Устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является повьппение точности определения координат в статических и динамических режимах работы путем периодической настройки коэффициентов электронной модели двигателя, в частности постоянных времени блока вычисления. С этой целью в устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе введены блок 13 настройки, блок 14 комму тации, включенный в фазы двигателя 1, а управляющими входами подключенный к выходам блока 13. Блок 12 вычисления составляющих потокосцепления ротора двигателя снабжен дополнительными входами, соединенными с выходами блока 13. Первая пара входов блока 13 связаны с выходами блока 5 преобразования напряжения статора двигателя 1, а вторая пара входов блока 13 - с выходами блока 12. Дополнительные входы блока 12 образованы входами введенных в его структуру логического элемента НЕ и двух апериодических звеньев. Введение в устройство указанных блоков обеспечивает перевод устройства в режим подстройки, при котором на выходе блока 13 форьшруются сигналы/Зо, /1/j , воздействукмцие на постоянные времени апериодических звеньев блока 12. Процесс подстройки длится до тех пор, пока сигналы 5с(, л не достигают заданного значения. После этого устройство переводится в реким определения координат. 5 ил. с (Л | ISD ю со СП to

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Н 02 P 5 402

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1039011 (21) 4167188/24-07 (22) 24.12,86 (46) 07.09.88. Бюл. У 33 (71) Ивановский энергетический институт им.В.И.Ленина (72) Н.Л.Архангельский, Б.С.Курнышев, С.К,Лебедев и В.В.Пикунов (53) 621.316.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1039011, кл. Н 02 Р 5/40, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В РЕ.ГУЛИРУЕМОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение точности определения координат в статических и динамических режимах работы путем периодической настройки коэффициентов электронной модели двигателя, в частности постоянных времени блока вычисления. С этой целью в устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе введены блок .13 настройки, блок 14 комму"

„„SU„„1422352 А 2 тации, включенный в фазы двигателя

1, а управляющими входами подключенный к выходам блока 13. Блок 12 вычисления составляющих потокосцепления ротора двигателя снабжен дополнительнымн входами, соединенными с выходами блока 13. Первая пара входов блока 13 связаны с выходами блока 5 преобразования напряжения статора двигателя 1, а вторая пара входов блока 13 — с. выходами блока 12. Дополнительные входы блока 12 образованы входами введенных в его структуру логического элемента НЕ и двух апериодических звеньев. Введение в устройство указанных блоков обеспечивает перевод устройства в режим

C подстройки, при котором на выходе

Я блока 13 формируются сигналы аЫ, cl р, фу воздействующие на постоянные времени апериодических звеньев блока 12. Про- С цесс подстройки длится до тех пор, пока сигналыаю, а не достигают за- © данного значения. После этого устройство переводится в режим определения координат. 5 ил. 4h l422352

Изобретение относится к электротехнике, может быть использонано н регулируемом асинхронном электропри воде общепромышленного назначения и является усовершенствованием изобретения по авт.св. Ф 1039011.

Цель изобретения — повышение точности определения координат асинх ронного двигателя в статических и динамических режимах работы путем периодической настройки коэффициентов электронной модели двигателя, в частности постоянных времени блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе; на

:фиг.2 — то же, блок вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора; на фиг. 3 — то же, блок настройки, на фиг.4 — то же, блок коммутации, на фиг.5 — временные диаграммы рабо- 2к; ты блока настройки.

Устройство для определения координат асинхронного двигателя 1 (фиг.1) содержит датчики 2 фазных токов статора, подключенные выходами к входам блока 3 преобразования токов статора, датчики 4 фазных напряжений статора„ подключенные выходами к входам блока 5 преобразования напряжений статора, дна элемента 6 и 7 сравне35 ния, два релейных элемента 8 и 9, формирователь 10 упранляющих воздействий в контурах регулирования составляющих векторов потокосцепления ротора и тока статора с двумя парами входов, блок 11 вычисления составляющих вектора тока статора с тремя парами входов, блок 12 вычисления составляющих вектора потокосцапления ротора с двумя парами входов и тремя дополнительными входами, блок настройки 13 с двумя парами входов и четырьмя выходами, блок коммутации 14 с двумя входами управления.

