Устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе

1039011 СОЮЭ СОВЕТСКИХввмаккккаекРЕСПУБЛИК 2 Р 5/34,ЦН 02 Р КОМИТЕТ ССРЕТЕНИЙ И ОЧНР ДАРСТВЕНН ЕЛАМ ИЭОБ ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(46) 30.08.83. Бюл, 9 32 рой вход через последовательно сое(72) В.И.Уткин, Д.В,Изосимов, диненные второй релейный элемент и Н,Л.Архангельский, С,А.Анисимов, второй элемент сравнения " к другому С.К.Лебедев, Б.С.Курнышев, С.А.Каза- выходу блока преобразования токов,рии,. Э;фаШадрин и Л.Н.Коноплев третий и четвертый входы соединены(71) Ивановский ордена Знак Поче" с выходами блока вычисления саставлята энергетический институт ющих вектора потокосцеплення ротора, им. В.И.Ленина и ордена Ленина Инсти". а выходы логического блока подключетут пРоблем управления ны к дополнительным входам блока вы"(53) 621316.7(088.8) числения составляющих вектора потокосцепления ротора и к первой паре эхо"(56) 1. Бродовский В,Нй др. Асинх- дов блока вычисления составляющих ронные приводы с чгстотнотоковым уп" вектора тока статора, вторая пара Равлением, Известия АН СССР; Энер- входов которого подключена к выходам .гетика и транспорт", 1974, р 2, блока вычисления составляющих векто"2. Патент Швейцарии М 472146,. Ра потокосцепления ротора, третья пакл, Н 02 р б/40, 19 бр, ра входов - к вкладам блока лраобра" Яэования напряжений, а каждый из вы- (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕ- ходов " к второму входу соответствую- ( НИЯ КООРДИНАТ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, Щего элемеНта сРавнениЯ. В РЕГУЛИРУЕМОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ, содер. Устройство по п. 1, о т л и - кащее датчики фазних токов статора, ч а ю щ е е е я тем, что логический подключенные к блокупреобразования. блок содержит два релейных элемента, .токов, два выхода которого соединены два сумматора и распределитель им- , ) с первыми двумя входами блока вычиа-.пульсных сигналов, первый и.второйр ления составляющих вектора потокосцен- входы которого образуют соответствен" ления ротора, и датчики фазных напря- но первый и второйвходы логического жения статора, подключенные к блоку блока, третий вход подключен через преобразования напряжений, о т л и" первый релейный элемент к выходу перч а ю щ е е с я тем, что, с целью по-вого сумматора, четвертый вход через реев вышения точности в статических и ди, второй релейный элемент - к выходу аавВ намических режимах работы, введены . .второго сумматора, при этом первые и два элемента сравнения, два релейных; вторые входы сумматоров попарно объе.- . элемента, блок вычисления составляю-динены и образуют соответственно трещих вектора тока статора и логичеа- . тий и четвертый входы логического ,кий блок, первый вход которого через . блока, выходы которого являются. выхо- ф) последовательно соединенные первыйдами распределителя импульсных сигна,релейный элемент и первый элемент ,: лов.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 гателя - составлякщих векторе потокосцепления ротора, содержащие датчи" ки магнитного потока - датчики Холла и датчики ЭДС в виде измерительных обмоток 1). 15 Недостатком известных устройств является конструктивная сложностьНаиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уст"0 ройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе, содержащее датчи- ки фазных токов статора, подключенные через блок преобразования токов . 5 к входам блока вычислениясоставляю 1 щих вектора потокосцепления ротора, и датчики фазных напряжений, подключенные к блоку преобразования напряжений 2).Недостатком являетея то, что дан-, З 0 ное устройство не содержит электро- механического датчика скорости, датчиков потока и ЭДС, усложняющих конструкцию. Кроме того, недостатком является то, что определение коорди" З 5 нат асинхронного двигателя - скорости вращения и составлякщих вектора потокосцепления ротора производится здесь по информации о фаэных токах и напряжениях в разомкнутом контуре, 40 и это не позволяет получить высокую точность, особенно в динамических ре-" жимах.Цель изобретения - повышение точности определения .координат асинхронного двигателя в статических и динамических режимах работы.