Устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе

Устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, Б РЕГУЛИРУЕМОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ, содержащее датчики фазных токов статора, подключенные к блоку преобразования; токов, два выхода которого соединены с первыми двумя входами блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора,и датчики фазных напря-, женин статора, подключенные к блоку преобразования напряжений, о т л и- :л а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности в статических и диг намических режимах работы, введены два элемента сравнения, два релейных ; - элемента, блок вычисления составляющих вектора тока статора и логичесjкий блок, первый вход которого через Ч. ;последовательно соединенные первый : реле1йный элемент и первый элемент .. . сравнения подключен к одному из выходов блока преобразования токов, второй вход через последовательно соединённые второй релейный элемент и второй элемент сравнения - к другому выходу блока преобразования токов, третий и четвертый входы соединены с выходами блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротрра, а выходы логического блока подключены к дополнительным входам блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора и к первой паре бходов блока вычисления составляющих вектора тока статора, вторая пара входов которого подключена к выходам блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, третья пара входов - к выходам блока преобразования напряжений, а каждый из выходов - к второму входу соответствующего элемента сравнения 2, Устройство по п. 1, ® т л и чающееся тем, что логический блок содержит два релейных элемента, дв,а сумматора и распределитель им:пульсных сигналов, первый и.второй ОР входы которого образуют соответственсо но первый и второй входы логического блока, третий вход подключен через первый релейный элемент к выходу первого сумматора, четвертый вход через .второй релейный элемент - к вьЬсоду .второго сумматора, при этом первые и вторые входы сумматоров попарно объединены и образуют соответственно третий и четвертый входы логического блока, выходы Которого являются-выходами распределителя импульсных сигналов . . .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

hNllllOI

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЙВУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

OO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ (21) 3390729/24-07 (22) 29 ° 01.82 (46) 30.08.83. Бюл. М 32 (72) В.И.Уткин, Д.В.Изосимов, Н.Л.Архангельский, С.А.Анисимов, С.К.Лебедев, Б.С.Курнышев, С.А.Казарин, Э;Ф.Шадрин и-Л.Н.Коноплев (71) Ивановский ордена Знак Почета энергетический институт им. В.И.Ленина и ордена Ленина Институт проблем управления (53) 621 ° 316.7(088.8) (56) 1. Вродовский В.Н..й др. Асинхронные приводы с чгстотнотоковым уп" равлением, Известия АН СССР, Энер.гетика и транспорт", 1974, 9 2.

2 ° Патент Швейцарии 9 472146 кл, Н 02 P 5/40, 1969. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, В РЕГУЛИРУЕМОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ, содержащее датчики фазних токов статора, подключенные к блоку преобразования

° токов, два выхода которого соединены с первыми двумя входами блока вычисления составляющих вектора потокосценления ротора, и датчики фазных напря- .. жения сТатора, подключенные к блоку преобразования напряжений, о т л и" . М а ю щ е е с я тем, что, с целью по- вышения точности в статических и ди» намических режимах работы, введены два элемента сравнения, два релейных;

-элемента, блок вычисления составляющих вектора тока статора и логичес, кий блок, первый вход которого через последовательно соединенные первый ,релейный элемент и первый элемент

„.SU„„1039011

3(Я) Н 02 Р 5 40ó Н 02 P 5/34, сравнения подключен к одному из выходов блока преобразования токов, второй вход через последовательно соединенные второй релейный элемент и второй элемент сравнения - к другому выходу блока преобразования токов, третий и четвертый входы соединены с выходами блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, а выходы логического блока подключены к дополнительным входам блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора и к первой паре входов блока вычисления составляющих вектора тока статора, вторая пара входов которого подключена к выходам блока вычисления составляющих векто- Е ,ра потокосцепления ротора, третья пара входов - к выходам блока преобразования напряжений, а каждый из выходов " к второму входу соответствую- ( щего элемента сравнения.

