Устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе

(5)5 Н 02 Р 5/402 ИЗОБРЕТЕНИЯ ОПИС ТЕЛЬСТВ АВТОРСКОМУ С намических режимах стройки параметров м стоянных времени апер в блоке вычисления со тока статора. Указанн введением блока 13 ко ного последовательно с токов статора, и блока ключенного входами к элементов 10 и 11, а в управления блока 13 конительным входам бло ставляющих вектор образованного дополн апериодических звенье ния постоянных времен чивается подстройка и указанных апериодичес под реальные параметр гателя 1 и повышение ния его координат. 5 ил ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1399882, кл. Н 02 Р 5/402, 1986,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ВРЕГУЛИРУЕМОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемом асинхронном электроприводеобщепромышленного назначения, Цельюдополнительного изобретения является повышение точности определения координатасинхронного двигателя в статических и диработы путем пододели, а именно поиодических звеньев ставляющих вектора ая цель достигается ммутации, включен- датчиками 2 фазных 12 настройки, подвыходам релейных ыходами - к входам ммутации и к дополка 7 вычисления со- в тока статора, ительными входами в 16 и 17 для иэменеи. При этом обеспеостоянных времени ких звеньев 16 и 17 ы асинхронного двиточности определе5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в регулируемом асинхронном электроприводе общепромышленного назначения и является усовершенствованием изобретения по авт.св. М 1399882,Цель изобретения - повышение точности определения координат асинхронного двигателя в статических и динамических режимах работы путем подстройки параметров модели, а именно постоянных времени апериодических звеньев в блоке вычисления составляющих вектора тока статора.На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе; на фиг, 2 - схема блока вычисления составляющих вектора тока статора: на фиг. 3 - схема блока настройки; на фиг, 4 - схема блока коммутации; на фиг, 5 - временные диаграммы работы устройства.устройство для определения координат асинхрончого двигателя 1 (фиг.1) содержит датчики 2 фазных токов статора, подключенные выходами к входам блока 3 преобразования токов, датчики 4 фазных напряжений статора, подключенные выходами к входам блока 5 преобразования напряжения, блок 6 вычисления составляющих вектора потокосцегтления ротора с двумя парами входов, блок 7 вычисления составляющих вектора тока статора с пятью парами входов, два элемента 8 и 9 сравнения, два релейных элемента 10 и 11, блок 12 настройки с двумя входами и двумя парами выходов, блок 13 коммутации с двумя входами управления.Первая пара входов блока 6 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора объединена пофазно с первой парой входов блока 7 вычисления составляющих вектора тока статора, с первыми входами соответствующих элементов 8 и 9 сравнения и подключена к выходам блока 3 преобразования токов. Вторая пара входов блока 6 соединена пофазно с второй парой входов блока 7, с первым и вторым входами блока 12 настройки и подключена к выходам первого 10 и второго 11 релейных элементов, Третья пара входов блока 7 подключена к выходам блока 6, четвертая пара входов блока 7- к выходам блока 5 преобразования напряжений статора, а дополнительная пятая пара входов - к второй паре выходов блока 12 настройки. Выходы блока 7 подключены к вторым входам элементов 8 и 9 сравнения, выходы которых подключены соответственно к входам релейных элементов 10 и 11. Последовательно с датчиками 2 фазных токов и датчиками 4 фазных напряжений статора включен блок 13 коммутации, входы управления которого подключены к первой паре выходов блока 12 настройки.