Systém regulácie pre elektrický motor použitý na cyklické záťaže a spôsob regulácie pre elektrický motor použitý na cyklické záťaže

Je ešte 9 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Systém regulácie pre elektrický motor použitý na cyklické záťaže a spôsob regulácie pre elektrický motor použitý na cyklické záťaže0001 Tento vynález sa týka systému a spôsobu regulácie elektrických motorov, a najmä motorov s perrnanentným magnetom bezuhlíkového lichobežníkového typu na jednosmerný prúd, so zámerom optimalizovania efektivity spotreby elektrickej energie pri pohone v cyklických záťažiach.0002 Konkrétnejšie sa tento vynález odporúča pre aplikácie, v ktorých sa vyžaduje použitie cyklických záťaži, ako napríklad vkompresoroch, ktoré majú počas fázy stláčania oveľa vyšší krútiaci moment v porovnaní s krútiacim momentom počas fázy nasávania.0003 Motory s perrnanentným magnetom bezuhlíkového typu na jednosmerný prúd sú čoraz populámejšie v aplikáciách, ktoré si vyžadujú nizke náklady a vysoké výkonnostné charakteristiky. Motory bezuhlíkového typu na jednosmerný prúd sú podobne motorom na jednosmemý prúd konštruovaným obrátene, kde sa nachádzajú permanentné magnety na rotore. V motoroch na jednosmerný prúd sa dosahuje obrátenie prúdu prepínačom auhlikrni, vprípade bezuhlíkových motorov na jednosmerný prúd sa prúd otáča výkonovými meničmi, ktoré vybudzujú cievky statora. 0004 Na dosiahnutie maximálneho krútiaceho momentu a najvyššej efektivity v spotrebe energie je potrebné synchronizovať prúd s indukovaným napätím vo fázach motora. To je možné dosiahnuť pomocou senzorov prepojených s hriadeľom motora alebo sledovaním indukovaného napätia alebo prúdu vo fázach motora. Senzory prepojené s hriadeľom motora majú nevýhodu v tom, že pridávajú ďalšie prvky do konštrukcie motora, čim sa značne zvyšujú konečné náklady riešenia. Okrem toho obmedzenia priestoru a prostredia samotného týkajúce sa motora môžu spôsobiť nemožnosť využitia týchto typov senzorov. Preto predstavuje použitie meračov napätia alebo prúdu vo väčšine prípadov najlepšie riešenie.0005 Patent Spojených štátov US 6922027 popisuje metódu, ktorá využíva merač napätia tvorený sieťou porovnávačov napätia, kondenzátorov aodporov. Výstup zporovnávačov je privedený do mikroprocesora, ktorý stanoví komutačné momenty budenia motora. Iked riešenie využíva mikroprocesor, vyžaduje si použitie mnohých vonkajších komponentov.0006 ANDRICH a kol. používa metódu, v rámci ktorej sú znázomené tri fázy motora, vyjadrené matematicky, a následne navzájom porovnané za účelom stanovenia komutačných momentov motora. Výhodami tejto metódy je eliminovanie obdobných obvodov na stanovenie polohy motora,flexibilita úprav merača podľa mechanickej konštrukcie motora, nižšia citlivosť na parametrické odchýlky komponentov a možnosť kalibrovania okruhu.0007 Bezuhlíkové motory na jednosmerný prúd je možné použit na pohon kompresorov V chladiacich systémoch. Tento typ aplikácie spĺňa podmienky cyklickej záťaže definované v rozsahu tohto vynálezu. Cieľom použitia tohto typu motora v chladiacich systémoch je kolísanie chladiaceho výkonu systému, ktorý je možné regulovať úpravou prúdenia chladiva. Rýchlosť prúdenia chladiva je následne priamo úmemá priememej rýchlosti motora. Preto by malo byť hlavnou špecifikáciou regulátora riadenie priemernej rýchlosti otáčania.0008 Fungovanie kompresora je možné rozdeliť do dvoch prevádzkových cyklov fáza nasávania afáza stláčania. Nasávanie prebieha na začiatku každého cyklu a je charakterizované stiahnutím piestu vo valci. Počas tohto procesu sa valec plní chladivom. Následne začne