Устройство для определения скольжения асинхронного двигателя
Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления частотнорегулируемых электроприводов, и может быть использовано для определения скольжения асинхронного двигателя. Целью изобретения является повышение точности. В устройство для определения скольжения введены блоки 19, 20 определения действительной и мнимой составляющих тока, блок 21 преобразования координат тока, два блока 22, 23 умножения, дифференцирующий блок 24, дополнительный масштабный усилитель 25 и дополнительный вычитатель 26, что обеспечивает возможность более точного определения скольжения не только в стационарных режимах, но и в переходных при изменяющемся модуле тока статора, на основе анализа электромагнитных процессов в двигателе и без применения таходатчика. 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
А1
„„$0„„15255
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
С:
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4369616/24-07 (22) 01.02.88 (46) 30.11.89. Бюл. 44 (71) Лнепропетровский горный институт им. Артема (72) В.Л.Соседка, Л.Ф.Коломойцева, Д.И.Пружанский и В.В.Верник (53) 621 ° 313.333.072.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
1063817, кл. G 01 P 3/56, 1982 °
Авторское свидетельство СССР
И 1429037, кл. О О! Р 3/56, Н 02 P 7/42, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕЛЕЛЕНИЯ
СКОЛЬЖЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к с 1c1емам управления частотно-регулируемых электро151) 4 С 01 P 3/56, Н 02 P 7/42
2 приводов, и может быть использовано для определения скольжения асинхронного двигателя. Цель изобретения повышение точности. В устройство для определения скольжения введены блоки
19 и 20 определения действительной и мнимой составляющих тока, блок 21 преобразования координат тока, два блока 22 и 23 умножения, дифференцирующий блок 24, дополнительный масштабный усилитель 25 и дополнительный вычитатель 26, что обеспечивает возможность более точного определения скольжения не только в стационарных режимах, но и в переходных при изменяющемся модуле тока статора на основе анализа электромагнитных процессов в двигателе и без применения таходатчика. 3 ил.
1525583
Изобретение относится к электротехнике и системам управления частотно-регулируемых электроприводов, и может быть использовано для определе5 ния скольжения асинхронного двигателя на основе анализа электромагнитных процессов.
Цель изобретения - повышение точности определения скольжения асинхронного двигателя.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для определения скольжения асинхронного двигателя; на фиг ° 2 и 3 - векторная диаграмма 15 двигателя.
Устройство для определения скольжения асинхронного двигателя содержит блок 1 датчиков фазных токов, блок 2 датчиков фазных напряжений, блоки 3 и 4 определения действительной и мнимой составляющих напряжения, нульорган 5, управляемый ключ 6, ..банок 7 преобразования координат напря кения с тремя входами и двумя выходами, че- 25 тыре вычитателя 8-11, два блока 12 и 13 деления, два преобразователя 14 и 15, реализующие функцию арктангенса, и три масштабных усилителя 16-18.
Два выхода блока 1 датчиков фазных 0 токов подключены к входам нуль-органа
5, соединенного выходом с управляющим входом управляемого ключа 6. Первый коммутируемый вывод ключа 6 предназначен для подачи управляющих импуль35 сов, а второй подключен к первому входу блока 7 преобразования координат напряжения, второй вход которого соединен с выходом блока 3 определения действительной составляющей напряжения, а третий вход — с выходом блока 4 определения мнимой составляющей напряжения, Входы блока 4 пофазно объединены с соответствующими входами блока 3 и подключены к первым двум 4 выходам блока 2 датчиков фазных напряжений, третий выход которого соединен с соответствующим входом блока 3 определения действительной составляющей напряжения.
Входы масштабных усилителей 16-18 объединены между собой. Первый выход блока 7 преобразования координат напряжения соединен с первым входом вы читателя 8, второй вход которого сое55 динен с выходом масштабного усилителя 16, Второй выход блока 7 преобразования координат напряжения соединен с первыми входами вычитателей 9 и 10, выходы которых подключены к первым входам блоков 12 и 13 деления соответственно. Выходы последних подключены соответственно через преобразователи 14 и 15, реагирующие Функцию арктангенса, к входам вычитателя 11, выход которого образует выход устройства.
В устройство для определения скольжения введены блоки 19 и 20 on1 ределения действительной и мнимой составляющих тока, блок 21 преобразования координат тока с тремя входами, два блока 22 и 23 умножения, дифференцирующий блок 24, четвертый масштабный усилитель 25 и пятый вычитатель 26, Входы блоков 19 и 20 пофазно объединены между собой и подключены к первым двум выходам блока 1 датчиков фазных токов, третий выход которого подключен к соответствующему входу блока 19 определения действительной составляющей тока.
