Способ определения момента нагрузки асинхронного электродвигателя

Асинхронный электропривод для измерения момента сопротивления, создаваемого нагрузкой двигателя. Измеряют мгновенные величины токов и напряжений статора асинхронного двигателя, преобразуют трехфазные значения токов и напряжений в двухфазные составляющие токов и напряжений. На каждом из временных отрезков составляют матрицу коэффициентов уравнений состояния асинхронного двигателя, определяют матрицу ковариаций ошибки, определяют матричный коэффициент усиления фильтра Калмана, определяют вектор выходных величин, по составляющим которого вычисляют электромагнитный момент и угловую скорость вращения ротора, развиваемые асинхронным электродвигателем. По значениям электромагнитного момента и угловой скорости вращения ротора определяют промежуточные значения момента нагрузки, фильтруют данные, тем самым определяя мгновенную величину момента нагрузки асинхронного двигателя. Техническим результатом при реализации заявленного решения является повышение точности определения измерения момента нагрузки.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при учете момента нагрузки асинхронного электродвигателя.

Известен способ определения крутящего момента (Попов, А. П. Микропроцессорная система бесконтактного контроля и измерения крутящего момента / А. П. Попов, М. Р. Винокуров, А. А. Моисеенко // Вестник Донского государственного технического университета. – 2010. – Т. 10. – № 2(45). – С. 243-248.) Сущность способа: Два соосных вала нагрузки и рабочего механизма соединяют через упругий элемент. На концах упругого элемента устанавливают ферромагнитные зубцы. При отсутствии крутящего момента угловое смещение между первым и вторым зубцами равно нулю. На плоском жестком основании, параллельном осевой линии двигателя и рабочего механизма, установлены два индукционных датчика. При вращении валов в момент прохождения любого из зубцов через магнитное поле соответствующего датчика последний вырабатывает двухполярный импульс напряжения. Если крутящий момент не равен нулю, упругий элемент скручивается, а один из зубцов начинает отставать от другого на определенный угол. Интервал времени между импульсами первого и второго индукционных датчиков будет прямо пропорционален углу скручивания упругого элемента (т.е. крутящему моменту) и обратно пропорционален угловой скорости вращения зубцов.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения момента нагрузки асинхронного электродвигателя (Афанасьев К.С., Глазырин А.С. Наблюдатель полного вектора состояния и момента нагрузки асинхронного электродвигателя //Электротехнические комплексы и системы управления. –2013. – № 4. – С. 24–30.). Сущность способа: измеряют проекции вектора тока и напряжения статора, определяют оцененные составляющие тока статора, вычисляют разницу между оцененными значениями составляющих тока статора и текущими значениями составляющих стока статора, определяют оцененные значения составляющих потокосцеплений ротора, по оцененным значениям составляющих тока статора и потокосцепления ротора определяют электромагнитный момент асинхронного двигателя, с помощью оцененных значений составляющих потокосцепления ротора и разниц между оцененными значениями составляющих тока статора и текущими значениями составляющих тока статора, определяют момент нагрузки.

Недостатками известных способов является недостаточная точность определения момента сопротивления в установившихся и переходных процессах в условиях шумов входных сигналов.

Задачей изобретения является повышение точности момента нагрузки асинхронного электродвигателя.

Отличием от известных способов является использование фильтра Калмана, позволяющего снизить погрешность определения момента сопротивления нагрузки асинхронного электродвигателя.

Сущность технического решения поясняется формулами (1-8).

Технический результат достигается тем, что измеряют мгновенные величины токов (,,) и напряжений (,,) статора асинхронного двигателя, вычисляют двухфазные составляющие тока статора (,) и напряжения (,):

(1)

(2).

Для определения переменных состояния асинхронного двигателя используют Фильтр Калмана (Бреммер К., Зиферлинг Г. Фильтр Калмана–Бьюси. – М.: Наука, 1982. – 199 с.). Входными воздействиями для фильтра Калмана на i-м шаге являются:

– вектор преобразованных величин тока:

;

– вектор преобразованных величин напряжения:

.

Выходными значениями фильтра Калмана является вектор ,

Где – потокосцепление ротора;

– угловая скорость вращения ротора двигателя.

Определяют матрицу ковариаций ошибки на i-м шаге (3):

(3)

где – шаг итерации;

– матрица коэффициентов уравнений состояния асинхронного двигателя ;

– единичная матрица;

– вектор выхода;

;

– матрица ковариации случайных воздействий вида:

.

, , – величины, определяющие случайный нормальный процесс с нулевым математическим ожиданием.

Коэффициенты матрицы определяются через параметры асинхронного двигателя

где – индуктивность ветви намагничивания, Гн;

, – индуктивность статора и ротора, Гн;

, – сопротивление статора и ротора, Ом;

– совместный момент инерции нагрузки и асинхронного двигателя, кг·м2;

– число пар полюсов асинхронного двигателя.

Определяют матричный коэффициент усиления фильтра Калмана на i-м шаге (4):

(4)

– матрица ожидаемой дисперсии ошибки измерений;

;

– ожидаемая дисперсия ошибки измерений.

Определяют вектор выходных величин по формуле (5):

(5)

– матрица управления:

;

Определяют угловую скорость вращения ротора двигателя :

.