cyklus stláčania, kedy piest sa pohybuje vopačnom smere. Počas tejto fázy sa stláča chladivo vnútri valca. Stláčaniechladiva vyžaduje oveľa vyšší krútiaci moment ako je priemerný krútiaci moment v rámci úplného mechanického cyklu. Vzhľadom na to, že toto správanie sa opakuje v rámci každého mechanického cyklu, je možné vidieť V kolísaní krútiaceho momentu počas práce motora cyklické správanie.0009 Kolísanie krútiaceho momentu vrámci mechanického cyklu spôsobuje kolísanie rýchlosti motora, pričom rýchlosť motora počas cyklu stláčania klesá. Vo všeobecnosti vrámci činnosti regulácie neexistuje kompenzácia, ktorá by upravila okamžitú rýchlosť motora v rámci mechanického cyklu, aby sa kompenzovala rýchlosť počas fázy stláčania. Regulatory vyvinuté pre pohon kompresorov predpokladajú, že pre chladiace systémy je dôležité ovládanie priemerného prietoku chladiva, ktorý je v podstate definovaný priemernou rýchlosťou otáčania.0010 Jednoduchá regulácia priemernej rýchlosti motora môže však predstavovať deformácie priebehu krivky prúdu kvôli kolísaniu rýchlosti otáčania počas cyklov nasávania a stláčania. Táto deformácia priebehu krivky prúdu je neželená, pretože znižuje účinnosť spotreby elektrickej energie kvôli zníženiu účinníka motora.0011 Vzhľadom na cyklus stláčania sa napríklad znižuje amplitúda indukovaného napätia v motore kvôli zníženiu rýchlosti spôsobenej zvýšeným krútiacom momentom. Konvenčné regulatory neupravujú priemerné napätie privádzané do motora a z tohto dôvodu sa zvyšuje rozdiel v napäťovom potenciáli cievok motora, ktorý je definovaný ako rozdiel medzi napätím privádzaným meničom a indukovaným napätím motora. Zvýšenie rozdielu v napäťovom potenciálí cievok motora následne spôsobuje zvýšenie prúdu počas fázy stláčania. Rovnakým spôsobom prúd počas cyklu nasávania klesá kvôli zmenšeniu amplitúdy indukovaného napätia v motore.0012 Prúd v motore sa teda zvyšuje počas cyklu stláčania a znižuje počas cyklu nasávania. Toto správanie je presne opačné správaniu indukovaného napätia, ktoré sa počas cyklu stláčania znižuje a počas cyklu nasávania zvyšuje. Toto opačné správanie medzi napätím a prúdom má vplyv na účinník motora, ktorý sa znižuje, keďže priebeh krivky prúdu je rozdielny ako priebeh krivky indukovaného napätia.Stručný popis podstaty a cieľov vynálezu0013 Cieľom tohto vynálezu je zlepšit účinník bezuhlikových motorov na jednosmerný prúd využívaných na pohon cyklických záťaži, a to pomocou úpravy priebehu krivky prúdu privádzaného do motora. Táto úprava priebehu krivky prúdu je potrebná kvôli kolisaniu indukovaného napätia motora vyplývajúceho z kolísania rýchlosti V rámci mechanického cyklu.0014 Ciele tohto vynálezu sa dosahujú pomocou poskytnutia systému regulácie pre elektrický motor, ktorý pozostáva zelektrického motora, prinajmenšom elektronickej riadiacej jednotky a prinajmenšom elektronickej napájacej jednotky, pričom elektronickou napájacou jednotkou je elektricky napájaný elektrický motor, elektronická napájacía jednotka je elektronicky riadená elektronickou riadiacou jednotkou, systém obsahuje regulátor priememej rýchlosti tvorený elektronickou riadiacou jednotkou, regulátor priemernej rýchlosti sleduje okamžitú rýchlosť elektrického motora a poskytuje hodnotu priemernej rýchlosti motora, elektronická kontrolná jednotka počíta na základe získanej priemernej rýchlosti priemerné napätie, elektronická napájacía jednotka elektricky vybudzuje elektrický motor prostredníctvom hodnoty okamžitého napätia, táto hodnota okamžitého napätia sa vypočíta vynásobením priememého napätia výsledkom delenia okamžitej rýchlosti a priememej