Устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем получения информации о зна чении сопротивления роторной обмотки асинхронного двигателя. Указанная цель достигается введением в устройство для определения координат асинхронного электродвигателя регулируе

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„, SU„„1398061 А1 (51)4 Н 02 у 5 402

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ,QO

ГОСУДа СТЕЕННЫЙ HOMHTET CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4156843/24-07 (22) 05.12.86 . (46) 23.05.88. Бил. Ф 19 (71) Ивановский энергетический инсти( тут им,В.И.Ленина (72) Н.Л.Архангельский, Б.С.Курнышев, С.К.Лебедев и В.В.Пикунов (53) 62 1.316.7(088.8) (56) Патент ФРГ !! 3034252, кл. Н 02 Р 5/34, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Ф 10390!1, кл. Н 02 P 5/40, 1982, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООР-"

ДИНАТ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В РЕГУЛИРУЕМОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем получения информации о зна ченки сопротивления роторной обмотки асинхронного двигателя. указанная цель достигается введением в устройство для определения координат асинхронного электродвигателя регулируе1398061 мого электропривода блока задания 16, последовательно соединенньФ фильтра

13, интегратора (И) 14 и сумматора (С) 15. Второй вход С 15 подключен к блоку задания 16. Выход С 15 соединен с дополнительными входами блока 6 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора и блока 11 вычиалЕния составляющих вектора тока статОра. Вход фильтра связан с выходом формирователя 12 логических управляющих воздействий в контуре регулирования составляющих вектора потокосцепления ротора и вектора тока статора, нФ котором формируется управляющее воздействие в виде фиктивной перемен1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам опрЕделения координат асинхронного двигателя, и может быть использовано в регулируемом асинхронном электроприводе общепромьппленного назначения.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем получения дополнительной информации о значении сопротивления роторнЬй обмотки асинхронного двигателя.

На фиг. 1 представлена структурная с ема устройства для определения координат асинхронного двигателя регулируемого электропривода; на фиг. 2сТруктурная схема блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ректора; на фиг. 3 — структурная схема блока вычисления составляющих вектора тока статора.

Устройство для определения координат асинхронного двигателя 1 (фиг. 1) . содержит датчики 2 фаэных токов ста- тора, подключенные выходами к входам блока 3 преобразователя токов, датчики 4 фаэных напряжений статора, подключенные выходами к входам блока 5 преобразования напряжений, блок 6 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора с двумя парами входов и дополнительным входом, два элемента 7 и 8 сравнения, два релейных элемента 9 и 1О, блок 11 вычисленой р . Определение значения сопротивления роторной обмотки асинхронного двигателя 1 происходит в замкнутом контуре по среднему значению фиктивной переменной. Это среднее значение получается на выходе фильтра 13. К сигналу, поступающему с И 14, добавляется с элемента задания 16 каталожное значение сопротивления R ротора. Нри отклонении сопротивления роторной обмотки от R0 величина р, Ф О и сигнал на выходе И 14 изменяется до тех пор, пока р, О, Тогда выходной сигнал С 15 совпадает со значением сопротивления асинхронного двигателя 1. 3 нл.

2 ния составляющих вектора тока статора с тремя парами входов и дополнительным входом, формирователь 12 логичес" ких управляющих воздействий в конту5 рах регулирования составляющих вектора потокосцепления ротора и вектора тока статора, фильтр 13 низкой частоты, интегратор 14, сумматор 15 и элемент 16 задания.

Первая пара входов блока 6 вычисления составляющих вектора .потокоцепления ротора объединена пофазно с первыми входами элементов 7 и 8 сравнения и подключена к выходам блока 3 преобразования токов статора.

