Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для автоматического управления электроприводами , построенными по систеуме преобразователь частоты - асинх ронный электродвигатель. Целью изобретения является повьшение точности регулирования электромеханических и электрических характеристик. За счет введения в электропривод датчика 12 тока статора, датчика 13 напряжения в системе координат обобщенного вектора тока статора, датчика 14 момента , регулятора 15 момента, первого 16 и второго 17 регуляторов на- „пряжения;,, регулятора 18 тока статора , блока 19 задания начального тока статора, блока 20 определения модуля вектора тока статора и пятого сумматора 8 и организации двух, замкнутых контуров регулирования составляющих обобп1енного вектора напряжения обеспечивается повышение энергетических , динамических и точност- . ных показателей регулирования т-фазного асинхронного двигателя. 2 з.п. ф-лы, 3 Ш1. (Л сд qjua.i

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 1) 4 Н О? Р 7/42!

13 1

ЯЯ Д11 3т(;

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3908809/24-07 (22) 11.06.85 (46) 15.11.87. Бюл. 1(- 42 (72) А.Н.Королев, А,Н.Голубев, К.В.Куликов, Б.В.Новоселов и В.Д.Быков (53) 621.316.718.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 612376, кл. Н 02 Р 7/42, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1046891;. кл. Н 02 Р 7/42, 1983. (54) Э)ПКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для автоматического управления электроприводами, построенными по систе)ме преобразователь частоты — асинхронный электродвигатель. Целью изобретения является повьппение точности регулирования электромеханических и электрических характеристик. 3а счет введения в электропривод датчика

12 тока статора, датчика 13 напряжения в системе координат обобщенного вектора тока статора, датчика 14 момента, регулятора 15 момента, первого 16 и второго 17 регуляторов на, пряжения., регулятора 18 тока стато- ра, блока 19 задания начального тока статора, блока 20 определения модуля вектора тока статора и пятого сумматора 8 и организации двух замкнутых контуров регулирования составляющих обобщенного вектора напряжения обеспечивается повышение энергетических, динамических и точностных показателей регулирования ш-фазного асинхронного двигателя. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1352605

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для автоматического управления электроприводами, построенными по системе преобразователь частоты — асинхронный электродвигатель.

Целью изобретения является повышение точности регулирования элект- ромеханических и энергетических характеристик.

На фиг. 1 приведена структурная схема электропривода переменного тока; на фиг. 2 — структурная схема датчика момента; на фиг, 3 — структурная схема датчика напряжения в системе координат обобщенного вектора тока статора.

15

Электропривод переменного тока (фиг. 1) содержит п -фазный асинхронный электродвигатель 1 с короткозамкнутым ротором и статорной обмоткой, соединенной с m/3 трехфазные системы и подключенной к преобразо; 25 вателю 2 частоты, входы которого соединены с выходами блока 3 преобразования координат, пять сумматоров

4-8, датчик 9 частоты вращения, блок

10 задания частоты вращения, регулятор 11 частоты вращения, датчик 12 тока статора, датчик 13 напряжения в системе координат обобщенного вектора тока статора, датчик 14 момента, регулятор 15 момента, первый 16 и второй 17 регуляторы напряжения, ре- 35 гулятор 18 тока статора, блок 19 задания начального тока статора, блок

20 определения модуля вектора тока статора, входы датчика 12 тока статора и первые входы датчика 13 нап1 яжения в системе координат обобщенного вектора тока статора соединены с двумя фазами каждой из и/3 трехфазной систем статорной обмотки

rn-фазного электродвигателя 1, выход 45 блока 19 задания начального тока статора соединен с первым входом блока

20 определения модуля вектора тока статора, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора 50

6, соединенного выходом через регулятор 18 тока статора с первым входом четвертого сумматора 7,выход которого через первый регулятор 16 напряжения соединен с первым входом блока 3 преобразования координат и вторым входом датчика 13 напряжения в системе координат обобщенного вектора тока статора, первый выход которого соединен с вторым входом четвертого сумматора 7, выход датчика

9 частоты вращения соединен с вторым входом датчика 14 момента и первым входом первого сумматора 4, второй вход которого соединен с выходом блока 10 задания частоты вращения, а выход первого сумматора 4 через регулятор ll частоты вращения соединен с вторым входом блока 20 опре-. деления модуля вектора тока статора и с первым входом второго сумматора

