PL B1. Sposób regulacji prądu silnika asynchronicznego w układzie bez czujnika prędkości obrotowej. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. H02P 27/06 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób regulacji prądu silnika asynchronicznego w układzie bez czujnika prędkości obrotowej (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 24/11 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 11/16 (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL (72) Twórca(y) wynalazku: JAROSŁAW GUZIŃSKI, Gdańsk, PL HAITHAM ABU-RUB, Doha, QA (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Czesław Popławski

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób regulacji prądu silnika asynchronicznego w układzie bez czujnika prędkości obrotowej. Znajduje on zastosowanie w elektrycznych układach napędowych z silnikami asynchronicznymi, zwłaszcza w układach napędowych o regulowanej prędkości, w których nie zastosowano czujnika prędkości obrotowej. Znane są sposoby regulacji prądu silnika asynchronicznego, które polegają na mierzeniu sygnału prądu i porównywaniu go z sygnałem prądu zadanego i przetwarzaniu tych sygnałów na sygnał odpowiadający sygnałowi zadanego napięcia wyjściowego układu energoelektrycznego przekształtnika zasilającego silnik asynchroniczny, tak aby zminimalizować w jak najkrótszym czasie sygnał odpowiadający różnicy pomiędzy sygnałami prądów, zadanego i mierzonego. W niektórych znanych sposobach regulacji, do określania sygnału zadanego napięcia wyjściowego falownika, wykorzystuje się sygnały odpowiadające sile elektromotorycznej silnika określanej przy wykorzystaniu bloku przetwarzania nazywanego modelem silnika lub modelem układu lub estymatorem stanu lub obserwatorem stanu. Takie bloki przetwarzania stosowane są jedynie do określania sygnałów odpowiadających sile elektromotorycznej silnika, gdyż sygnały odpowiadające innym sygnałom wymaganym w procesie regulacji napędu elektrycznego określane są w osobnych blokach przetwarzania sygnałów odpowiadających sygnałom prądu i napięcia zasilania układu napędowego. Podstawową niedogodnością dotychczasowych sposobów regulacji prądu silnika jest to, że wykorzystują kilka mierzonych próbek prądu: próbkę aktualną oraz poprzednie próbki prądu, które zapamiętywane są w blokach pamiętających o ilości zgodnej z ilością poprzednich próbek prądu wykorzystywanych przez regulator. Dlatego w dotychczas znanych sposobach regulacji prądu silnika konieczne było stosowanie bloków pamiętających próbki mierzonego prądu. Dodatkowo niedogodnością tych dotychczasowych sposobów jest to, że nie zapewniają najkorzystniejszej struktury układu napędowego, gdyż stosowane są przynajmniej dwa osobne bloków przetwarzania sygnałów, z których w jednym ustalane są sygnały wymagane przy regulacji prądu silnika a w kolejnych ustalane są sygnały odpowiadające prędkości obrotowej wału i strumienia wzbudzenia silnika. Powoduje to, że dotychczasowe sposoby nie zapewniają najkorzystniejszego reżimu pracy układu napędowego. Sposób regulacji prądu silnika asynchronicznego w układzie bez czujnika prędkości obrotowej według wynalazku, w którym mierzy się napięcie zasilające falownik i składowe fazowe prądu silnika, określa składowe, prądu, napięcia, siły elektromotorycznej, strumienia silnika oraz zadane składowe, prądu w prostokątnym układzie współrzędnych nieruchomym względem stojana silnika asynchronicznego, jego prędkość obrotową i zadaną prędkość obrotową i na tej podstawie ustala się i generuje sygnały sterujące dla układu sterowania falownika zasilającego