Вторая пара входов блока 6 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора объединена нофазно с первой парой входов блока 11 вычисления

20 составляющих вектора тока статора и подключена соответственно к первому и второму выходам формирователя 12 логических управляющих воздействий, вторая пара входов блока 11 вычисления составляющих вектора тока статора подключена к выходам блока 6 вычисления составляющих вектора котокосцепления ротора. Третья пара входов укаэанного блока 6 подключена к выходам блока 5 преобразования напряжений статора, а выходы блока 6 подключены к вторым входам соответствующих элементов 7 и 8 сравнения, выходы кото, 1398061 рых подключены к входам релейных элементов 9 и 10, выходы которых подключены к первой паре входов формирователя 12. Вторая пара входов формирователя 12 подключена к выходам блока 6 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора.

Дополнительные входы блоков 6 и 11 объединены и подключены к выходу сумматора 15, первый вход которого подключен к выходу интегратора 14, второй вход — к выходу элемента 16 задания.

Вход фильтра 13 низкой частоты подключен к первому выходу формирователя 12 логических управляющих воздействий, а выход — к входу интегратора 14.

Блок 6 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора (фиг. 2) снабжен сумматорами 17-22, двумя интеграторами 23 и 24, масштабными элементами 25-28, блоками 29-36 умножения, причем входы масштабных элементов 25 и 26 образуют первую пару входов блока .6. Первые входы блоков 29, 33 и 30, 34 умножения попарно объединены и образуют вторую пару входов блока 6 вычисления ео- --. ставляющих вектора потокосцепления ротора. Выходы блоков 29 и 33 умножения.подключены соответственно к объединенным попарно первым входам сумматора 17, 18 и 20, 21, выходы сумматоров 17 и 20 подключены соответственно к вторым входам блоков 30 и 34 умножения, выходы которых подключены соответственно к вторым входам сумматоров 18 и 21, выходы которых подключены соответственно к входам инте раторов 23 и 24, выходы которых образуют выходы блока 6 и подключены к . объединенным попарно второму входу блока 33 умножения, входу масштабного элемента 27, второму входу блока 24 умножения, входу масштабного элемента 28, Выходы масштабных элементов

25 и 26 подключены соответственно к первым входам сумматоров 19 и 22, вторые входы которых объединены соответственно с первыми. входами блоков 31 и 35 умножения и подключены соответственно к выходам масштабных элементов 27 и 28.

Выходы сумматоров 19 и 22 подключены соответственно к первым входам блоков 32 и 36 умножения. Вторые входы блоков 31, 32, 35 и 36 умножения объединены и образуют дополнительный вход блока 6 вычисления составляющих вектора потокосцепления

5 ротора. Выходы блоков 31 и 35 умножения подключены соответственно к входам сумматоров 17 и 20, а выходы блоков 32 и 36 умножения — к трегьим входам сумматоров 18 и 21 °

1 . Блок 11 вычисления составляющих вектора тока ставора (фиг. 3) снабжен сумматорами 37-40, интеграторами

41 и 42, блоками" 43-48 умножения, масштабными элементами 49-54, причем

15 первые входы блоков 43, 46 и 44, 47 усножения объединены попарно .и образуют первую пару входов блока 11.

Вторые входы блоков 44, 46 и 43, 47 умножения объединены попарно и обра2р зуют первую пару входов блока 11.

Вторые входы блоков 44, 46 и 43, 47 умножения объединены попарно и образуют вторую пару входов блока 11 которая подключена соответственно к

25 первым входам сумматоров 39 и 40.

Третья пара входов блока 11 подключена к входам масштабных элементов

49 и 52, выходы которых подключены соответственно к первым входам сумма30 торов 37 и 38. Выходы блоков 43 и 44 умножения подключены соответственно к второму и третьему входам сумматора 37, выходы блоков 46 и 47 умножения подключены соответственно к втоЗ5 рому и третьему входам сумматора 38, выходы сумматоров 37 и 38 подключены к входам интеграторов 41 и 42, выходы которых подключены к объединенным попарно входам масштабных элемен40 тов 50, 51 и 53, 54 и образуют выходы блока 11 вычисления составляющих вектора тока статора. Выходы масштабных элементов 50 и 53 подключены к четвертым входам сумматоров 37 и 38, 45 выходы масштабных элементов 51 и 54, подключены к вторым входам сумматоров . 39 и 40, выходы которых подключены к первым входам блоков 45 и 48 умножения, вторые входы которых объединеО ны и образуют дополнительный вход блока 11. Выходы блоков 45 и 48 умножения подключены к пятым входам сумматоров 37 и 38.