Указанная цель достигается тем, что в устройство для определения координат асинхронного двигателя в ре- "гулируемом электроприводе, содержащее датчики фазных токов статора, подключенные к блоку преобразованиятоков, два выхода которого соединены с первыми двумя входами блока вычисления составляющих вектора потоко"55 сцепления ротора, и датчики фазных напряжений статора, подключенные к блоку преобразования напряжений, введены два элемента сравнения, деа релейных элемента, блок вычисления 60 составляющих вектора тока статора и .логический блок, первый вход которого через последовательносоединенные 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 токов, третий и четвертый входы соединены с выходами блока вычисления составляющих вектора потокосцепленияротора, а выходы логического блока подключены к дополнительным входам блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора и к первой паре входов блока вычисления состае-,ляющих вектора тока статора, втораяпара входов которого подключена квыходам блока вычисления составляю-щих вектора потокосцепления ротора,третья пара входов - к выходам блокапреобразсвания напряжений, а каждыйиз выходов " к второму входу соответ"ствующего элемента сравнения. Кроме того, логический блок содер"жит два релейных элемента, деа суммагора и распределитель импульснЫхсигналов, 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 еьисоду второго сумматора, при этом первые к 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 фкг. 2 - структурная схема блока,вычисления составлякщих вектора тока статорау на фиг. 3 - структурная схема блока вычисления составляющих вектора потокосцецления ротора; на фиг. 4 - структурная схема логкческоГо блока; на фиг. 5 - диаграмма ра" боты логического блока.Устройство для определения коордк" иат асинхронного двигателя в регулируемом элвктроприводе содержит датчи-, ки 1(Фиг. 1) фазных токов статора, подкюпоченные к блоку 2 преобразования токов деа выхода которого соединены с первыми двумя входами блока 3 вычисления составлякщих вектора потокосцеплення ротора.Устройство содержит также датчикк 4 фазных напряжений статора, подключекные 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, устройство содержит также два элемента 7 и 8 сравнения деа релейньюс элемента 9 и 10, блок 11 вычисления составлякщих вектора,1039011 3первый вход которого через последовательно соединвнныв релейный элемент 9 и элемент 7 сравнения подключен к одному из входов блока 2 преобразования токов, второй вход логического блока 12 через последовательно сое диненные релейный элемент 10 и зле мент 8 сравнения подключен к другому выходу блока 2 преобразования токов. Третий н четвертый входы логического блока 12 соединены с выходами блока 3 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора. Выходы логи- . ческого блока 12 подключены )с 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 кок торого подключена к выходам блока 3вычисления составлякщихвектора потОкосцепления ротора, третья пара вхо-: дов - к выходам блока 5 преобразова.ния напряжений, а каждый из выходовк второму входу соответствующего эле: мента 7 и 8 сравнения.Блок 11 вычисления составлякщих вектора тока статора содержит уьножители 13 - 16 (фиг. 2), сумматоры ,17 и 18, масштабные элементы 19-22 . и апериодические звенья 23 и 24. Пер-. вые входы умножителей 13 - .16 соединены попарно между собой и образуют, первую пару входов блока 11 вычисления СОставляющих вектора тока стато- ра. Вторые. входы умножителей 15, 14. и 13, 16 соединены попарно мезду 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 вйоды умножителей 15 и 24;, через масштабный элемент 19. Выходы умножителей 14 и 16.соединены с входами сумматора 18, к которому под нлючены также вторые в",оды умножитв-:45 .лей 13 и 16 через масштабный элемент, 20. Третью пару входов блока 11 вы"числения вектора тока статора образуют входы масштабных элементов 21 и 22 выходы .