Способ стабилизации частоты вращения синхронного двигателя

Авторы патента:

H02P21/05 - Устройства для управления или регулирования электродвигателей путем управления ориентацией поля; управление вектором

Владельцы патента RU 2582201:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) (RU)

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам регулируемого электропривода на базе синхронных двигателей с преобразователями частоты (ПЧ). Cпособ стабилизации частоты вращения электродвигателей переменного тока состоит в воздействии на фазовый угол синусоидального напряжения питания, формируемого ПЧ, пропорционально сигналу отклонения мгновенного значения угла нагрузки Θ от его среднего значения за период автоколебаний, обеспечивая его фазовый сдвиг и, тем самым, демпфирование колебаний частоты вращения синхронных электродвигателей. Технический результат заключается в обеспечении эффективного гашения автоколебаний синхронного двигателя без использования датчика положения ротора, в простоте реализации и возможности применения в различных видах ПЧ. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам регулируемого электропривода на базе синхронных двигателей с преобразователями частоты (ПЧ). Изобретение может быть использовано для демпфирования колебаний частоты вращения синхронных электродвигателей, в которых отсутствует возможность непосредственного измерения угла нагрузки Θ, в частности для систем скалярного электропривода при раздельном формировании амплитуды и частоты питающего напряжения, и применено в различных видах ПЧ.

Известен способ двухзонного амплитудно-фазового перевозбуждения синхронных гистерезисных электродвигателей с инерционной нагрузкой, при котором одновременно с увеличением и последующим снижением напряжения питания регулируют фазу результирующего вектора напряжения [1]. Недостатком данного способа является его применимость только для инверторов с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения.

Наиболее близким к предложенному способу является способ стабилизации частоты вращения электродвигателей переменного тока (варианты) [2], который обеспечивает стабилизацию частоты вращения электродвигателей переменного тока, питающихся от статических преобразователей частоты, содержащих инвертор с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения, при этом изменяют сформированное с помощью инвертора питающее напряжение электродвигателя посредством сигнала обратной связи, который формируют пропорционально фазе второй производной фазного тока электродвигателя на одном из коммутационных интервалов инвертора. Недостатком данного способа является его применимость только для инверторов с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения.

Предложенный способ стабилизации частоты вращения синхронного двигателя решает задачу эффективного гашения автоколебаний ротора синхронных машин.

Поставленная задача решается тем, что согласно способу стабилизации частоты вращения синхронного двигателя, питающегося от статического преобразователя частоты, в соответствии с которым изменяют сформированное с помощью инвертора питающее двигатель напряжение посредством отрицательной обратной связи, вычисляют отклонение угла нагрузки от среднего значения за период автоколебаний, определяют корректирующий сигнал, пропорциональный отклонению угла нагрузки от среднего значения, вычитают этот корректирующий сигнал из сигнала задания фазового угла синусоидального напряжения, чем обеспечивают его фазовый сдвиг.

На фиг. 1 показана схема устройства, реализующего предложенный способ стабилизации частоты вращения электродвигателей переменного тока.

Устройство, реализующее предложенный способ, содержит синхронную машину 1, преобразователь частоты 2, датчики тока 3, датчики напряжения 4, наблюдатель угла нагрузки Θ 5, блок вычисления среднего значения угла нагрузки Θ за период автоколебаний Τ_θ 6, сумматор 7, блок масштабирования отклонения мгновенного значения угла нагрузки ΔΘ, который осуществляет перевод отклонения в управляющее воздействие на положение вектора напряжения статора 8, сумматор 9.