2. Устройство по п. 1, о т л и - Я ч а ю щ е е е я тем, что логический блок содержит два релейных элемента, два сумматора и распределитель им. пульсных сигналов, первый и.второй входы которого образуют соответственно первый и второй входы логического блока, третий вход подключен через первый репейный элемент к выходу первого сумматора, четвертый вход через второй релейный элемент — к выходу 1ив4 .второго сумматора, при этом первые и вторые входы сумматоров попарно объе.- . динены и образуют соответственно третий и четвертый входы логического блока, выходы которого являются. выхо- р дами распределителя импульсных.сигналов .

103901).

Изобретение относится к электро= технике и может быть использовано в регулируемом асинхронном электроприводе общепромышленного назначения.

Известно устройство для определе, ния одной из координат асинхронного двигателя — скорости вращения, содержащее электромеханический датчик, установленный на валу двигателя.

Известны также устройства для определения координат асинхронного дви- 10 гателя — составлякщих векторе потокосцепления ротора, содержащие датчики магнитного потока - датчики Холла) и датчики ЭДС в виде измерительных обмоток (1). 15

Недостатком известных устройств является конструктивная сложность|

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности являеТся уст" 2О ройство для определения координат аоинхронного двигателя в регулируемом электроприводе, содержащее датчи- ки фазных токов статора, подключенные через блок преобразования токов . 25 к входам блока вычисления составляю щих вектора потокосцепления ротора, и датчики фазных напряжений, подклю-. ченные к блоку преобразования напря.жений ° (2).

Недостатком являетая то, что дан-, ЗО ное устройство не содержит электромеханического датчика скорости, датчиков потока и ЭДС, усложняющих конструкцию. Кроме того, недостатком является то, что определение коорди" З5 нат асинхронного двигателя - скорости вращения и составляющих вектора потокосцепления ротора производится здесь по информации о фаэных токах и напряжениях в разомкнутом контуре, 4() и это не позволяет получить высокую точность, особенно в динамических ре жимах.

Цель изобретения - повышение точности определения .координат асинхрон-4 ного двигателя в статических и динамических режимах работы.

Указанная цель достигается тем, что s устройство для определения координат асинхронного двигателя в ре- " гулируемом электроприводе, содержащее датчики фазных токов статора, подключенные к блоку преобразования токов, два выхода которого соединены с первыми двумя входами блока вы числения составлякицих вектора потоко-55 сцепления ротора, и датчики фазных напряжений статора, подключенные к блоку преобразования напряжений, введены два элемента сравнения, два релейных элемента, блок вычисления 60 составляющих вектора тока статора и .логический блок, первый вход которого через последовательно,.соединенные первый релейный элемент и,первый элемент сравнения подключен к одному из выходов блока преобразования токов, второй вход через последовательно соединенные второй релейный элемент и второй элемент сравнения — к другому выходу блока преобразования

1 токов, третий и четвертый входы соединены с выходами блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, а выходы логического блока подключены к дополнительным входам блока вычисления составлянщих вектора потокосцепления ротора и к первой паре входов блока вычисления состаэ-. ляющих вектора тока статора, вторая пара входов которого подключена к выходам блока вычисления составляю- щих вектора потокосцепления ротора, третья пара входов - к выходам блока преобразсвания напряжений, а каждый из выходов " к второму входу соответ" ствующего элемента сравнения.

Кроме того, логический блок содержит два релейных элемента, два сумма гора и распределитель импульснЫх сигналов, первый и второй входы которого образуют соответственно первый и второй входы логического блока, третий вход подключен через первый релейный элемент к выходу первого сумматора, четвертый вход через второй релейный элемент - к выходу второго сумматора, при этом первые и вторые входы сумматоров попарно,объеди" иены и образуют соответственно третий и четвертый входы логического блока, выходы которого являются выходами распределителя импульсных сигналов .

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — структурная схема блока

,вычисления составлякицих вектора то ка статорау на фиг. 3 - структурная схема блока вычисления составляющих вектора потокосцецления ротора ° на фиг. 4 - структурная схема логическоГо блока; на фиг. 5 - диаграмма ра" боты логического блока.

Устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом элвктроприводе содержит датчи-, ки 1(фиг.. 1) фазных токов статора, подключенные к блоку 2 преобразования токов два выхода которого соединены с первыми двумя входами блока 3 вычисления составлякщих вектора потокосцеплення ротора.

Устройство содержит также датчики

4 фазных:напряжений статора, подключеиные-к блоку 5 преобразования на,пряжений. Датчики 2 фазных токов и датчики 4 фазных напряжений включены в цепь статора асинхронного двигате. ля 4..

Кроме того, устройстэо содержит также два элемента 7 и 8 сравнения дэа релейных элемента 9 и 10, блок

ll вычисления составлякщих вектора дока статора и логический блок 12,,1039011

3 первый вход которого через последовательно соединенные релейный элемент

9 и элемент 7 сравнения подключен к одному из входов блока 2 преобразования токов, второй вход логического блока 12 через последовательно сое» диненнме релейный элемент 10 и эле мент 8 сравнения подключен к другому выходу блока 2 преобразования токов.

Третий к четвертый входы логического блока 12 соединены с выходами блока

3 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора. Выходы логического блока 12 подключены g дополнительным входам блока 3 вычисления составлякщих вектора потокосцепления 15 ротора и к первой паре входов блоха

11 вычисления составляющих вектора тока статора, вторая пара входов ко. торого подключена к выходам блока 3 .. вычисления составлякщих-вектора 0020-у0 косцеплення ротора, третья пара вхо-: дов - к выходам блока 5 преобразова.ния напряжений, а каждый из выходов к второму входу ооответствукицего экие: мента 7 и 8 сравнения.

Блок ° 11 вычисления составлякщкх вектора тока статора содержит уьщо» жители 13 — 16 (фкг. 2), сумматоры ,17 к 18, масштабные элементы 19-22 . и апериодичвские звенья 23 и 24. Пер-. вые входы умножителей 13 - .16 соединены попарно между собой и образуют, первую пару входов блока 11 вычисления ссставлякщих вектора тока стато- ра. Вторые-входы умножителей 15, 14и 13, 16 соединены попарно меяду со. З бой и образуют вторую пару входов блока 11 вычисления, составляющих век-. тора тока статора. Выходы умножителей 13 и 15 соединены с входами сумматора 17, к которому подключены так 40 же вторые входы умножнтвлвй .15 и 24;, через масштабнык элемент 19. Выходы умножителей 14 и 16.ñîåäèíàíû с входамк сумматора 18, к которому под« нлючены также вторые в"-,ъды умножите-.45 ,лей 13 и 16 через масштабный элемент, 20. Третью пару входов блока ll вы- .. числения вектора тока статора образуют входы масштабных элементов 21 и

22 выходы .которых подключены к сум- . О маторам 17 и 18 соответственно. Выходы сумматоров 17 и 18 соединены с входами апериодических звеньев 23 и-:

24 соответственно, выходы которых. образуют выходы блока ll вычисления составляющих вектора тока статора. входы умножителей 25, 26 и 27, 28 соединены попарно между собой и образуют дополнительные входы блока 3 вычисления составлякщих вектора потокосцеплвния;ротора. Выход умножителя

25 соединен с входами сумматоров 29 и 31, выход умножителя 26 - с входами сумматоров 30 и 32, выход умножителя 27 - с вторым входом сумматора

31, выход умножитвля 28 — с вторым входом сумматора 32. Выходы сумматоров 29 и 30 подключены к вторым входам умножителей 27 и 28 соответственно, выходы сумматоров 31 и 32 " к входам апериодических звеньев 37 и

