ъ cubi С tel И N N N N м о о л ср .4 -Ф -4 l5! 343536 Ь Х с 4 г> и х (» (" M х — х > ° » > >>-> ш х х и х >х х х н а р g ! 0 t0 0J Э !:(0J а а э Э Э и И I o >х х Й о я о ! 0 > Х Э 1:(Э а 0J а Э Ц 0l и ц К. (:( о Х 0J Q I Э 1 с4 З З 3 1!0 ! 1 Ф 1: х ы Е э Э Э Н I(Н >0 >0 ° е Ц э, о Е И Г(0 0J Н Н >0 ° х Е A х ы ы Е Е с 3 -! к ы 6 Е Е ((э 3 3 о х х х э l 0l Х ! 10 (0 О 0( а o o >> > > с 3 3 3 3 1 сч I (1 СО O - СЧ п б V V Л" 0O а Π— сЧ 1»"»>"»>1 >>">»"> И 4>»> О"»>"> О Р Ъ и х Ц! E» ! 1 х Э!! 1 л ж!! k(! „(о И (Х б х И И >х ы (В х э а, Ц Э о х с Е E 3 з Н Н 0(>О . а х 3 Э (х Э Э х х 0(0J 0(Э t0 Х (0 Х 4 Э Ю Э Ф х х х V t0 V Х <б Х <б а а а а o t» o о о х х Ю Р Clj е( а а g g Э II Э Н Н 0 ° ° 0 Ц о с-> Q CA „Я Щ Э х х Э 0(Э д х х х 0J <б Э Ф х V (0 х а о д о 1 1 I (0 1 о х v о 1 
