Устройство для определения скольжения асинхронного двигателя

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах и механизмах общепромьшшэнного назначения. Целью изобретения является повышение точности определения скольжения аси гхронного двигателя . Устройство опредепения скольжения асинхронного двигателя содержит датчик 1 фазных токов и датчик 2 напр5окений, подключенные выходами к блоку 3 определения тока намагничивания . В устройство введены блок 7 компараторов и блок 6 преобразования координат , управляющим и токовьгм входами соответственно подключенные к выходу датчика 1. Управляющий выход блока 7 соединен с входом преобразо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4114556/24-07 (22) 25.07.86 (46) 07.08.88. Бюл, ¹ 29 (71) Днепропетровский горный институт им. Артема (72) В.Л.Соседка, Л.Ф.Коломойцева>

В.Б.Верник и Д.И.Пружанский (53) 621. 313, 333,072.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1372579, кл. Н 02 P 7/42, 1986, Авторское свидетельство СССР

¹ 1140043, кл. G 01 P 3/56> 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в

„„SU„„1415399 А1 (51)4 Н 02 Р 7/42> G 01 Р 3/56 системах и механизмах общепромышленного назначения. Целью изобретения является повышение точности определения скольжения асинхронного двигателя. Устройство определения скольжения асинхронного двигателя содержит датчик 1 фазных токов и датчик 2 напряжений> подключенные выходами к блоку 5 определения тока намагничивания. В устройство введены блок 7 компараторов и блок 6 преобразования координат, управляюшим и токовым входаMI соответственно подключенные к выходу датчика 1, Управляющий выход блока 7 соединен с входом преобразо1415399 вателя 8 напряжение - частота, запускающим входом генератора 9 линейного. напряжения и управляющим входом блока 6 преобразования координат. Второй токовый вход блока 6 соединен с токовым выходом блока 7. Управляющие выходы блока 6 соединены с попарно объединенными входами счетчиков 3335, счетные входы которых подключены к выходу генератора 32 стабильной частоты. Выходы счетчиков 33-35 через масштабнь|е усилители 16-18 подключены к одним входам соответствующих делителей 26-.31 и к одной группе входов блока 36 определения среднеарифметического значения скольжения. Другая группа входов блока 36 соединена с выходами делителей 26-31, вторые входы которых через запоминающие блоки связаны с информационными выходами кольцевого счетчика 19. Управляющий вход кольцевого счетчика 19 соедиИзобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для определения скольжения в частотно-управляемых асинхронных электроприводах, и может быть использовано в системах и механизмах общепромышленного назначения.

Цель изобретения — повышение точности определения скольжения асинхронного двигателя, l0

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для определения скольжения асинхронного двигателя, на фиг, 2 - схема блока компаратаров; на фиг, 3 — схема блока преобразования координат; на фиг, 4 — диаграмма работы блока преобразования координат; на фиг. 5 — векторная диаграмма асинхронного двигателя. ус райстна для определения скольжения асинхронного двигателя содержит датчик 1 фазных токов, датчик 2 фазных напряжений, преобразователь 3 функции арктангенса с тремя входами, 25 блок 4 определения модуля тока ротора с тремя входами, блок 5 определения тока намагничивания с двумя входами, блок 6 преобразования координат нен с выходом блока 13 умножения и через масштабный усилитель 15 — с выходом блока 4 определения модуля тока ротора, одним входом соединенного с первым входом преобразователя 3 функции арктангенса. Входы преобразователя 3, блоков 4, 10 определения модулей токов ротора и статора соединены с выходами блока 6. Выходы генератора 9 и преобразователя 3 соединены с входами сумматора 11, выход которого через преобразователь 12 функции синуса связан с одним входом блока 13 умножения. Второй вход блока !3 подключен к выходу блока 10, а управляющие входы блоков памяти 2025 соединены с выходом преобразователя 3, Устройство позволяет определить скольжение асинхронного двигателя на основе анализа электромагнитных процессов без применения тахогенератора. 5 ил.

2 с двумя токовыми и управляющим входами и с двумя токовыми и тремя управляющими выходами, блок 7 компараторов с токовым и управляющим выходами, преобразователь 8 частота - напряжение, генератор 9 линейного напряжения с основным, запускаюпдм и стоповым входами, блок 10 определения модуля тока статора с двумя входами, сумматор 11, преобразователь 12 функции синуса, блок 13 умножения, блок 14 сравнения, масштабные усилители 15-18, кольцевой счетчик 19 со счетным входом и шестью информационными выходами, блоки 20-25 запоминания, блоки 26-31 деления, генератор 32 стабильной частоты, счетчики 33-35, каждый из которых выполнен со счетным входом и двумя управляющими входами, и блок 36 определения среднеарифметического значения. скольжения.