Первая пара входов блока 12 вычисле50 ния составляющих вектора потокосцепления ротора объединена пофазно с первыми входами элементов 6 и 7 сравнения и подключена к выходам блока

3 преобразования токов статора, вторая пара входов блока 12 объединена

5S пофазно с первой парой входов блока

11 вычисления составляющих вектора тока статора и подключена к выходам формирователя lO, первая пара нходон которого объединена пофазно со второй парой входов блока 11 и подкпючена к выходам блока 12, третья пара входон блока 11 подключена к выходам блока 5 преобразования напряжений статора, а выходы блока 11 подключены к вторым входам элементов 6 и 7 сравнения, вьгходы которых подключены к входам релейных элементов 8 и 9, выходы которых подключены к второй паре входов формирователя 10. Асинхронный двигатель 1 с датчиком 2 фазных токов и датчиком 4 фазных напряжений статора подключен к питающей сети переменного тока через блок 14 коммутации. Первый и второй выходы блока

13 настройки подключены соответственно к первому и второму входам управления блока 14 коммутации, первый выход блока настройки l3 подключен к первому дополнительному входу блока 12 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, нторой и третий дополнительные входы которого подключены к третьему и четвертому выходам блока настройки 13, первая пара входов которого подключена к выходам блока 5 преобразования напряжений статора, вторая пара входов (к выходам блока 12 вычисления составляющих вектора потокосцplTJIpHHR ротора).

Блок 12 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора снабжен сумматорами 15 — 18 (фиг.2), блоками 19-22 умножения, масштабными элементами 23-26, ключевыми элементами 27 и 28, снабженными входом управления, логическим элементом

HE 29, апериодическими звеньями 30 и 31, снабженными дополнительными входами. Первые входы блоков 19-22 умножения объединены попарно и подключены через ключевые элементы 27 и 28 к второй паре входов блока l2, Выходы блоков 19 и 20 умножения подключены к объединенным попарно перньпч входам сумматоров 15 - 18> выходы сумматоров 15 и 17 подключены соответственно к вторым входам GJIQKoB умножения 21 и 22, выходы которых подключены к вторым входам сумматоров 16 и 18, третьи входы которых подключены пофазно через масштабные элементы 23 и 24 к первой паре входон блока 12. Выходы сумматоров 16 и

3 142

18 подключены к входам апериодических звеньев 30 и 31, дополнительные входы которых образуют соответственно второй и третий дополнительные входы блока 12. Выходы апериодических звеньев 30 и 31 образуют первый и второй выходы блока 12 и подключены к входам масштабных элементов 25 и 26, выходы которых подключены к вторым входам сумматоров 15 и 17, вторые входы блоков 19 и 20 умножения подключены соответственно к второму и первому выходам блока 12, входы управления ключевых элементов 27 и 28 объединены и подключены через логический элемент НЕ 29 к первому дополнительному входу блока 12.

Блок настройки 13 снабжен генератором 32 (фиг.3) импульсных сигналов, триггером 33, элементом 34 запуска, логическими элементами И 35 и 36, логическим элементом НЕ 37, интеграторами 38 и 39 со сбросом, блоками

40 и 41 выделения модуля, элементом

42 задания, релейными элементами 43 и 44, элементами 45-48 сравнения, интеграторами 49 и 50, ключевыми з элементами 51 и 52, масштабными элементами 53 и 54, входы которых образуют первую пару входов блока 13, выходы масштабных элементов 53 и 54 подключены соответственно к первым входам элементов 47 и 48 сравнения, вторые входы которых образуют вторую пару входов блока 13, выходы элементов 47 и 48 сравнения подключены через ключевые элементы 51 и

52 к входам интеграторов 49 и. 50, выходы которых образуют соответственно третий и четвертый выходы блока 13 настройки, входы интеграторов 49 и 50 пофазно подключены к входам интеграторов со сбросом 38 и 39, выходы которых подключены через блоки 40 и 41 выделения модулей к первым входам элементов 45 и 46 сравнения, вторые входы KQTopbLx объединены и подключены к выходу элемента 42 задания, выходы элементов 45 и 46 сравнения через релейные элементы 43 и

44 подключены к первому и второму входам логического элемента И 35, выход которого подключен к первому входу триггера 33, второй вход которого подключен к выходу элемента 34 запуска, выход триггера 33 подключен к объединенным первому выходу блока

13, первому входу логического эле2352

4 мента И 36, и входу генератора 32 импульс ных сигналов, перЬый в. ход которого подключен к объединенним входам сброса интеграторов 38 и 39 со сбросом, второму них<>ду блока 13 и входу логического элемента ИЕ 37, выход которого подключен к второму входу логического элемента И 36, выход которого подключен к объединенным входам управления ключевых элементов 51 и 52, второй выход гене10 ратора 32 импульсных сигналов подключен к третьему входу логического элемента И 35.

