Устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемом асинхронном электроприводе общепромышленного назначения. Целью дополнительного изобретения является повышение точности определения координат асинхронного двигателя в статических и динамических режимах работы путем подстройки параметров модели, а именно постоянных времени апериодических звеньев в блоке вычисления составляющих вектора тока статора. Указанная цель достигается введением блока 13 коммутации, включенного последовательно с датчиками 2 фазных токов статора, и блока 12 настройки, подключенного входами к выходам релейных элементов 10 и 11, а выходами - к входам управления блока 13 коммутации и к дополнительным входам блока 7 вычисления составляющих вектора тока статора, образованного дополнительными входами апериодических звеньев 16 и 17 для изменения постоянных времени. При этом обеспечивается подстройка постоянных времени указанных апериодических звеньев 16 и 17 под реальные параметры асинхронного двигателя 1 и повышение точности определения его координат. 5 ил. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (yt)s Н 02 Р 5/402

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1399882 (21) 4455036/07 (22) 06.07.88 (46) 23.06,91. Бюл. М 23 (71) Ивановский энергетический. институт им. В.И.Ленина (72) Н.Л.Архангельский, Б.С,Курнышев, С.К,Лебедев, В,В,Пикунов и С,А.Рубцов (53) 621.316.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1399882, кл. Н 02 Р 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 электроприводе общепромышленного назначения. Целью дополнительного изобретения является повышение точности определения координат асинхронного двигателя в статических и ди„„ ÄÄ 1658353 А2 намических режимах работы путем подстройки параметров модели, а именно постоянных времени апериодических звеньев в блоке вычисления составляющих вектора тока статора. Указанная цель достигается введением блока 13 коммутации, включенного последовательно с датчиками 2 фазных токов статора, и блока 12 настройки, подключенного входами к выходам релейных элементов 10 и 11, а выходами — к входам управления блока 13 коммутации и к дополнительным входам блока 7 вычисления со- ставляющих вектора тока статора, образованного дополнительными входами апериодических звеньев 16 и 17для изменения постоянных времени. При этом обеспечивается подстройка постоянных времени указанных апериодических звеньев 16 и 17 под реальные параметры асинхронногодвигателя 1 и повышение точности определения его координат. 5 ил.

1658353

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в регулируемом асинхронном электроприводе общепромышленного назначения и является усовершенствованием изобретения по авт.св. М 1399882, Цель изобретения — повышение точности определения координат асинхронного двигателя в статических и динамических режимах работы путем подстройки параметров модели, а именно постоянных времени апериодических звеньев в блоке вычисления составляющих вектора тока статора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе; на фиг. 2— схема блока вычисления составляющих вектора тока статора: на фиг. 3 — схема блока настройки; на фиг, 4 — схема блока коммутации; на фиг. 5 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство для определения координат асинхрончого двигателя 1 (фиг.1) содержит датчики 2 фазных токов статора, подключенные выходами к входам блока 3 преобразования токов, датчики 4 фазных напряжений статора, подключенные выходами к входам блока 5 преобразования напряжения, блок 6 вычисления составляющих вектора потокосцегтления ротора с двумя парами входов, блок 7 вычисления составляющих вектора тока статора с пятью парами входов, два элемента 8 и 9 сравнения, два релейных элемента 10 и 11, блок 12 настройки с двумя входами и двумя парами выходов, блок 13 коммутации с двумя входами управления.

Первая пара входов блока 6 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора объединена пофазно с первой парой входов блока 7 вычисления составляющих вектора тока статора, с первыми входами соответствующих элементов 8 и 9 сравнения и подключена к выходам блока 3 преобразования токов. Вторая пара входов блока

6 соединена пофазно с второй парой входов блока 7, с первым и вторым входами блока

12 настройки и подключена к выходам первого 10 и второго 11 релейных элементов.

Третья пара входов блока 7 подключена к выходам блока 6, четвертая пара входов блока 7- к выходам блока 5 преобразования напряжений статора, а дополнительная пятая пара входов — к второй паре выходов блока 12 настройки. Выходы блока 7 подключены к вторым входам элементов 8 и 9 сравнения, выходы которых подключены соответственно к входам релейных элементов

10 и 11. Последовательно с датчиками 2 фазных токов и датчиками 4 фазных напряжений статора вкл ючен блок 13 коммутации, входы управления которого подключены к первой паре выходов блока 12 настройки.

