Устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемом асинхронном электроприводе общепромышленного назначения. Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности определения частоты вращения ротора. Указанная цель достигается введением двух фильтров 24 и 25 низкой частоты, двух сумматоров 22 и 23, 10 и 11 элементов сравнения, релейных элементов 14 и 15, логического блока 26 изменения структуры и блоков 16 - 21 умножения. Каждый из блоков 6, 7 вычисления, составляющих вектора потокосцепления ротора и вектора тока статора, снабжен дополнительной парой масштабных элементов соответственно, входы которых образуют дополнительные пары входов указанных блоков. При этом обеспечивается введение в блоки 6 и 7 дополнительных корректирующих управляющих воздействий, определяющих повышение точности. 4 ил.

союз Сонетсних

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 H 02 P 5/402

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСИОММ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР,(6 t) 1399882 . (21 } 4418185/24-07 (22) 03,05.88 (46} 07.07.9О. В . Н- 25 (71} Ивановский энергетический институт им. В.И.Ленина (72) Н.Л.Архангельский, Б.С.Курнышев, С.К.Лебедев, H.Â.Ïèêóíîâ и С.А.Рубцов (53) 621.316.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

}1 1399882, кл. H 02 P 5/402, 1986.

:(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В РЕГУЛИРУЕМОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемом асинхронном электропри— воде общепромышленного назначения.

Целью изобретения является повышение точности и расширение функцио— ииЯ0ш 1577053 А 2

1 нальных возможностей путем об =clTp.-" чения возможности определения ч !ñтоты вращения ротора. Указан ая цель достигается введением двух фильтров

24 и 25 низкой частоты> двуi сумматоров 22 и 23, элементов 10 н 11. сравнения релейных элементов 14 v. 15, логического блока 26 изменения структуры и блоков 16-21 умножения. Каждый иэ блокоз 6, 7 вычисления, сос тавляющих вектора потокосцепления ротора и вектора тока статора, снабжен дополнительной парой масштабных элементов соответственно, входы которых образуют дополнительные пары входов указанных блоков. При этом обеспечивается введение в блоки 6 и 7 дополнительных корректирующих управляющих воздействий, определяющих повышение точности. 4 ил.

1577053

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для о11ределения координат асинхронного двигателя, может быть использовано в регулируемом асинхронном электроприводе общепромышленного назначения и является усовершенствованием изобретения по авт. св. Р 1399882.

Целью изобретения является повы- шение точности и расширение функциональных возможностей путем обеспечения информации о частоте вращения ротора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для опре-деления координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе. на фиг.2 и 3 — схемы блоков вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора и вектора тока сФатора соответственно, на фиг.4 схема. логического блока изменения структуры.

Устройство для определения координат асинхронного двигателя 1 (фиг. 1) содержит датчики 2 фазных токов статора, подключенные вых цами к входам блока 3 преобразования токов, датчики 4 фазных напряжений статора, подключенные выходами к входам блока 5 преобразования найряжений, блок 6 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, снабженный тремя парами входов, блок 7 вычисления составляющих вектора тока статора, снабженный пятью парами входов, две пары 8, 9 и

10, 11 элементов сравнения, две пары

12, 13 и 14, 15 релейных элементов, три пары 16, 17, 18, 19 и 20, 21 блоков умножения, два. сумматора 22 и 23, два фильтра 24 и 25 низкой частоты, логический блок 26 изменения структуры.

