Управление и/или регулирование трехфазного преобразователя электроэнергии для управления работой асинхронной машины

Управление и/или регулирование трехфазного преобразователя электроэнергии для управления работой асинхронной машины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству управления и/или регулирования для трехфазного преобразователя электроэнергии, питающего асинхронную машину. Кроме того, изобретение относится к соответствующему способу управления и/или регулирования. В частности, изобретение касается управляемого и/или регулируемого введения заданного значения вращающего момента и заданного значения потока статора для трехфазной асинхронной машины, питаемой от преобразователя электроэнергии. Изобретение должно найти применение, в частности в силовых цепях высокой мощности, например в тяговых преобразователях для питания тяговых двигателей рельсовых транспортных средств.

Уровень техники

Характерным для таких систем привода является применение трехфазных асинхронных машин в сочетании с трехфазными импульсными преобразователями (инверторами) и приложенным напряжением промежуточного звена постоянного тока. Эти системы привода, вследствие высоких требований по удельной мощности и к.п.д., эксплуатируются при сравнительно низкой частоте циклов переключений (коммутационных циклов). Например, частота циклов в области регулирования напряжения составляет всего от 300 до 800 Гц в случае локомотивов для поездов дальнего следования, моторных вагонов и тяжелых поездов ближнего сообщения. В легких поездах ближнего сообщения частота коммутационных циклов обычно находится в диапазоне от 800 Гц до 3 кГц. Имеющееся напряжение промежуточного звена постоянного тока должно использоваться оптимально, т.е. используемая структура управления и/или регулирования должна обеспечивать эксплуатацию в области ослабления поля возбуждения без требуемых для регулировочной техники запасов регулирования напряжения. Таким образом, во избежание недопустимого влияния преобразователя на питающую сеть нужно сформировать стационарно определенный и поддающийся воздействиям спектр гармоник. Это требует, вместе с относительно низкой частотой переключений и максимальным выходным напряжением преобразователя электроэнергии, применения синхронных методов генерации импульсов.

Требования к динамике регулирования тяговых приводов, питаемых преобразователями электроэнергии, также сравнительно высоки. Обычно при таких требованиях по регулированию приводной системы в нижнем и среднем диапазоне мощности применяются преобразователи электроэнергии с относительно высокой частотой переключений (5-20 кГц) в сочетании с классическими методами регулирования, ориентированными на поле.

Для применений на тяговом подвижном составе, в частности для непосредственной работы на контактном проводе постоянного напряжения без входного преобразователя, важное значение имеет хорошая помехоустойчивость регулирования в отношении скачкообразных изменений напряжения в контактной сети. Управление процессами скольжения и боксования, демпфирование механических колебаний привода, а также стабильная работа на склонном к колебаниям входном LC-фильтре требуют качественного и высокодинамичного, по сравнению со стационарными приводами того же класса мощности, процесса управления непрямым приложением вращающего момента.

Кроме того, процесс регулирования и/или управления должен обеспечивать для защиты преобразователя электроэнергии и/или двигателя проектируемую максимальную токовую нагрузку и надежно предотвращать опрокидывание подключенной трехфазной асинхронной машины или отдельных машин в составе группового привода. Это также актуально, в частности, при изменениях помеховых и задающих воздействий по указанным выше причинам.

Методы, могущие оказаться подходящими в указанных краевых условиях, известны. Общим для этих известных методов является разделение соответствующего метода управления и/или регулирования на существенные функции по регистрации параметров, модель потока, структуру регулирования и набор управления (для генерации импульсных последовательностей), причем структура регулирования и набор управления в отдельных указанных методах отличаются друг от друга. Обычно указанные функции реализуются частично или полностью в рамках одной системы на сигнальных процессорах, и частично с прямой программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA).

В целом, для указанных выше методов регулирования осуществляется регистрация следующих аналоговых измеряемых величин:

- по меньшей мере два из трех фазовых токов трехфазного преобразователя электроэнергии (ток машины или сумма токов отдельных машин в групповых приводах с параллельно включенными машинами),

- напряжение промежуточного звена постоянного тока импульсного преобразователя электроэнергии.