Способ стабилизации частоты вращения синхронного двигателя заключается в следующем. Частота свободных колебаний угла нагрузки определяется параметрами как электрической, так и механической частей привода. Статическая нагрузка привода определяется средней за период свободных колебаний величиной угла нагрузки Θ. Для гашения свободных колебаний электропривода, как следует из положений теории классической механики, для успешного подавления колебаний управляющее воздействие должно прикладываться в фазе с колебаниями системы. Блок преобразователя 2, содержащий инвертор, формирует питающее напряжение u₁ электродвигателя 1 согласно заданию на амплитуду U₁, частоту f₁ и фазу φ

u₁=U₁*sin(ω₁*t+φ),

где ω₁=(2*π*f₁)/p; p - число пар полюсов статора.

Блок наблюдателя 5 на основании сигналов с датчиков тока 3 и напряжения 4 вычисляет мгновенное значение угла нагрузки Θ, затем реализуется алгоритм определения отклонения угла нагрузки от его среднего значения за период свободных колебаний. В блоке 6 вычисляется среднее значение угла нагрузки Θ со временем осреднения Т_Θ. Далее на выходе сумматора 7 формируется величина отклонения ΔΘ угла нагрузки от среднего значения. В блоке 8 масштабирования отклонения мгновенного значения угла нагрузки ΔΘ происходит умножение на коэффициент Κ_φ. Сумматор 9 вычитает сформированный сигнал коррекции из задания фазового угла синусоидального напряжения, чем обеспечивается его фазовый сдвиг.

Величину масштабирующего коэффициента Κ_φ необходимо выбирать исходя из требований интенсивности стабилизации угла нагрузки. Κ_φ должен быть меньше единицы, иначе система станет неустойчивой, однако чем ближе его величина к единице, тем больше быстродействие контура стабилизации угла нагрузки Θ. Из этих соображений для каждого отдельно взятого электропривода подбирается величина коэффициента Κ_φ. Постоянная времени осреднения Т_Θ должна быть обязательно не меньше периода свободных колебаний системы электропривода. Однако при выборе слишком большой величины этой постоянной времени это может привести к ухудшению динамических характеристик системы при изменении нагрузки на валу. Поэтому эту постоянную времени необходимо выбирать в пределах (1…2)*Т₀, где Т₀ - период свободных колебаний разомкнутой системы электропривода.

Преимуществами данного способа по отношению к аналогам являются: простота реализации алгоритма стабилизации частоты вращения синхронного двигателя, универсальность метода и возможность применения в различных видах ПЧ.

Литература

1. Патент RU №2375813 C1, кл. Н02Р 21/05, Н02Р 6/00 от 10.12.2009.

2. Патент RU №2164053 С1, кл. Н02Р 7/42, Н02Р 7/62 от 10.03.2001.

Способ стабилизации частоты вращения синхронного двигателя, питающегося от статического преобразователя частоты, в соответствии с которым изменяют сформированное с помощью инвертора питающее двигатель напряжение посредством отрицательной обратной связи, отличающийся тем, что вычисляют отклонение угла нагрузки от среднего значения за период автоколебаний, определяют корректирующий сигнал, пропорциональный отклонению угла нагрузки от среднего значения, вычитают этот корректирующий сигнал из сигнала задания фазового угла синусоидального напряжения, чем обеспечивают его фазовый сдвиг.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих электроприводах с асинхронными исполнительными двигателями. Техническим результатом является повышение быстродействия следящего электропривода с асинхронным исполнительным двигателем.

Способ управления конвертором // 2578165

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрических системах. Техническим результатом является обеспечение быстрой реакции на управляющее воздействие, в частности на вращающий момент, и малых искажений высшими гармониками.

Управляющее устройство для вращающейся машины переменного тока // 2577529

Изобретение относится к области электротехники и может быть испольтзовано для управления вращающейся электрической машиной, такой как индукционная (асинхронная или синхронная) машина.

Электропривод переменного тока // 2576330

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования частоты вращения ротора асинхронных электроприводов с тиристорным преобразователем напряжения.

Устройство управления вращающейся машины переменного тока // 2576246

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано во асинхронной и синхронной электрической машине без использования датчика положения. Технический результат - уменьшение вибраций и шумов.

