Устройство для определения скольжения асинхронного двигателя

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 09) Ш) БРЕТЕНИ СВИДЕТЕЛЬСТ ОРСК л. ) 44ский гор и инсти ев(57) Изоттехнике,ления час 1 ЕНИЯИГАТЕЛЯ ОЯСТВО ДЛЯ ОПРЕЛ Я АСИНХРОННОГО Л ретение относитсименнототно-регулируем я к электр 1 ам управ ых электро ик Ю О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ(56) Авторское свидетй 1063817, кл. С 01 РАвторское свидетел429037, кл. С О Р2 Р 7/42, 1987.4 С 01 Р 3/56, Н 02 Р 7/4 приводов, и может быть использованодля определения скольжения асинхронного двигателя. Цель изобретенияповышение точности. В устройство дляопределения скольжения введены блоки19 и 20 определения действительнойи мнимой составляюцих тока, блок 21преобразования координат тока, дваблока 22 и 23 умножения, дифференцирующий блок 24, дополнительный масштабный усилитель 25 и дополнительныйвычитатель 26, что обеспечивает возможность более точного определенияскольжения не только в стационарныхрежимах, но и в переходных при изменяющемся модуле тока статора на основе анализа электромагнитных процессовв двигателе и без применения таходат 1525583Изобретение относится к электротехнике и системам управления частотно-регулируемых электроприводов, иможет быть использовано для определе 5ния скольжения асинхронного двигателя на основе анализа электромагнитныхпроцессов.Цель изобретения - повышение точности определения скольжения асинхронного двигателя.На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для определенияскольжения асинхронного двигателя;на фиг2 и 3 - векторная диаграмма 15двигателя,Устройство для определения скольжения асинхронного двигателя содержитблок 1 датчиков Фазных токов, блок 2датчиков Фазных напряжений, блоки 3 20и 4 определения действительной и мнимой составляющих напряжения, нульорган 5, управляемый ключ 6, блок 7преобразования координат напря кенияс тремя входами и двумя выходами, четыре вычитателя 8-11, два блока 12и 13 деления, два преобразователя 14и 15, реализующие Функцию арктангенса, и три масштабных усилителя 16-18.Два выхода блока 1 датчиков фазных З 0токов подключены к входам нуль-органа5, соединенного выходом с управляющимвходом управляемого ключа 6. Первыйкоммутируемый вывод ключа 6 предназначен для подачи управляющих импуль 35сов, а второй подключен к первомувходу блока 7 преобразования координат напряжения, второй вход которогосоединен с выходом блока 3 определения действительной составляющей напряжения, а третий вход - с выходомблока 4 определения мнимой составляющей напряжения, Входы блока 4 пофазно объединены с соответствующими входамиблока 3 и подключены к первым двум 45выходам блока 2 датчиков Фазных напряжений, третий выход которого соединен с соответствующим входом блока 3 определения действительной составляющей напряжения.50Входы масштабных усилителей 16-18 объединены между собой. Первый выход блока 7 преобразования координат напряжения соединен с первым входом вы цитателя 8, второй вход которого сое 55 динен с выходом масштабного усилителя 16.Второй выход блока 7 преобразования координат напряжения соединен с первыми входами вычитателей 9 и 10, выходы которых подключены к первым входам блоков 12 и 13 деления соответственно. Выходы последних подключены соответственно через преобразователи 14 и 15, реагирующие Функцию арктангенса, к входам выцитателя 11,выход которого образует выход устройства.В устройство для определения скольжения введены блоки 19 и 20 определения действительной и мнимойсоставляющих тока, блок 21 преобразования координат тока с тремя входами,два блока 22 и 23 умножения, дифференцирующий блок 24, четвертый масштабный усилитель 25 и пятый вычитатель 26,Входы блоков 19 и 20 пофазно объединены между собой и подключены кпервым двум выходам блока 1 датчиковФазных токов, третий выход которогоподключен к соответствующему входублока 19 определения действительнойсоставляющей тока.Первый вход блока 21 преобразования координат тока объединен с первыми входами блоков 22 и 23 умноженияи подключен к второму коммутируемомувыводу управляемого ключа 6, Второй и третий входы блока 21 преобразования координат тока подключены соответственно к выходам блоков 19 и 20 определения действительной и мнимой составляющих тока, а выход блока 21 соединен с объединенными входами масштабных усилителей 16-18 и входомдифференцируюцего блока 24, подключенного выходом к входу масштабного усилителя 25.