silnik asynchroniczny charakteryzuje się tym, że w bieżącym kroku do regulacji wykorzystuje się pomiary tylko z jednej chwili czasowej. Zadane składowe, prądu silnika przetwarza się w bloku regulacji prądu silnika łącznie z chwilowymi składowymi, siły elektromotorycznej silnika i chwilowymi składowymi, prądu silnika w celu określenia przewidywanych składowych, prądu silnika i przewidywanych składowych, siły elektromotorycznej silnika, na podstawie których ustala się zadane składowe, napięcia wyjściowego falownika stanowiące sygnały sterujące dla bloku sterowania falownika zasilającego silnik asynchroniczny. Podstawową zaletą sposobu według wynalazku jest uproszczenie sposobu sterowania napędem elektrycznym z silnikiem asynchronicznym przy równocześnie większej dokładności regulacji prądu silnika, dzięki eliminacji konieczności pamiętania poprzednich próbek prądu i stosowania do tego celu bloków pamiętających oraz dzięki wykorzystaniu wspólnego układu dla regulacji prądu oraz regulacji prędkości i strumienia silnika, w którym z większą dokładnością niż w znanych sposobach wyznaczany jest sygnał przewidywanej siły elektromotorycznej. W efekcie sposób według wynalazku umożliwia bardziej prawidłowe niż w znanych sposobach regulowanie prądu zasilającego silnik asynchroniczny. Przykład realizacji wynalazku zilustrowany jest rysunkiem, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy i sygnały w układzie do regulacji prądu silnika asynchronicznego, a fig. 2 przedstawia schematycznie układ ustalania sygnałów sterujących w bloku regulacji prądu. Przedstawiony schematycznie na fig. 1 układ składa się z prostownika PR zasilanego z trójfazowej sieci elektrycznej prądu przemiennego, kondensatora filtrującego napięcie wyjściowe prostownika PR, falownika FN, silnika asynchronicznego SA, czujnika napięcia CN, dwóch czujników prądu CP, bloku przetwarzania BP, bloku regulacji prędkości silnika URS, zadajnika sygnału prędkości silni-

3 PL B1 3 ka ZAD, bloku regulacji prądu silnika URP oraz bloku sterowania US falownika FN. Przedstawiony na fig. 2 schematycznie blok regulacji prądu silnika URP zawiera blok ustalania napięcia zadanego i blok korekcji regulatora prądu. W niniejszym opisie przykładu wykonania zastosowano opis macierzowy sygnałów w postaci następującej: gdzie x oznacza jeden z sygnałów prądu, napięcia, siły elektromotorycznej lub strumienia wirnika odpowiednio do opisu przykładu wykonania natomiast, oznaczają składowe odpowiednich sygnałów przeliczone dla nieruchomego układu współrzędnych prostokątnych. Sygnały odpowiadające składowym fazowym prądu silnika w danej chwili i a, i b, tj. składowym wektora prądu określonym dla układu współrzędnych trójfazowych, uzyskane w danej chwili czasu z czujników prądu CP oraz sygnał odpowiadający napięciu zasilającemu falownik w danej chwili czasu U d, tj. sygnał uzyskany w danej chwili czasu z czujnika napięcia CU, przekształca się w bloku przetwarzania BP tak, że w wyniku tego ustala się sygnały odpowiadające: r chwilowej prędkości obrotowej silnika, u s chwilowym składowym, napięcia silnika, i s chwilowym składowym, prądu silnika, e s chwilowym składowym, siły elektromotorycznej silnika, r chwilowym składowym, strumienia skojarzonego wirnika. Sygnały odpowiadające składowym fazowym prądu silnika i a, i b oraz napięciu zasilającemu falownik w danej chwili czasu u d mierzone są w równoodległych chwilach czasów, przy czym w bieżącym kroku obliczeń wykorzystuje się tylko aktualne próbki prądów i napięć mierzonych. W zadajniku prędkości silnika ZAD ustala się sygnał zadanej