- В возможном варианте также могут дополнительно измеряться два напряжения на выходе преобразователя электроэнергии (инвертора).

- В качестве опции, можно осуществлять регистрацию отдельных значений температуры двигателя и использовать их, в частности, для отслеживания параметров сопротивления машин, зависящих от температуры.

- В качестве еще одной измеряемой величины можно опционально регистрировать частоту вращения (ротора) двигателя.

- Если инвертор питает два или более параллельно включенных тяговых двигателя, предпочтительно регистрировать отдельные значения частот вращения двигателей, а для регулирования использовать их среднее значение, например среднее арифметическое.

Основой известного метода регулирования, ориентированного на поле, является знание значения и углового положения потока ротора в методе, ориентированном на поток ротора, и/или потока статора в методе, основанном на потоке статора. Однако поскольку потокосцепления и вращающий момент машины невозможно измерять напрямую, обычно применяются вычислительные модели (модели потоков), которые воспроизводят внутреннюю структуру асинхронной машины.

Для определения потока по измеренным или смоделированным путем соответствующих вычислений фактическим значениям напряжения на зажимах машины, фазного тока машины и частоты вращения, служит, в частности, модель потока. Обычно она состоит из двух известных субмоделей асинхронной машины, а именно так называемой модели напряжения и так называемой модели тока. При малых частотах вращения превалирует влияние модели тока, а при больших частотах вращения - влияние модели напряжения. Сочетание обеих субмоделей объединяет их преимущества и может рассматриваться как модель напряжения, ведомая (задаваемая) моделью тока.

В методе, описанном в работе Stanke G., Horstmann D.: "Die stromrichternahe Antriebsregelung des Steuergerätes für Bahnautomatisierungssysteme SIBAS 32", eb-Elektrische Bahnen, том 90 (1992), выпуск 11, стр.344-350, идет речь о методе регулирования, основанном на средних значениях, ориентированном на поток ротора с генерацией асинхронных и синхронных импульсов для управления преобразователем электроэнергии. Наряду с преимуществами, в частности генерацией синхронных импульсов и непрямым двухкомпонентным регулированием тока (см. выше) данный метод по сравнению с другими имеет другие недостатки с точки зрения достигаемой динамики регулирования и помехоустойчивости, в частности при изменении напряжения промежуточного звена постоянного тока.

Описанный в работе Depenbrock, М.: "Direkte Selbstregelung (DSR) für hochdynamische Drehfeldantriebe mit Stromrichterspeisung", etzArchiv, том 7 (1985), выпуск 7, стр.211-218 и в работе Jänecke, М., Kremer, R., Steuerwald, G.: "Direkte Selbstregelung, ein neuartiges Regelverfahren für Traktionsantriebe im Ersteinsatz bei dieselelektrischen Lokomotiven", eb-Elektrische Bahnen, том 89 (1991), выпуск 3, стр.79-87, метод DSR (прямого автоматического регулирования) является специально рассчитанным на тяговые приводы, основанным использовании мгновенных значений методом, который, в частности, имеет оптимальную динамическую характеристику, но не имеет воспроизводимую стационарную характеристику. Кроме того, метод DSR не допускает работы при очень малых отношениях частоты переключений к основной частоте. Кроме того, ввиду, среди прочих факторов, минимальной продолжительности включения преобразователя электроэнергии работа на частотах вращения представляется проблематичной, что решается альтернативным, также основанным на потоке статора, методом непрямого автоматического регулирования ISR (см. вышеупомянутую публикацию Jänecke, М. и др.).

Метод DTC, описанный в работе "Direkte Drehmomentregelung von Drehstromantrieben" ABB Technik, Nr. 3, (1995), стр.19-24, являясь методом, основанным на использовании мгновенных значений, дает оптимальную динамическую характеристику, как и метод прямого автоматического регулирования (DSR). Однака стационарная характеристика также не является воспроизводимой, и это прямое регулирование вращающего момента также не допускает малых отношений между частотой переключений и основной частотой (частотой основной гармоники). В противоположность методу DSR, в DTC траектория потока статора идет по круговой линии, что, помимо прочего, требует значительно более высокой частоты переключений преобразователя электроэнергии.