Блок 7 вычисления составляющих вектора тока статора содержит два сумматора 14 и 15 (фиг,2), два апериодических звена 16 и 17, каждое из которых снажено дополнительным входом, образованным входом изменения постоянной времени, а их выходы образуют выходы блока 7, первую пару масштабных элементов 18 и 19, входы которых образуют первую пару входов блока 7, а выходы подключены к первым входам соответствующих сумматоров 14 и 15, вторую пару масштабных элементов 20 и 21, входы которых образуют вторую пару входов блока 7, а выходы подключены к вторым входам соответствующих сумматоров 14 и 15, третью пару масштабных элементов 22 и 23, входы которых образуют третью пару входов блока 7, а выходы подключены к третьим входам соответствующих сумматоров 14 и 15, четвертую пару масштабных элементов 24 и 25, входы которых образуют четвертую пару входов блока 7, а выходы подключены к четвертым входам соответствующих сумматоров 14 и 15, выходы которых подключены к входам соответствующих апериодических звеньев 16 и 17. Дополнительные входы апериодических звеньев 16 и 17 являются дополнительной пятой парой входов блока 7,Блок 12 настройки содержит генератор 26 импульсных сигналов (фиг,3), снабженный двумя выходами, два триггера 27 и 28, два элемента 29 и 30 запуска, три логических элемента И 31-33, два логических элемента НЕ 34 и 35, два логических элемента ИЛИ 36 и 37, два интегратора 38 и 39 со сбросом, два блока 40 и 41 выделения модуля, элемент 42 задания, два релейных элемента 43 и 44, два элемента 45 и 46 сравнения, два интегратора 47 и 48, два ключевых элемента 49 и 50, два фильтра 51 и 52 низкой частоты, входы которых образуют первый и второй входы блока настройки, Выходы фильтров 51 и 52 низкой частоты подключены через соответствующие ключевые элементы 49 и 50 к входам интеграторов 47 и 48, выходы которых образуют вторую пару выходов блока 12 настройки. Входы интеграторов 47 и 48 пофазно подключены к входам интеграторов 38 и 39 со сбросом, выходы которых подключены через соответствующие блоки 40 и 41 выделения модулей к первым входам элементов 45 и 46 сравнения, вторые входы которых обьединены и подключены к выходу элемента 42 заданю.Выходыэлементов 45 и 46 сравнения через соответствующие релейные элементы 43 и 44 подключены соответственно к первому и второму входам первого логического элемента И 31, выход которого подключен к объединенным первому входу первого логического элемента ИЛИ 36 и первому входу первого триггера 27. второй вход которого подключен к выходу первого элемента 29 запуска. Выход первого триггера 27 подключен к объединенным первому входу второго логического элемента И 32 и входу генератора 26 импульсных сигналов, первый выход которого подключен к третьему входу первого логического элемента И 31, а второй - к обьединенным входам сброса интеграторов 38 и 39 со сбросом, вторым входам первого 36 и второго 31 логических элементов ИЛИ и входам первого 34 и второго 35 логических элементов НЕ, выходы которых подключены к вторым входам соответственно третьего 33 и второго 32 логических элементов И. Выход элемента И 32 подключен к объединенным входам управления ключевых элементов 49 и 50. Второй элемент 30 запуска выходом подключен к третьему входу первого логического элемента ИЛИ 36, выход которого подключен к входу второго триггера 28, выход которого подключен к обьединенным первым входам второго логического элемента ИЛИ 31 и третьего логического элемента И 33, выходы которых образуют первую пару выходов блока 12 настройки,Блок 13 коммутации содержит три ключевых элемента 53-55 (фиг,4), каждый из которых включен последовательно с соответствующим датчиком фазного тока статора. Первый вход управления блока 13 коммутации подключен к входу управления первого ключевого элемента 53, а второй - к объединенным входам управления второго 54 и третьего 55 ключевых элементов.Устройство работает следующим образом.Блок 3 преобразования токов и блок 5 г репбразования напряжений статора осуществляют преобразование фазных токов и напряжений статора асинхронного двигателя 1, поступающих с соответствующих датчиков 2 и 4, в составляющие обобщенных векторов тока 1 яс, зьи напряжения Оь, Озр статора в декартовой системе координат (й, Р ), неподвижной относительно статора асинхронного двигателя 1,Устройство может работать в двух режимах: "определения координат" и "подстройки", Элементы 29 и 30 запуска блока 12 настройки производят переключение режимов работы и начальный запуск устройства соответственно. При отсутствии импульсного сигнала на выходе элемента 29 запускустройство находится в состоянии готовности к режиму "определения координат" и5 при наличии импульсного сигнала на выходе элемента 30 запуска устройство переходит в указанный режим. На выходе первоготриггера 27 сигнал отсутствует, генератор26 импульсных сигналов выключен, сигналы10 на входах управления ключевых элементов.39 и 38 отсутствуют, поэтому ключевые элементы разомкнуты, на третьем и четвертомвыходах блока 12 настройки сохраняютсязначения сигналов. На выходе триггера 2815 появляется сигнал с уровнем логическойединицы, такой же сигнал имеется на выходе логического элемента НЕ 34. Таким образом, на выходах логического элемента ИЛИ37 и логического элемента И 33 имеется20 сигнал с уровнем логической единицы. Ключевые элементы 53-55 блока 13 коммутации .