5, выход которого через регулятор 15 момента соединен с вторым входом блока 3 преобразования координат, первым входом пятого сумматора 8 и первым входом датчика 14 момента, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора 5, выход пятого сумматора 8 через второй регулятор 17 напряжения соединен с третьим входом блока 3 преобразования координат и третьим входом датчика 13 напряжения в системе координат обобценного вектора тока статора, второй выход которого подключен к второму входу пятого сумматора 8, четвертыйи пятый входы датчика 13 напряжения в системе координат обобщенного вектора тока статора соединены соответственно с первым и вторым выходами датчика 12 тока статора, третий выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора 6 и третьим входом датчика 14 момента.

Датчик 14 момента (фиг, 2) содержит сумматор 21, блок 22 возведения в квадрат, блок 23 умножения, колебательное звено 24,-выход которого образует выход датчика 14 момента, первый и второй входы сумматора 21 образуют первый и второй входы датчика 14 момента, выход сумматора 21 соединен с первым входом блока 23 умножения, выход которого подключен по входу колебательного, звена 24, второй вход блока 23 умножения соединен с выходом блока 22 возведения в квадрат, вход которого образует третий вход датчика 14 момента.

Датчик 13 напряжения в системе координат обобщенного вектора тока статора содержит 2л/3 датчиков 25 фазных напряжений, блок 26 вычисления проекций обобщенного вектора тока статора, блок 27 вычисления проекций обобщенного вектора напряжения в системе координат, связан1352605 ,1 совпадает с вектором I ) в операS торной форме имеют вид:

I = К- -(U +К у +К Ц „ ); (1) 5 S «T р+1 s< . з

1.1 +К Ч, -К ь Т „

Pl@ S

Ф (3) КдЧ

z T p+1 г (4) ф

М=,-К,I q

Э ф где Ug,, 1 г (5) 3 — г " 1

Y. e

Y25 где У.„. ной с первой трехфазной системой статорной обмотки, блок 28 индикации нуля, блок 29 вычисления проекций обобщенного вектора напряжения, два блока выборки 30 и хранения 31 информации, два блока 32, - 33 определения знака, входы 2m/3 датчиков

25 фазных напряжений образуют первые входы датчика 13 напряжения в )p системе координат обобщенного вектора тока статора, входы блока 26 вычисления проекций обобщенного вектора тока статора образуют четвертый и пятый входы датчика 13 напряжения в системе координат обобщенного вектора тока статора, N выходов блока 26 вычисления проекций обобщенного вектора тока статора через блок 28 индикации нуля соединены с соответствующими N входами блока 29 вычисления проекций обобщенного вектора напряжения, (И+1)-й и (И+2)-й, входы которого соединены с выходами блока 27 вычисления проекций обобщенного вектора напряжения в системе координат, связанной .с первой трехфазной системой статорной обмотки, входы которого соединены с выходами 2m/3 датчиков 25 фазных-напряжений, первый и второй выходы блока.

29 вычисления проекций обобщенного вектора напряжения соединены с входами соответственно первого 30 и второго 31 блоков, выборки и хранения информации, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого 32 и второго 33 блоков определения знака, второй вход первого блока 32 определения знака и его вы40 ход образуют соответственно. второй вход и первый выход датчика 13 напряжения.- в системе координат обобщенного вектора тока статора, второй вход второго блока 33 определения знака и его выход образуют соответст- 45 венно третий вход и второй выход датчика 13 напряжения в системе координат обобщенного вектора тока статора.

К у= — — -(К I +.Лу );

T р+1 г обобщенные векторы напряжения, тока,статора и потокосцепле ния ротора соответственно, определяемые согласно: — вектор соответствующЕго электромагнитного параметра для i-ой трехфазной системы статорной обмотки шфазного асинхронного двигателя;

К„-K), T, T — соответственно коэффициен-"

-т ты и постоянные времени, определяемые конструктивными параметрами двигателя, p-- „-Z,w — скольжение вектора Х относительно:ротора, вращающегося со. скоростью <>;

Z — число пар полюсов двига-. Р теля, Ф вЂ” скорость вращения вектора I

Из приведенных соотношений выте-, кает, что г Ф

К,- К .QIq г

1+ ч-- — — ч 6 т р+11

В электроприводе переменного тока по схеме, представленной на фиг. 1, осуществляется управление ш-фазным асинхронным двигателем с ориентацией управления на обобщенный вектор ф тока статора I . Уравнения m-фазного асинхронного двигателя при их pasложении на оси и / ортогональной системы вращающихся координат (ось .