В методах, описанных в публикации WO 2005/018086 А1, в работе Amler, G.; Hoffmann, F.; Stanke, G.; Sperr, F.; Weidauer, M.: "Highly dynamic and speed sensorless control of traction drives", Proc. EPE Conference 2003, г.Тулуза, в работе Evers, С; Hoffmann, F.; Steimel, A.; Wömer, K.: "Flux-guided control strategy for pulse pattem changes without transients of torque and current for high power IGBT-inverter drives", Proc. EPE Conference 2001, г.Грац, и в работе Wömer, K.: "Quasi-synchrone statorflussgeführte Pulsverfahren für die wechselrichtergespeiste Induktionsmaschine", диссертация 2001, отчеты VDI, серия 21, №302, указанные выше недостатки, такие как худшая динамика регулирования и худшая помехоустойчивость при сравнительно низких частотах переключений при использовании методов регулирования на основе средних значений с включенным за регулятором генератором импульсных последовательностой, устраняются посредством задаваемой потоком статора генерации импульсных последовательностей на основе мгновенных значений.

Раскрытие изобретения

В основу настоящего изобретения положена задача разработки устройства управления и/или регулирования указанного выше типа для трехфазного преобразователя электроэнергии, который позволил бы генерацию импульсных последовательностей на основе средних значений для управления преобразователем электроэнергии, с одновременным выполнением указанных высоких динамических требований, в частности для тяговых приводов рельсовых транспортных средств, при оптимальном использовании располагаемого входного напряжения преобразователя электроэнергии. Кроме того, возможность формирования стационарно определяемого и поддающегося воздействию спектра высших гармоник должна обеспечиваться также при низкой частоте переключений.

Следующей задачей изобретения является разработка устройства управления и/или регулирования, которое в практически единой структуре управления и/или регулирования обеспечивает для управления преобразователем электроэнергии как генерацию импульсных последовательностей на основе средних значений, так и генерацию импульсных последовательностей на основе мгновенных значений.

Еще одной задачей изобретения является разработка соответствующего способа управления и/или регулирования для управления работой асинхронной машины, питаемой трехфазным преобразователем электроэнергии.

Предлагается устройство управления и/или регулирования, содержащее структуру управления и/или регулирования, включающую в себя регулятор потока статора и генератор импульсных последовательностей, предназначенный по меньшей мере для генерации импульсных сигналов на основе средних значений. Регулятор потока статора генерирует (формирует) импульсные сигналы в зависимости от входной величины, в частности вырабатываемой включенным перед ним регулятором частоты скольжения, а также в зависимости от других входных сигналов. Регулятор потока статора генератора импульсных последовательностей выполнен таким образом, чтобы вырабатывать это управляющее воздействие в зависимости от заданного значения потока статора асинхронной машины и от заданного значения вращающего момента асинхронной машины. Регулятор потока статора имеет в соответствии с изобретением апериодическую (dead-beat) регулировочную характеристику.

Кроме того, предлагается, чтобы устройство регулирования и/или управления содержало структуру управления и/или регулирования, включающую в себя регулятор частоты скольжения и генератор импульсных последовательностей с собственной схемой регулирования потока статора для генерации импульсных сигналов на основе средних значений и на основе мгновенных значений. Импульсные сигналы на основе средних значений и на основе мгновенных значений генерируются по выбору и в зависимости от соответствующей рабочей ситуации. Под генератором импульсных последовательностей здесь следует понимать весь (в общем и целом) генератор импульсных последовательностей, который, например, может включать в себя отдельные генераторы, вырабатывающие импульсные сигналы на основе средних значений или на основе мгновенных значений. Выход регулятора частоты скольжения связан с входом такого всего генератора, благодаря чему генератор импульсных последовательностей способен генерировать импульсные сигналы в зависимости от управляющего воздействия, вырабатываемого регулятором частоты скольжения, а также других входных сигналов. Регулятор потока статора выполнен, в частности, как указано в соответствии с вышеизложенным.

