Устройство для определения координат асинхронного двигателя регулируемого электропривода

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является повышение точности определения координат асинхронного двигателя в статических и динамических режимах работы. Указанная цель достигается тем, что формирователь 12 управляющих воздействий дополнительно соединен с выходами блока 3 преобразования токов старора и изменена структура блока 6 вычисления составляющих вектора потокосцепления и блока 11 вычисления вектора тока статора. В результате из структуры блоков 6 и 11 исключены масштабные элементы с коэффициентами, определяемыми параметрами роторной обмотки, которые существенно зависят от теплового режима асинхронного двигателя 1. Это обусловило повьпиение точности в определении таких координат как частота вращения и проекции вектора потокосцепления(д , Кп, в условиях изменения температур. 4 ил. о S (Л

СОЮЗ СОВЕтСНИХ

СОаЕЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„, 14033 (sg 4 Н 02 P 5/402

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, „, К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4157528/24-67 (22) 08,12.86 ! (46) 15.06.88. Бюл. Р 22 (71) Ивановский энергетический институт им. В.И.Ленина (72) Н.Л.Архангельский, Б.С.Курньппев, С.К.Лебедев и В.В. Пикунов (53) 621.316.7 (088.8) (56) Патент Швейцарии Ф 472146, кл. Н 02 Р 5/40, 1969.

Авторское свидетельство СССР

Р 1039011, кл. Н 02 P 5/40, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРНВОДА (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повьппение точности определения координат асинхронного двигателя в статических и динамических режимах работы.

Указанная цель достигается тем, что формирователь 12 управляющих воздейсТННН дополнительно соединен с выходами блока 3 преобразования токов старора к изменена структура блока 6 вычисления составляющих вектора потокосцепления и блока 11 вычисления вектора тока статора. В результате из структуры блоков 6 и 11 исключены масштабные элементы с коэффициентами, определяемыми параметрами роторной обмотки, которые существенно зависят от теплового режима асинхронного двигателя 1. Зто обусловило повышение точности в определении таких координат как частота вращения и проекции вектора потокосцепления Рн, р в условиях изменения температур. 4 ил.

1403323

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для определения координат асинхронного двигателя, и может быть использовано, 5 в регулируемом асинхронном электро- . приводе общепромышленного назначения.

Цель изобретения — повышение точности определения координат асинхрон- 1О . ного двигателя в статических и динамических режимах работы.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для определения координат асинхронного двигателя регу- 15 лируемого электропривода; на фиг.2 — структурная схема блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора; на фиг.3 — структурная схема блока вычисления составляющих тока 20 статора; на фиг.4 — структурная схема формирователя управляющих воздействий в контурах регулирования составляющих векторов потокосцепления ротора и тока статора.

Устройство для определения координат асинхронного двигателя 1 (фиг.1) содержит датчики 2 фазных токов статора, подключенные выходами к входам блока преобразования токов 3, датчики 30

4 фазных напряжений статора, подключенные выходами к входам блока преобразования„ напряжений 5, блок 6 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, снабженный двумя 35 парами входов, два элемента сравнения

7 и 8, два релейных элемента 9 и 10,,блок 11 вычисления составляющих вектора тока статора, снабженный тремя парами входов, формирователь 12 уп- 40 равляющих воздействий в контурах регулирования составляющих векторов потокосцепления ротора и тока статора снабженный тремя парами входов.

Нервая пара входов блока 6 вычис- 45 ления составляющих вектора потокосцепления ротора объединена пофазно с первыми входами элементов сравнения

7 и 8 и подключена к выходам блока 3 преобразования токов статора. Вторая пара входов блока 6 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора объединена пофазно с первой па" рой входов блока 11 вычисления сос-. тавляющих вектора тока статора и под-55 ключена соответственно к выходам формирователя управляющих воздействий

12. Вторая пара входов блока 11 вы- . числения составляющих вектора тока статора подключена к выходам блока

6 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, третья пара входов блока 11 подключена к выходам блока 5 преобразования напряжений статора, а выходы блока ii подключены ко вторым входам соответствующих элементов сравнения 7 и 8, выходы которых подключены ко входам- репейных элементов 9 и 10, выходы которых под" ключены к первой паре входов формирователя 12, вторая пара входов которо-.. го подключена к выходам блока 6 вы" числения составляющих вектора потокосцепления ротора. Третья нара входов формирователя 12 управляющих воздействий подключена к выходам блока 3 преобразования токов статора.