замкнуты, асинхронный двигатель 1 с датчиками тока 2 и напряжения 4 статора подключен к источнику питания, Работу устройства25 в данном режиме поясняют временные диаграммы (фиг,5) на временном интервалеТо-Т,Проекции вычисленного вектора токаи юстатора 1 з .зр формируются в блоке 7,30 реализующем следующие дифференциальные уравненияды 1 еТзДт йз- Ои-ы +2Ййя Яй ЯВИ фдузь 1Тяй. = - - Ояф, - 15 " +д В г Р2Яйз ЯВ Ьйвгде Вз, Вя, Ь, 1 п - каталожные параметрыасинхронного двигателя;45 Тз, Тзр- постоянные времени соответственно апериодических звеньев 16 и 17.Постоянные времени апериодическихзвеньев 16 и 17 блока 7 вычисления составляющих вектора тока статора соответствуют50 Ть(= Тз" + 4:жгде Тз - каталожное значение постояннойвремени статора55 Тяг1.я Вд д, - сигналы, поступающие надополнительные входы апериодических звеньев 16 и 17.В режиме работы устройства "определения координат" - д = сопя, д= сопя начальные значения д = дз = О,Составляющие вектора тока статора з, зуполученные на выходе блока 3 преобразования токов, и составляющие М, яр, сформированные на выходах блока 7, сравниваются с помощью элементов 8 и 9 сравнения. Результаты сравнения воздействуют на релейные элементы 10 и 11, с выхода которых получают импульсные сигналы Хи Ху, определяющие знак рассогласования, Переменные Х/и Ху соэдают такой вектор управления движением устройства, чтобы слежение за вектором тока статора осуществлялось во всех режимах работы реального асинхронного двигателя, т,е. чтобы в каждом канале обратная связь была бы отрицательной в любой момент времени. Сигналы Х,/ и Хуизменяются с частотой много больше, чем напряжение и ток асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе. Кроме того, высокая частота переключений обепечивает малое свободное движение системы.Для перевода устройства в режим "подстройки" элемент 29 запуска генерирует кратковременный импульсный сигнал, который производит переключение триггера 27, на выходе которого появляется сигнал единичного уровня, который поступает на вход управления генератора 26, Последний генерирует со своих выходов две последовательности импульсных сигналов - 31 и 52, согласованные во времени, как показано на фиг,5. с момента времени Т 1. При этом на первой паре выходов блока 12 настройки появляются импульСные сигналы 54 и 55, воздействующие на входы управления ключевых элементов 53-55 блока 13 соответственно, позволяющие реализовать алгоритмы подключения асинхронного двигателя к источнику питания с импульсирующим вектором напряжения, Частота импульсов на выходе генератора 26 задается равной1 и - 1,5-2 кГц. вПри этом скважность импульсов задается из условия обеспечения равенства среднего значения тока номинальному значениюОср -у -Ср=и/4При расеогласовании параметров реальфго асинхронного двигателя и его модели на выходе элвмвнтов 8 и 9 сравнения появятся сигналы ошибки, воздействующие на входы релейных элементов 10 и 11, Проходя через фильтры 51 и 52 низкой частотыблока 12, сигналы ошибки Хс, Х (фиг,5)1поступают на интеграторы 49 и 50, которыеформируют сигналы ди др, осуществляя5 подстройку постоянных времени апериодических звеньев 16 и 17 в блоке 7. Покомпонентное равенство нулю сигналов ошибки/ /Х/и Х приводит к равенствуТМ= Тзь= Т 5,10 где Тз - действительное значение постоянной времени статора асинхронного двигателя.Сигнал 52 через логический элемент НЕ35 и логический элемент И 32 отключает15 интеграторы 49 и 50 на время, когда к двигателю приложен неподвижный вектор.Входы интеграторов 49 и 50 пофазнообъединены с входами интеграторов 38 и 39со сбросом (сброс интеграторов на ноль осу 20 ществляется сигналом Я 2, когда к двигателюприложен неподвижный вектор), Результаты сравнения модулей сигналов на выходахинтеграторов 38 и 39 с величиной к, предварительно заданной в элементе 42 задания,25 воздействуют на релейные элементы 43 и/ /44 Придти д 4 большее сигналы на выходахрелейных элементов 43 и 44 отсутствуют -/процесс настройки повторяется. При д и дменьших или равных г, релейные элементы30 переключаются, На первый и второй входылогического элемента И 31 поступают сигналы с уровнем логической единицы, и приналичии сигнала 51 на третьем входе логического элемента И 31, который разрешает35 проверку на окончание работы в режиме"подстройки", триггер 27 перебрасываетсяв ноль, на выходах генератора 26 сигналыотсутствуют, устройство автоматически переключается в режим "определения коорди 40 нат".