Первый вход блока 21 преобразования координат тока объединен с первыMvi входами блоков 22 и 23 умножения и подключен к второму коммутируемому выводу управляемого ключа 6. Второй и третий входы блока 21 преобразования координат тока подключены соответственно к выходам блоков 19 и 20 определения действительной и мнимой составляющих тока, а выход блока 21 соединен с объединенными входами масштабных усилителей 16-18 и входом дифференцируюцего блока 24, подключенного выходом к входу масштабного усилителя 25.
Вторые входы блоков 22 и 23 умножения подключены соответственно к выходам масштабных усилителей !7 и
18, а выходы — соответственно к вторым входам вычитателей 9 и 10, Выход вычитателя 8 подключен к первому входу нычитателя 26, соединенного вторым нходом с выходом масштабного усилителя 25, а выход нычитателя 26 соединен с вторыми входами блоков 12 и 13 деления.
В блоке 7 преобразования координат напряжения из последовательности импульсов f, вырабатываемой системой управления частотно-регулируемым приводом для регулирования частотой инвертора (импульсы поступают на вход ключа), синтезируются гармонические функции и осуществляется переход измеренных составляющих !!апряжения статора во вращающуюся систему координат, действительная ось которой совпадает с вектором тока статора.
Блок 21 преобразования координат тока из той же последовательности импульсов f. синтезирует те же гармонические функции и осуществляет переход составляющих тока статора во вращающуюся систему координат.
На фиг.2 изображена векторная диаграмма асинхронного двигателя для стационарного режима, когда результирующий вектор тока совпадает с действительной осью, а на фиг.3 - та же векторная диаграмма, но для нестационарного режима.
Векторная диаграмма для стационарного режима построена на основании следующей системы уравнений:
U = IR+j 111+) -,4 +)!..
11 = П, + <ь3--4 +jcÄ1, 1 J 2 (3) Для нестационар!лого режима эти же системы уравнений ил3еют следующий вид: <1 4 + 1 "4 + dt! (4) cl U = 1 R + jc<< (<< + 1. (< 4 — — (i, ) 1 ) cIt " 1 ° « (, I. U=IR+ jc>(— — 4,+1. 1) (— — ч, 31. I), (6) 1, clt I. - 1 I где,, 1,,I,,J. — индук о!в
Используя векторную,i,!ëãðàììó на фиг.? и систему управлен;<;! (1)-(3), мож! !о опоеделит ь скол,ж< .!!! е как величину, пропорционалы3ую углу <3 для стационар!!ого режима. 0днако в переходных режимах скольже!!»е более точно будет определяться по системе уравнений (4)-(6). Для этого следует определить две составляюц<ие ЭДС: ЭДС вращения, определяемую составляющей 3,, и трансформаторную ЭДС, определяе!Зую составляющей c14 /clI . Решая ура вне>!!<я (5) и (6) относитель!<о этих составляющих, получим: 25583 6 d -- - - . . вЂ”â€”, сП jc d dI С1
d -, <<<()ц!4, «1 Ч,) 11 L
L dt " "dI-, Iq (j .,+ )=U - 1, I, L,, dc3 11 dt 1 (12) где U„„U < — проекция вектора напряжения на координатные оси для момента времени, когда результирующий вектор тока совпадает с действительной осью. На основании системы уравнений (9) - (12) и векторной диаграммы на фиг.3 получаем выражение для определения скольжения: Uq, — !.! I.„I :1=- 3 =а ГГ1 g<, dI U -I К-1, «о <с <1л U÷ J., I 30 (13) are t3<, dI U -IR-L — 3, с(<Для реализации (13) необходимо: определить момент времени, когда резуль1ирующий вектор тока совпадает с действительной осью, т.е. займет положение, изображенное на векторной диаграмме; перейти в этот момент к врацающейся системе координат и для этого момента определить проекции вектора напряжения на действительную 1. g и мнимую 11 во вращающейся системе координат определить производную тока; по заранее измеренным параметрам двигателя (активному сопротивлению R индуктивности рассеяния L 35 45 падение напряжения на соответствующих сопротивлениях двигателя; подставить полученные значения напряжений в формулу (13) и определить скольжение. — (ji y+ — y )-0-IR- jJJ. I-I. —. (8) 1 о ° (1, d1 5 Для момента времени, когда результирующий вектор тока совпадает с действительной осью в выражениях (7) и (8), перейдем к проекциям на коор" 10 динатные оси. 7 1525583 Устройство для определения скольжения асинхронного двигателя работает " следующим образом. По шинам А, В, С напряжение подается к асинхронному двигателю, фазные токи измеряются блоком 1, а фазные напряжения — блоком 2. Сигналы с выходов блока 2 подаются в блок 3 определения действительной составляющей напряжения и в блок 4 определения мнимой составляющей напряжения. В блоке 3 по фазным напряжениям фаз А, В и С Формируется сигнал Ud, а в блоке 4 по фазным