Устройство для определения скольжения асинхронного двигателя
Изобретение относится к электротехнике , а именно к системам управления частотно-регулируемыми асинхронными двигателями. Целью изобретения является упрощение устройства и повышение точности определения скольжения. Указанная цель достигается тем, что в устройство для определения скольжения, содержащее датчик фазных токов 1, датчик фазных напряжений 2, нуль-орган 3, управляемый ключ 4, блоки 5,6 для определения действительной и мнимой составляющих напряжения, блоки 9, 10 преобразования координат тока и напряжения , блок умножения 11, масштабные усилители 12, 13, вычитатель 14, введены дополнительный вычитатель 15, нуль-орган 16, счетчик 17 и формирователь импульсов 18, При этом обеспечивается определение числа импульсов, поступающих в счетчик 17 за время поворота вектора ЭДС, связанного с потокосцеплением в неподвижной системе координат до положения, занимаемого вектором ЭДС воздушного зазора, что пропорционально скольжению. В сравнении с известными решениями устройство реализуется более простыми техническими средствами при повышении точности. 2 ил. I С
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 P 7/42; G 01 Р 3/56
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ В
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 47 1.9856/07 (22) 18.07.89 (46) 15.03.92. Бюл. ¹ 10 (71) Днепропетровский горный институт им. Артема (72) В.Л. Соседка, Ю.M. Сердюков, Д.И. Пружанский и В.Б. Верник (53) 621.313.333,072.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1140043, кл, G 01 Р 3/56, 1983.
Авторское свидетельство СССР
¹ 1525583, кл. G 01. P 3/56, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
СКОЛЪЖЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротех. нике, а именно к системам управления частотно-регулируемыми асинхронными двигателями. Целью изобретения является упрощение устройства и повышение точности определения скольжения. Указанная
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке систем управления частотно-регулируемыми асинхронными двигателями. .Целью изобретения является упрощение устройства и повышение точности определения скольжения.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для определения скольжения; на фиг,2 — векторная диаграмма двигателя.
Устройство для огц)еделения скольжения содержит датчик фазных токов 1. датчик фазных напряжений 2, нуль-орган 3, управ,, Ы„„1720137 А1 цель достигается тем, что в устройство для определения скольжения, содержащее датчик фазных юков 1, датчик фазных напряжений 2, нуль-орган 3, управляемый ключ 4, блоки 5,6 для определения действительной и мнимой составляющих напряжения, блоки
9, 10 преобразования координат тока и напряжения, блок умножения 11, масштабные усилители 12, 13, вычитатель 14, введены дополнительный вычитатель 15, нуль-орган
16, счетчик 17 и формирователь импульсов
18. При этом обеспечивается определение числа импульсов, поступающих в счетчик 17 за время поворота вектора ЭДС, связанного с потокосцеплением в неподвижной системе координат до положения, занимаемого вектором ЭДС воздушного зазора, что пропорционально скольжению. В сравнении с известными решениями устройство реализуется более простыми техническими средствами при повышении точности. 2 ил. ляемый ключ 4, блоки определения действи- С тельной 5 и мнимой 6 составляющих тока, блоки определения действительной 7 и мни- (Д . мой 8 составляющих напряжения, блоки с 1 преобразования координат тока и напряжения 9 и 10, блок умножения 11, первый и второй масштабный усилители 12, 13 и вычитатель 14. юв Ъ
Первые два выхода датчиков фазных токов 1 подключены к соответствующим входам блоков определения действительной 5 и мнимой 6 составляющих фазных токов и к входам нуль-органа 3, соединенного выходом с управляющим входом управляемого ключа 4, коммутирующий вход которого
1720137
10
20
55 предназначен для подачи управляющих импульсов, а выход управляемого ключа 4 подключен к первым входам блока преобразования координат тока 9, блока напряжения 10 и к одному из входов блока умножения 11. Третий выход датчика фазных токов 1 соединен с третьим входом блока определения действительной составляющей тока 5, выход которого соединен со вторым входом блока преобразования координат тока 9, а выход блока определения мнимой составляющей тока 6 соединен с третьим входом блока преобразования координат тока 9. Первые два выхода датчиков фазных напряжений 2, подключены к соответствующим входам блоков определения действительной 7 и мнимой 8 составляющей напряжения. а третий выход датчика фаэных напряжений 2 соединен с третьим входом блока определения действительной составляющей напряжения 7, выход которого соединен со вторым входом блока преобразования координат напряжения 10, а выход блока определения мнимой составляющей напряжения 8 соединен с третьим входом блока преобразования координат напряжения 10, выход которого соединен с одним иэ входов вычитателя 14, второй вход которого соединен с выходом первого масштабного усилителя 12. Выход блока преобразования координат тока 9 соединен со вторым входом блока умножения 11, выход которого соединен со входами первого 12 и второго 13 масштабных усилителей.