Коррекция смещения магнитного потока для вращающейся электрической машины // 2566499

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано во вращающихся электрических машинах. Технический результат - повышение точности коррекции ошибки смещения магнитного потока в разомкнутой системе управления вращающейся электрической машине.

Способ управления двигателем // 2566301

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводе. Технический результат - увеличение КПД на низких частотах вращения.

Устройство управления синхронной машиной с постоянными магнитами // 2561879

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления синхронной машиной с постоянными магнитами «MSAP». Техническим результатом является обеспечение оптимальной надежности и высокой безопасности.

Устройство управления электродвигателем с постоянными магнитами без использования датчиков положения // 2560090

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигателями с постоянными магнитами. Технический результат - повышение точности определения углового положения при низких угловых скоростях вращения ротора электродвигателя с постоянными магнитами.

Система и способ демпфирования крутильного колебания без использования датчиков // 2559200

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для демпфирования крутильных колебаний во вращающейся системе. Технический результат - осуществление демпфирования колебаний без использования датчиков вращающегося момента.

Электропривод переменного тока // 2582202

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в регулируемом электроприводе переменного тока. Технический результат заключается в уменьшении тока статора в пусковом режиме, обеспечивающего заданный момент двигателя, повышении работоспособности устройства. В электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель и инвертор с ШИМ-регулятором, два датчика тока статора, блок задания частоты вращения поля статора и амплитуды напряжения, блок коррекции задания напряжения, содержащий блок вычислительных операций, осуществляющий выработку корректирующего сигнала задания напряжения в функции рассчитываемого параметра - тангенса угла между векторами тока и эдс статора, вычисляемого на основании измеренных значений фазных токов статора и сигналов задания на фазные напряжения двигателя, введен блок, изменяющий сигнал коррекции с учетом насыщения двигателя. Инвертором формируются фазные напряжения статора с частотой и амплитудой, необходимой для обеспечения заданного значения момента при условии минимизации потребления тока статора из сети с учетом насыщения двигателя. Электропривод работает с реально измеряемыми переменными, что упрощает алгоритм расчета корректирующего сигнала и снижает требования к управляющему контроллеру. 3 ил.

Электропривод переменного тока // 2584142

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах РЛС (радиолокационная станция), рулевом электроприводе. Техническим результатом является увеличение диапазона регулирования скорости электродвигателя за счет регулирования токов двигателя в полярной системе координат, улучшение эксплуатационных характеристик двигателя и повышение надежности электропривода. Электропривод переменного тока содержит датчик положения ротора, соединенный с ротором синхронного двигателя на постоянных магнитах, подключенный фазными обмотками к выходу инвертора напряжения, на вход которого подключен векторный модулятор, на первый вход которого подключен регулятор модуля тока, к входу которого подключен сумматор, к первому входу которого подключен задатчик модуля тока, к второму входу которого подключен первый выход преобразователя координат, вход которого подключен к датчикам фазных токов двигателя. Второй вход векторного модулятора подключен к выходу регулятора фазы тока, вход которого подключен к сумматору, первый вход которого подключен к второму выходу преобразователя координат, второй вход подключен к выходу датчика положения. Электропривод может содержать сумматор, включенный между выходом регулятора фазных токов и вторым входом векторного модулятора, при этом второй вход сумматора соединен с выходом датчика положения ротора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. .