50 Откуда, учитывая, что

КХ 2

К, 2

М вЂ” — — — -т /ъ I (T р+1) 2 где К =К К,К (6) получаем следующее- соотношение для момента

1352605

Таким образом, управляющим параметром для Х является составляющая

U „вектора напряжения U, а составляющая U — вектора напряжения U

Посредством воздействия.на параметр у при фиксированном значении Х управляет: величиной электромагнитного момента асинхронного двигателя.

Это позволяет реализовать двухканаль- 10 ную систему управления электроприводом, по одному из каналов которой осуществляется регулирование величины тока статора I посредством возS е действия на составляющую U и по другому каналу — величины N электромагнитного. момента и, следовательно,"скорости асинхронного двигателя посредством воздействия на составляющую U . При этом за счет выбора соответствующей глубины обратных связей в указанных каналах можно обеспечить необходимую автономность последних эа счет ослабления влияния перекрестных связей в структуре 25 асинхронного двигателя.

Электропривод переменного тока работает следующим образом.

Блок 19 задания начального значения тока статора определяет началь- 0 ную уставку Х, тока статора, соответствующую,- например, номинальному потоку при нулевой частоте подавае— мого на асинхронный двигатель 1 напряжения. Блок 20 вычисляет модуль вектора тока статора, который является сигналом задания тока.. Выходным сигналом регулятора 18 тока статора является составляющая вектора напряжения О, определенного в системе 40 координат, вращающихся со скоростью 3Ф вектора Х . Блок 10 задания частоты вращения определяет величину заданной скорости вращения асинхронного двигателя 1. Выходной сигнал регуля- 45 тора 11 частоты вращения .определяет величину задания на момент асинхронного двигателя 1, Выходным сигналом регулятора 15 момента является составляющая U,. вектора напряжения . з

О, определенного в системе координат, вращающихся со скоростью вектора I . Кроме того, выходной сигнал регулятора 15 момента, содержащего интегральную составляющую, определяет заданную скорость вращения ь „ вектора I . Блок 3 преобразования координат определяет модуль и фазу подводимого к статору асинхронного двигателя 1 напряжения в функции заданных значений тока статора, электромагнитного момента и скорости вращения ротора в соответствии с соотношением к

«а « p(f „dt «же-gp / U, ) jp)

9м $д

В сумматорах 7 и 8 происходит сравнение составляющих 3, v U,, задаваемого вектора напряжения О с

S сигналами, пропорциональными действительным значениям составляющих. по соответствующим осям

- ч. напряжения С, в системе координат, вращающихся со скоростью вектора измеряемых в асинхронном двигателе 1 дискретно с помощью датчика

13 напряжения в системе координат обобщенного вектора тока статора с выбранным числом измерений вектора

0 за период вращения обобщенного вектора тока статора, равным К. Таким образом, введение в структуру электропривода замкнутых контуров регулирования составляющих вектора напряжения, включающих в себя соответственно сумматор 7 и регулятор

16 напряжения, сумматор 8 и регулятор 17 напряжения, обеспечивает периодическое приведение в соответствие задаваемой и действительной скорости вращения обобщенного вектора тока статора Х, что и определяет корректность реализации способа управления асинхронным двигателем с ориентацией управления на обобщенный вектор

В датчике 14 момента реализуется соотношение (б ), При этом в блоке 22 возведения в квадрат (фиг. 2} осуществляется возведение в квадрат модуля обобщенного вектора тока статора Х, получаемого с третьего выхода датчика 12 тока, а величина „/3 параметра определяется на выходе сумматора 21 в соответствии с соотношением

„л= -Z к р > где — сигнал, снимаемый с выхода регулятора 15 момента;

ы — выходной сигнал датчика 9 частоты вращения.

Датчик 13 напряжения в системе координат обобщенного вектора тока статора работает следующим образом.

