Устройство для определения гармонических сигналов частоты вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором

(191 О 1) СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИИБРЕТЕНИ ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИД ВУ(21) 3392213/24-07 датчикам Фазных токов статора (22) 08.62.82 ные входы формирователя грир(46) 15.01.84. Бюл .опорных сигналов ротора через(72) В.Н. Бродовскь Иванов мирователь Фаэных опорных сиги В.Я. Туровский ротора подключены к датчикам(56) 1. Патент США М 3859578, .ходы Формирователей приращенийкл, 318-197, 1975. .опорных сигналов статора и ротора2. Авторское, свидетельство по . подключены к соответствующим фазнымзаявке М 2528732/07, . входам формирователя гармоническихкл. Н 02 Р 7/62, 1977. . сигналов, фазные входы синхрониза(54) (57) 1. УСТРОЙСТВО дЛя ОПРЕдЕ- . ции фоРмирователей приращений опор- ЛЕНИЯ ГАРИОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ЧАСТО- ных сигналов статоРа и Ротора объе- ТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА АСИНХРОННОГО ДВИГА- Динены пофаэно межДУ собой и цод- ТЕЛЯ С. ФАЗНЬИ РОТОРОИ, содержащее ключены к фазным выходам блока синдатчики Фазных токов статора и дат- хронизации," выход синхронизации чикифазных параметров ротора,свя- которого соединен с входом занные с фазными входами формирова- .синхРонизации Формирователя теля гармонических сигналов, фаэные гармонических сигналов, а формировыходы которого образуют. Фазные вы- ватель. Фаэных опорных сигналов стаходы устройства для определения,. тора в виде производных Фазных то.гармонических сигналов частоты вра- ков содержит в каждой фазной цепи щения вала асинхронного двигателя элемент диФФеренцирования, входи с фазным ротором, о т л и ч а ю-. . выход которого образуют соответщ е е с я тем, что, с целью повы- ственно вход и выход Формироватещения точности определения гармони- ля.опорных сигналов статора. ческих сигналов частоты вращения 2. Устройство по п.1,ао т л и- вала дсинхронного двигателя с фаз- ч а ю щ е е с я тем, что датчики ныл ротором, в него введены Форми- . Фазных параметров ротора выполнены рователь фазных опорных сигналов . в виде датчиков фаэных токов ростатора в виде производных фаэных тоРа, при этом формирователь фаэных . токов статора, формирователь Фазисс опорных сигналов ротора содержит,в опорных сигналов Ротора, блок син- каждой Фазной цепи элемент дифференхронизации с фазными входами и вы- цирования, вход и выход которого обходами и выходом синхронизации и Разуют соответственно вход и выход Формирователи приращений опорных Формироватею(я Фазных опорных сигнасигналов статора и ротора с фаэ- : лов ротора.ныаи входами и выходами и фазными .3. Устройство по п.1, о т л ивходами синхронизации, при этом :ч а ю щ е,е с я тем, что датчики .формирователь гармонических сиг- фазных параметров ротора выполненыналов снабжен входом синхрониза- в виде датчиков Фаэных напряженийции, фазные входы формирователя , ротора, при этом формирователь фазприращений опорных сигналов стато- ных опорных сигналов ротора содерра через Формирователь фазных опор- .жит в каждой фаэной цепи элементных сигналов статора в виде произ-пропорционального преобразования,водных фаэных токов подключены к . вход и выход которого образуют со,фаэащений форналов фаэ- выР 21067583 ответственно вход и выход формиро- вателя фазных опорных сигналов ротора.4. Устройство поп.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что формирователь гармонических сигналов содержит последовательно соединенные блок преобразования координат, блок памяти, снабженный входом синхронизации, и блок нормирования сигналов, выходы которого образуют Фаэные выходы формирователя гармонических сигналов, При этом вход синхронизации,блока памяти и фазные входы Изобретение относится к электро-технике, в частности к устройствамдля управления электроприводамипеременного тока, и может быть использовано в электроприводе,построенном на базе асинхронного двигателя с Фазным ротором, для определения гармонических, сигналов,изменяющихся, с частотой вращения,без установки на валу датчика углового положения.Известно устройство для определения гармонических сигналов частоты вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором, выполненное в виде электромеханическогодатчика углового положенияустановленного на валу двигателя 113.Недостатком данного устройстваявляется конструктивная сложностьиз-эа необходимости размещения навалу двигателя электромеханическогодатчика.Наиболее близким к изобретениюпо .технической сущности являетсяустройство для определения гармонических сигналов частоты вращения. вала асинхронного двигателя с фазным ротором, содержащее датчикиФазных токов статора и ротора,связанные с входами формирователя30гармонических функций.121.