Устройство для определения коор 6 динат .асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе работает следующим образом.

Блок 3 преобразования токов и блок 5 преобразования напряжений осу1398061 ществляют преобразование фаэных токов и напряжений, поступающих с соответствующих датчиков 2 и 4, в составляющие обобщенных векторов тока

I и напряжения U,,Б статора в декартовой системе координат a(,,p, неподвижной относительно статора асинхронного двигателя 1.

Проекции вычислительного вектора тока статора I >, I „ формируются в блоке 11, реализующем следующие дифференциальные уравнения:

4. 50(— — — — U

dt L LR-L

R Lp

LЬ-L

ill

Ф +

+ R — — — — — — (y ЬТ )

Ь (Ь Ь -Ь ) L

Ф ъс аа

Ь5Ьа Ь

Иъ

1к (+ ае(5 а е

« Пир — — — = — — — -U

SP

dt ЬL Ь

R L «

$Jh

Ь Ь„-Ь

L

«

В

+ ʄ— — — — —,-(

Ь„(Ь Ь„-Ь ) 40

« Щ « ° М вЂ” — — М ав, а.(Ь Ь Ь

ЬБЬа-Lm где R Ь, L R, Ь вЂ” каталожные параметры асинхронного двигателя; 50

R вычисленное эначение сопротивления ротора; вычисленное значение скорости двигателя;

I фиктивная переменная.

Устройство представляет собой замкнутый контур регулирования, в котором задающей величиной является вектор тока статора, представленный в виде проекций на оси коодинат d, 8 . 15

Проекции вектора потокосцепления ротора („"„, ц @ формируются в блоке 6, реализующем следующие дифференциальные уравнения:

4F о ч а (1

-- Ю" ) — Я" ч «вЂ”

Rc(Кя

R к (-"-

5а(Ьа

1

dq« 1

Н9 + tn

«

--=R(-I -- )+ а бр Rp

dt Ь Ьа

+5l."Ñ вЂ” p(R — t" "+ g.""ó ). а,(а(3

Ь, Алгоритм распределения сигналов определяют исходя из того, что сигналы р и g, èýìåíÿþòñÿ с частотой много больше, чем напряжение и ток асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе. Кроме того, высокая частота переключений обеспечивает малое свободное движение системы.

Сигналы р, Я" на выходах формирователя 12 формируют по следующим логическим функциям:

Составляющие вектора тока статора

I R, полученные на выходе блока

3 преобразования токов, и составляющие ?з„, 1, сформированные на выходах блока 11, сравниваются с помощью элементов 7 и 8 сравнения. Результаты сравнения воздействуют на релейные элементы 9 и 10, с выходов которых получают импульсные сигналы, определяющие знак рассогласования.

Указанные импульсные сигналы распределяют в формирователе 12 на выходы, на которых сигналы устанавливаются в зависимости от положения вектора потокосцепления ротора (g+< g «„) на плоскости Ы и р таким образом, чтобы знаки ошибок производных сос.тавляющих вектора тока статора всегда были отрицательны, т.е. чтобы в каж дом канале обратная связь была бы отрицательной в любой момент времени.

1398061

Ь 4 5 4

vd+ ч е vd-Ìв ы„Ю,,+ у 5 М,Г ЧЪ 4Т !