38 соответственно. Выходы масштабных элементов 35 и 36 подключены к третьим входам сумматоров 31 и 32 соответственно, а-выходы масштабных элементов 33 и 34 - к третьим входам сумма-. торов 29 и 30 соответственно. Выход апериодкческого звена.соединен с вхо" дом масштабного элемента 33 и вторым входом умножнтеля 26, а выход аперио-. дического.звена 38 — с входом масштабного элемента 34 и вторым входом ум" ножителя 25. Выходы апериодических звеньев 37 и 38 образуют выходы бло.ка 3 вычисления составляющих векто ра тока статора., Логический блок 12 содержит два релейных элемента 39 и 40 (фиг.4), два сумматора 4.1 н 42 и распределитель 43 импульсных сигналов, первый н второй входы которого образуют соответственно первый и второй входы логического блока 12, третий вход подключен через первый релейный элемент 39 к выходу первого сумматора

41, а четвертый вход через второй релейный элемент 40 — к выходу второго сумматора 42. Первые и вторые нходы сумматоров 41 и 42 попарно объединены и образуют соответственно.третий н четвертый входы логического блока

12, выходы которого являются выходами распределителя 43 импульсных сигналов.

Устройство работает следующим образом.

Блоки -2 преобразования токов и блок 5 преобразования напряжений осуществляют преобразование фазных токов и напряжений соответственно в. составляющие обобщенных векторов тока 1, I> и напряжения U, Up статс. ра в декартовой системе координат с, Р нвп6движной относительно статора асинхронного двигателя.

Блок 3 вычисления составляющих вектора потокосцеплеккя ротора содер-. жит умножители 25 - 28 (фиг. 3), сулю" .маторы 29-32 масштабные элементы 60

„33 - 36 и апериодические звенья 37 и 38. Входы масштабных элементов.

35 и 36 образуют первые входы блока Э вычисления составляющих вектора йотокосцепления ротора, Первые устройство представляет собой замкнутый контур регулирования в ко- . тором задающей ввличиной является вектор тока статора, представляемый в вотще проекций на неподвижные оси

Ц,, f3, в блоке 11 вычисления составляю" щих вектора тока статора осуществля1039011 ется решение следукщей системы уравнений статорной цепи асинхронного двигателя а „а я

Р Р 12 Р— и+ 4I» + - 5

О(1 2 R+ 12 6L„Sat

s и S, R —,42У @,,У- Р R 1 2 Р и, я„,» а, и б

s и 5 R

Ф Ф проекции вычисленного

5Р обобщенного вектора тока статора; 20

У,Ч - проекции вычисленного вектора потокосцепле-, нияу

U+, U - проекции обобщенного вектора напряжения 25 статора

lR — индуктивность статора, R R, 6 индуктивность цепи намагничивания, приведенная индуктивность 30 ротора, активное со-. противление ротора, коэффициент рассеяния!

Я - скорость вращения асинхронного двигате ля у

- фиктивная переменная.

В блоке 3 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора осуществляется решение системы дифференциальных уравнений роторной цепи 40 асинхронного двигателя относительно проекций вектора потокосцепления ротора на оси@,р, 4QaC а + RR1 д " + 45

Н . КЫ 1,„ж Rp а + (. йо К

Д » R 1 . 50 Р Ф() щ я

% R гл

dt 1, RP 1. 9 R +

Иа яр йы

Величины Я, с, модулированные во; времени, на выходе логического блока

12 выполняют роль управлякщих возцействий в контуре регулирования.

Среднее значение Я определяет, 60 частоту вращения вала двигателя. Величина > введена для исключения неопределенностей, появлякщихся при перемножении Я и составлякщих потокосцепления ротора. Причем в установившемся режиме работы устройства, когда его свободное движение закончено, среднее значение и равно нулю.

Иными словами, величины Я, и создают такой BBKTQp .управления движением устройства, чтобы слежение за вектором тока статора осуществлялось во всех режимах работы реального двигателя.

Составлякщие тока «статора Хб, полученные в блоке 2 преобразования токов, и составлякщие IS+, Ig, вычисленные в блоке ll, сравниваются с помощью элементов 7 и 8 сравнения.

Результаты сравнения воздействуют на .релейные элементы 9 и 10 с выхода ке» торых получают импульсные сигналы, определяющие. знак рассогласования.