Таким образом, введение в устройствоблока коммутации и блока настройки, а также выполнение апериодических звеньев вблоке вычисления составляющих вектора45 тока статора с дополнительными входамиизменения постоянных времени обеспечивает воэможность подстройки постоянныхвремени укаэанных звеньев под реальныепараметры асинхронного двигателя до до 50 стижения минимума импульсных сигналовошибки, благодаря чему в сравнении с известным решением производится более точное определение координат асинхронногодвигателя.55Формула изобретения Устройство для определения координатасинхронного двигателя в регулируемомэлектроприводе по авт.св. М 1399882, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения координат в статических и динамических режимах, введены блок коммутации, выполненный с тремя управляемыми ключевыми элементами, каждый из которых включен последовательно с соответствующим датчиком фазного тока статора, а управляющие входы двух ключевых элементов объединены между собой и образуют один из входов управления блока коммутации, другой вход управления которого образован управляющим входом третьего ключевого элемента. и блок настройки, выполненный с двухвходовым генератором импульсных сигналов, двумя триггерами, двумя элементами запуска, тремя логическими элементами И, двумя логическими элементами НЕ, двумя логическими элементами ИЛИ, двумя интеграторами со сбросом, двумя блоками выделения модуля, элементом задания, двумя релейными элементами, двумя элементами сравнения, двумя интеграторами, двумя ключевыми элементами и двумя фильтрами низкой частоты, а блок вычисления составляющих вектора тока статора снабжен двумя дополнительными входами, образованными входами изменения постоянных времени апериодических звеньев, при этом входы блока настройки образованы входами фильтров низкой частоты, выходы которых подключены через соответствующие ключевые элементы к входам пофазно обьединенных между собой интеграторов и интеграторов со сбросом, выходы интеграторов со сбросом подключены через соответствующие блоки выделения модулей к первым входам элементов сравнения, вторые входы которых объединены и подключены к выходу элемента задания, выходы элементов сравнения через соответствующие релейные элементы подключены соответст.венно к первому и второму входам первого 5 логического элемента И, выход которогоподключен к объединенным первому входу первого логического элемента ИЛИ и первому входу первого триггера, второй вход которого подключен к выходу первого 10 элемента запуска, выход первого триггераподключен к объединенным первому входу второго логического элемента И и входу генератора импульсных сигналов, первый выход которого подключен к третьему входу 15 первого логического элемента И, а второй -к объединенным входам сброса интеграторов со сбросом, вторым входам первого и второго логических элементов ИЛИ и входам первого и второго логических элемен тов НЕ, выходы которых подключены квторым входам соответственно третьего и второго логических элементов И, выход последнего подключен к объединенным входам управления ключевых Элементов, 25 второй элемент запуска выходом подключен к третьему входу первого логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу второго триггера, выход которого подключен к объединенным первым входам.30 второго логического элемента ИЛИ и третьего логического элемента И, выходы которых и выходы интеграторов образуют соответственно первую и вторую пары выходов блока настройки, подключенных соот ветственно к входам управления блокакоммутации и дополнительным входам блока вычисления составляющих вектора тока статора, причем входы блока настройки подключены соответственно к выходам ос новных релейных элементов.1658353 орректор С, Ш едактор В, Данко зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 аказ 1721 ВНИИПИ оставитель А, Жилиехред М,Моргентал Тираж 362 Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5