НедОстатком известного устройства является низкая 1 очность определения гармонических сигналовчастоты вращения иэ-эа ошибок, 35вносимых датчиками токов статораи ротора при координатных.преобразователях их выходных сигйалов,принятых за опорные сигналы, особенно при малых величинах этих то Оков.. Цель изобретения - повышениеточности определения гармонических сигналов частоты вращения ваблока преобразования. координат образуют соответственно вход синхронй зации и фазные входы Формирователя гармонических сигналов.5. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок син-. хронизации содержит последовательно соединенные элемент выдержки времени и схему совпадений, выход которой образует выход синхронизации блока синхронизации, при этом входы и выходы элемента выдержки времени обра- зуют соответственно фазные входы и выходы блока синхронизации. ла асинхронного двигателя с фазным ротором за счет использования в координатных преобразованиях сигналов, соответствующих приращениям фазных опорных параметров статора и ротора.Указанная цель достигается тем, что в устройство для определения гармонических сигналов частоты.вращения вала асинхронного двигателя с Фазным ротором, содержащее датчики Фазных токов статора и датчики фазных параметров ротора, связанные с Фаэными входами Формирователя гармонических функций, Фазные выводы которого образуют Фазные выходы устройства, введены формирователь фазных опорных сигналов статора в виде производных фазных токов статора, формирователь Фазных опорных сигналов ротора, блок синхронизации с Фазными входами и выходами и выходом синхронизации и Формирователи приращений опорных сигналов статора и ротора с Фазньки входами и выходами. и Фазными входами синхронизации, при этом формирователь гармонических сигналов снабжен входом синхронизации, Фаэные входы формирователя приращений опорных сигналов статора через Формирователь. Фазных опорных сигналов статора в виде производных Фазных токов подключены к датчикам фазных токов статора, фазные входя Формирователя приращений опорных сигналов ротора через формирователь фазных опорных сигналов ротора подключены к датчикам фазных параметров ротора, фазные выходя формирователей приращений опорных сигналов статора и ротора подключены к соответствующим Фазным входам формирователя гармонических сигналов, фазные входысинхронизации формирователей приращений опор-ных сигналов статора и ротора объединены пофазно между собой и подключены к фазным выходам блока синхронизации, выход синхронизации которого соединен с входом синхронизации формирователя гармонических сигналов, а формирователь Фазных опорных сигналов статора в виде производных фазных токов содержит в каждой Фазной цепи элемент дифференцирования, вход и выход которого образуют соответственно вход и выход формирователя опорных сигналов статора.Датчики фазных параметров ротора выполнены в виде датчиков фазных токов ротора, при этом формирователь фазных .опорных сигналов ротора содержит в каждой Фазной цепи элемент .дифференцирования, вход и вы ход которого образуют соответственно вход и выход формирователя фазных . опорных сигналов ротора.Датчики фазных параметров ротора выполнены в виде датчиков фаз- ф 25 ных напряжений ротора, при этом формирователь фазных опорных сигналов ротора содержит в каждой фазной цепи элемент пропорционального преобразования, вход и выход которого З 0 образуют соответственно вход и выход формирователя фаэных опорныхсигналов ротора.Формирователь гармонических сигналов содержит последовательно сое диненные блок преобразования координат, блок памяти, снабженный входом синхронизации, и блок нормирования сигналов, выходы которого образуют фазные выходы Формирователя гармонических сигналов, при этом вход синхронизации блока памяти и фазные входы блока преобразования координат образуют соответственно вход синхронизации и фазные входы формирователя гармонических сигналов. 45Блок синхронизации содержит последовательно соединенные элемент выдержки времени и схему совпадений, выход которой образует выход синхронизации блока синхронизации,при этом входы и выходы элемента выдержки времени образуют соответственно фазные входы и выходы блока синхро,низации.На фиг 1 представлена структурная 55 схема устройства для определения гармонических сигналов частоты вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором, включенного в состав управляемого электропривода; 60 йа фиг.2 - электрическая схема фазы формирователя приращений опорный сигналов,; на фиг.3 - временная диаг.- рамма его работы; на фиг.4 - электрическая схема фазы блока памяти; , 65 на фиг.5 - временная диаграмма его работы, на фиг.