Блок коммутации 14 снабжен ключевыми элементами 55 — 60 (фиг.4),логическим элементом НЕ 61, причем питающая сеть переменного тока подключена к асинхронному двигателю 1 пофазно через ключевые элементы 55—

57. Ключевой элемент 58 подключен

20 между первой и второй фазами, подключенными к двигателю, а вторая и третья фазы подключены к двигате25 лю и пофазно через ключевые элементы 59 и 60 к источнику постоянного напряжения. Первый вход управления блока 14 коммутации подключен через логический элемент НЕ 61 к объединенным входам управления ключевых элементов 55-57 и к выходу управления ключевого элемента 58, второй вход управления блока 14 подключен к объединенным входам управления ключевых элементов 59 и 60.

Устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе работает сле"

35 работы устройства. При отсутствии .импульсного сигнала на выходе элемен" та 34 запуска устройство для опреде40 дующим образом .

Блок 3 преобразования токов и блок

5 преобразования напряжений статора осуществляет преобразование фазных токов и напряжений статора асинхронного двигателя 1, поступающих с соответствующих датчиков 2 и 4, в составляющие обобщенных векторов тока I, I> и напряжения U U статора в декартовой системе координат Ы, 50 неподвижной относительно статора асинхронного двигателя.

Устройство для определения координат может работать в двух режимах: определение координат и подстройка.

Элемент 34 запуска блока 13 настройки производит переключение режимов

1422352

d4 д(Т вЂ” ——

o(dt

+L т — — -Я 4»+

Ф- ? я

La

R а (»

d Ч яр

ЗО

=-4 +L I +

Яф п

+ — -Я4 +fi (4 + 94 ); .у. »»- L к»»

R Ы R8 R р R< где К L L — каталожные параметЯ1 Я Фгс ры асинхронного дви- З5 гателя;

Я" — вычисленное значение скорости вращения асинхронного двигателя; 40

p — фиктивная переменная; т Т вЂ” постоянные времени

d t соответственно апериодических звеньев

30 и 31.

Постоянные времени апериодических звеньев блока 12 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора соответствуют 50

К т т +л ; к тд = т„+ ;

55 каталожное значение постоянной времени ротора:

Ь

Т

RR к где Т ления координат находится в режиме определение координат, на выходе триггера 33 сигнал отсутствует, генератор 32 импульсных сигналов выключен, сигналы на выходах управления ключевых элементов 50 и 51 отсутствуют, поэтому ключевые элементы разомкнуты, на третьем и четвертом входах блока 13 настройки сохраняются зна- !0 чения сигналов, на первом и втором входах блока 13 сигналы отсутствуют, в блоке 14 коммутации ключевые элементы 58 — 60 разомкнуты, а ключевые элементы 55 — 57 замкнуты, асинхрон- 15 ный двигатель 1 с датчиком 2 тока и .датчиком 4 напряжения подключен к источнику питания, в блоке 12 ключевые элементы 27 и 28 замкнуты.

Проекции вычисленного вектора 20 потокосцепления ротора », y+

:формируются в блоке 12, реализующем

::следующие дифференциалысые уравнения:

Лс(, / — сигналы, поступающие на дополнительные входы апериодических звеньев

30 и 31. °

В режиме работы устройства определение координат.Ло . = const df3 =

const, начальные значения — da(= др= 0.

В елич и ны И".и р модул иро ва нные во времени, на выходе формирователя 10 выполняют роль управляющих воздействий в контуре регулирования. Среднее значение Я » определяет скорость вращения вала асинхронного двигателя 1. B установившемся режиме работы устройства, когда его свободное движение закончено, среднее значение р равно нулю. Величины Я *, р создают такой вектор управления движением устройства, чтобы слежение за вектором тока статора осуществлялось во всех режимах работы реального асинхронного двигателя. Составляющие вектора тока статора 1, Тз, получаемые на выходе блока 3 преобразования токов статора, »и составляющие I < 1, сформированные на выходах блока 11, сравниваются с помощью элементов сравнения 6 и 7. Результаты сравнения воздействуют на релейные элементы 8 и

9,с выхода которых получают импульсные сигналы, определяющие знак рассогласования. Указанные импульсные . сигналы распределяют в формирователе