Первый вход преобразователя 3 функции арктангенса и первый вход блока 4 определения модуля тока ротора соединены с выходом блока 5 определения тока намагничивания. Первый токовый вход блока 6 преобразования координат обьединен с входом блока 7 компарато1415399 ров 7 и с первым входом блока 5 определения тока намагничивания и подключен к выходу блока датчиков 1 фазиых токов. Управляющий выход блока 7 компараторов соединен с входом преобразователя 8 частота — напряжение, запускающим входом генератора 9 линейного напряжения и с управляющим входом блока 6 преобразования координат, Токовый выход блока 7 компараторов соединен с вторым токовым входом блока 6 преобразования координат, токовые выходы которого соединены соответственно с вторыми и третьими входами 15 блока 4 определения модуля тока ротора и преобразователя 3 функции арктангенса и соответствующими входами блока 10 определения модуля тока статора, выход которого соединен с одним 2р их входов блока )3 умножения. Выход блока 13 умножения соединен с первым входом блока 14 сравнения. Вь1ход преобразователя 3 арктангенса соединен с одним из вуэдов сумматора 11, вы- 25 ход которого через преобразователь

12 функции синуса соединен с вторым входом блока 13 умножения. Второй вход блока 14 сравнения через первый масштабный усилитель 15 соединен с ЗО выходом блока 4 определения модуля тока ротора, выход блока 14 сравнения соединен со стоповым входом генератора 9 линейного напряжения и со счетным входом кольцевогo счетчика

l9, выходы которого подключены к vnравляющчм входам шести блоков запоминания 20-25, вторые входы которых объединены и подключены к выходу преобразователя 3 функции арктангенса. 4п

Выходы блоков 20-25 запоминания подключены к первым входам соотвстствующих блоков 26-31 деления. Вторые входы блоков 26 и 29 деления соединены через масштабный усилитель 16 с 45 выходом счетчика 33, вторые входы блоков 27 и 30 деления — через масштабный усилитель !7 с выходом счетчика 34, вторые входы блоков 28 и

31 деления — через масштабный усилитель 18 с выходом счетчика 35. Счетные входы счетчиков 33-35 подключены к выходу генератора 32 стабильной частоты.

Управляющие выходы блока 6 пре-образования координат подключеньi к попарно объединенным управляющим входам счетчиков 33-35. Выход преобразователя 8 частота — напряжение соединен с основным входом генератора 9 линейного напряжения, выход которого соединен с вторым входом сумматора

ll, Второй вход блока 5 определения тока намагничивания соединен с выходом датчика 2 фазных напряжений.

Выходы блоков 26-31 деления и масштабных усилителей 16-18 соединены с входами блока 36 определения среднеарифметического значения скольжения, выход которого образует выход устройства.

Блок 7 компараторов содержит (фиг.. 2) нуль-органы 37-39 и подключенные к их входам соответствующие сумматоры 40-42. Первые входы сумматоров 40-42 образуют входь| блока 6 компараторов. Второй вход сумматора

40 соединен с первым входом сумматора 42, второй вход сумматора 41 — с первым входом сумматора 40, а второй вход сумматора 42 — с первым входом сумматора 41, Выходы сумматоров 40-42 соединены с соответствую1Ш1ми входами нуль-органов 37-39 и, кроме того, образуют токовый выход блока 7 компараторов, а выходы нуль-органов 37-39 о бр аз уют управляющий выход блока 7 ."1м.sа ра торо в.

Блок 6 преобразования координат фиг. 3) содержит триггеры 43-45, дешифратор 6, первую группу ключей

47-49, вторую группу ключей 50-52 и сумматоры 53 и 54. Токовые входы триггеров 43-45 образуют управляющий вход, неуправляющие входы первой группы ключей 47-49 — первый токовый вход, а неуправляющие входы второй группы ключей 50-52 — второй токовый вход блока 6 преобразования координат.