B устройство для определения скольжения дополнительно введены вычитатель
15, нуль-орган 16, счетчик на четыре входа
17 и формирователь импульсов 18. причем выход блока определения мнимой составляющей напряжения 10 соединен с одним из входов вычитателя 15, второй вход которого соединен с выходом второго масштабного усилителя 13, а выход вычитателя 15 соединен с первым входом нуль-органа 16, второй вход которого соединен с выходом вычитателя 14. Два выхода нуль-органа 16 соединены соответственно с первыми двумя управляющими входами счетчика 17, третий управляющий вход которого через формирователь импульсов 18 соединен с управляющим входом управляемого ключа 4, выход которого соединен со счетным входом счетчика 17, выход которого образует выход устройства для определения скольжения асинхронного двигателя.
Поясним положения, на которых основана работа рассматриваемого устройства.
На фиг,2 изображена векторная диаграмма асинхронного двигателя для момента времени, когда результирующий вектор тока совпадает с действительной осью.
Известно, что скольжение. определяется уголомДхарактеризующим отставание вектора потокосцепления ротора gr2 или соответствующего ему вектора Е2, от вектора потокосцепления воздушного зазора ф или соответствующего ему вектора Ео. Для этого следует определить время, которое необходимо для поворота вектора ф или соответствующего ему вектора Ег на угол Р.
Для определения скольжения необходимо — определить момент времени, когда результирующий вектор тока совпадает с действительной осью, т.е. займет положение. изображенное на векторной диаграмме; — перейти в этот момент времени к вращающейся системе координат и для этого момента времени определить проекции вектора ЭДС всздушного зазора на мнимую ось, т.е. определить E Устройство для определения асинхронного двигателя скольжения, работает следующим образом. По жилам А,В,С напряжение подается к асинхронному двигателю. Фазные токи измеряются датчиком фазных токов 1, а фазные напряжения измеряются датчиком фазных напряжений 2, Сигналы с выхода датчика фазных токов 1 подаются на вход нуль-органа 3, на вход блока определения действительной составляющей тока 5 и на вход блока определения мнимой составляющей тока 6. Сигналы с выхода датчика фазных напряжений 2 подаются на вход блока определения действительной составляющей напряжения 7. и на вход блока определения мнимой составляющей напряжения 8. В блоке 5 по фазным токам фаэ А,В и С формируется сигнал!д (проекция результирующего фактора тока на действительную ось), а в блоке 6 по фазным токам фаз В и С формируется сигнал iq (проекция результирующего вектора тока на мнимую ось). В 1720137 блоке 7 по фазным напряжением фаз А,В;С формируется сигнал 0д(проекция результирующего вектора напряжения на действительную ось), а в блоке 8 по фазным напряжением фаэ В и С формируется сигнал 5 Ея (проекция результирующего вектора напряжения на мнимую ось). Выходные сигналы датчика фазных токов I фаз В и С подаются на нуль-орган 3. В момент перехода линейного тока Iec через нуль на выходе нуль-органа 3 появляется сигнал, который на время, равное переходу или нескольким периодам, открывает ключ 4 и импульсы, кратные частоте питания двигателя, начинают поступать на выходы блока преобразования координат тока 9, блока преобразования координат напряжения 10, блока умножения 11, счетчика 17 и формирователя импульсов 18, Так как ключ 4 открывается, когда линейный ток фаз В и С проходит через нуль, то осуществляется синхронизация работы устройства с положением вращающегося вектора тока. Для повышения точности синхронизации и для повышения точности определения скольжения частота импульсов, поступающих на ключ 4, должна значительно (два — три порядка) превосходить частоту, подаваемую на двигатель. Так как блоки преобразования координат относительно просто выполнять на функциях Уолша, то между частотой питания двигателя f и частотой fg, подаваемой на ключ 4, целесообразно выполнять соотношение f (32 10 — 32 10з) fg На первый вход блоков 0 и 10 подается последовательность импульсов, а на второй вход блоков 9 и 10 подаются сигналы, определяющие проекцию результирующего вектора на действительную ось (на второй вход блока 9 подается сигнал !