Под регулятором с апериодической регулировочной характеристикой понимается, в частности, регулятор, который (как П-регулятор, т.е. регулятор с пропорциональной составляющей) при вычислении управляющего воздействия учитывает разность между заданным и фактическим значениями регулируемой величины. Поэтому, как и в П-регуляторе, осуществляется сравнение заданного и фактического значений. Но в отличие от обычного П-регулятора регулятор с апериодической регулировочной характеристикой не имеет настраиваемого коэффициента усиления. Следовательно, уравнение, описывающее процесс регулирования в П-регуляторе и включающее произведение разности заданного и фактического значений и (настраиваемого) коэффициента усиления, можно перевести в уравнение, описывающее процесс регулирования в регуляторе с апериодической регулировочной характеристикой, присвоив коэффициенту усиления постоянное, неизменяемое значение. Как показано ниже в описании осуществления изобретения (в частности со ссылкой на фиг.9), для вычисления выходной величины регулятора с апериодической регулировочной характеристикой разность заданного и фактического значений может умножаться на коэффициент или коэффициенты, которые зависят от мгновенного (наличествующего в данный момент времени) рабочего состояния и/или зависят от ожидаемой величины. Такой коэффициент не является, однако, коэффициентом усиления в смысле этого понятия, принятом в технике регулирования.

Изобретение основывается на осознании того, что в области импульсов на основе средних значений в случае скачкообразных изменениях напряжения промежуточного звена постоянного тока и/или частоты вращения при применении классической структуры регулирования с П-регулятором для регулирования потока статора (и при необходимости дополнительного регулятора синхронизации для обеспечения синхронизма при генерации синхронных импульсов на основе средних значений) может произойти частичная потеря управляемости. В частности, это может случиться, если такое скачкообразное, или резкое, изменение наступит при работе в области ослабления поля возбуждения. При таких помеховых возмущениях используемый для регулирования коэффициент ослабления поля и отношение заданного значения величины пространственного вектора напряжения статора к максимально возможному выходному напряжению преобразователя электроэнергии не будут соответствовать друг другу. Тогда генератор импульсных последовательностей для генерации импульсных сигналов на основе средних значений по меньшей мере при использовании импульсных последовательностей без нулевых напряжений окажется не в состоянии установить на выходе преобразователя электроэнергии заданное регулятором выходное напряжение.

Другие регуляторы структуры, такие как регулятор частоты скольжения и регулятор синхронизации для синхронизации переключений с основной частотой вращения пространственного вектора потока статора, также будут пытаться компенсировать это возмущающее воздействие. Однако поскольку генератор импульсных последовательностей не может достичь заданную П-регулятором характеристику, внутри структуры возникают неустойчивые и невоспроизводимые состояния. При определенных условиях это может привести к блокировке преобразователя электроэнергии и занесению записи о неисправности в память ошибок.

Регулятор потока статора с апериодической регулировочной характеристикой, напротив, отреагирует на скачок значения задающей или возмущающей величины максимально возможным изменением вычисленного им управляющего воздействия. Регулятор "приоритизирует" регулирование потока статора. Таким образом, становится возможным максимально возможное приближение к новой ситуации, возникшей в результате скачка, например к повышенному напряжению промежуточного звена постоянного тока. В зависимости от рабочей ситуации, имеющейся перед возникновением скачка, такой скачок может даже полностью компенсироваться в рамках единственного такта регулирования (при так называемой апериодической регулировочной характеристике), т.е. схема регулирования продолжит функционировать, как если скачка не было совсем. Если же скачок не удается парировать в рамках одного такта регулирования, то максимально возможное приближение к новой рабочей ситуации имеет по меньшей мере то преимущество, что можно практически полностью исключить неустойчивости регулировочной характеристики.