Энергоэффективный способ управления асинхронными тяговыми двигателями, подключенными параллельно к одному инвертору // 2586944

Изобретение относится к способам для управления тяговой системой транспортных средств с электротягой. Способ управления асинхронными тяговыми двигателями включает вычисление текущих значений электромагнитного момента и потокосцепления статора в блоке DTC (Direct Torque Control) по двигателю первой оси тележки. При этом вычисление задания на момент, подаваемого в блок DTC, ведется регулятором скорости с использованием сигналов максимальной или минимальной скорости вращения параллельно включенных асинхронных двигателей. В режиме тяги управление ведется по максимальной, а в режиме торможения - по минимальной скорости вращения. Задание на потокосцепление статора , подаваемое в блок DTC, определяется по заданной зависимости потокосцепления от задания на электромагнитный момент двигателя , предварительно рассчитанной из условия минимума тока статора с учетом насыщения двигателя. При включении двигателей под напряжение в первые моменты времени задание на потокосцепление определяется в зависимости от времени. Технический результат заключается в обеспечении высокодинамичного регулирования момента тяговых двигателей и предупреждения буксования и юза. 1 ил.

Электропривод колебательно-вращательного движения // 2592080

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам переменного тока периодического движения. Электропривод колебательно-вращательного движения содержит двухфазный асинхронный двигатель, обмотка возбуждения которого подключена к источнику переменного тока, а обмотка управления к выходу инвертора напряжения, преобразователь напряжение-частота, частотный демодулятор, прецизионный регулируемый блок питания постоянного напряжения, фазовое звено и два сумматора. Выход прецизионного регулируемого блока питания постоянного напряжения подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом частотного демодулятора, вход которого подключен к источнику переменного тока, а выход соединен с входом преобразователя напряжение-частота. Выход преобразователя напряжение-частота подключен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом фазового звена, а выход соединен с входом инвертора напряжения. Вход фазового звена подключен к источнику переменного тока. Технический результат состоит в обеспечении регулирования параметров движения колебательно-вращательного режима работы электропривода. 2 ил.

Способ энергоэффективного двухзонного регулирования скорости асинхронного электропривода с гибким ограничением мощности // 2605458

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: 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.

Устройство регулирования для устранения помех в сети // 2606210

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройству (1) регулирования для снижения электрических помех в сети (2), которые вызываются колебаниями момента подключенного через инвертор (3) электродвигателя (4). Входной сигнал (8) устройства (1) регулирования содержит информации о токах и/или напряжениях в электродвигателе (4), вызванные помехами в сети (2) от колебаний момента. Информация о числе оборотов и/или угле поворота ротора электродвигателя (4) обеспечивает регулирование частотно-избирательным образом. Фильтр (15) верхних частот исключает изменения заданного значения числа оборотов и низкочастотные составляющие момента электродвигателя из вычисления регулирующего сигнала для снижения помех, содержащего только отдельные дополнительные составляющие (115) момента. Результирующий выходной сигнал (10) дополнительного момента устройства (1) регулирования с отрицательным знаком накладывается на заданный момент (104) и подается как общий заданный момент (110) на устройство (14) управления инвертором. Технический результат состоит в минимизации электрических помех в сети (2), которые вызываются колебаниями момента электродвигателя (4). 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ управления первичным магнитным потоком // 2606637

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления синхронным двигателем с постоянными магнитами. Техническим результатом является - приведение в действие поворотного электродвигателя в эффективной рабочей точке. В способе управления первичным магнитным потоком в соответствии с крутящим моментом осуществляют изменение значения команды первичного магнитного потока в соответствии с крутящим моментом для надлежащего управления посредством этого фазой тока при управлении первичным магнитным потоком. Применительно к некоторому крутящему моменту Т в тех случаях, когда амплитуда Λδ первичного магнитного потока принимает значение Λδ0(Т), амплитуда ia тока якоря минимизируется. При этом обеспечивается управление с максимальным крутящим моментом/током. Таким образом, значение Λδ0(Т) используется в качестве амплитуды значения команды первичного магнитного потока для выполнения управления первичным магнитным потоком, благодаря чему ток якоря определяется автоматически. То есть фаза β тока определяется однозначно. Одним словом, управление фазой β тока осуществляется для получения желаемой фазы в соответствии с крутящим моментом Т, чтобы поворотный электродвигатель приводился в действие в эффективной рабочей точке в соответствии с крутящим моментом. 14 з.п. ф-лы, 17 ил.