Вторые входы блоков 22 и 23 умножения подключены соответственно к выходам масштабных усилителей 7 и 18, а выходы - соответственно к вторым входам вычитателей 9 и 10,Выход выцитателя 8 подключен к первому входу ныцитателя 26, соединенного вторым входом с выходом масштабного усилителя 25, а выход нычитателя 26 соединен с вторыми входами блоков 12 и 13 деления.В блоке 7 преобразования координатнапряжения из последовательности импульсов й, вырабатываемой системойуправления частотно-регулируемым приводом для регулирования частотой инвертора (импульсы поступают на вход ключа), синтезируются гармоническиефункции и осуществляется переход измеренных составляющих напряжения статора во вращающуюся систему координат, действительная ось которой совпадает с вектором тока статора.Блок 21 преобразования координат тока из той же последовательности импульсов Г синтезирует те же гармонические функции и осуществляет переход составляющих тока статора во вращающуюся систему координат.На фиг.2 изображена векторная диаграмма асинхронного двигателя для стационарного режима, когда результирующий вектор тока совпадает с Действительной осью, а на фиг.3 - та же векторная диаграмма, но для нестационарного режима.Векторая диаграмма для стационарного режима построена на основании следующей системы уравнений:Б = 1 К+,; (1) 1 = 1 К+)с,ь,+)1, 1; (2)) 1. -1 = 1 К + ь -+1,1,(3) Для нестационарного режима этиже системы уравнений имеют следующийвид: с,О = 1 К + 1 са +с 1 с.(5) 1о д .11:1 Клы(,+1. 1) ч,л 1, 1), (6)где 11, 11., - ипук явность воздушного зазора, ро 1 ора, оассеяния, статора и переходная инлуктивость статора соответственно;, м - потокосцепление воз 1душного зазора, ротора и статора соответственно.Используя векторнув диаграмму на фиг.2 и систему управленя 1 (1)-(3), можно опоеделить скольжение как величину, пропорциональную углу р для стационарного режима. 0 днако в переходных режимах скольжене более точно будет определяться по еистеме уравнений (4)-(6),для этого следует определить две составляющие ЭДС: ЭДС вращения, опре" деляемую составляющей с., и трансформаторную ЭДС, определяемую составляющей с 1 л/с., Решая уравнения (5) и (6) относительно этих составляющих, получим:(12)где 11 Б,1 - проекция вектора напряжения на координатные оси для моментавремени, когда результирующий вектоРтока совпадает с действительной осью.На основании системы уравнений(9) - (12) и векторной диаграммы нафиг.3 получаем выражение для опреде"ления скольжения:11 о5 1Б=- =агс 1с 11Б -1 К,о 1(д г.Г -сЛ 1 25 30, с 11с -1 К, -1 дгДля реализации (13) необходимо:определить момент времени, когдарезуль 1 ирующий вектор тока совпадаетс действительной осью, т.е. займетположение, изображенное на векторнойдиаграмме;перейти в этот момент к врацающейся системе координат и для этогомомента определить проекции векторанапряжения на действительную 11,и мнимую 11 ,во вращающейся системе координатопределить производную тока;по заранее измеренным параметрамдвигателя (активному сопротивлению Киндуктивности рассеяния Е переходной индуктивности статора, и скород 1сти изменения тока ) определитьдг 35 40 45 падение напряжения на соответствующих сопротивлениях двигателя;подставить полученные значения напряжений в формулу (13) и определить скольжение.- (,+ - ь )-ОК- ш 1, 1-1, - . (8)10 д , - ,д 1г 1 дтДля момента времени, когда резуль"тирующий вектор тока совпадает с дей"ствительной осью в выражениях (7)и (8), перейдем к проекциям на коор"1 О динатные оси.Устройство для определения скольжения асинхронного двигателя работает" следующим образом.По шинам А, В, С напряжение подается к асинхронному двигателю, фазныетоки измеряются блоком 1, а фазныенапряжения - блоком 2,Сигналы с выходов блока 2 подаютсяв блок 3 определения действительнойсоставляющей напряжения и в блокопределения мнимой составляющей напряжения.В блоке 3 по фазным напряжениямфаз А, В и С Формируется сигнал 11(а в блоке 4 по фазным напряжениямфаз В и С - сигнал 11 (проекция реэультирующего вектора тока на мнимуюось). Выходные сигналы блока 1 фаэ Ви С подаются на нуль-орган 5 и блок20 для определения мнимой составляющей тока 1 (проекции результирующеговектора тока на мнимую ось), э выходные сигналы блока 1 Фаз А, В и Г подаются на блок 19 для Определениядействительной составляющей тока(проекции результирующего векторатока на действительную ось).