которых подключены к сум- маторам 17 и 18 соответственно, Выходы сумматоров 17 и 18 соединены с входами апериодических звеньев 23 и: 24 соответственно, выходы которых. образуют выходы блока 11 вычисления составляющих вектора тока статора,входы умножителей 25, 26 и 27, 28 соединены попарно между собой и образуют дополнительные входы блока 3 вычисления составляющих вектора потокосцепления;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 умножителя 28 - с вторым входом сумматора 32. Выходы суммато" ров 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 элемен" тов 33 и 34 - к третьим входам сумма-. торов 29 и 30 соответственно. Выход апериодического звена соединен с вхо" дом масштабного элемента 33 и вторым входом умножителя 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 блока 3 вычисления составляющих вектора тока статора.,Логический блок 12 содержит два релейных элемента 39 и 40 (фиг.4), два,сумматора 4.1 и 42 и распределитель 43 импульсных сигналов, первый н второй входы которого образуют соответственнопервый 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 соответствениа третий н четвертый входы логического блока 12, выходы которого являются выходамн 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 Х, 15 и напряжения 0 , Ор статс ра в декартовой системе координат с,3, неподвижной относительно статора асинхронного двигателя.Блок 3 вычисления составляющих вектора потокосцеплеиия ротора содер". жит умножители 25 . 28 (фиг, 3), су 9" ,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 векто" ра йотокосцепления ротора, Первые Устройство представляет собой замкнутый контур регулирования в котором задакщей ввличиной является вектор тока статора, представляемый в вотще проекций на неподвижные осн К, /ь,В блоке 11 вычисления составляю" щих вектора тока статора осуществляется решение следукщей системы уравнений статорной цепи асинхронного двигателя М 1 " а РР РЬ Р- и+ 5Ю б 1,56 1 2 ВК12 б М5 Р 5, Р- ;й3" 1. Р Я 12 Я-5 В , тра, Рт а .юф б5 Й 10 Ф Ф где 1 , 15 - проекции вычисленнОго 5 Р обобценного вектора тока статора; 20 4" , ЧР - проекции вычисленноговектора потокосцепле-,ния 1 0 , О - проекции обобщенного вектора напряжения 25 статора Ья - индуктивность статора Ра,б инДУктивность Цепи намагничивания, приведенная индуктивность З 0 ротора, активное со". противление ротора, коэФФициент рассеяния 1 Я - скорость вращения асинхронного двигателя35Р. - 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 осиа,р, -РРР 1, Ррф + "1" дР+ 45РЫ ЬР ж ЯР + РК фЯ50 РР Рм я% Ргл аСЯ5+ + Ра Ф Р55Величины Я, м , модулированные во; времени, на выходе логического блока 12 выпопняю 1 роль управляющих возцей" ствий в контуре регулирования,Среднее значение Я определяет ,60 частоту вращения вала двигателя. Величина ,ь введена для исключения неопределенностей, появляющихся при перемножении Я и составлякщих потокосцепления ротора. Причем в устано вившемся режиме работы устройства,когда его свободное движение закончено, среднее значение о равно нулю.Иными словами, величины Я,и создают такой вектор .управления движением устройства, чтобы слежение за век"тором тока статора осуцествлялось вовсех режимах работы реального двигателя.Составляющие тока статора 18 ,полученные в блоке 2 преобразованиятоков, и составляющие 15 , 15, вычисленные в блоке 11, сравниваются спомоцью элементов 7 и 8 сравнения.Результаты сравнения воздействуют на1 релейные элементы 9 и 10 с выхода кеторых получают импульсные сигналы,определяющие. знак рассогласования,Указанные импульсные сигналы распре,целяют в логическом блоке 12 на вы"ходы, на которых сигналы%, устанавливаются в зависимости от положениявектора потокосцепления ротора на Аплоскости с(.,таким образом,чтобы знаки ошибок производных составляющих статора всегда были отри"цательны, т.е. чтобы в каждом каналеобратная связь была бы отрицательнойв любой момент времени.Алгоритм распределения сигналовопределяют, исходя из того, что сигналы управления Я,ц. изменяются счастотой 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 любого современного регулируемого электропривода. Кроме этого, высокая частота переключений .обеспечивает малоесвободное время движения системы.Производные ошибок по времени можнопредставить в вйде,абз, с 7а"В5 ф ВВ ща а: Ю б,Р РР%агде С и 0 - члены уравнений с медлен-но меняющимися величийами. С учетомтого чтО ЧРФс 09;МР:9 51 п 9 и,заменив91 Е .5 Рполучимдб1039011 Ху 4 м ВНИИП Филиал акаэ 6240/59 Тираа 687 ПодписноеФ тент", г, Уагород, ул, Проектн