С помощью датчиков 25 фазных напряжений (фиг. 3)„ установленных в обобщенного вектора напряже— ния О,, по оси J3 системы координат обобщенного вектора тока статора, а по другой оси — модуль составляющей l U,";,,i обоб .енного вектора напряжения U„- по оси 1 укаэанной системы координат. Полученные сигUsÀ,.sñ! поступают соответственно в блоки выборки 30 и хранения 31 информации, где информация о них хранится до момента следующего измерения составляющих (П, .,i с

Яй »С и (П . i, после чего в них запомиswiss наются новые значения этих сигналов и т.д. В блоках 32, 33 определения знака в зависимости от полярности

ЗГ выходных сигналов П „и П регуляторов 16 и 17 напряжения в структуре на фиг. 1 происходит определениезнаков выходных сигналов блоков выборки 30 и хранения 31 информации соответственно таким образом, чтобы полярность выходного сигнала блока 30 выборки и хранения информации совпадала с полярностью выходного сигнала регулятора 16 напряжения, а полярность выходного сигнала блока 31 выборки и хранения информации — с полярностью выходного сигнала регулятора 17 напряжения. Для многофазного асинхронного двигателя, оси К/4 сдвинутых в пространстве систем ортогональных координат можно совмещать по направлению с осями соответствующих фаз многофаэной обмотки статора.

Таким образом, предлагаемый электропривод переменного тока эа счет введения в него двух замкнутых контуров регулирования составляющих обобщенного вектора напряжения,-датчика напряжения B системе координат обобщенного вектора тока статора и датчика момента с предложенными структурными схемами последних обеспечивает повьппение энергетических, динамических и точностных показателей регулирования m-фазного асинх; ронного двигателя.

Ф о р м у л а изобретения

1. Электропривод переменного тока, содержащий m-фазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором и статорной обмоткой, соединенной в m/3 трехфазные системы и подключенной к преобразователю ча7

1352605 фазах А и В каждой трехфазной системы статорной обмотки двигателя 1, снимается информация о мгновенных значениях фазных напряжений Пд. и U ....

Аc, Ьь

На их основе в блоке 27 определяются т»

» составляющие П5,.„ и U . обобщенного вектора напряжения U . по осям к и„а системы ортогональньгх координат, связанных с первой трехфазной системой статорной обмотки многофазного двигателя 1.

В блоке 26 вычисления проекций обобщенного вектора тока статора на основании поступающих на его входы с первого и второго выходов датчика 12 тока (фиг. 1) сигналов Х,. и

I, осуществляется, определение составляющих Х,; и . обобщенногo

5,» "(5„д, вектора тока статора I . по осям и р К/4 сдвинутых в пространстве систем ортогональных координат в соответствии с соотношениями: к=,ь

Ъ вЂ” -к »Г(р«)(з (О/к(5 4 - 5с

», ф=Я вЂ” r j»C(4)I3i(p-1)!»

5. где К=12 > — задаваемое число измерений. обобщенного вектора напряжения в системе ко30 ординат обобщенного вектора тока статора (=

=1,2,...).

Аналогично в блоке 29 вычисления проекций обобщенного вектора напря- 35 жения на основании сигналов П„„ и

П с выхода блока 27 осуществляет$ Л

» ся определение составляющих П „ и

У обобщенного вектора напряжения

5„»а Я

U» по осям 1 и,/з К/4 сдвинутых в пространстве систем ортогональных координат. При этом число составляющих U П, . равно числу составАР- (» 5„м. », ляющих Х „, Т» и каждая пара сос.тавляющих и Т„ строго сост- 5 "1 Рч

» ветствует двум составляющим Is,„ и

Х с одинаковым.с ними индексом ,рд . B блоке 28 индикации нуля для каждой пары знакопеременных сигналов

I . и I . фиксируется момент вре- . 50 4Ф 1» 5.» алмени их перехода через нулевое значение, и в этот момент подается разрешающий сигнал на блок 29 на измерение мгновенных значений соответствующей им пары составляющих П „ и 55

При этом по оси ортогональной системы координат, по которой сос»» тавляющая Х . или I, равна нулю, »» )Л определяется модуль составляющей