Способ фазирования вращающегося вала электродвигателя и устройство для его осуществления // 2608177

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу. При фазировании вала электродвигателя формируют импульсы FОС на выходе ДПР (15) и импульсы фазирования FОП на выходе ДЧ (4). При сравнении FОС и FОП блок (9) фазового рассогласования определяет величину углового рассогласования Δα. При сравнении fOП и fOC определяют величину фазового рассогласования γ=Δϕ. На выходах управляемых делителей (2,3) частоты формируют частоту fОП для управления электродвигателем (12) и частоту fП = fОП/2. При условии fП<fОС значение |ΔfП|≤0,02fП. При условии fП<fOП значение fП = fОП. Вычислительное устройство (14) формирует значение Δω рассогласования по угловой скорости, а также сигналы задания N1 и N2 для управляемых делителей частоты (2,3). На основе обработки значений Δα и Δω блок (13) регулирования переводит электродвигатель (12) в тормозной режим или в двигательный. Технический результат состоит в уменьшении погрешности измерения фазового рассогласования вращающегося вала электродвигателя. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Полупроводниковое устройство регулирования скорости однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя с явно выраженным звеном постоянного тока // 2613345

Полупроводниковое устройство регулирования скорости однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя с явно выраженным звеном постоянного тока относится к регулируемым полупроводниковым преобразователям для однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя и может быть использовано для плавного регулирования скорости электродвигателя. Два однофазных автономных инвертора-преобразователя частоты подсоединены к питающей сети постоянного тока. Каждый из однофазных автономных инверторов-преобразователей частоты выполнен на двух парах полупроводниковых ключей. К средним точкам последовательно соединенных полупроводниковых ключей в каждом инверторе-преобразователе частоты подключены обмотки статора. Эмиттеры пары двух полупроводниковых ключей каждого однофазного автономного инвертора-преобразователя частоты, в качестве которых использованы n-p-n транзисторы, объединены и подсоединены к минусу питающей сети постоянного тока. Коллекторы этих двух полупроводниковых ключей, в качестве которых использованы n-p-n транзисторы, подключены к средней точке последовательно соединенных полупроводниковых ключей и к обмотке статора. В качестве двух полупроводниковых ключей другой пары каждого однофазного автономного инвертора-преобразователя частоты использованы тиристоры со встречно включенными диодами, причем в каждом из данных полупроводниковых ключей анод тиристора и катод диода объединены и подсоединены к плюсу питающей сети постоянного тока, а катод тиристора и анод диода объединены и подключены к средней точке последовательно соединенных полупроводниковых ключей и к обмотке статора. Значительно повышается надежность работы устройства и, соответственно, однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя, обеспечивается возможность использования небольшого количества источников питания для управления транзисторами при невысокой стоимости устройства и уменьшается расход электрической энергии на поддержание открытого состояния транзисторов. 7 ил.

Способ управления двигателем с постоянными магнитами и соответствующая система // 2624255

Использование: в области электротехники для управления силовой установкой, содержащей электрический двигатель, оснащенный ротором с постоянными магнитами и статором. Технический результат – повышение надежности и стабильности контроля крутящего момента двигателя. Способ включает в себя этап регулирования (ER) токов статора, таким образом, чтобы они достигали своих заданных значений, при помощи сигналов управления (Vd, Vq) электрическим двигателем, при этом указанные регулируемые токи и указанные сигналы управления (Vd, Vq) выражены во вращающейся системе координат, содержащей множество осей (d, q), отличающийся тем, что указанный этап регулирования (ER) содержит для каждой из осей указанного множества осей этап применения (Е3) для регулируемого тока на этой оси линейного оператора, который различается в зависимости от значения указанного регулируемого тока по отношению к его заданному значению, при этом результатом применения линейного оператора является сигнал управления (Vd, Vq) на этой оси. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.