Компенсация колебаний задающих и/или возмущающих воздействий не представляется возможной в рамках одного такта регулирования, например в тех случаях, когда даже при том допущении, что скачок может быть компенсирован в рамках одного такта регулирования, преобразователь электроэнергии как до, так и после скачка работает в области ослабления поля возбуждения без запаса регулирования напряжения.

В частности, по этой причине, а также для достигаемой таким образом практически полной унификации структуры для генерации импульсов на основе средних или мгновенных значений предпочтительно, чтобы структура помимо регулятора потока статора с апериодической регулировочной характеристикой и включенного перед ним регулятора частоты скольжения не имела регулятора синхронизации, синхронизирующего переключение нулевого напряжения преобразователя электроэнергии с основной частотой вращения пространственного вектора потока статора. Вместо этого комбинация регулятора потока статора и включенного перед ним регулятора частоты скольжения выполняет функцию такого регулятора синхронизации. Тем самым обеспечивается более высокая устойчивость структуры, потому что в ее работе участвует малое количество регуляторов. В обеих названных вариантах (импульсы на основе средних или мгновенных значений) синхронизация осуществляется на основе фактической траектории потока статора. Такое единообразие синхронизации упрощает перевод преобразователя электроэнергии между режимами работы с использованием импульсов на основе средних значений и на основе мгновенных значений.

Предусмотренная изобретением структура может использоваться для управления работой преобразователя электроэнергии как в синхронном, так и в асинхронном режиме с использованием импульсов на основе средних значений.

Указанные обстоятельства обусловливают еще одно преимущество изобретения. Посредством:

- предусмотренного в изобретении регулятора потока статора с апериодической регулировочной характеристикой для генерации импульсов на основе средних значений,

- связанной с этим возможности синхронизации на основе фактической траектории потока статора без необходимости применения дополнительного регулятора синхронизации,

- второго генератора импульсной последовательности для генерации задаваемых траекторией потока статора импульсных последовательностей на основе мгновенных значений с тем же типом синхронизации,

- структурирования устройства, в котором другие блоки также работают независимо от выбранного в конкретный момент времени типа импульсной последовательности, обеспечивается максимально единая структура для различных типов импульсных последовательностей. Существенным преимуществом единой структуры является ее относительно невысокий уровень сложности. Другое преимущество заключается в том, что можно тестировать и принимать в эксплуатацию большие части всей структуры независимо от импульсной последовательности.

Блоками, которые, в частности, работают независимо от типа импульсной последовательности, являются, например, блок (модель инвертора) для моделирования характеристики преобразователя электроэнергии, блок (наблюдатель потока статора) для оценки не поддающихся прямому измерению величин, таких как поток статора, поток ротора и электромагнитный момент подключенной асинхронной машины и вывода соответствующей информации на задействованный в данный момент генератор импульсных последовательностей, причем наблюдатель потока, как возможный вариант, дополнительно или в качестве альтернативы может вычислять оценочное значение частоты вращения ротора машины и выдавать его, блок вычисления напряжения намагничивания и модуляции и/или блок (см. например ЕР 0945970 А2) коррекции напряжения рассогласования преобразователя электроэнергии, включенный за генератором импульсных последовательностей.