б - схема размещения обмоток двухфазного асинхронного двигателя с фазным ротором.устройство для определения гармонических сигналов частоты вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором содержит Датчики Фазных токов статора 1 (фиг.1) и датчики фазных параметров ротора 2,. связанные с входами формирователя гармонических сигналов 3, фазные выходы которого образуют фазные .выходы устройства. В устройство введены формирователь фазных опорных сигналов статора 4, формирователь фазных опорных сигналов ротора 5, блок синхронизации б с фазными входами и выходами и выходом синхронизации 7, формирователь приращений опорных сигналов статора 8 с фазными входами и выходами и фазными входами син-. хронизации 9, формироват:.ль приращений опорных сигналов ротора 10 с фазными входами и выходами и фазными входами синхронизации 11.Формирователь гармонических сигналов 3 .снабжен входом синхронизации 12. Фазные входы Формирователя приращений опорных сигналов статора 8 через формирователь фазных опорных сигналов статора 4 подключены к датчикам фазных токов статора 1.Фазные входы формирователя приращений опорных сигналов ротора 10 через формирователь фазных опорных сигналов ротора 5 подключены к датчикам фазных параметров ротора 2;Фазные выходы формирователей приращений опорных сигналов статора и ротора 8 и 10 подключены к соответствующим фазным входам формирователя гармонических сигналов 3., Фазные входы синхронизации 9 и 11 Формирователей приращений опорных сигналов статора и ротора 8 и 10 объединены пофазно между собой и подключены к Фазным выходам, блока синхронизации 6, выход синхронизации 7 которого соединен с входом синхронизации 12 формирователя гармонических сигналов 3.Формирователь фазных опорных сигналов статора 4, в качестве которых использованы производные фазных токов статора, содержит в каждой фазной цепи. элемент дифференцирования; вход и выход которого образуют соответственно вход и выход Формирователя опорных сигналов статора 4.При выполнении датчиков Фазных параметров ротора 2 в виде датчиков Фаэных токов ротора 13 Формирователь фазных опорных сигналов ротора 5 содержит в каждой Фазной цепи элемент дифференцирования 14,напряжения на обмотках ротораполучают приращения ь 3 и П отпреобразователя тока, Напряженияна обмотках статора в режиме двойного питания определяются питающейсетью и поэтому не изменяются,т е )Хл - Бу 2%р - )а а в короткозамкнутом режиме равны нулю итакже не изменяются, т.е. 0 л0 Уа = 0 к )== О Статорныеи роторные токи Йе изменяются,таккак протекают в индуктивных цепях,Чл = У 1 1 1 СР = Ф т дл = дскб) дЪ. угол 9 не изменяется иэ-заи ерционности вала, т.е. О:6:.Скорость - не изменяется иэ-эааЬЙСм ,8,ннеринонностн нала,т.е. Щ)РЩтПроизводные токов получают приращения, в результате которых и уравно 50 ЬУ= у: 1,Ыю 9;д = ЬУ =сое 6 Югде Ь)кд - максимальная взаиМоиндуктивность между обмотками,% - угол поворота ротора относительно статора.Учитывая (2) и (3) и произведядифференцирование, уравнения (1)можно преобразовать к следующемуВнду .аОу Р у .соз + зсьФ+) уаьа - л (ср 1 е 9 - )сЮ - Юк Ъ иЙ: МГФ-ф фЛ 20сНев, В (Фжа - - ллЬ 6 - )Фв . " еКИ ДДИ0 е ЬдКс - е+Цн-саед - тфд 1 нфсйлатт +ф,д фЬМ.- + .соз 8 у )Ь)щ сй . 25Сущность работы устройства заключается в том, чтобы использовать для получения требуемых гармоническихсигналов частоты вращения, т.е. в 1 п Ь и соя 6 ,приращения фазных напряжений либо производных токов, которые имеются при управлении двигателем с помощью импульсного преобразователя тока любого типа, Пусть, 35 роторные напряжения цк и 0 получают приращения ВУд и д 0 . в резуль. тате переключения ключей силовой части 25. Рассмотрим систему уравнений (4) для двух моментов времени 40 соответственно до момента переключения силовых ключей Сл и после него Сд. Считаем, что йереключеиие происходит мгновенно.вешены приращения роторных напряжений: Запишем каждое иэ уравнений системы(4) дпя моментов Си С и вычтемодно из другого, при этом получаем: о. Ц ьф Е(сьев ьфбф+аьо) О-о д+Ьнй 1 нЯдф-сод 9 дГ д(О) ЬОг. Ьл ,Мед Хав д)см сь сйг а ) доддф 44 н(содд дф тЬд-адст)В уравнения (9) и (10) входят искомые гармонические сигналы частоты вращения, т.е. ВпЬ и осе Ьи приращения фазных величин-напряжений и производных токов.Иэ (9) получаем выражения для вп Ф и аоЗЬмк;.,( йд) ЬФ)где Кль,Получив из (9) выражения дляА в и а-М и подставляя их в (а .ааС аСполучаемо ( Ьц ( Ь ) сд одных фаэныхнальны приений.я.(12) в (10 приращения произ ротора пропорци иям фаэных напряж дставляя выражент,е. токоВ ращенПо по 4 уч Озб -к Ьеде КВ.