Первая пара входов блока 6 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора объединена пофазно первой парой входов блока 7 вычисления сос"авляющих вектора тока статора, с первыми входами соответствующих элементов 8 и 9 сравнения и подключена к в„тходам блока 3 преобразования токов. Вторая пара входов блока 6 объединена пофазно с второй парой входов блока 7, с вторыми вхоцами второй пары элементов 10 и 11 сравнения и пбдключена к выходам первого 12 и второго 19 релейных эле10

1 5

3S

55 ментов. Дополнительная третья пара входов блока 6 объединена псфазно с дополнительной пятой парой входов блока 7 и подключена к выходам пятого 20 и шестого 21 блоков умножения, первые входы которых объединены и подключены к первому выходу логического блока 26 изменения структуры. Вторые входы первого 16, четвертого 19 и пятого 20 блоков умножения, и один из входов второй пары входов логического блока 26 изменения структуры объединены между собой и подключены к первому выходу блока 6 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора. Вторые входы второго 17, тре" тьего 18 и шестого 21 блоков умножения и другой из входов второй пары входов логического блока 26 изменения структуры объединены между собой и подключены к второму выходу блока

6 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора. Четвертая пара входов блока 7 вычисления составляющих вектора тока мутатора подключена к выходам блока 5 преобразования напряжений статора, а выходы блока 7 подключены к вторым входам первого 8 и второго 9 элементов сравнения, выходы которых подключены

k к входам первого 12 и второго 13 релейных элементов. Первые входы первого 16 и. ретьего 18 и второго 17 . и четвертого 19 блоков умножения объединены попарно и подключены к первому и второму выходам логического блока 26 изменения структуры. Выходы блоков 16, 17 и 18, 19 умножения подключены соответственно через первый и второй сумматоры 22 и

23 к входам первого 24 и второго 25 фильтров низкой частоты, выходы которых подключены к первым входам третьего 10 и четвертого 11 элементов сравнения, выходы которых через третий 14 и четвертый 15 релейные элементы подключены к первой паре входов логического блока 26 изменения структуры.

Блок 6 ычксления составляющих вектора лотокосцепления ротора содержит дь а сумматора 27 и 28 (фиг.2), два апериодическчх звена 29 и 30, выходы которых образуют выходы указанного блока 6, три пары масштабных элементов "1, 34, 32, 35 и 33, 36, входы которых образуют первую, вторую и третью пары входов названного

5 15 блока б, а выходы подключены к первым, вторым и третьим входам сумматоров 27 и 28 соответственно, выходы которых подключены к входам апериодических звеньев 29 и 30.

Блок 7 вычисления составляющих вектора тока статора содержит два сумматора 37 и 38 (фиг,3), два апериодических звена 39 и 40, выходы которых образуют выходы укаэанного блока 7, пять пар масштабных элементов 41, 46; 42, 47; 43, 48; 44, 49 и 45, 50, входы которых образуют первую, вторую, третью, четвертую и пятую пары входов указанного блока 7, а выходы подключены к первым вторым, третьим, четвертым и пятым входам сумматоров 37 и 38 соответственно, выходы которых подключены к входам апериодических звеньев 39 и 40.

Логический блок 26 изменения структуры содержит сумматоры 51 и 52 (фиг.4), релейные элементы 53 и 54, распределитель 55 импульсных сигналов, выполненный на схемах И-НЕ

56-69.

Входы каждой из схем И-НЕ 56 и

57 объединены и образуют первую пару входов логического блока. Входы каждой из схем И-НЕ 58 и 59 объединены между собой и подключены к выходам релейных элементов 53 и 54, входы которых соединены с выходами сумматоров 51 и 52. Первые и вторые входы сумматоров 51 и 52 попарно объединены между собой и образуют вторую пару входов логического .блока 26 изменения структуры. Выходы схем И-НЕ 56-59 подключены к соответствующим входам схем И-НЕ 60-67.

Выходы схем 60-63 подключены к входам схемы И-НЕ 68, а выходы схем

И-НЕ 64-67 — к входам схемы И-НЕ 69.

Выходы схем И-НЕ 68 и 69 образуют соответственно первый и второй выходы логического блока 26 изменения стр уктуры.