45 45 45 ф 5 Я 5

< + 9 - 9 dI + - 4

Ы Р

45 45 4 5 Я 5 ((5

4 +М V-V 4I „-V Ч „- V 4т

Ь где S> = sign(y < + у"„ );

5чг y = s>gn(4 g ч g ) 15

S4y Sign(I sg — s )

ы, = " "(su- op) °

Величйнй й+и р, модулированные во времени, выполняют роль управляющих воздействий в контуре регулиро- 20 вания.

Среднее значение Я определяет скорость вращения вала асинхронного двигателя 1. В установившемся режиме работы устройства, когда его свободное движение закончено, среднее значение р равно нулю. Величины Я.+и р создают такой вектор, управления движения устройства, чтобы слежение за вектором тока статора осуществлялось 30 во всех режимах работы реального асинхронного двигателя, Определение значения сопротивления роторной обмотки двигателя в устройстве определения координат происходит З5 в замкнутом контуре по среднему значению р- (р ), получаемому на выходе фильтра 13 низкой частоты. В элемент задания 16 вводится каталожное значение сопротивления ротора Rg» которое 40 добавляется на сумматоре 15 к сигналу с выхода интегратора 14. При отклонении значения сопротивления ротора асинхронного двигателя 1 от R g величина р становится отличной от нуля, 45 и сигнал на выходе интегратора 14 изменяется до тех пор, пока р не становится равным нулю, при этом К ф совпадает со значением сопротивления асинхронного двигателя 1. 50

Таким образом, введение в устройство дополнительного сумматора, элемента задания, интегратора, фильтра низкой частоты, а также введение в блок вычисления составляющих вектора тока статора двух блоков умножения, двух сумматоров, двух интеграторов, третьей пары масштабных элементов, а в блок вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора четырех блоков умножения, двух сумматоров, двух интеграторов обеспечивает дополнительно определение текущего значения сопротивления роторной обмотки асинхронного двигателя, что определяет более широкие функциональные возможности предлагаемого устройства,в сравнении с известным.

Формула и з обретения

Устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе, содержащее датчики фазных токов статора, подключенные выходами к входам блока преобразования токов, датчики фазных напряжений статора, подключенные выходами к входам блока преобразования напряжений, блок вычисления составляющих вектора нотокосцепления ротора с двумя парами входов, два элемента сравнения, два релейных элемента, блок вычисления составляющих вектора тока статора с тремя парами входов и формирователь логических управляющих воздействий в контурах регулирования составляющих вектора потокосцепления ротора и вектора тока статора; при этом входы первой пары блока вычисле" ния составляющих потокосцепления ротора, объединены пофазно с первыми входами соответствующих элементов сравнения и подключены к выходам блока преобразования токов, входы второй пары названного блока объединены с одноименными входами первой пары входов блока вычисления составляющих вектора тока статора и. подключены соответственно к первому и второму выходам указанного формирователя логических управляющих воздействий, вторая пара входов блока вычисления составляющих вектора тока статора подключена к выходам блока вычисления