Блок 7 вычисления составляющих вектора тока статора содержит два сумматора

14 и 15 (фиг,2), два апериодических звена 16 и 17, каждое из которых снажено дополнительным входом, образованным входом изменения постоянной времени, а их выходы образуют выходы блока 7, первую пару масштабных элементов 18 и 19, входы которых образуют первую пару входов блока 7, а выходы подключены к первым входам соответствующих сумматоров 14 и 15, вторую пару масштабных элементов 20 и 21, входы которых образуют вторую пару входов блока 7, а выходы подключены к вторым входам соответствующих сумматоров 14 и 15, третью пару масштабных элементов 22 и 23, входы которых образуют третью пару входов блока 7, а выходы подключены к третьим входам соответствующих сумматоров 14 и

15, четвертую пару масштабных элементов

24 и 25, входы которых образуют четвертую пару входов блока 7, а выходы подключены к четвертым входам соответствующих сумматоров 14 и 15, выходы которых подключены к входам соответствующих апериодических звеньев 16 и 17. Дополнительные входы апериодических звеньев 16 и 17 являются дополнительной пятой парой входов блока 7.

Блок 12 настройки содержит генератор

26 импульсных сигналов (фиг.3), снабженный двумя выходами, два триггера 27 и 28, два элемента 29 и 30 запуска, три логических элемента И 31-33, два логических элемента НЕ 34 и 35, два логических элемента

ИЛИ 36 и 37, два интегратора 38 и 39 со сбросом, два блока 40 и 41 выделения модуля, элемент 42 задания, два релейных элемента 43 и 44, два элемента 45 и 46 сравнения, два интегратора 47 и 48, два ключевых элемента 49 и 50, два фильтра 51 и 52 низкой частоты, входы которых образуют первый и второй входы блока настройки, Выходы фильтров 51 и 52 низкой частоты подключены через соответствующие ключевые элементы 49 и 50 к входам интеграторов

47 и 48, выходы которых образуют вторую пару выходов блока 12 настройки. Входы интеграторов 47 и 48 пофазно подключены к входам интеграторов 38 и 39 со сбросом, выходы которых подключены через соответствующие блоки 40 и 41 выделения модулей к первым входам элементов 45 и 46 сравнения, вторые входы которых обьединены и подключены к выходу элемента 42 задания Выходы

1658353 элементов 45 и 46 сравнения через соответствующие релейные элементы 43 и 44 подключены соответственно к первому и второму входам первого логического элемента И 31, выход которого подключен к объединенным первому входу первого логического элемента ИЛИ 36 и первому входу первого триггера 27. второй вход которого подключен к выходу первого элемента 29 запуска. Выход первого триггера 27 подключен к объединенным первому входу второго логического элемента И 32 и входу генератора 26 импульсных сигналов, первый выход которого подключен к третьему входу первого логического элемента И 31, а второй — к объединенным входам сброса интеграторов 38 и 39 со сбросом, вторым входам первого 36 и второго 37 логических элементов ИЛИ и входам первого 34 и второго 35 логических элементов НЕ, выходы которых подключены к вторым входам соответственно третьего 33 и второго 32 логических элементов И. Выход элемента И 32 подключен к объединенным входам управления ключевых элементов 49 и 50. Второй элемент 30 запуска выходом подключен к третьему входу первого логического элемента ИЛИ 36, выход которого подключен к входу второго триггера 28, выход которого подключен к объединенным первым входам второго логического элемента ИЛИ 37 и третьего логического элемента И 33, выходы которых образуют первую пару выходов блока 12 настройки.

Блок 13 коммутации содержит три ключевых элемента 53-55 (фиг.4), каждый из которых включен последовательно с соответствующим датчиком фазного тока статора. Первый вход управления блока 13 коммутации подключен к входу управления первого ключевого элемента 53, а второй— к объединенным входам управления второго 54 и третьего 55 ключевых элементов.

Устройство работает следующим образом.

Блок 3 преобразования токов и блок 5 г репбразования напряжений статора осу ществляют преобразование фазных токов и напряжений статора асинхронного двигателя 1, поступающих с соответствующих датчиков 2 и 4, в составляющие обобщенных векторов тока ls», is a напряжения U à Usp статора в декартовой системе координат (a, j3 ), неподвижной относительно статора асинхронного двигателя 1.

Устройство может работать в двух режимах: "определения координат" и "подстройки", Элементы 29 и 30 запуска блока 12 настройки производят переключение режимов работы и начальный запуск устройства соответственно. При отсутствии импульсного сигнала на выходе элемента 29 запускз устройство находится в состоянии готовности к режиму "определения координат" и

5 при наличии импульсного сигнала на выходе элемента 30 запуска устройство переходит в указанный режим. На выходе первого триггера 27 сигнал отсутствует, генератор

26 импульсных сигналов выключен, сигналы

10 на входах управления ключевых элементов.