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

Блок 3 преобразования токов и блок

5 преобразования напряжений осущест- . вляют преобразование фазных токов и напряжений, . поступающих с . соответствующих датчиков 2 и 4, в составляющие обобщенных векторов тока ?5, 77053 б и напряжения П5 05 статора

5Р декартовой системе коордйнат ь .,, неподвижной относительно статора

5 асинхронного двигателя.

Проекции вычпсленного вектора тока статора I, I5 формируются в блоке

5Ф

7, реализующем следующие дифференциальные уравнения:

10 Йь5(6 . LК RgLR

dt ь ь -Ь ">d Ь ь -Ь "

5 R т R n

В 1 и „ Нй1

z йо 5М

Ь -ЬТ " Ь Ь -L э R m 5 R rn

Ф

41 ьр

20 dt Ь,Ь„-L

R5L R ьь, ь„-ь, tP

5(З

YRP

RRLrn

L Lm (2)

Ь,Ь„:Ь Ь,Ь,-L

Е5 RRd

1,„„— параметры асинхронного двигателя, Х, Xp — сигналы, формируемые на выходах релейных элементов 12 и IÇ;

, 1 — дополнительные сигналы, формируемые на выхоцах

35 блоков 20 и 21 умножения.

Проекции вычисленного вектора потокосцепления ротора (),(1 „ формируются в блоке 6, реализующем следую-

40 щие дифференциальные уравнения: — = — — (+ I +Х„+ „, d @RE RR R. RR Lm

dt 1.р R< Е (3) — = — — (1 р;+ Х +Х + . (4) Составляющие вектора тока статора

I, I 2, полученные на выходе блока

3 преобразования токов, и составляющие I, I з, сформированные на выхоМ- М дах блока 7, сравниваются с помощью элементов 8 и 9 сравнения. Результаты сравнения воздействуют на релейные элементы 12 и 13, с выхода кото рых получают импульсные сигналы Х, Х, модулированные во времени, выполняющие роль управляющих воздействий в контуре регулирования:

1577053

Х - Х sign(Is -I,,); (5)

Х1 - Х,sign(Тб -Т, )

+ (6) где Хо — амплитуда управляющих воздействий.

В установившемся режиме работы устройства, когда era свободное движение закончено, средне значение указанных переменных соответствует: (7) Х, = -Ю(1)„

Хр, = У я а (8) м5 где (tr, Q — истинные значения потокосцеплений.

С помощью блоков 16-19 умножения и сумматоров 22 и 23 выполняются следующие операции:

»- »

Х„= fy«- 8!17„,;

». »»

Х = fy, + gy«, (10) где f, g — переменные, снимаемые с выходов логического блока 26.

Проходя через фильтры 24 и 25 низкой частоты, сигналы Х, Х поступают на первые входы второй пары элементов 10 и 11 сравнения, где сравниваются. с сигналами Х, Х>, посту-! лающими с выходов первой пары релей" ных элементов 12 и 13.

Сигналы ошибок на выходах элементов 10 и 11 сравнения: (9) »ЬХ!,,=Х,!- Х; х = х - х . (12)

Сигналы ошибок AXE ЬХр через релейные элементы 14 и 15 поступают первую пару входов логического блока 26 изменения структуры, на вторую пару входов которого поступают сигналы (!, (с выходов блока 6

» вычисления составляющих вектора пото", косцепления ротора.

Логический блок 26 обеспечивает отрицательные обратные связи в контурах регулирования при всех возможных состояниях, вектора потокосцепления ротора. Использование в устройстве релейных элементов 12-15 позволяет рассматривать его как систему управления с переменной структурой. При этом возникают так называемые скользящие режимы, при которых. вЕличины ошибок (Xor, ЬХ стремятся к нулю, а средние (эквивалентные) значения импульсных сигналов f u g определяются следующими соотношениями, (13).

Ч IYY,I

»2 у2

ЯДу+RЯрр (14)

@ ср д»

Блоки 20 и 21 умножения выполняют операцию по вычислению дополнительных управляющих воздействий, вводимых в блоки 6 и 7:

Р 0 У

0 У„ где tr — переменный параметр, который обращается в нуль в установившемся pezmMe.