prędkości obrotowej silnika r zad. Sygnały ustalone w bloku przetwarzania BP oraz sygnał ustalony w bloku zadajnika prędkości silnika ZAD przekształca się w bloku regulacji prędkości silnika URS tak, aby ustalić sygnały odpowiadające zadanym składowym, prądu silnika i s zad, które przetwarzane są w bloku regulacji prądu silnika URP łącznie z sygnałami odpowiadającymi chwilowym składowym, siły elektromotorycznej silnika e s oraz chwilowym składowym, prądu silnika i s. W wyniku przetworzenia tych sygnałów w bloku regulatora prądu URP ustalone zostają sygnały odpowiadające zadanym składowym, napięcia wyjściowego falownika u s zad, które są zadanymi sygnałami sterującymi dla bloku sterowania US falownika FN zasilającego silnik asynchroniczny SA. W bloku regulacji prądu silnika URP sygnały odpowiadające zadanym składowym, prądu silnika i s zad przetwarzane są w bloku korekcji regulatora prądu BKRP zgodnie z zależnością: gdzie: W 1, W 2 stałe współczynniki, C EMF oraz C 2EMF transformacje sygnałów zgodne z zależnościami: gdzie: e sygnał odpowiadający różnicy położenia kątowego wektora siły elektromotorycznej silnika, a ponadto i s zad oraz i s pred są sygnałami ustalanymi w bloku BKRP zgodnie z zależnościami: gdzie i s pred są sygnałami odpowiadającymi przewidywanym składowym, prądu silnika ustalonymi w bloku ustalania napięcia zadanego BUNZ.

4 4 PL B1 Wartości sygnałów odpowiadających chwilowym składowym, sygnału korekcji regulatora prądu D Is ustalone w bloku korekcji regulatora prądu BKRP oraz sygnały odpowiadające zadanym składowym, prądu silnika i zad s oraz sygnały odpowiadające chwilowym składowym, siły elektromotorycznej silnika e s oraz sygnały odpowiadające zmierzonym chwilowym składowym, prądu silnika i s przetwarzane są w bloku ustalania napięcia zadanego BUNZ zgodnie z zależnościami: Gdzie L jest indukcyjnością rozproszenia silnika, T imp jest czasem pomiędzy kolejnymi chwilami pomiarów prądów silnika, e s pred są sygnałami odpowiadającymi przewidywanym składowym, siły elektromotorycznej silnika. W wyniku przetwarzania sygnałów w bloku ustalania napięcia zadanego BUNZ ustalone zostają sygnały odpowiadające zadanym składowym, napięcia wyjściowego falownika u s zad, które są zadanymi sygnałami sterującymi dla układu sterowania US falownika FN zasilającego silnik asynchroniczny SA. Zastrzeżenie patentowe Sposób regulacji prądu silnika asynchronicznego w układzie bez czujnika prędkości obrotowej w którym mierzy się napięcie zasilające falownik i składowe fazowe prądu silnika, określa składowe, prądu, napięcia, siły elektromotorycznej, strumienia silnika oraz zadane składowe, prądu w prostokątnym układzie współrzędnych nieruchomym względem stojana silnika asynchronicznego, jego prędkość obrotową i zadaną prędkość obrotową i na tej podstawie ustala się i generuje sygnały sterujące dla układu sterowania falownika zasilającego silnik asynchroniczny, znamienny tym, że w bieżącym kroku do regulacji wykorzystuje się pomiary tylko z jednej chwili czasowej, a zadane składowe, prądu silnika przetwarza się w bloku regulacji prądu silnika (URP) łącznie z chwilowymi składowymi, siły elektromotorycznej silnika i chwilowymi składowymi, prądu silnika w celu określenia przewidywanych składowych, prądu silnika i przewidywanych składowych, siły elektromotorycznej silnika, na podstawie których ustala się zadane składowe, napięcia wyjściowego falownika (FN) stanowiące sygnały sterujące dla bloku sterowania (US) falownika (FN) zasilającego silnik asynchroniczny (AS).

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)