Указанные импульсные сигналы распре,целяют в логическом блоке 12 на вы ходы, на которых сигналы 5?,р устанавливаются в зависимости от положения вектора потокосцепления ротора на \ плоскости o(. таким образом, чтобы знаки ошибок производных составляющих статора всегда были отри" цательны, т.е. чтобы в каждом канале обратная связь была бы отрицательной в любой момент времени.

Алгоритм распределения сигналов определяют, исходя из того, что сигналы управления Я,ра изменяются с частотой много большей, чем напряжение и ток асинхронного двигателя.

Практически выбрав частоту переключений Я, р- на уровне 50 кГц - 100 .кГц, это условие можно выполнять для любо

ro современного регулируемого электропривода. Кроме этого, высокая частота переключений .обеспечивает малое свободное время движения системы.

Производные ошибок по времени можно представить в вйде, аб Э, а, а Э,"„

1, щ a35JK ВВ- I, ° аа ж: Ю б aR R

„, % а где С и D - члены уравнений с медлен- но менякщимися величийами. С учетом тОРОр что I Rg= )9JA358 jVя = )9! 5jn 9 и заменив

1 1Е .

>SR получим дбЭ

= С+ icos 9 р-Esin 8Q

М вЂ” =2+6 sir д к+ЕсозОЯ

1039011

= щ+Ч QS„< Ч,,&5аЬ(4S ÜÑ+ ð&SÌ,„8ËdÝ & ЧУ+Чр Ж-ЧФ .С SVdii4I344K ЧЬЯ ЬЭР

45 " 5лЭ 45

Я=5Ч,,(+Ч, &5щЧ, 45й „„4 5Ч,(+Ч 45Ч,1+Ч чздэ14 5,„ф5дЭ 4 5„Ц Ч 43ЩЧг(454 (,, I которые реализует логический распре- ронного двигателя блока вычисления .делитель 43 логического блока 12 с составляющих вектора тока статора, помощью стандартных логических эле- 3() элементов сравнения, релейных элеменментов тов и логического блока, с помощью

Замкнутая система регулирования которых образуется замкнутый контур составляющих вектора статора, реалы- регулирования составлякщих вектора эованная в устройстве, позволяет тока статора, позволяет обеспечить обеспечить высокую точность определе-35 определение скорости вращения и сос. ния таких координат асинхронного дви" тавлянхцнх потокосцепления ротора, негателя каи скорость вращения Я и обходимых в системе регулирования составляющие вектора потокосцепления асинхронным электроприводом, с

Ротора Ч,, Ч @. более высокой точностью

Таки обРазом введение в устрой- сравнению с известным устройФ

«40 ство для определения координат асинх- ством.

Поскольку система координат неподвижная, а вектор потокосцеплення ротора вращается, то меняется и угол 8, т.е. меняются и коэффициенты при сигналах управления S2, р, как по величине, так и по знаку.

Для обеспечения условий скользящего режима (слежения) выделяют 4

:,квадранта (фиг. 5) . В первом ква ран-!

recos6)sln8,cos8) 0. Поэтому для того, чтобы связи .были отрицательными, уп- 10 равляющим сигналам присваивают значе.ния /=Mian Ы9,,Я= sill d3gy. Во ВтоРом квадранте sin 8>cps 8, Фпд>0, поэтому,са =

=- Sign 439@, %=Sign Ь 35, . РассУждая аналогично, получают для третье- )5.8 го квадранта/я.=зкрьэ,@=s nd3, для четвертого pa,=sicp d39, Я=-siped, Квадранты вьщеляют по определенным знакам разности и суммы составляющих вектора потокосцепления ротора.

Обозначив через щ.gp (» gg+ „ ) 4ы-vp "< (еж "ap)

S = sign 135» ; S =si nd3 и . управлякщие воздействия Я, м. форми- . руют по следующим логическим функци,ям:

1039011

@ ly zjg фиа 5

ВНИИПИ Заказ 6240/59 Тираж 687 Подписное ю

Филиал ППП "Патент", r. Уагород, ул. Проектная,4