10 на выходы, на которых сигналы Й» р устанавливаются в зависимости от положения вектора потокосцепления на плоскости Ы, таким образом, чтобы знаки ошибок производных составляющих тока статора всегда были отрицательны, т.е..чтобы в каждом ! канале обратная связь была отрицательной в любой момент времени. Сигналы й+ р изменяются с частотой много больше, чем напряжение и ток асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе. Кроме того, вьсокая частота переключений обеспечивает малое свободное движение системы. Замкнутая система регулирования составляющих вектора статора, реализованная в устройстве, позволяет обеспечить определение таких координат асинхронного двигателя, как скорость вращения и составляющие вектора потокосцепления ротора по току и напряжению статора, Для перевода уст52

40

7 14223 ройства в режим подстройки элемент

34 запуска генерирует кратковременный импульсный сигнал, который производит переключение триггера 33

У

5 на выходе которого появляется сигнал, который с первого выхода блока

13 поступает в блоки 12 и 14, где производит следующие переключения ключевых элементов. В блоке 12 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора ключевые элементы

27 и 28 отключают вторую пару входов, в блоке коммутации 14 ключевые элементы 55 — 57 отключают асинхронный двигатель от источника питания, ключевой элемент 58 закорачивает лервую и вторую фазы статора двигателя. Сигнал с выхода триггера ЗЗ поступает на вход управления генератора 32, последний генерирует со своих выходов две последовательности импульсных сигналов — S1 и S2 согласованные во времени (фиг.5). Сигнал S1 имеет скважность импульсов 0,5; а период задается Т = (4-5)Т, Сигнал $1 со второго выхода блока 13 поступает в блок.14, где производит посредством ключевых элементов 59 и

60 периодическое подключение двигателя к источнику постоянного напряжения.

При отключении источника постоянного напряжения от двигателя (например, участок t„-t, фиг.5) изменение составляющих вектора статора

У на выходах блока 5 преобразования напряжений статора описывается следующим выражением:

Е

L <> т

Цз (1= -L< КR Ез)( о где ) (р)1 начальные значения составляющих вектора тока статора при отключении 45 двигателя от источника постоянного напряжения; Т вЂ” действительное значение

R постоянной времени ротора асинхронного двигателя.

Изменение составляющих вектора потокосцепления ротора )), у» на вы-. ходах блока 12 описывается следующим выражением

= Е. Е е (р) п 5 <у,()ъ1

В блоке настройки 13 сравнение

Ьз), Б и )) )),,» компонентно, передаточная функция масштабных элементов 5? и 53

Lя

К ь к форма изменения сигналов U, U u, Ф))), на выходах элементов сравнения 47 и 48 имеет вид экспонент с равными начальными значениями (фиг.5).

Сигналы с выходов элементов сравнения поступают на интеграторы 48 и 49, которые формируют сигналы Лс, 5/), осуществляя подстройку постоянных времени апериодически звеньев 30 и

31 в блоке 12. Покомпонентное совпадение крив х изменения ПСЫ U56 г, ) О с учетом коэффициента К при,+ водит к равенству Т, = Та = Тя. Сигнал $1 через логический элемент НЕ 37 и логический элемент И 36 отключает, интеграторы 49 и 50 на время, когда к двигателю подключен источник постоянного напряжения.

Входы интеграторов 49 и 50 пофазно объединены с входамй интеграторов 38 и 39 со сбросом (сброс интеграторов на ноль осуществляется сигналом S1 когда к двигателю подключен источник постоянного напряжения), результаты сравнения модулей сигналов на выходах интеграторов 38 и 39 с величиной д, предварительно заданной в элементе 42 задания, воздействуют на релейные элементы 43 и

44,при Л, Cl больше d сигналы на выходах релеййых элементов отсутствуют, процесс подстройки повторяется; при d

Таким образом введение в предлагаемое устройство блока настройки и блока коммутации с соответствующим выполнением и снабжение блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора тремя дополнительными входами определяет возможность

9 142? 3 периодической подстройки коэффициентов электронной модели двигателя за счет применения постоянных времени непериодических звеньев блока вичислеI 5

«сия составляющих вектора потокосцеп 1ения ротора, благодаря чему повышается точность определения координат асинхронного двигателя в статических и динамических режимах работы в срав- 10

Нении с известным.

Формула изобретения

Устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприваде по авт.св.