Единая структура позволяет справляться с высокодинамическими возбуждениями системы через возмущающие воздействия (в частности изменения напряжения промежуточного звена постоянного тока и/или частоты вращения), в частности при генерации импульсных последовательностей с низким числом циклов либо в режиме блокирования дополнительно посредством динамически переключаемых нулевых напряжений. Под "динамически переключаемыми нулевыми напряжениями" понимаются нулевые напряжения, которые включаются дополнительно к имеющимся, в зависимости от условий обычным нулевым напряжениям (например, синхронным нулевым напряжениям), чтобы обеспечить возможность быстро реагировать на возмущения. Благодаря предлагаемой в изобретении структуре регулирования и процессу управления считыванием величин, описание которого приводится ниже, имеется возможность без существенной задержки, например, импульсных последовательностей на основе мгновенных значений с небольшим числом циклов, в частности при запирающем такте (SP1), ЕР3, СР3, ЕР5 и СР5 (для разъяснения этих сокращений, см. ниже описание осуществления изобретения) в зависимости от вида траектории потока статора (шестиугольник либо шестиугольник с вдавленными углами), переключаться на соответствующий вид DSR на время непосредственного действия возмущения. Таким образом, автоматически исключается отрицательное влияние на имеющиеся в зависимости от обстоятельств синхронные нулевые напряжения и динамически переключаемые нулевые напряжения. Ввиду того, что траектории потока статора имеют ту же форму и амплитуду, после окончания переходного процесса можно вновь перейти в новую рабочую точку, например в первоначальный синхронный режим генерации импульсов.

Кроме того, на практике существуют блоки для фильтрации, в частности для фильтрации векторных величин (как и измеряемые токи статора). Фильтрацию предпочтительно осуществлять в полевых координатах, причем благодаря предлагаемой в изобретении структуре регулирования фильтруемые величины могут использоваться для различных задач. Для фильтрации величин в полевых координатах осуществляется их преобразование в систему координат, вращающуюся с потоком статора или ротора. Параметры фильтра (как угловые частоты фильтра) могут адаптироваться к соответствующим импульсным последовательностям.

Краткое описание чертежей

Примеры осуществления настоящего изобретения и другие особенности изобретения рассматриваются в приведенном ниже в описании со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - структура предлагаемого в изобретении устройства регулирования в особенном эффективном варианте его выполнения,

на фиг.2 - детали показанной на фиг.1 структуры, причем показаны и другие интерфейсы и, соответственно, частично также другие блоки,

на фиг.3 - схематическое изображение напряжения статора и траектории потока статора для задаваемых потоком статора импульсов с вдавленными углами,

на фиг.4 - схематическое изображение напряжения статора и траектории потока статора для задаваемых потоком статора импульсов без вдавленных углов, т.е. с шестиугольной формой траектории потока,

на фиг.5 - схематическое изображение напряжения статора и траектории потока статора для синхронных ШИМ-импульсов,

на фиг.6 - схематическое изображение эффекта закручивания (поворота) потока,

на фиг.7 - изображение различных изменяющихся во времени значений вектора потока статора, считываемых за определенное число циклов выборки или циклов регулирования предлагаемого в изобретении способа регулирования с генерацией импульсных последовательностей на основе средних значений, причем во время этих циклов напряжение промежуточного звена постоянного тока скачкообразно увеличивается,

на фиг.8 - изображение различных изменяющихся во времени значений вектора потока статора, считываемых за определенное число циклов выборки или циклов регулирования предлагаемого в изобретении способа регулирования с генерацией импульсных последовательностей на основе средних значений, причем во время этих циклов частота вращения машины скачкообразно уменьшается (например, из-за смены нагрузки),

на фиг.9 - диаграмма прохождения сигналов, которая схематически иллюстрирует особенно предпочтительный вариант осуществления предлагаемого в изобретении способа регулирования с генерацией импульсных последовательностей на основе средних значений с апериодической характеристикой регулирования потока статора,

на фиг.10 - интервал выборки, в течение которого в рамках одной фазы инвертора осуществляется два переключения,

на фиг.11 - период времени с несколькими интервалами выборки, причем между отдельными переключающими действиями по переключению инвертора располагается различное количество различных по длине интервалов выборки,

на фиг.12 - схема компоновки элементов для вычисления моментов переключений и осуществления переключающих действий,

на фиг.13 - диаграмма с временной последовательностью моментов выборки и имеющимися между ними интервалами, которые используются для различных вычислительных задач и операций по регулированию с использованием импульсных последовательностей на основе средних значений, а также соответствующие коммутационные состояния трех фаз инвертора,

на фиг.14 - участок траектории потока статора с соответствующими подсостояниями конечного автомата на каждый сектор 7-кратного тактирования с вдавленными углами,

на фиг.15 - участок траектории потока статора с соответствующими подсостояниями конечного автомата на каждый сектор 5-кратного тактирования без вдавленных углов,

на фиг.16 - переходная диаграмма состояний с соответствующими подсостояниями, включая замену импульсных последовательностей на соседний метод 7-кратного тактирования с вдавленными углами, и

на фиг.17 - проекционные оси для сравнения потоков задаваемой потоком статора генерации импульсов, а также определение углов переключения.