напряжениям фаз В и С - сигнал U (проекция ре(1 эультирующего вектора тока на мнимую ось). Выходные сигналы блока 1 фаэ В и С подаются на нуль-орган 5 и блок 20 для определения мнимой составляющей тока 1. (проекции результирующего вектора тока на мнимую ось), э выходные сигналы блока 1 Фаз А, . и Г годаются на блок 19 для определения действительной составляющей тока (проекции результирующего вектора тока на действительную ось). В момент перехода линейного тока через нуль на выходе нуль-органа 5 появляется сигнал, который на время, равное периоду или нескольким периодам, открывают ключ б и импульсы, кратные частоте управления инвертором, начинают поступать на входы блока 7 преобразования координат нап- З5 ряжения, блока 21 преобразования координат тока и блоков 22 и 23 умножения. Так как ключ 6 открывается, когда линейный ток фаз В и С проходит через нуль, осуществляется синхрони40 эация раЬоты устройства с положением вращающегося вектора тока. Для повышения точности синхронизации частота импульсов, поступающий на ключ 6, должна значительно (два-три порядка) I превосходить частоту, подаваемую на двигатель. Так как блоки 7 и 21 преобразования координат относительно просто выполнить на Функциях Уолша, 50 то между частотой питания двигателя 1С, и частотой f, подаваемой на ключ 6, целесообразно выполнить соотношение: f = 32 10f — 32 .10 f5 На первый вход блоков 7 и 21 подаФ 55 ется последовательность импульсов, на второй вход блока 7 подается сигнал U, а на третий вход - сигнал Uq (аналогично на второй вход блока 21 подается сигнал i „,,а на третий с вход - сигнал 1. ). В блоках 7 и 21 осуществляется переход к вращающейся системе координат согласно преобразованиям дарка: U =U cos2 if +11 sin2éf t;1 о ) (F4) U =-U sin2I7Ft +U cos2ltt t ). ч Ъ На первом выходе блока 7 преобразования координат появляется сигнал U,à на втором - сигнал U а о Блок 21 осуществляет переход во вращающуюся систему координат вектора тока. Так как переход осуществляется тогда, когда вектор тока совпадает с действительной осью, то блок 21 имеет один выход, т.е. i=i =I (1 модуль резул.,тирующего вектора тока). Сигналы с выходов Ьлока 21 преобразсвания координат тока подаются на масштаЬные блоки 16-18 и дифферен рующий Ьлок 24. В первом масшт.-бнпн блоке 16 модуль тока, поступающий с выхода Ьлока 21, умнож;.,е ся на активное сопротивление R, во втором масштабном блоке 17 — на индуктивность рассеяния статора 1.„,а в третьем масштабном бпоке 18 — на переходную индуктивность статора В дифференцирующем блоке 24 осуществляется дифференцирование модуля тока. Выходные сигналы масштабных блоков 17 и 18 подаются на один из входов блоков 22 и 23 умножсния соответственно, другие входы которых подключены к выходу ключа 6. В блоках 22 и 23 умножения выходной сигнал масштабных усилителей 17 и 18 умножается на частоту, что позволяет на выходе блока 22 получить сигнал, пропорциональный 1,,I, а на выходе блока 23 — сигнал, г,ропорциональный 1. I. Выходной сигнал диффе1 ренцирующего блока 24 подается на масштабный блок 25, в котором умножается на 1., что позволяет получить I 1! сигнал, пропорциональный величине idI К На первом выходе бгока 7 преобразования координат появляется с лгнал U g., который подается на вычитатель о 8, на второй вход которого подается сигнал IR. На выходе вычитателя 8 появляется сигнал (U < -IR), который подается на вычитатель 26, на второй вход которого подается сигнал 1,,д1/ас, что поз15?5583 воляет на выходе вычитателя 26 сформировать сигнал (U> -IR-L,dI/dt), который подается на вторые входы делителей 12 и 13. На втором выходе блока 7 преобразования координат появляется сигнал U, который подается на первые входы вычитателей 9 и 10. На второй вход вычитателя 9 пода10 ется сигнал v L, I, что позволяет получить на выходе вычитателя сигнал (U< I.,Х), который подается на первый вход первого делителя 12. На второй вход вычитателя 10 пода ется сигнал ц,I. I, что позволяет получить на выходе вы читателя сигнал (Б, - "1.,I), который подается íà первый вход второго делителя 13. В первом блоке 12 деления осущест- 20 вляется деление согласно первому члену выражения (13), а во втором блоке 13 деления - согласно второму члену выражения (13). В блоках 14 и 15 осуществляется функциональное преобразование функции арктангенса, Блок 12 позволяет определить фазовый сдвиг вектора )ю ., а блок 13 фазовый сдвиг вектора j ы g относительно вектора тока. Выходные сигналы функциональных преобразователей 14 и 15 подаются на