Выходы триггеров 43-45 подключены к соответствующим входам дешифратора 46, выходы которого соединены с управляющими входами ключей 47-52 и, кроме того, образуют управляющий выход блока 6 преобразования координат. Выходы первой группы ключей 4749 подключены к входам сумматора 53, а выходы второй группы ключей 50-52 к входам сумматора 54. Выходы сумматоров 53 и 54 образуют токовый выход блока 6 преобразования координат, Для пояснения сущности работы устройст»а рассмотрим векторную диаграм/ . у асинхронного двигателя !фиг. 5)

Ток намагничивания Т> определен по измеренному напряже ыю, току двигате1415399

1О

/3

d(d

dt (4) 15 (2) ротора; ля и параметрам двигателя и отложен вдоль действительной оси. На этой же диаграмме изображен результирующий вектор тока OB для того момента времени, когда ток ротора I на ось потокосцепления »1 проецируется в точ2 ку. Определим условия, при которых результирующ!1й вектор тока занимает положения, совпадающие с током I 1, который изображен на векторной диаграмме. Дпя определения этого с момента времени, когда ток любой из фаэ совпадает с действительной осью, начинаем формировать результирующий вектор и Определять значение угла (» и отрезка АВ:

I1costdt-I H

Л =arctic

Т sin»dt

Из фиг, 5 видно, что,. если ток перпендикулярен оси »»„, выполняется соотношение:

Т „- in(Vt+P) =I K, (3) где р — угол между вектором потокосцепления воздушного зазора и вектором потокосцепления

Х15 ) х„, где х - индуктивное сопротивление рассеяния ротора; х „ — сопротивление взаимной индуктивности.

Рассмотрение векторной диаграммы и соотношений (1)-(3) дает воэможность записать алгоритм, определяющий скольжениЬ, который заключается в следующем: определяют реактивную мощность и по потребляемому току и параметрам двигателя определяют ток намагничивания, в момент, когда результирующий вектор тока совпадает с действительной осью, начинают формировать результирующий вектор статорноГо тока, а затем определять его проекции на неподвижной оси декартовой системы координат; через достаточно малые интервалы времени определяют угол по выражению (1); через достаточно малые интервалы времени определяют величину отрезка

АВ по выражению (?);

55 для каждого значения е(=ы и каждого значения р при известном и, 1 полагая, что AH=I, проверяют выполнение равенства (3); определяют значение р, при котором выполняется равенство (3); распределяют время dt, за которое результирующий вектор поворачивается на угол 2!1; абсолютное скольжение определяют согласно выражению

Реализация данного алгоритма поз воляет определить скольжение, Устройство работает следующим образом.

Сигналы с выходов датчика 1 фазных токов поступают на первый вход блока

5 определения тока намагничивания, на вход блока 7 компараторов и на первый токовый вход блока 6 преобразования координат. Сигналы с выходов датчика 2 фаэных напряжений поступают на второй вход блока 5 определения тока намагничивания, в котором по известному алгоритму с использованием измененных значений тока, напряжения и параметров двигателя определяется ток намагничивания Т . поступающий на первые входы преобразователя 3 функции арктангенса и блока 4 Определения модуля тока ротора.

В блоке 7 компараторов с помощью сумматоров 40-42 (фиг. 2 ) определяются линейные токи, поступающие на входы нуль-органов 37-39 и на направляющие входы группы ключей 50-52 (фиг. 3) блока 6 преобразования координат. На выходах нуль-органов 37-39 появляются импульсы, когда токи фаэ проходят через нуль, Эти импульсы поступают на вход преобразователя 8 частота — напряжение, запускающий вход генератора 9 линейного напряжения и на тактовые входы триггеров 4345 (фиг, 3) блока 6 преобразования координат. На входах триггеров 43-45 появляются импульсы Q» Q дли тельностью 180 эл, град. (фиг. 4а) .

Сигналы с выходов триггеров 43-45 поступают на вход дешифратора 46, на выходе которого появляются импульсы

Т,<, ТЬ и Тс (фиг.4б) длительностью

60 эл. град,, которые определяются по следующему выражению:

В момент проявления импульса на выходе дешифратора 46 ключи 47-52 открываются, Например, при появлении импульса I> открываются ключи 47 и

50 и на выходе сумматора 53 появляется сигнал, пропорциональжй фаэному току фазы А, а н . выходе сумматора 54 — сигнал, пропорциональный линейному току Иаэ В и С. Аналогично работает блок 6 преобразования координат при появлении импульсов

Ic

Таким образом, при наличии импульса I, I с или Iс блок 6 преобразования координат начинает по текущим токам фаэ А, В и С формировать составляющие векторов 7 1с ..-М= и э1па1 в ортогональной неподвижной системе координат. Сигналь1 с выходов сумматоров 53 и 54 поступают на входы преобразователя 3 функции арктангенса, блока 4 определения модуля тока ро— тора и блока 10 определения модуля тока статора, В блоке 3 по току намагничивания I и выходным сигналам сумматоров 53 и 54 определяется величина угла р согласно выражению (1), а в блоке 4 по тем же входным параметрам определяется значение отрезка AB по выражению (2).