39 и 38 отсутствуют, поэтому ключевые элементы разомкнуты, на третьем и четвертом выходах блока 12 настройки сохраняются значения сигналов. На выходе триггера 28

15 появляется сигнал с уровнем логической единицы, такой же сигнал имеется на выходе логического элемента НЕ 34. Таким образом, на выходах логического элемента ИЛИ

37 и логического элемента И 33 имеется

20 сигнал с уровнем логической единицы. Ключевые элементы 53-55 блока 13 коммутациизамкнуты, асинхронный двигатель 1 с датчиками тока 2 и напряжения 4 статора подключен к источнику питания. Работу устройства

25 в данном режиме поясняют временные диаграммы (фиг.5) на временном интервале

То-Т1.

Проекции вычисленного вектора тока и м статора I . Isp формируются в блоке 7, 30 реализующем следующие дифференциальные уравнения д!ы 1

Tsg

Дт Rs — Usa- Iû + 2

L) Rs L$ Rs

„4Ьь 1

Т у = — - Us -- ls" +

dt Rs г г

LI Rs LI Rs где Rs, RR, LR, L — каталожные параметры асинхронного двигателя;

45 Тз„, Tsp постоянные времени соответственно апериодических звеньев 16 и 17.

Постоянные времени апериодических звеньев 16 и 17 блока 7 вычисления составляющих вектора тока статора соответствуют

50 Ть(= Тзк+ д:

Тк = Тз" д, где Ts — каталожное значение постоянной времени статора

55 Тя г

LR Rs д,(д, — сигналы поступающие на дополнительные входы апериодических звеньев 16 и 17.

1658353

В режиме работы устройства "определения координат" — д = const, д> — — const начальные значения ф = д з = О, Составляющие вектора тока статора Isg, Isp, ïoëó÷åííûå на выходе блока 3 преобразования токов, и составляющие Isg, Isp, сформированные на выходах блока 7, сравниваются с помощью элементов 8 и 9 сравнения. Результаты сравнения воздействуют на релейные элементы 10 и 11, с выхода которых получают импульсные сигналы Х и

Хр, определяющие знак рассогласования.

Переменные Х и Хусоэдают такой вектор управления движением устройства, чтобы слежение за вектором тока статора осуществлялось во всех режимах работы реального асинхронного двигателя, т.е. чтобы в каждом канале обратная связь была бы отрицательной в любой момент времени. Сигналы Х,< и Хуизменяются с частотой много больше, чем напряжение и ток асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе. Кроме того, высокая частота переключений обепечивает малое свободное движение системы.

Для перевода устройства в режим "подстройки" элемент 29 запуска генерирует кратковременный импульсный сигнал, который производит переключение триггера 27, на выходе которого появляется сигнал единичного уровня, который поступает на вход управления генератора 26. Последний генерирует со своих выходов две последовательности импульсных сигналов — Si и Sg, согласованные во времени, как показано на фиг,5. с момента времени Ti. При этом на первой паре выходов блока 12 настройки появляются импульсные сигналы S4 и Ss. воздействующие на входы управления ключевых элементов 53-55 блока 13 соответственноо, позволяющие реализовать алгоритмы подключения асинхронного двигателя к источнику питания с импульсирующим вектором напряжения, Частота импульсов на выходе генератора 26 задается равной

1и - 1,5-2 кгц. в

При этом скважность импульсов задается иэ условия обеспечения равенства среднего значения тока номинальному значению

Iñð -у— ср

= в

gRg

При расеогласовании параметров реальфго асинхронного двигателя и его модели на выходе элементов 8 и 9 сравнения появятся сигналы ошибки, воздействующие на входы релейных элементов 10 и 11. Проходя через фильтры 51 и 52 низкой частоты блока 12, сигналы ошибки Х,, Х (фиг,5)

1 поступают на интеграторы 49 и 50, которые формируют сигналы д и дд, осуществляя

5 подстройку постоянных времени апериодических звеньев 16 и 17 в блоке 7. Покомпонентное равенство нулю сигналов ошибки

/ /

Х<и Х приводит к равенству

Тэ = Т = Т, 10 где Ts — действительное значение постоянной времени статора асинхронного двигателя.