входы вычитателя 11, который позволяет определить фазовый сдвиг вектора jhfq относительно вектоРа j«, 35 На выходе вычитателя 1 1 появляется сигнал, пропорциональный скольжению. Таким образом, введение в устройство для определения скольжения асинхронного двигателя блоков определения 40 действительной и мнимой составляющих тока, блока преобразования координат тока, двух блоков умножения, дифференцирующего блока дополнительного масштабного усилителя и дополнительного вычитателя обеспечиваег в сравнении с известным решением возможность более точного определения скольжения не только в стационарных режимах, но и в переходных при изменяющемся модуле тока статора на основе анализа электромагнитных процессов в двигателе и без применения таходатчика. 55 формула изобретения Устройство для определения скольжения асинхронного двигателя, содержащее блок датчиков фазных токов, блок датчиков фазных напряжений, блоки определения действительной и мнимой составляющих напряжения, нуль-орган, управляемый ключ, блок преобразования координат напряжения с тремя входами и двумя выходами, четыре вычитателя, два блока деления, два преобразователя, реализующие функцию арктангенса, и три масштабных усилитеЛя, при этом первые два выхода блока датчиков фаз-, ных токов подключены к входам нульоргана, соединенного выходом с управляющим входом управляемого ключа, первый коммутируемый вывод которого предназначен для подачи управляющих импульсов, а второй подключен к первому входу блока преобразования координат напряжения, второй вход которого соединен с выходом блока определения действительной составляющей напряжения, третий вход которого соединен с выходом блока определения мнимой составляющей напряжения, входы которого пофазно объединены с соответствующими входами блока определения действительно составляющей напряжения и подключены к первым двум выходам блока датчиков. фазных напряжений, третий выход которого соединен с соответствующим входом блока определения действительной составляющей напряжения, входы масштабных усилителей объединены между собой, первый выход блока преобразования координат напряжения соединен с первым входом первого вычитателя, второй вход которого соединен с выходом первого масштабного усилителя, второй выход блока преобразования координат напряжения соединен с первыми входами второго и третьего вычитателей, выходы которых подключены к первым входам первого и второго блоков деления соответственно, выходы первого и второго блоков деления подключены соответственно через первый и второй преобразователи, реализующие функцию арктангенса, к входам четвертого вычитателя, выход которого образует выход устройства для определения скольжения асинхронного двигателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены блоки определения действительной и мнимой составляющих тока, блок преобразова( ния координат тока с тремя входами, два блока умножения, дифференцирующий Vd Pe Составитель А.Жилин Редактор M.ÏåòðoBà Техред М.Дидык Корректор В.Кабаций Заказ 7216/39 Тираж 789 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, W-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101 11 15255 блок, четвертый масштабный усилитель и пятый вычитатель, при этом входы блоков определения действительной и мнимой составляющих тока пофазно объ5 единены между собой и подключены к первым двум выходам блока датчиков фазных токов, третий выход которого подключен к соответствующему входу блока определения действительной составляющей тока, первый вход блока преобразования координат тока объединен с первыми входами блоков умноже- ния и подключен к второму коммутируемому выводу управляемого ключа, второй и третий входы блока преобразования координат тока подключены соответственно к выходам блоков определения действительной и мнимой составляющих тока, а выход блока преобразова- 20 83 12 ния координат тока соединен с объединенными входами первых трех масштабных усилителей и входом дифференцирующего блока, подключенного выходом к входу четвертого масштабного усилителя, вторые входы первого и второго блоков умножения подключены соответственно к выходу второго и третьего масштабных усилителей, выходы первого и второго блоков умножения подключены соответственно к вторым входам второго и третьего вычитателей, выход первого вычитателя подключен к первому входу пятого вычитателя, соединенного вторым входом с выходом четвертого масштабного усилителя, а выход пятого вычитателя соединен с вторыми входами блоков деления.