д, а на второй вход блока 10 подается сигнал Ud), э на третий вход блоков 9 и 10 подаются соответствующие сигналы, определяющие проекцию результирующего вектора на мнимую ось (блок 9.— сигнал Iq, блок 10 — сигнал 0я), В блоках 9 и 10 осуществляется переход к вращающейся системе координат согласно преобразованию Парка. Блок 9 осуществляет переход во вращающуюся систему координат вектора тока. Так как переход осуществляется тогда, когда вектор тока совпадает с действительной осью, то блок 9 имеет один выход. т.е. = !д = I. Блок 10 осуществляет переход вектора напряжения во вращающуюся систему координат при произвольном положении вектора напряжения и поэтому блок 10 имеет два выхода: Udp u Uqp. Однако в дальнейшем мы используем толька один выход — Uqp. Сигнал с выхода блока 9 преобразования координат тока подается на один лз входов блока умножения 11, второй вход которого подключен к выходу ключа 4, Таким образом, на выходе блока умножения 11 появляется сигнал г)>. Далее этот си нал 10 подается на входы масштабных усилителей 12 и 13. В масштабном усилителе 12 сигнал INумножается íà Lt (индуктивность рассеяния статорэ), а в масштабном усилителе 13 сигнал I м умножается íà L 1 (переходная 15 индуктивность статора). Выход блока преобразования координат напряжения 10 подается на один из, входов вычитателя 14, на второй вход кото20 рого подается сигнал (д Li . Таким образом, на выходе вычитателя появится сигнал Epq = Uq — и) I ь. Следует отметить, что сигнал Еоя в стационарном ре>киме— постоянная величина, так как он определен 25 во вращающейся системе координат. Выход блока 8 опредегяет мнимую составляющую напряжения в неподвижной системе координат, Обозначим ее U"q. Сигнал, пропорциональный U"q подается на 30 один иэ входов вычитэтеля 15; на второй вход которого подается сигнал I e L ",. Таким образом, на выходе вычитателя 15 появляется сигнал Е "гя = Uq.— I о)! 1, первая составляющая которого изменяется во времени, а вторая составляющая в стационарном режиме постоянная величина. Так как сопротивление L 1 > L1s, то всегда в момент включения составляющая Ео будет больше составляющей Е "zq, т.е. 40 Epq > Е"zq, Но тэк как составляющая Е 1 определена во вращающейся системе координат, а составляющая Е"zq в неподвижной системе координат и вектор Ez вращается против часовой стрелки, то составляющая 45 Е"2< (выход вычитателя 15) будет. расти во времени. Выполнение равенства Epq = E zq будет свидетельствовать о том, что вектор Е, изображенный на фиг.2 в момент срабатывания нуль-органа 3. повернулся на угол Р и нуль-органа 16 перешел в другое состояние. При выполнении неравенства Epq < Е"ря нуль-орган 16 находится в одном состоянии, а при выполнении неравенства Е" я > Epq нуль-орган 16 находится в другом 55 состоянии, Таким образом, в момент появления сигнала на выходе нуль-органа нэ выходе формирователя 18 появляется сигнал. по которому счетчик 17 обнуляется, а нуль-орган 1720137 10 25 16 начинает сравнивать два сигнала Epq u Е" я. Причем в момент появления импульса на выходе нуль-органа выполняется неравенство Epq > Е "гя и на выходе l нуль-органа 16 появляется сигнал, дающий разрешение счетчику 17 на счет импульсов, По мере течения времени вектор напряжения поворачивает и растет составляющая Оя, а следовательно, и Е" я. При выполнении равенства Еоя > Е" я появляется сигнал на выходе 2 нуль-органа 16, который выдает сигнал запрета на счет импульсов, а принятое счетчиком количество импульсов, пропорциональное скольжению, хранится в счетчике до прихода следующего опробирующего импульса с выхода