Ф 1039011, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности

8 статических и динамических режимах путем периодической подстройки постоянных времени блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, введены блок настройки с двумя парами входов и четырьмя выходами и блок коммутации с двумя управляющими входами, предназначенный для подключения к фазам асинхронного двигателя и к питающей сети переменного тока, а блок вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора снабжен тремя дополнительными входами и выполнен с логическим элементом НЕ, с двумя управляемыми ключевыми элеМентами, с четырьмя сумматорами, 35 с четырьмя блоками умножения, с четырьмя масштабными элементами, с двумя управляемыми апериодическими звеньями, выходы которых подключены к входам первой пары масштабных эле40 ментов, первые входы первого и второго блоков умножения объединены и подключены к выходу первого управляемого ключевого элемента, а вторые входы блоков умножения подключены

45 соответственно к выходам второго и первого управляемых апериодических звеньев, выход первого блока умножения подключен к объединенным первым входам первого и второго сумматоров, 50 выход второго блока умножения подключен к объединенным первым входам третьего и четвертого сумматоров, выходы первой пары масштабных элементов подключены соответственно к вторым входам первого и третьего сум55 маторов, выходьг.которых подключены к первым входам .третьего и четвертого блоков умножения, вторые входы которых объединены и подключены к выходу второго управляемого ключевого элемента, а выходы блоков умножения подключены к вторым входам второго и четвертого сумматоров, третьи входы которых подключены к выходам второй пары масштабных элементов, а выходы сумматоров соединены соответственно с входами первого и второго управляемых апериодических звеньев, выходы которых образуют выходы блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, первая пара входов названного блока образована входами второй пары масштабных элементов, вторая пара входов названного блока образована входами управляемых ключевых элементов, управляющие входы которых объединены и через логический элемент НЕ образуют первый дополнительный вход блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, другие два дополнительных входа которого образованы управляющими входами управляемых апериодических звеньев, при этом блок настройки составлен из генератора импульсных сигналов с двумя выходами, триггера, элемента запуска, двух логических элементов И, логического элемента НЕ, двух интеграторов со сбросом, двух блоков выделения модуля, элемента задания, двух релейных элементов, четырех элементов сравнения, двух интеграторов, двух ключевых элементов, двух масштабных элементов, входы которых образуют первую пару входов блока настройки, выходы масштабных элементов подключены соответственно к первым входам первой пары элементов сравнения данного блока, вторые входы которых образуют вторую пару входов указанного блока, выходы первой пары элементов сравнения блока настройки подключены через соответствующие ключевые элементы к входам интеграторов, выходы которых образуют соответственно третий и четвертый выходы блока настройки, входы интеграторов пофазно подключены к входам интеграторов со сбросом, выходы которых подключены через соответствующие блоки выделения модулей к первым входам второй пары, элементов сравнения данного блока, вторые входы которых объединены и подКлючены к .выходу элемента задания, выходы второй пари

1422352

12 элементов сравнения через соответствующие релейные элементы подключены соответственно к первому и второму входам первого логического элемента

И, выход которого подключен к первому входу триггера, второй вход которого подключен к выходу элемента запуска, выход триггера подключен к объединенным первому выходу блока настройки, первому входу второго логического элемента И и входу генератора импульсных сигналов, первый вьгход которого подключен к объединенным входам сброса интеграторов со сбросом, второму выходу блока настройки и входу логического элемента

НЕ, выход которого подключен к второму входу второго логического элемента И, выход которого подключен к объединенным входам управления ключевых элементов, второй выход генератора импульсных сигналов подключен к третьему входу первого логического элемента И, блок коммутации снабжен 25 логическим элементом НЕ и шестью управляемыми ключевыми элементами, первые три из которых предназначены для подключения к питающей сети перемен-. ного тока и к фазам асинхронного дви- Зо гателя, четвертый управляемый ключевой элемент предназначен для подключения между первой и второй фазами асинхронного двигателя, пятый и шестой управляемые ключевые элементы предназначены для подключения второй и третьей фазы асинхронного двигателя к соответствующим питающим напряжениям постоянного тока, первый управляющий вход блока коммутации образован входом логического элемента

НЕ, соединенного выходом с объединенными управляющими входами первых трех управляемых ключевых элементов, управляющий вход четвертого ключевого элемента подключен к входу логического элемента НЕ, а объединенные между собой управляющие входы пятого и шестого управляемых ключевых элементов образуют второй управляющий . вход блока коммутации, причем первый и второй выходы блока настройки подключены соответственно к первому и второму управляющим входам блока коммутации, первый выход блока настройки подключен к первому дополнительному входу блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, второй и третий дополнительные входы которого подключены к третьему и четвертому выходам блока настройки, первая пара входов которого подключена к выходам блока преобразования напряжений статора, вторая пара входов — к выходам блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора.

1422352

1422352

S2

О

Составитель А.Жилин

Техред М.Дидык

Корректор Л. Пилипенко

Редактор Л.Зайцева

Заказ 4439/55

Тираж 583 Подписное

ВПИИПИ 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