Функциональные преобразователи 3 и 12 могут быть реализованы программно, методами кусочно-линейной аппроксимации (методаьв1 аналоговой техники) или с помощью дешифратора (методом дискретной техники).

Для вычисления текущих значений переменных необходимо иметь напряжение, пропорциональное углу поворота результирующего вектора тока. Это осуществляется с помощью преобразователя 8 частота — напряжение и генератора 9 линейного напряжения ° На вход преобразователя 8 частота — напряжение с выхода нуль-органов 37-39 (фиг. 2) подается сигнал в виде последовательности импульсов. Напряжение с выхода преобразователя 8 частота — напряжение поступает на основной вход генератора 9 линейного напряжения; который запускается управляющим выходным сигналом блока 7 компараторов, когда ток очередной фазы проходит через нуль. Сигнал с

99 выхода генератора 9 линейного напряжения и сигнал с выхода преобразователя 3 функции арктангенса суммируются в сумматоре 11, а затем поступают в функциональный преобразователь

12 синуса, в котором по заданному значению аргумента определяется функция sin(at+P). Далее сигнал с выхода функционального преобразователя

12 синуса поступает в блок 13 умно- жения, на второй вход которого поступает сигнал с выхода блока 10 определения модуля тока статора. Таким образом, на выходе блока 13 умножения появляется сигнал, пропорциональный левой части выражения (3 ), который поступает на один из в::одсв блока 14 сравнения. На второй вход этого блока поступает сигнал с блока 4 определения модуля тока ротора, предварительно умноженный в масштабном усилителе 15 на коэффициент К=1+

+х /x Таким образом, в блоке 14 сравнения осуществляется сравнение двух изменяющихся во времени функций:

I,sin(vt+p) и Т,К.

В момент выполнения равенства (3) па выходе блока 14 появляется импульс, который заносится в кольцевой счетчик 19, имеющий лесть информационных выходов. По приходу первого импульса с блока 14 сравнения на выугле р с преобразователя 3 функций арктангенса. По приходу второго им40

55 поминающий блок 21. Таким образом, . в течение одного периода в запоминающие блоки 20-25 вносится информация о величине угла . В следующие моменты времени процессы в кольцевом счетчике и запоминающих блоках повторяются. Следует отметить, что импульс, появившийся на выходе блока 14 сравнения, подается иа стоковый вход генератора 9 линейного напряжения, по которому он обнуляется, что позволяет определять значение e ==(й шесть раз за период.

Выполнение равенства (3) означает, что найден угол р, определяющий положение оси у<. Таким образом за один период шесть раз определяется числи153

1О

15 го

25 эо ходе кольцевого счетчика 19 появляет35 ся первый импульс, по которому запоминающий блок 20 читает информацию об пульса с блока 14 сравнения кольцевой счетчик 19 выдает разрешающий импульс на запись информации с функционального преобразователя 3 в за1415399

5

2н-Л

bt (5) (6) 2Г тель выфажения (1 ), величина которого фиксируется на выходе запоминающих блоков 20-25.

Интервалы времени dt определяются генератором 32 стабильной частоты и счетчиками 33-35. При появлении сигнала I (фиг. 3).появляется разрешающий импульс, по которому счетчик 33 начинает заполняться импульсами от генератора 32 стабильной частоты.

При появлении импульса I1, счетчик 33 прекращает счет импульсов, а счетчик

35 начинает осуществлять счет импульсов от генератора 32. При появлении импульса I счетчик 35 прекращает счет импульсов, а начинает заполняться импульсами счегчик 34, Таким образом, эа один период каждый из счетчиков два раза определяет значение времени bt. В выражении (4) время dt определяет поворот результирующего вектора на угол 2й. На выходах счетчиков 33-35 появляется сигнал, пропорциональный углу поворота результирующего вектора только на 60 эл.град.