формирователя 18. Так как нуль-орган 3 может открывать ключ,на время, равное одному периоду, то скольжение определяется один раэ за период. Причем оно определяется для момента времени, когда результирующий вектор совпадает с действительной осью. Таким образом, устройство позволяет определить скольжение асинхронного двигателя без применения тахогенеоатора на основе анализа электромагнитных процессов. Причем для определения скольжения нет необходимости применять сложные блоки деления и функциональные преобразователи, а необходимо осуществить счет импульсов за определенный период времени. Это упрощает устройство и повышает точность определения скольжения. Поэтому предлагаемое устройство может быть использовано в системах управления асинхронным приводом, что дает воэможность без применения тахогенератора построить качественную систему регулирования. Формула изобретения Устройство для определения скольжения асинхронного двигателя, содержащее датчик фаэных токов, да;чик фазных напряжений, нуль-орган, управляемый ключ, блоки определения действительной и мнимой составляющих тока и напряжения, блоки преобразования координат тока и напряжения с тремя входами каждый, блок умножения, первый и второй масштабный усилитель и вычитатель, при этом первые два выхода датчика фазных токов подключены к соответствующим входам блоков определения действительной и мнимой составляющих фаэных токов и к входам нуль-органа, соединенного выходом с управляющим входом управляемого ключа, коммутирующий вход которого предназначен для подачи управляющих импульсов, а выход управляемого ключа подключен к первым входам блоков преобразования координат тока и напряжения и к одному иэ входов блока умножения, третий выход датчика фазных токов соединен со вторым входом блока определения действительной составляющей тока, выход которого соединен со вторым входом блока преобразования координат тока, а выход блока определения мнимой составляющей тока соединен с третьим входом блока преобразования координат тока, первые два выхода датчика фазных напряжения подключены к соответствующим входам блоков определения действительной и мнимой составляющей напряжения, а третий выход датчика фазных напряжений соединен с третьим входом блока определения действительной .составляющей напряжения, выход которого соединен со вторым входом блока преобразования координат напряжения, а выход блока определения мнимой составляющей напряжения соединен. с третьим входом блока преобразования координат напряжения, выход которого соединен с одним из входов вычитателя, второй вход которого соединен с выходом первого масштабного усилителя, выход блока преобразования координат тока соединен со вторым входом блока умножения, выход которого соединен со входами первого и второго масштабных усилителей, отл и ча ю ще е с я тем, что, с целью упрощения и повышения точности, в него введены дополнительные вычитатель и нуль-орган, счетчик на четыре входа и формирователь импульсов, причем выход блока 40 . определения мнимой составляющей напряжения соединен с одним из входов дополнительного вычитателя, второй вход которого соединен с выходом второго масштабного усилителя, а выход дополнительного вычитателя соединен с первым входом дополнительного нуль-органа, второй вход которого соединен с выходом основного вычитателя, два выхода дополнительного нуль-органа соединены соответственно с первыми двумя управляющими входами счетчика, третий управляющий вход которого через формирователь импульсов соединен с управляющим входом управляемого ключа, а выход управляемого ключа соединен со счетным входом счетчика, выход которого образует выход устройства для определения скольжения асинхронного двигателя, 1720137 Составитель В. Соседка Редактор В. Фельдман Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор М. Максимишинец Заказ 776 Тираж 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