Осуществление изобретения

На фиг.1 изображена структура А всей системы регулирования привода с трехфазной асинхронной машиной, которая может работать, по выбору, с датчиком частоты вращения или без такового. В частности, на изображении указаны и обозначены: генератор В импульсных последовательностей, регулятор Е частоты скольжения или вращающего момента, устройство D для опциональной оценки частоты вращения (устройство оценки частоты вращения), устройство F моделирования потокосцеплений (потоков статора и ротора), а также вращающего момента (наблюдатель потока), устройство С моделирования работы инвертора G, управляемого структурой А, устройство Н для компенсации возмущающих воздействий, которое включает в себя обратную модель инвертора.

Генератор В импульсных последовательностей, реализованный в рамках электронной системы формирования сигналов с сигнальным или микропроцессорным управлением, отвечает за выполнение значительной части операций предлагаемого в изобретении способа. В частности, в нем реализованы предлагаемый в изобретении способ регулирования с генерацией импульсной последовательности на основе средних значений и апериодическая характеристика регулирования потока статора (в пределах устройства J). Кроме того, он включает в себя реализацию задаваемого потоком статора генератора импульсной последовательности на основе мгновенных значений (в пределах устройства М).

Устройство Н со стороны входа соединено с генератором В импульсных последовательностей и принимает от него сигналы, которые задают моменты переключения фаз инвертора G. Со стороны выхода устройство Н соединено с блоками управления вентилями инвертора G и передает на вентили импульсные сигналы, которые включают и выключают их. При генерации импульсных сигналов устройство Н известным образом компенсирует возмущающие воздействия и, кроме того, осуществляет запирание отдельных вентилей и контроль минимального времени их переключения.

Временнáя характеристика входных сигналов устройства Н может быть основана на различных импульсных последовательностях. В частности, в начале процесса намагничивания асинхронной машины К входные сигналы происходят из блока L генератора В импульсных последовательностей, в процессе дальнейшей работы с использованием импульсных последовательностей на основе средних значений, например широтно-импульсно-модулированных (ШИМ) импульсных последовательностей, они происходят из блока J, а во время работы с использованием импульсных последовательностей, задаваемых траекториями потока статора, - из блока М, который также является частью генератора В импульсных последовательностей.

Согласно фиг.1 регулятор потока статора, который предусмотрен для генерации импульсных последовательностей на основе средних значений, может рассматриваться как внутренний по отношению к генератору В импульсных последовательностей. Этот регулятор потока статора обозначен на фиг.1 символом R. Кроме того, на фиг.1 изображен генератор Р импульсных последовательностей, предназначенный для генерации импульсных последовательностей на основе средних значений и представляющий собой часть всего генератора В импульсных последовательностей. Выход регулятора R потока статора соединен с входом генератора Р импульсных последовательностей. Оба устройства R, Р изображены входящими в состав блока J. Возможное выполнение устройств R, Р рассматривается на фиг.9 и в соответствующей части описания.

На фиг.1 также показана асинхронная машина К, связанная тремя фазами с инвертором G, устройство N измерения тока, которое измеряет силу тока по меньшей мере через две из трех фаз, датчик О напряжения, который измеряет напряжение промежуточного звена постоянного тока на входе инвертора G, и опциональный датчик Р частоты вращения.

Представление структуры А на фиг.1 следует понимать схематически, на нем приведены лишь существенные элементы структуры. Более подробно структура рассматривается ниже со ссылкой на фиг.2, на которой элементы и устройства, внешние по отношению к структуре, не изображены.