Блок 6 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора выполнен с сумматорами 13 — 16 (фиг.2)" двумя интеграторами 17 и 18, масштабными элементами 19 и 20,блоками умножения 21 — 24, причем входы масштабных элементов 19 и 20 образуют первую

1 пару входов блока 6, первые входы блоков умножения 21, 23 и 22, 24 попарно объединены и образуют вторую пару входов блока 6 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, выходы блоков умножения 21 и 23 подключены к первым входам сумматоров 13 и 15, выходы блоков умножения 22 и 24 подключены ко вторым входам сумматоров 13 и 15, выходы которых подключены ко входам интеграторов 17 и 18, выходы которых образуют первый и второй выходы блока 6 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, выход интегратора

17 подключен к объединенным первому входу сумматора 14 и второму входу блока умножения 23, выход интегратора 18 подключен к объединенным первому входу сумматора 16 и второму входу блока умножения 21 выходы масштабных элементов 19 и 20 подключены ко вторым входам сумматоров 14 и 16, выходы которых подключены ко вторым входам блоков умножения 22 и 24.

Блок 11 вычисления составляющих вектора тока статора выполнен с сумматорами 25 - 28 (фиг. 3) интеграторами 29. и 30, блоками умножения 31 — 34, масштабными элементами 35 — 40, причем первые входы блоков умножения 31, 33 н 32, 34 объединены попарно и образуют первую пару входов блока 11, 23

4 вующих датчиков 2 и 4, в составляющие .обобщенных векторов тока Е „, Зз> и напряжения U „,.Uzp статора в декартовой системе координат м,, 8 неподвижной относительно статора асинх.Ронного двигателя 1,, Устройство представляет собой замкнутый контур регулирования, в котором задающей величиной является вектор тока статора, представленный в виде проекций на оси координат ь,/3 .

Проекции вычисленного вектора тока

+ I. статора I><, I формируются в блоке

11, реализующем следующие дифференциальные уравнения

+ сП, Ь RsLa +

Й .. Ц вЂ” — — — т Е + йС I Кк-Ь з Ь Ьк-Ь, 3 14033 вторые входы блоков умножения 33 и 31 объединены попарно с первыми входами сумматоров 27 и 28 и образуют вторую па-: ру входов блока 11 третья пара вхо- 5 дов блока 11 подключена ко входам масштабных элементов 35 и 38, выходы которых подключены соответственно к первым входам сумматоров 25 и 26, выходы блоков умножения 31 и 32 под- )p ключены ко второму и третьему входам сумматора 25, выходы блоков умножения

33 и 34 подключены ко второму и третьему входам сумматора 26, выходы масштабных элементов 36 и 39 подклю- 15 чены к четвертым входам сумматоров

25 и 26, выходы которых подключены ко входам интеграторов 29 и 30, выходы которых подключены к объединенным попарно входам масштабных элемен- 20 тов 36, 37 и 39, 40 и образуют выходы блока 11, выходы масштабных элементов 37 и 40 подключены ко вторым входам сумматоров 27 и 28, выходы кото-. рых подключены ко вторым входам бло- >5 ков умножения 32 и 34.

Формирователь 12 управляющих воздействий выполнен с сумматорами 41

44, релейными элементами 45, 46, шасштабньпчи элементами 47, 48, рас- 30 пределителем импульсных сигналов 49, причем первая пара входов распределителя импульсных сигналов 49 образует первую пару входов формирователя 12, а выходы распределителя 49 образуют выходы формирователя 12. Первые и вторые входы сумматоров 41 и 42 объединены попарно и образуют вторую парувходов формирователя 12, выходы сумматоров 41 и 42 подключены ко входам 40

Ф релейных элементов 45 и 46, выходы которых подключены ко второй паре вхо" дов распределителя импульсных сигналов 49, первые и вторые входы сумма.торов 43 и 44 объединены попарно и 45 образуют третью пару входов формирователя 12, выходы сумматоров 43 и 44 подключены ко входам масштабных элементов 47 и 48, выходы которых подключены к третьим входам сумматоров

41 и 42.

Устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе работает следующим образом. 55

Блок преобразования токов 3 и блок преобразования напряжений 5 осуществляют преобразование фазных токов и напряжений, поступающих с соответстФ Lm

+ ° Q ГЪ + ((> -L I ) — — ——

+йр т * эсс

5 э и

dIsp Ья „RsLg +

dt Ь L -Ь 5Р Ь Ья-Ьщ sp ь,„++ „+ + Ьв — — — — - Л <р +c.(qr -Ь Е )

Ь,Ь„-Ь„Я«RP m 5P L L Ь,„ где К,Ь,L„,L — параметРы асинхронного двигателя;

Л. — вычислительное значение скорости двигателя;

/ — фиктивная переменная.

Проекции вычисленного вектора потокосцепления ротора „, „формиВ руются в блоке 6, реализующем следующие дифференциальные уравнения

Составляющие вектора тока статора

Е, Е5&. По ученные на выходе блока преобразования токов 3, и составляющие Е, I >, сформированные на выходе блока 11, сравниваются с помощью элементов сравнения 7 и 8. Результаты сравнения воздействуют на релейные элементы 9 и 10, с выхода которых получают импульсные сигналы, определяющие знак рассогласования, Указанные импульсные сигналы распределяют в формирователе 12 на выходы, на которых сигналы Q», устанавливаются в зависимости от положения векторов потокосцепления ротора (<, „ )

% и тока статора (Е, I ) на плоскости oL, p таким образом, чтобы знаки

1403323 производных составляющих вектора тока статора всегда были отрицательны, т.е. чтобы в каждом канале обратная связь была отрицательной в любой

5 момент времени.

Алгоритм распределения сигналов определяют, исходя из того, что сигналы о, а изменяются с частотой мноShI<$ SH>3, S(» ()E И 5 ьfP3 ()k ИЗ S4(+R В(1 S()g введение в его состав дополнительно

2О двух сумматоров, двух масштабных элементов, введение в блок вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора дополнительно двух интеграто" ров, а в блок вычисления составляющих

25 вектора тока статора — двух интеграторов, двух суммагоров и двух масштабных элементов обеспечивает определение координат в статических и динамических режимах с более высокой точЗО ностью в сравнении с известным решением. формула изобретения

Устройство для определения коорди35 нат асинхронного двигателя регулируемого электропривода, содержащее датчи-. ки фазных токов статора, подключенные выходами к входам блока преобразова- . ния токов статора, датчики фаэных на4О пряжений статора, подключенные выхо.дами к входам блока преобразования напряжений, два элемента сравнения, два релейных элемента, формирователь управляющих воздействий в контурах регулирования составляющих векторов потокосцепления ротора и тока статора с двумя парами входов, блок вычисления составляющих вектора тока статора с тремя парами входов, блок вычисления составляющих вектора потокосцеп-. ления ротора с двумя парами входов, первая из которых объединена пофаэно с первыми входами соответствующих элементов сравнения и подключена к

5 выходам блока преобразования токов, а вторая пара входов объединена показно с первой парой входов блока вычисления составляющих вектора тока . статора и подключена к соответствую" tP (+) (-1 > ь ре Вы = s цп 1з,„-,„), S =sign(I, Ф )

5P „+

В(+) з -Ю цм,+ ар В(-1 =з1Кп м

Z»

+ („

+ ф

04, ) ° 2 >=(V<>- »)

Величины Л-,, модулированные во времени, на выходе формирователя

12 выполняют роль управляющих воздей4 латвий в контуре регулирования.

Среднее значение й+ определяет скорость вращения вала асинхронного двигателя 1. В установившемся режиме аботы устройства, когда его свободное движение закончено, среднее зна ение определяется,как E, =R

Величины й,", создают такой век1ор управления движением устройства чтобы слежение за вектором тока

Статора осуществлялось во всех режимах работы электропривода.

Замкнутая система регулирования составляющих вектора тока статора, реализованная в устройстве, позволяет обеспечить высокую точность определейия таких координат асинхронного двигателя как скорость и проекции векЭ у % тора потокосцепления ротора у„,„, а в условиях изменения температуры двигателя при эксплуатации электропривода, за счет исключения в блоках вычисления составляющих векторов тока статора и потокосцепления ротора масштабных элементов с коэффициентами, определяемыми параметрами роторной обмотки, которые существенно зависят от теплового режима двигателя.