1352605

55 стоты, входы которого соединены с выходами блока преобразования координат, четыре сумматора, датчик частоты вращения, выходом соединенный с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока задания частоты вращения, а выход первого сумматора соединен с входом регулятора частоты вращения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, о т л.и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности регулирования электромеханических и энер гетических характеристик, введены датчик тока статора, датчик напряжения в системе координат обобщенного вектора тока статора, датчик момента регулятор момента, первый и второй регуляторы напряжения, регулятор тока статора, блок задания начального тока статора, блок определения модуля вектора тока статора, пятый сумматор, входы датчика тока соединены с первой и второй фазами каждой из ш/3 трехфазной системы статорной обмотки m-фаэного электродвигателя,первые входы датчика напряжения в системе координат обобщенного вектора тока статора соединены с первой и второй фазами каждой из m/3 трехфазной системы статорной обмотки

m-фазного электродвигателя, -выход блока задания начального тока статора соединен с первым входом блока определения модуля вектора тока статора, выход которого соединен) с первым входом третьего сумматора, выход которого через регулятор тока статора соединен с первым входом четвертого сумматора, выход которого через первый регулятор напряжения подключен к первому входу блока преобразования координат и второму входу датчика напряжения в системе координат обобщенного вектора тока статора, первый выход которого подключен к второму входу четвертого сумматора, второй вход блока определения модуля вектора тока статора соединен с первым входом второго сумматора, выход которого через регулятор момента соединен с первым входом датчика момента, вторым входом блока преобразования координат и первым входом пятого сумматора, выход которого через второй регулятор напряжения подключен к третьему входу блока преобразования координат и к третьему входу датчика напряжения в системе координат .обобщенного вектора тока статора, второй выход которого соединен с вторым входом пятого сумматора, второй вход второго сумматора подключен к выходу датчика момента, второй вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения, четвертый и пятый входы датчика напряжения в системе координат обобщенного вектора тока статора соединены соответственно с первым и вторым выходами датчика тока, третий выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора и третьим входом датчика момента, 2, Электропривод по п. 1, о тл и ч а ю щ н и с я тем, что.датчик момента содержит сумматор, блок возведения в квадрат, блок умножения, колебательное звено, выход которого образует выход датчика момента, первый и второй входы сумматора образуют первый и второй входы датчика момента, выход сумматора соединен с первым входом блока умножения, выход которого подключен к входу колебательного звена, второй вход блока умножения соединен с выходом блока возведения в квадрат, вход которого образует третий вход датчика момента.

3. Электропривод по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что датчик напряжения в системе координат обобщенного вектора тока статора содержит 2m/3 датчиков фазных напряжений, блок вычисления проекций обобщенного вектора тока статора, блок вычисления проекций обобщенного вектора напряжения в системе координат, связанной с первой трехфазной системой статорной обмотки, блок индикации нуля, блок вычисления проекций обобщенного вектора напряжения, два блока выборки и хранения информации, два блока определения знака, входы

2m/3 датчиков фазных напряжений образуют первые входы датчика напряжения в системе координат обобщенного вектора тока статора, входы блока вычисления проекций обобщенного вектора тока статора образуют четвертый и пятый входы датчика напряжения в системе координат обобщенного вектора тока статора, Н выходов блока вычисления проекций обобщенного вектора тока статора через блок индика1352605 12 ции нуля соединены с соответствую- ков выборки и.хранения информации, щими М входами блока вычисления про- выходы которых соединены с первыми екций обобщенного вектора напряжения, входами соответственно первого и втоИ+1 и 0+2 входы которого соединены рого блоков определения знака, вто5 с выходами блока вычисления проекций рой вход первого блока определения обобщенного вектора напряжения в знака и его выход образуют соответстсистеме координат, связанной с первой венно второй. вход и первый выход даттрехфазной системой статорной обмот- чика напряжения в системе координат ки, входы которого соединены с выхо- 10 обобщенного вектора тока статора,.дами 2m/3 датчиков фазных напряже- второй вход второго блока определений, первый и второй выходы блока вы- ния знака и его выход образуют соотчисления проекций обобщенного векто- . ветственно третий вход и второй выход ра напряжения соединены с входами датчика напряжения в системе коордисоответственно первого и второго бло- 15 нат обобщенного вектора тока статора.

Составитель С.Позднухов

Редактор Н.Слободяник Техред М.Ходанич Корректор В.Гирняк

Заказ 5573/54 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4