Для согласования масштаба выходные сигналы счетчиков 33-35 подаются на масштабные усилители 16-18, которые осуществляют умножение входного сигнала в шесть раз. В блоках 26-31 деления осуществляется операция деления согласно выражению (4 }, и на выходе каждого блока один раз эа период определяется дискретное значение абсолютного скольжения Д(д, В блоке

36 определения среднеарифметического значения скольжения выходные сигналы блоков 26-31 деления суммируются и делятся на шесть, что позволяет определить среднее значение скольжения за период.

Следует отметить, что устройство дает информацию о величинах р

2Й. Это позволяет, изменяя только алгоритм функционирования блока 36, определять дополнительно частоту врашения ротора и относительное скольР жение $ по следующим выражениям:

Таким образом, введенные в устройство функциональные преобразователи, блок вычисления тока намагничивания, блок компараторов, блок преобразования координат, генератор стабильной

55 частоты, счетчики, кольцевой счетчик, запоминающие блоки, блоки деления и блок определения среднеарифметического значения скольжения позволяют определять скольжение асинхронного двигателя на основе анализа электромагнитных процессов беэ применения тахогенератора и с более высокой точностью в сравнении с известным устройством. формул а изобретения

Устройство для определения скольжения асинхронного двигателя, содержащее датчики фаэных токов и напряжений, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, введены преобразователь функции арктангенса с тремя входами, блок определения модуля тока ротора с тремя входами, блок определения тока намагничивания с двумя входами, блок преобразования координаты с двумя токовыми и управляющими выходами, блок компараторов с токовым и управляющим выходами, преобразователь частота — напряжение, генератор линейного напряжения с основным запускающим и стоповым входами, блок определения модуля тока статора с двумя входами, сумматор, преобразователь функции синуса, блоки умножения, блок сравнения, с первого по четвертый масштабные усилители, кольцевой счетчик со счетным входом и шестью информационными выходами, шесть блоков запоминания, шесть блоков деления, генератор стабильной частоты, три счетчика, каждый иэ которых выполнен со счетным входом и двумя управляющими входами, и блок определения среднеарифметического значения скольжения, при этом первый вход преобразователя функции арктангенса и первый вход блока определения модуля тока ротора соединены с выходом блока определения тока намагничивания, а первый токовый вход блока преобразования координат объединен с входом блока компараторов и с первым входом блока определения тока намагничивания и подключен к выходу блока датчиков фазных токов, управляющий выход блока компараторов соединен с входом преобразователя частота — напряжение, запускающим входом генератора линейного напряжения и с управляющим входом блока преобразования координат, 14

I I токовый выход блока компараторов соединен с вторым токовым входом блока преобразования координат, токовые выходы которого соединены соответственно с вторыми и третьими входами блока определения модуля тока ротора и преобразователя функции арктангенса и с соответствующими входами блока определения модуля тока статора, выход которого соединен с одним иэ входов блока умножения, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, а выход преобразователя функции арктангенса соединен с одним из входов сумматора, выход которого через преобразователь функции синуса соединен с вторым входом блока умножения, второй вход блока сравнения через первый масштабный усилитель соединен с выходом блока определения модуля тока ротора, выход блока сравнения соединен со стоковым входом генератора линейного напряжения и со счетным входом кольцевого счетчика, выходы которого подключены к управляющим входам шести блоков запоминания, вторые входы которых объединены и подключены к выходу преобразователя функции арктангенса, выходы блоков запоминания подключены к первым входам соответствующих блоков деления, 15399

12 вторые входы первого и четвертого блоков деления через второй масштабный усилитель соединены с выходом

5 первого счетчика вторые входы второЭ

ro и пятого блоков деления через третий масштабный усилитель соединены с выходом второго счетчика, вторые входы третьего и шестого блоков деления через четвертый масштабный усилитель соединены с выходом третьего счетчика, счетные входы указанных счетчиков подключены к выходу генератора стабильной частоты, управляющие выходы блока преобразования координат подключены к попарно объединенным управляющим входам соответствующих счетчиков, а выход преобразователя частота — напряжение соединен с основным входом

2р генератора линейного напряжения, выход которого соединен с вторым входом сумматора, второй вход блока определения тока намагничивания соединен с выход(м датчиков фазньп напряжений, 25 в.моды блоков деления и выходы второго, третьего и четвертого масштабных усилителей соединены с входами блока определения среднеарифметического значения скольжения, выход которого образует выход устройства для определения скольжения асинхронного двигателя.

1415399

Om Жжим 1

l4l5399

Составитель А.Жилин

Редактор В,Петраш . Техред Jl.олийнык

Корректор Л.Пилипенко

Заказ 3884/54

Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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