Сигнал Sz через логический элемент НЕ

35 и логический элемент И 32 отключает

15 интеграторы 49 и 50 на время, когда к двигателю приложен неподвижный вектор.

Входы интеграторов 49 и 50 пофазно объединены с входами интеграторов 38 и 39 со сбросом (сброс интеграторов на ноль осу20 ществляется сигналом Sz, когда к двигателю приложен неподвижный вектор), Результаты сравнения модулей сигналов на выходах интеграторов 38 и 39 с величиной к, предварительно заданной в элементе 42 задания, 25 воздействуют на релейные элементы 43 и

/ I

44. Придти пбольше е сигналы на выходах релейных элементов 43 и 44 отсутствуют—

/ процесс настройки повторяется. При д и д меньших или равных г. релейные элементы

30 переключаются, На первый и второй входы логического элемента И 31 поступают сигналы с уровнем логической единицы, и при наличии сигнала S> на третьем входе логического элемента И 31, который разрешает

35 проверку на окончание работы в режиме

"подстройки", триггер 27 перебрасывается в ноль, на выходах генератора 26 сигналы отсутствуют, устройство автоматически переключается в режим "определения коорди40 нат".

Таким образом, введение в устройство блока коммутации и блока настройки, а также выполнение апериодических звеньев е блоке вычисления составляющих вектора

45 тока статора с дополнительными входами изменения постоянных времени обеспечивает воэможность подстройки постоянных времени укаэанных звеньев под реальные параметры асинхронного двигателя до до5О стижения минимума импульсных сигналов ошибки, благодаря чему в сравнении с известным решением производится более точное определение координат асинхронного двигателя.

Формула изобретения

Устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом

1658353 электроприводе по авт.св. N 1399882, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения координат в статических и динамических режимах, введены блок коммутации, выполненный с тремя управляемыми ключевыми элементами, каждый из которых включен последовательно с соответствующим датчиком фазного тока статора, а управляющие входы двух ключевых элементов объединены между собой и образуют один из входов управления блока коммутации, другой вход управления которого образован управляющим входом третьего ключевого элемента. и блок настройки, выполненный с двухвходовым генератором импульсных сигналов, двумя триггерами, двумя элементами запуска, тремя логическими элементами И, двумя логическими элементами Н Е, двумя логическими элементами ИЛИ, двумя интеграторами со сбросом, двумя блоками выделения модуля, элементом задания, двумя релейными элементами, двумя элементами сравнения, двумя интеграторами, двумя ключевыми элементами и двумя фильтрами низкой частоты, а блок вычисления составляющих вектора тока статора снабжен двумя дополнительными входами, образованными входами изменения постоянных времени апериодических звеньев, при этом входы блока настройки образованы входами фильтров низкой частоты, выходы которых подключены через соответствующие ключевые элементы к входам пофазно объединенных между собой интеграторов и интеграторов со сбросом, выходы интеграторов со сбросом подключены через соответствующие блоки выделения модулей к первым входам элементов сравнения, вторые входы которых объединены и подключены к выходу элемента задания. выходы элементов сравнения через соответствующие релейные элементы подключены соответственно к первому и второму входам первого

5 логического элемента И, выход которого подключен к объединенным первому входу первого логического элемента ИЛИ и первому входу первого триггера, второй вход которого подключен к выходу первого

10 элемента запуска, выход первого триггера подключен к объединенным первому входу второго логического элемента И и входу генератора импульсных сигналов, первый выход которого подключен к третьему входу

15 первого логического элемента И, а второй— к объединенным входам сброса интеграторов со сбросом, вторым входам первого и второго логических элементов ИЛИ и входам первого и второго логических элемен20 тов НЕ, выходы которых подключены к вторым входам соответственно третьего и второго логических элементов И, выход последнего подключен к объединенным входам управления ключевых Элементов, 25 второй элемент запуска выходом подключен к третьему входу первого логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу второго триггера, выход которого подключен к объединенным первым входам.

30 второго логического элемента ИЛИ и третьего логического элемента И, выходы которых и выходы интеграторов образуют соответственно первую и вторую пары выходов блока настройки, подключенных соот35 ветственно к входам управления блока коммутации и дополнительным входам блока вычисления составляющих вектора тока статора, причем входы блока настройки подключены соответственно к выходам ос40 новных релейных элементов.

1658353

Фиа. 2

1658353

S2

59

Редактор В. Данко

Заказ 1721 Тираж 362 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

S5 о

/ х, 0

Составитель А. Жилин

Техред М.Моргентал Корректор С. Шевкун