Таким образом, подключение дополнительной пары входов формирователя управляющих воздействий к выходам блока преобразования токов статора и го больше, чем напряжение и ток асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе. Кроме того, высокая частота переключений обеспечивает малое свободное движение системы.

Сигналы 3, й. формируют по следующим логическим функциям !

1403323

20

30

40

45 щим выходам укаэанного формирователя управляющих воздействий, вторая пара входов блока вычисления составляющих вектора тока статора подключена к вы-. ходам блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, его третья пара входов подключена к выходам блока преобразования напряжений статора, а выходы. подключены к вторым входам соответствующих элементов сравнения, выходы которых подключены к входам соответствующих релейных элементов, выходы которых подключены к первой паре входов указанного формирователя управляющих воздействий, вторая пара входов которого подключена к выходам блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, выполненного с четырьмя блоками умножения, четырьмя сумматорами и двумя масштабными элементами, причем входы масштабных элементов образуют первую пару входов названного блока, первый вход второй пары входов названного блока подключен к объединенным первым входам первого и второ"

ro блоков умножения, второй вход к объединенным первым входам третьего и четвертого блоков умножения, второй вход первого блока умножения подключен к второму входу блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, второй вход второго блока умножения подключен к первому входу блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, выходы первого.и второго блоков умножения подключены соответственно к первым входам первой пары сумматоров, выходы масштабных элементов подключены соответственно к первым входам второй пары .сумматоров, 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 входам первого и второго блоков умножения, а второй вход — к объединенным первым входам третьего и четвертого блоков 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 сумматоров, а выходы третьЕго и четвертого блоков. умножения — к вторым входам сумматоров, третьи и четвертые входы которых подключены соответственно к выходам первой и второй пар масштабных элементов, входы первой пары масштабных элементов образуют третью пару входов названного блока, формирователь управляющих воздействий в контурах регулирования составляющих векторов потокосцепления ротора и тока статора выполнен с двумя релейными элементами, двумя сумматорами и распределителем импульсных сигналов, первая пара входов которого образует первую пару входов названного формирователя управляющих воздействии, вторая пара входов распределите1 ля импульсных сигналов подключена череэ соответствующие релейные элементы к выходам первого и второго сумматоров, первые и вторые входы которых соответственно объединены и образуют вторую пару входов названного формирователя управляющих воздействий, выходы которого образованы выходами распределителя импульсных сигналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения координат асинхронного двигателя в статических и динамических режимах, формирователь управляющих воздействий в контурах регулирования составляющих векторов потокосцепления ротора и тока статора дополнительно снабжен двумя входами, двумя сумматорами и двумя масштабными элементами, причем масштабные элементы включены между дополнительными входами первого и второго сумматоров и выходами дополнительных сумматоров соответственно, первые и вторые входы которых попарно объединены и образуют дополнительную цару входов названного формирователя управляющих воздействий, которая подключена к выходам блока преобраэова-.. ния токов статора, в блок вычисления

50 составляющих вектора потокосцепления ротора дополнительно введены два интегратора, входы которых подключены к выходам первой пары сумматоров, а выходы интеграторов образуют выходы названного блока, которые подключены к вторым входам второй пары сумматоров, выходы которых подключены к вторьы входам третьего и четвертого блоков умножения, выходы которых подклю1403323

l0 чены к вторым входам первой пары сум маторов, в блок вычисления составляющих вектора тока статора дополнительно введены два интегратора, два сумматора, два масштабных элемента, входы которых соответственно объеди" иены с входами второй пары масштабных элементов и выходами интеграторов и образуют выходы названного блока, входы интеграторов подключены к выходам первой пары сумматоров, выходы дополнительной пары масштабных элементов подключены к первым входам дополнительной пары сумматоров, вторые пары входов которых образуют соответственно вторую пару входов названного блока, а выходы дополнительной пары сумматоров подключены соот1р ветственно к вторым входам третьего и четвертого блоков умножения.

1403323

1403323

Составитель А.Жилин

Редактор И.Сегляник Техред g.Ходанич Корректор Г. Решетник

Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3002/53

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