В момент перехода линейного тока1 через нуль на выходе нуль-органа5 появляется сигнал, который на время, равное периоду или несколькимпериодам, открывают ключ б и импульсы, кратные частоте управления инвертором, начинают поступать на входыблока 7 преобразования координат нап- З 5ряжения, блока 21 преобразования координат тока и блоков 22 и 23 умножения. Так как ключ 6 открывается, когда линейный ток Фаз В и С проходитчерез нуль, осуществляется синхрони 40эация раЬоты устройства с положениемвращающегося вектора тока. Для повышения точности синхронизации частотаимпульсов, поступающий на ключ 6,должна значительно (два-три порядка)45превосходить частоту, подаваемую надвигатель. Так как блоки 7 и 21 преобразования координат относительнопросто выполнить на Функциях Уолша,50то между частотой питания двигателяЕс, и частотой Г, подаваемой на ключ6, целесообразно выполнить соотношение:К = 32 101 - 32 1025.На первый вход блоков 7 и 21 пода 55ется последовательность импульсов,на второй вход блока 7 подается сигнал 11, а на третий вход - сигнал 11,(аналогично на второй пход блока 21 подается сигнал 1, а на третийс 1вход - сигнал 1 ),В блоках 7 и 21 осуществляется переход к вращающейся системе координат согласно преобразованиям Нара:11 =11 соя 2 ЯГ+И, я 1.п 27 ГТ;1) (14)П =-Ц в 1 п 2 й Гс+Ц сов 211 ) .ч. ЪНа первом выходе блока 7 преобразования координат появляется сигнал ц 1,а на втором - сигнал 11ю рБлок 21 Осуществляет переход во вращающуюся систему координат вектора тока. Так как переход осуществляется тогда, когда вектор тока совпадает с действительной осью, то блок 21 имеет один выход, т.е. 1=1=1 (1 модуль резул,тирующего вектора тока).Сигналы с выходов Ьлока 21 преобразсвдния координат токэ подаются нэ масштаЬные блоки 16-18 и дифференчи рующий Ьлок 24. В первом масштабном блоке 16 модуль тока, поступающий с выхода Ьлока 21, умножав ся на активное сопротивление К, во втором масштабном блоке 17 - нэ индуктивность рассеяния статора 1.,а в треть" ем масштабном бпоке 18 - на переходную индуктивность статора 1.В дифференцирующем блоке 24 осуществляется дифференцирование модуля тока. Выходные сигналы масштабных блоков 17 и 18 подаются на Один из входов блоков 22 и 23 умножсния соответственно, другие входы которых подключены к выходу ключа 6.В блоках 22 и 23 умножения выходной сигнал масштабных усллителей 17 и 18 умножается на частоту, что позволяет на выходе блока 22 получить сигнал, пропорциональный 11, а на выходе блока 23 - сигнал, гропорциональный ы 1. 1. Выходной сигнал дифференцирующего блока 24 подается нэ масштабный блок 25, в котором умножается на 1 что позволяет получитьсигнал, пропорциональный величинеа 1КНа первом выходе бгока 7 преобразования координат появляется сигнал 11., который подается на вычитательо8, на второй вход которого подается сигнал 1 К.На выходе вычитателя 8 появляется сигнал Й-1 К), который подается на вычитатель 26, на второй вход которого подается сигнал 1(11/ас, что поз 1525583воляет на выходе вычитателя 26 сформировать сигнал (0,1 -1 К.,01/Ис)который подается на вторые входы делителей 12 и 13.На втором выходе блока 7 преобразования координат появляется сигнал0 , который подается на первые входы вычитателей 9 и 10.На второй вход вычитателя 9 пода 10ется сигнал ш 1, что позволяет по"лучить на выходе вычитателя сигнал(111 -"1., 1), который подается на первый вход первого делителя 12.На второй вход вычитателя 10 подается сигнал ц,1,1, что позволяет получить на выходе выцитателя сигнал(11, -ь,1.,1) который подается на первый вход второго делителя 13.В первом блоке 12 деления осуществляется деление согласно первомучлену выражения (13) а во второмблоке 13 деления - согласно второмучлену выражения (13).