На фиг.2 показано в общей сложности семь устройств, входящих в состав структуры А. При этом устройство С (модель инвертора) и наблюдатель F потока идентичны соответствующим устройствам, изображенным на фиг.1. Однако генератор 5 импульсных последовательностей отличается от генератора В импульсных последовательностей, показанного на фиг.1, тем, что он имеет другие интерфейсы. С другой стороны, он может содержать предлагаемый в изобретении регулятор потока статора с апериодической регулировочной характеристикой и включенный за ним генератор импульсных последовательностей на основе средних значений, а также дополнительные генераторы импульсных последовательностей для других импульсных сигналов.

Кроме того, на фиг.2 изображены устройство 1 регистрации значений аналоговых параметров (регистрация фактических значений аналоговых параметров), набор фильтрующих устройств 2, устройство 3 для стабилизации промежуточного звена постоянного тока, для реализации защиты от опрокидывания, для стационарного ограничения тока статора и регулирования частоты скольжения, а также устройство 4 для вычисления напряжения намагничивания и модуляции асинхронной машины. В частности, регулятор Е частоты скольжения, показанный на фиг.1, является частью устройства 3, показанного на фиг.2. На фиг.2 также показаны интерфейсы между изображенными блоками и принимаемые, выдаваемые или передаваемые физические величины. Значение символов, используемых на фиг.2, поясняется ниже в той мере, в которой это имеет значение для пояснения сути изобретения.

В качестве выходных величин устройства 4, значения которых передаются на генератор 5 импульсных последовательностей, на фиг.2 изображены, в частности, заданные величины модуляции |a _ref| и |a _ref|_f. Эти заданные величины модуляции служат, в частности, входными величинами для уравнений [5] и [7] и для принятия решения о необходимости изменения вида импульсной последовательности.

Все вычисления и/или операции, совершаемые показанными на фиг.2 блоками, выполняются, за некоторыми исключениями, между каждыми двумя моментами выборки (выборки) значений измеряемых величин, необходимых для работы структуры А. Измеряемыми величинами являются, в частности, напряжение U_DC промежуточного звена постоянного тока, сила тока i_ph1, i_ph2, протекающего через две из трех фаз между инвертором G и асинхронной машиной К (эти величины вводятся в блок 1) и, опционально, частота вращения ω_mech асинхронной машины К, умноженная на число р_р пар полюсов.

Если установлено, что к следующему, т.е. ближайшему в будущем моменту выборки (отсчету), необходимо рассчитать переключающие действия по переключению вентилей преобразователя электроэнергии, то все требуемые задачи по вычислениям выполняются указанными выше семью блоками в пределах одного цикла выборки, т.е. между двумя соседними моментами. Вместе с тем, ниже будут рассмотрены случаи, когда в пределах цикла выборки задействуется только часть блоков и/или выполняется только часть задач, например потому, что к следующему моменту выборки еще не должны быть рассчитаны новые переключающие действия.

Как было упомянуто выше, блок 1 принимает измеренные значения по меньшей мере двух из трех фазных токов и значение напряжения промежуточного звена постоянного тока. Этот блок рассчитывает компоненты (составляющие) пространственного вектора потока статора, связанного с системой координат статора асинхронной машины. Эти компоненты передаются в качестве пространственного вектора в устройства 3 (модель потока) и 4 (фильтр). Оба измеренных фазных тока, а также третий рассчитанный параметр фазного тока передаются в устройства С и В.

Устройство С (модель инвертора) рассчитывает, с использованием информации о напряжении промежуточного звена постоянного тока, а также соответствующим образом полученных данных о переключении фаз и измеренных фазных токах инвертора (подробности относительно принципа действия и вариантов выполнения устройства С приведены, например, в ЕР 0945970 и ЕР 0945956), пространственный вектор напряжения на зажимах, опять же связанный с системой координат статора асинхронной машины.

В наблюдателе F потока реализована переключаемая или непрерывно переходящая друг в друга модель потока (модель напряжения, модель тока)