Определяют электромагнитный момент асинхронного двигателя по формуле (6):

(6)

На интервале усреднения , определяют момент нагрузки асинхронного двигателя (7):

(7)

Где – оператор дифференцирования, с–1.

Фильтруют данные, определяют мгновенную величину момент нагрузки асинхронного двигателя, по формуле (8):

.(8)

В численных экспериментах на асинхронном двигателе АД80М2 статическая погрешность определения момента нагрузки по сравнению с эталонной моделью в установившемся режиме не превышает 1%.

Способ определения момента нагрузки асинхронного двигателя, заключающийся в том, что проводят измерение мгновенных величин токов и напряжений статора асинхронного двигателя, преобразование трехфазных значений токов и напряжений в двухфазные составляющие токов и напряжений, отличающийся тем, что на каждом из временных отрезков составляют матрицу коэффициентов уравнений состояния асинхронного двигателя, определяют матрицу ковариаций ошибки, определяют матричный коэффициент усиления фильтра Калмана, определяют вектор выходных величин, по составляющим которого вычисляют электромагнитный момент и угловую скорость вращения ротора, развиваемые асинхронным электродвигателем, по значениям электромагнитного момента и угловой скорости вращения ротора определяют промежуточные значения момента нагрузки, фильтруют данные, тем самым определяя мгновенную величину момента нагрузки асинхронного двигателя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования загрузки электродвигателей переменного тока. Технический результат заключается в повышении точности измерений электромагнитного момента и мощности.

Группа изобретений относится к способу и системе управления многофазной электрической машиной, в частности асинхронной машиной. Асинхронная машина содержит: ротор, статор и минимум две фазные обмотки.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в повышении качества отработки и регулирования малых угловых скоростей объекта управления путем компенсации погрешности, вызванной несоосностью ротора двигателя и объекта управления, в случае, когда контур обратной связи замкнут по угловому положению ротора двигателя.

Изобретение относится к способу управления электродвигателями с помощью векторного управления. Способ идентификации постоянной времени Tr ротора асинхронного двигателя в системе векторного полеориентированного управления заключается в том, что задают начальные значения постоянной времени Tr ротора и тока Id, далее не менее двух раз задаются разные значения тока Iq, при которых измеряется момент на валу асинхронного двигателя, фиксируют в заданный момент времени значения угловой частоты вращения ротора, магнитного потока и нагрузки на роторе, и с учетом этих параметров фиксируют изменение моментообразующей составляющей тока Iq, которая будет соответствовать новому значению Iq1, а также значение электромагнитного момента М1.

Группа изобретений относится к устройству для управления синхронным двигателем. Способ управления синхронной трехфазной электрической машиной, содержащей статор и ротор, заключается в том, что измеряют токи первой и второй фаз упомянутого статора, измеряют угловое положение ротора, вычисляют упомянутые токи, измеренные в системе (d, q) отсчета ротора, вычисляют погрешность автоматического управления, рекурсивно вычисляют напряжения компенсации гармоник тока, вычисляют управляющие напряжения для электрической машины и подают управляющие напряжения на электрическую машину.

Изобретение относится к устройству управления электродвигателями с помощью векторного управления. Устройство экстремального управления асинхронного двигателя содержит преобразователь частоты, два преобразователя координат, задатчик скорости, первый и второй регуляторы тока, первый, второй и третий элементы сравнения, регулятор скорости, вычислитель d-составляющей тока двигателя, вычислитель q-составляющей тока двигателя, вычислитель скольжения, вычислитель угла поворота и датчик скорости.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к линейным вентильным электродвигателям, а именно способу обеспечения поступательного движение подвижной части электродвигателя, а именно ротора в виде слайдера. Технический результат заключается в повышении удельной мощности электродвигателя, уменьшении шага полюсного деления, повышении точности позиционирования подвижной части электродвигателя.

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для минимизации потерь электроэнергии, бездатчикового регулирования вентильных электродвигателей с постоянными магнитами, в том числе для электронасосов нефтяных скважин, а также электродвигателей, применяемых в промышленности и городском хозяйстве.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к системе векторного полеориентированного управления электроприводом на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Технический результат заключается в повышении энергетических показателей работы асинхронного электропривода с векторным полеориентированным управлением при работе в области ограничения статорного напряжения и в области высоких частот вращения двигателя.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение снижения суммарных потерь из потерь мотора и потерь инвертора.

Раскрыт способ оценки вибрационного состояния электродвигателя. Способ включает в себя этапы: определение значения вибраций электродвигателя (1) путем измерения ускорения и/или скорости вибраций электродвигателя (1) с применением датчика (5) вибраций электродвигателя (1), при этом вибрации измеряются по меньшей мере в одном направлении и при этом значение вибраций представляет каждое из измеряемых по меньшей мере одного направления, определение текущей частоты (n) вращения электродвигателя, сравнение значения вибраций с опорным значением текущей частоты (n) вращения электродвигателя (1), сравнение значения вибраций с опорным значением текущей частоты вращения и определение критерия оценки для оценки вибрационного состояния электродвигателя на базе сравнения значения вибраций с опорным значением.
Наверх