В блоках 1 ч и 15 осуществляется 25Функциональное преобразование Функцииарктангенса,Блок 12 позволяет определить Фазовый сдвиг вектора )ь а блок 13фазовый сдвиг вектора 1 ы , относительно вектора тока. Выходные сигналыФункциональных преобразователей 1 чи 15 подаются на входы вычитателя 11,который позволяет определить фазовыйсдвиг вектора 1 ш, относительно вектора 1 ь%,35На выходе вычитателя 11 появляетсясигнал, пропорциональный скольжению,Таким образом, введение в устройство для определения скольжения асинхронного двигателя блоков определения40действительной и мнимой составляющихтока, блока преобразования координаттока, двух блоков умножения, дифференцирующего блока дополнительногомасштабного усилителя и дополнительного вычитателя обеспечиваег в сравнении с известным реше ием возможность более точного определения скольжения не только в стационарных режимах но и в переходных при изменяющемся модуле тока статора на основеанализа электромагнитных процессовв двигателе и без применения таходатчика.55Формула изобретенияУстройство для определения скольжения асинхронного двигателя, содержащее блок датчиков фазных токов, блокдатчиков фазных напряжений, блоки определения действительной и мнимойсоставляющих напряжения, нуль-орган,управляемый ключ, блок преобразованиякоординат напряжения с тремя входамии двумя выходами, четыре вычитателя,два блока деления, два преобразователя, реализующие функцию арктангенсаи три масштабных усилителя при этомпервые два выхода блока датчиков фаз-,ных токов подключены к входам нульоргана, соединенного выходом с управляющим входом управляемого ключа,первый коммутируемый вывод которогопредназначен для подачи управляющихимпульсов, а второй подключен к первому входу блока преобразования координат напряжения, второй вход которого соединен с выходом блока определения действительной составляющей напряжения, третий вход которого соединен с выходом блока определения мнимой составляющей напряжения, входыкоторого пофазно объединены с соответствующими входами блока определения действительно составляющей напряжения и подключены к первым двумвыходам блока датчиков. Фазных напряжений, третий выход которого соединенс соответствующим входом блока определения действительной составляющейнапряжения, входы масштабных усилителей объединены между собой, первыйвыход блока преобразования координатнапряжения соединен с первым входомпервого вычитателя, второй вход которого соединен с выходом первого масштабного усилителя, второй выход блокапреобразования координат напряжениясоединен с первыми входами второгои третьего вычитателей, выходы которых подключены к первым входам первого и второго блоков деления соответственно, выходы первого и второгоблоков деления подключены соответственно через первый и второй преобразователи, реализующие функцию арктангенса, к входам четвертого вычитателя, выход которого образует выходустройства для определения скольженияасинхронного двигателя, о т л и ч аю щ е е с я тем что, с целью повышения точности, в него введены блокиопределения действительной и мнимойсоставляющих тока, блок преобразования координат тока с тремя входами,два блока умножения, дифференцирующий113035, Москва,аказ 7216/39 Тираж 789 ПодписиИИПИ Государственного комитета ио и КИТ СССР оеткрытиян пр д"/5 о изобретениям и35, Раушская наб Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул на, 1 11 15255 блок, четвертый масштабный усилитель и пятый вычитатель, при этом входы блоков определения действительной и мнимой составляющих тока пофазно объ 5 единены между собой и подключены к первым двум выходам блока датчиков фазных токов, третий выход которого подключен к соответствующему входу блока определения действительной составляющей тока, первый вход блока преобразования координат тока объединен с первыми входами блоков умноже"ния и подключен к второму коммутируемому выводу управляемого ключа, второй и третий входы блока преобразования координат тока подключены соответственно к выходам блоков определения действительной и мнимой составляющих тока, а выход блока преобразова 83 12ния координат тока соединен с объединенными входами первых трех масштабных усилителей и входом дифференцирующего блока, подключенного выходом к входу четвертого масштабного усилителя, вторые входы первого и второгоблоков умножения подключены соответственно к выходу второго и третьегомасштабных усилителей, выходы первого и второго блоков умножения подключенысоответственно к вторым входам второго и третьего вычитателей, выход первого вычитателя подключен к первому входу пятого вычитателя, соединенноговторым входом с выходом четвертогомасштабного усилителя, а выход пятого вычитателя соединен с вторыми входамиблоков деления.