1398061

10 составляющих вектора гготокосцепления ротора, третья пара блока вычисления составляющих вектора тока статора входов подключена к выходам блока преобразования напряжений, а выходы упомянутого блока вычисления подключены к вторым входам соответствующих элементов сравнения, соединенных выходами с входами соответствующих релейньи элементов, выходы которых подключены к первой паре входов указанного формирователя логических управляющих воздействий, вторая пара входов которого подключена к выходам блока вычисления составляющих вектора пЬтокосцепления ротора, выполненного с.четырьмя блоками умножения, че" тьгрьмя сумматорами и четырьмя масштабными элементами, входы первого и второго масштабных элементов образуют первую пару входов блока вычис1 линия составляющих вектора потоко- . с Гепления ротора, первый вход второй пары входов этого блока подключен к 25 объединенным первым входам первого и,второго блоков умножения, второй вход этого блока вычисления — к объединенным первым входам третьего и четвертого блоков умножения, выход 1п пфрвог о блока умножения подключен к объединенным первь1м входам первого и:второго сумматора, вьиод второго блока умножения подключен к объединенным IlppBblM входам третьего и "ieT в ртого сумматоров, выходы первого и третьего сумматороа подключены соответственно к вторым входам третьего ,и четвертого блоков умножения, вьиоды которьи подключены соответственно 40 к вторым входам второго и четвертого сумматоров, первый выход блока вычис" ления составляющих вектора потоко" сггепления ротора подключен к объединенным между собой входу третьего 45 масштабного элемента и второму входу второго блока умножения, а второй вьиод названного блока подключен к объединенным между собой входу четвертого масштабного элемента и второ" му.входу первого блока умножения, блок вычисления составляющих вектора тока статора выполнен с четырьмя блоками умножения, двумя сумматорами, четырьмя масштабными элементами, причем первый вход первой пары входов названного блока подключен к объединенным первым входом первого и второго блока умножения, а второй вход — к объединенным первым входам третьего и четвертого блока умножения, первый вход второй пары входов подключен к объединенным вторым входам второго и . третьего блоков умножения, а второй вход — к объединенным вторым входам первого и четвертого блоков умножения, выходы первого и второго блоков умножения подключены соответственно к первым входам первого и второго сумматоров, а вьиоды третьего и четвертого блоков умножения — к вторым входам первого и второго сумматоров, третьи и четвертые входы которых подключены соответственно к выходам первой и второй пары масштабных элементов, причем входы первой пары масштабных элементов образуют третью пару входов названного блока, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем получения дополнительной информации о значении сопротивления роторной обмотки асинхронного двигателя, введены сумматор, элемент задания, интегратор и фильтр низкой частоты, а блоки вычисления составляющих вектора тока статора и потокосцепления ротора, снабжены по одному дополнительному входу, подключенному к выходу сумматора, при этом вход фильтра низкой частоты подключен к первому выходу формирователя логических управляющих воздействий, а выход — к входу интегратора, подключенного выходом к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом элемента задания, причем блок вычисления составляющих вектора тока статора дополнительно снабжен двумя блоками умножения, двумя сумматорами, третьей парой масштабных элементов, двумя интеграторами, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, а выходы образуют выходы названного блока и подключены соответственно к объединенным входам первых и вторых масштабных элементов и третьей пар, выходы третьей пары масштабных элементов под».

КЛЮЧЕНЫ COOTSeTCTBeHHO К ПЕРВЫМ ВХО" дам дополнительных сумматоров, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму входам второй пары названного блока, выходы дополнительных сумматороВ подключены сооТ ветственно к первым входам дополнительных блоков умножения, вторые

1398061

12 входы которых объединены и образуют дополнительный вход названного блока, а выходы подключены. соответственно к пятым входам первого и второго сумматоров, блок вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора дополнительно содержит четыре блока умножения, два сумматора, два интегратора, выходы которых подключены соответственно к выходам второго и чет-, вертого сумматороа, а выходы — к первому и второму выходам названного блока, выходы первого и второго масштабных элементов подключены соответственно к первым входам дополнительных сумматоров, вторые входы которых объединены соответственно с первыми входами первого и третьего дополнительных блоков умножения и подключены соответственно к выходам третьего и четвертого масштабных элементов, а выходы подключены соответственно к

5 первым входам второго и четвертого дополнительных блоков умножения, вторые входы дополнительных блоков умножения объединены и образуют дополни-. тельный вход названного блока, выходы первого и второго дополнительных блоков умножения подключены соответственно к второму входу первого сумматора и к третьему входу второго сумматора, а выходы третьего и четвертого дополнительных блоков усножения— к второму входу третьего сумматора и к третьему входу четвертого сумматора.

1398061

Составитель А. Жилин

Техред М.Ходанич Корректор В, Бутяга

Редактор А. Ворович

Заказ 2276/55 Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ 1 осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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