Согласно уравнениям (7) и (8) векторы Х и g ортогональны, Однако усК ловие ортогональности выполняется лишь в том случае, когда !!! = О. При

P ф О в уравнения (1) — (4) входит другой вектор с составляющими: !

Х = X<+ !>,- (16)

Х = Х3+ 1, . (17) ! который неортогонален вектору потокосцепления ротора.

Таким образом, условие (Ц = 0 соответствует ортогональному взаимному

-! — » расположению векторсв X u (1) . В этом случае будет выполнено условие:

Х (18) что говорит о выполнении равенства:

» = У ° (19) Таким образом, введение в предлагаемое устройство шести блоков умножения, двух релейных элементов, двух элементов сравнения, двух фильтров низкой частоты, двух сумматоров, логического блока изменения структуры, двух пар масштабных элементов блоков вычисления составляющих векторов тока статора и потокосцепления ротора и их связей с остальными элементами схемы по сравнению с прототипом обеспечивает компенсацию статической и динамической ошибок из-за расхождения параметров двигателя в объекте и модели, благодаря чему достигается ортогональнОе расположение векторов X и (, что приводит к поi577053 вышению точности определения коордийат асинхронного двигателя. Формирование сигнала частоты вращения ро— тора на одном из выходов логического блока изменения структуры увеличивает в устройстве число определяемых координат асинхронного двигателя.

Формула изобретения

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

Ф !399882, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей путем обеспечения информации о частоте вращения ротора, введены два фильтра низкой частоты, два сумматора, третий и четвертый элементы сравнения, третий и четвертый релейные элементы, шесть блоков умноже,ния и логический блок изменения структуры, снабженный двумя сумматорами, двумя релейными элементами и распределителем импульсных сигналов, выходы .которого образуют два выхода указанного блока, при этом входы сумматоров попарно объединены между собой и образуют первую пару входов логического блока изменения структуры, вторая пара входов которого образована первыми двумя входами распределителя импульсных сигналов, соединенного другими двумя входами через соответствующие релейные элементы с выходами сумматоров логического блока изменения структуры, каждый из блоков вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора и вектора тока статора снабжен дополнительной парой масштабных элементов, входы которых образуют дополнительные пары входов указанных блоков, а выходы подключены к дополнительным входам соответствующих сумматоров указанных блоков, первые входы первого, третьего, пятого блоков умножения чены к первому выходу логического блока изменения структуры, второй выход которого подключен к первым входам второго и четвертого блоков

tO умножения, вторые входы первого, четвертого и пятого блоков умножения и один из входов первой пары входов логического блока изменения структуры объединены между собой и подключены к первому выходу блока Bbt числения составляющих вектора потокосцепления,ротора, второй выход которого подключен к объединенным между собой вторым входам второго, третьего

2О и шестого блоков умножения и к другому ьходу первой пары входов логического блока изменения структуры, выходы первого и второго блоков умножения подключены к входам первого

25 сумматора, соединенного выходом через первый фильтр низкой частоты с первым входом третьего элемента сравнения, выходы третьего и четвертого блоков умножения подключены к входам

3р второго сумматора, соединенного выходом через второй фильтр низкой частоты с первым входом четвертого элемента сравнения, второй вход которого и второй вход третьего элемента

35 сравнения подключены соответственно к выходам второго и первого релейных элементов, выходы третьего и четвертого элементов сравнения через третий и четвертый релейные элементы

4g подключены к второй паре входов логического блока измейения структуры, а выходы пятого и шестого блоков умножения подключены к объединенным пофазно дополнительным .парам входов блока вычисления составляющих векторов тока статора и потокосцепления ротора.

1577053

1577053

Фиг.4

Составитель А.Жилин

Редактор С.Пекарь Техред M.Моргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 1854 Тираж 458 Подпис ное, ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1Î1