rýchlosti.0015 Ďalší spôsob dosiahnutia cieľov tohto vynálezu spočíva v poskytnutí metódy regulácie pre elektrický motor, pričom predmetná metóda pozostáva z nasledovných krokovi) vypočítanie priemernej rýchlosti elektrického motora na základe údaja o okamžitej rýchlostimotora, ii) vypočítanie priemerného napätia na základe priemernej rýchlosti z predchádzajúceho kroku, iii) sledovanie okamžitej rýchlostí elektrického motora, iv) elektrické budenie elektrického motora pomocou hodnoty okamžítého napätia, pričom táto hodnota okamžitého napätia sa vypočíta vynásobením priememého napätia výsledkom delenia okamžitej rýchlosti a priemernej rýchlosti.0016 Systém a spôsob popísané vyššie realizujú úpravu priebehu krivky prúdu podľa princípov tohto vynálezu. Spôsob regulácie upravuje napätie privádzané do motora vynásobením priemerného napätia, ktoré bolo predtým definované reguláciou rýchlosti, výsledkom delenia okamžitej rýchlosti a priememej rýchlosti. Oprava vykonaná v napätí privádzanom do motora popísaným spôsobom dokáže upraviť priebeh krivky prúdu, takže je podobný priebehu krivky indukovaného napätia. 0017 Tento patent taktiež zdôrazňuje, že realizácia akejkoľvek zmeny prúdu vznikne pozmenením okamžitého napätia privedeného do motora, bez zmeny priememého napätia vypočítaného sieťou regulácie rýchlosti.Súhrnný popis obrázkov na výkresoch0018 Tento vynález bude popísaný sodkazom na priložené nákresy poskytnuté na účely vysvetlenia, kdeObrázok l (a) predstavuje blokovú schému budiaceho systému motora s permanentným magnetom bezuhlíkového typu na jednosmemý prúd, trojfázového so 4 pólmi, s lichobežníkovým napätím na úrovni 120 ° elektrických stupňov. Schéma obsahuje usmerňovač, kapacitný filter,trojfázový menič, charakterizovaný súborom spínačov, motor s permanentným magnetom, merač napätia a riadiacu jednotku. V (b) sú znázomené charakteristiky priebehu krivky budenia elektrického motoraObrázok 2 znázorňuje blokový diagram budenia elektrického motora pomocou regulátora priememej rýchlosti. Proces riadenia tohto riešenia je založený na sledovaní priememej rýchlosti motoraObrázok 3 (a) priebeh kriviek indukovaného napätia EA a priemerného napätie FA v jednej z fáz motora pri konštantnej záťaži vyvíjanej na hriadeľ motora. V tomto istom prípade znázorňuje (b) priebeh krivky prúdu motoraObrázok 4 (a) a (c) podrobne opisujú rozdiel medzi napätím privedeným do motora FA a indukovaným napätím EA v rôznych momentoch mechanického cyklu. Ďalej (b) a (d) znázorňujú príslušné výsledné prúdy v motoreObrázok 5 Prúd V troch fázach motora vyplývajúci zo spôsobu regulácie priememej rýchlosti v prípade konštantnej záťaže. Prúdy troch fáz majú rovnaký priebeh krivky v rámci mechanického cykluObrázok 6 charakteristický priebeh cyklickej záťaže aplikovaný na motor budený regulátorom priemernej rýchlostiObrázok 7 (a) znázorňuje priebeh krivky indukovaného napätia EA a napätia privádzaného do motora FA. (b) predstavuje priebeh krivky výsledného prúdu v motore. Kolísanie indukovaného napätia EA je priamym dôsledkom kolísania rýchlosti motora V rámci mechanického cyklu Obrázok 8 (a) podrobne opisuje rozdiel medzi napätím privedeným do motora FA aindukovaným napätím EA počas momentu maximálnej rýchlosti. (b) výsledný prúd počas momentu maximálnej rýchlosti. (c) podrobne opisuje rozdiel medzi napätím privedeným domotora FA a indukovaným napätím EA počas momentu minimálnej rýchlosti. (d) výsledný prúd počas momentu minimálnej rýchlostiObrázok 9 znázorňuje prúd V troch fázach motora vyplývajúci zo spôsobu regulácie priemernej rýchlosti v prípade cyklickej záťažeObrázok 10 blokový