устройстве для определения гармонических сигналов частоты вращения вала асинхронного двигателя с Фазным ротором (фиг.1) реалйзуются зависимости (11) и (13).Производные Фазных токов статора- в- получают на выходах формиаь а 1ас ф арователя опорных сигналов статора 4, Фазные цепи которого содержат элементы дифференцирования.При реализации (11) датчики фазных параметров ротора 2 выполняются в виде датчиков .Фазных токов ротора 13. При.этом на выходах фазных элементов дифференцирования получают производные Фазных токон ротора аЪ аь,.а ф асПри реализации (13) датчики фазных параметров ротора 2 выполняются в виде датчикон фазных напряжений ротора 15.При этом на выходах элементов пропорционального преобразования получают сигналы, соответствующие Фазным напряжениям Щ, 0ротора.В формирователях приращений опорных сигналов статора и ротора 8 и 10 формируются импульсы, величина которых равна величине приращений опорных сигналов, т.е. производных токов статора и производных токов ротора, либо напряжений ротора.Управляемый ключ 32 (Фиг.2) открыт при:.отрицательном напряжении Ос на его управляющем входе. На диаграмме (Фиг.З) представлено формирование импульсов напряжения, величина которых равна величине приращений фазных напряжений 0 Ь, Напряжение синхронизации У форми- руется с помощью блока синхронизации б, Импульсы П синхронизированы с момеитами переключения силовых ключей, преобразователя тока 24. Постоянная времени =Я,С выби" рается таким образом, чтобы она была много больше времени импульса 1,. Импульсы напряжения БВьхл с неличиной равной приращению опорных сигналов с выходов формирователей приращений опорных сигналов статора и ротора 8 и 10 поступают на соответствующие входы блока пре. образования координат 17, на выходы которого поступают импульсы на-пряжения, соответствующие ненормированным гармоническим сигналам вхпФ сов 9 в соответствии с выражениями (11), (13)В промежутках времени между импульсами напряжения на выходах блока пре- образования координат 17 равны нулю. Для запоминания текущих значений в 1 пФ сов 9 к выходу бло ка преобразования координат 17подключен блок памя и 18 Управляемый ключ 35 (фиг.4) открыт при отрицательном значениинапряжения У управления. Напряжение Пэ, (Фиг.5) представляет сособой последовательность импульсов, величина которых пропорциональна вп В, Напряжение 134, впервом приближении пропорциональ но в 1 п бОшибка,обусловленнаядискретностью, .зависит от количест.ва переключений силовых элементовпреобразователя тока.24.С помощью блока нормирования 15 сигналов 19 осуществляется Формирование гармонических сигналовв 1 п Э, совб- единичной амплитуды. 25 входными сигналами для которого являются выходные сигналы схемы управления 26,. С помощью элементон выдержки времени 21 формируются импульсы заданной длительности, служащие в качестве синхронизирую- щих импульсов для Формирователей 8 и 10 приращений. опорных сигналов статора и ротора (сигнал Б на фиг,2), Импульсы с выходов элементов выдержки времени 21 поступают на входы схемы совпадений 22, выходное напряжение которой янляется управляющим для блока памяти 18 (сигнал Б на фиг.4). В моменты 40 переключения силовых элементов 25преобразователя тока 24 в блоке памяти 18 происходит смена информации в 1 п в,совЬ В моменты отсутствия переключения силовых элементов 25 45 в схеме совпадения 22 формируетсясигнал на запоминание информации в 1 п 8 сос 8 с предыдущего переключения. 50 55 60 65 Синхронизация работы: формирователей. приращений опорных сигналов статора и ротора 8 и 10 и блока па. мяти 18 с моментами переключений силовых элементов 25 преобразователя тока 24 осуществляется с помощью блока синхронизации б,Особенностью устройства (Фиг.1) является то, что для определения гармонических сигналов частоты вращения вала асинхронного,цнигателя с фазным ротором используются не сами опорные сигналы статора и ротора в виде производных токов статора и ротора, а их приращения, образуемые в моменты переключений силовых элементон. преобразователя токаПри этом величины этих приращений являются соизмериарми с амплитудными значениями напряжения цитания преобразователя тока, что обуславливает высокую помехоустойчивость устройства и точность работы, так как уменьшаетея влияние собственных ошибок датчиков фазных токов статора и ротера.Таким образом, введение в устройство для определения гармонических сигналов частоты вала асинхронного двигателя с фаэным ротором формирователя Фазных опорных сигналов статора и ротора, блока синхронизации и Формирователей приращений опорных сигналов статора и ротора обеспечивает повышение точности работы в сравнении с известным решением., ВНИИПИ Государственн по делам иэобрете 13035,Москва, З, РПодлисноео комитета СССРй и открытийшская наб., д. 4