diagram spôsobu regulácie navrhovaný na zlepšenie účinníka motora. Na nákrese je zvýraznený blok zodpovedný za úpravu priebehu krivky prúduObrázok 11 (a) znázorňuje priebeh krivky indukovaného napätia EA a napätia privádzaného do motora FA opraveného navrhovaným spôsobom regulácie. (b) predstavuje priebeh krivky výsledného prúdu v motoreObrázok 12 (a) podrobne opisuje napätie privádzané do motora FA opravené navrhovaným spôsobom regulácie a indukované napätie EA počas momentu maximálnej rýchlosti. (b) výsledný prúd počas momentu maximálnej rýchlosti. (c) podrobne opisuje napätie privedene do motora FA opravené navrhovaným spôsobom regulácie a indukované napätie EA počas momentu minimálnej rýchlosti. (d) výsledný prúd počas momentu minimálnej rýchlosti aObrázok 13 znázorňuje prúd v troch fázach motora opravený spôsobom regulácie navrhovaným v tomto vynáleze.Podrobný popis obrázkov na výkresoch a príklady uskutočnenia vynálezu0019 Obrázok l (a) znázorňuje základné usporiadanie riadiacej schémy a (b) ideálne priebehy kriviek existujúce v budení elektrického motora 10, V tomto prípade motora s pennanentným magnetom bezuhlíkového typu na jednosmerný prúd s tromi fázamí a štyrmi pólmi a lichobežníkovou krivkou.0020 V následnom popise bude tento motor použitý spôsobom príkladu na analyzovanie zvyšných obrázkov. Vynález sa však vzťahuje na akýkoľvek motor s perrnanentným magnetom bezuhlíkového typu na jednosmemý prúd. Za normálnej prevádzky regulácia analyzuje vstup zmerača napätia a/alebo prúdu a spína spínače SW 1 až SW 6 v sekvencii znázomenej na obrázku 1 (b) podľa zistenej pozície.0021 Ďalej je známe, že rýchlosť motora je možné merať pomocou senzorov pripojených na hriadel motora alebo meračov indukovaného napätia alebo prúdu. V navrhovanej konštrukcii bol použitý merač napätia, ako je znázomené na obrázku l (a), ale v tomto vynáleze je možné použit akékoľvek iné zariadenie na meranie rýchlosti.0022 Obrázok 2 znázorňuje blokový diagram regulácie na základe priemernej rýchlosti elektrického motora 10. Toto typické usporiadanie znázorňuje motor amenič atiež senzor, ktorý dokáže sledovať rýchlosť. V tomto prípade je úlohou regulátora spracovanie informácie o rýchlosti prichádzajúcej zo senzora spoločne s referenčnou alebo nastavenou hodnotou deñnovanou systémom.0023 Obrázok 3 znázorňuje reakciu elektrického motora 10 budeného konvenčným regulátorom priememej rýchlosti v prípade vyvíjania konštantnej záťaže na hriadeľ. Podmienky konštantnej záťaže sú pre tento druh regulácie vhodné, keďže skutočná rýchlosť otáčania zostáva počas mechanického cyklu konštantné.0024 Toto konštantné správanie rýchlosti sa prejavuje na priebehu krivky indukovaného napätia v motore. Ako je znázomené na obrázku 3 (a), indukované napätie si zachováva rovnaký priebeh, to znamená, že počas mechanického cyklu sa nemení. V dôsledku toho nadobúda priebeh krivky prúdu v motore taktiež rovnaké správanie a počas mechanického cyklu sa nemení, ako je znázornená na obrázku 3 (b).0025 Obrázky 4 (a) a (c) podrobne popisujú rozdiel medzi indukovaným napätím EA a napätím

MPK / Značky

MPK: H02P 23/00, H02P 23/04

Značky: elektricky, cyklické, motor, regulácie, záťaže, použitý, spôsob, systém

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/17-e16267-system-regulacie-pre-elektricky-motor-pouzity-na-cyklicke-zataze-a-sposob-regulacie-pre-elektricky-motor-pouzity-na-cyklicke-zataze.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Systém regulácie pre elektrický motor použitý na cyklické záťaže a spôsob regulácie pre elektrický motor použitý na cyklické záťaže</a>

Podobne patenty