Устройство для определения скольжения асинхронного двигателя

(51)4 Н 0 Р 3/56 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ститу СР983 ЛЬ ект ан СУДАРСТВЕКНЫЙ НОМИТЕТ ССС О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(21) 4114556/24-07 (22) 25.07.86 (46) 07.08.88, Бюл, 11 29 (7) Днепропетровский горный им. Артема (72) В.Л,Соседка, Л,Ф.Коломои В.Б,Верник и Д.И.Пружанский (53) 621, 313, 333,072,6(088,8 (56) Авторское свидетельство 11 1372579, кл. Н 02 Р 7/42,Авторское свидетельство СУ 1140043, кл. С 01 Р 3/56 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕН ЖЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к технике и может быть использо системах и механизмах общепромышленного назначения, Целью изобретецияявляется повышение точности определения скольжения асинхронного двигателя. Устройство определения скольжения асинхронного двигателя содержитдатчик 1 фазных токов и датчик 2 цапряжеий подключенные выходами кблоку 5 определения тока намагничивания, В устройство введены блок 7 компараторов и блок 6 преобразования координат, упраг люшм и токовым входами соответственно подключенные к выходу датчика 1, Управляющий вь 1 ходблока 7 соединен с входом преобразо1415399 вателя 8 напряжение вчастота, запускающим входом генератора 9 линейного,напряжения и управляющим входом блока 6 преобразования координат. Второйтоковый вход блока 6 соединен с токовым выходом блока 7. Управляющие выходы блока 6 соединены с попарнообъединенными входами счетчиков 3335, счетные входы которых подключенык выходу генератора 32 стабильной частоты, Выходы счетчиков 33-35 черезмасштабные усилители 16-18 подключены к одним входам соответствующих делителей 26-.31 и к одной группе входов блока 36 определения среднеарифметического значения скольжения. Другая группа входов блока 36 соединенас выходами делителей 26-31, вторыевходы которых через запоминающие блоки связаны с информационными выходами кольцевого счетчика 19, Управляющий вход кольцевого счетчика 19 соедиИзобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для определения скольжения в частотно-управляемых асинхронных электроприводах, и может быть использовано в системах и механизмах общепромышленного назначения.Цель изобретения - повышение точности определения скольжения асинхронного двигателя, ОНа фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для определения скольжения асинхронного двигателя; на фиг, 2 - схема блока компаратаров; на фиг, 3 - схема блока преобразования 15 координат; на фиг, 4 - диаграмма работы блока преобразования координат; на фиг. 5 - векторная диаграмма асинхронного двигателя.устройства для определения скольжения асинхронного двигателя содержит датчик 1 фазных токов, датчик 2 фазных напряжений, преобразователь 3 функции арктангенса с тремя входами,25 блок 4 определения модуля тока ротора с тремя входами, блок 5 определения тока намагничивания с двумя входами, блок 6 преобразования координат нен с выходом блока 13 умножения и через масштабный усилитель 15 - с выходом блока 4 определения модуля тока ротора, одним входом соединенного с первым входом преобразователя 3 функции арктангенса. Входы преобразователя 3, блоков 4, 1 О определения модулей токов ротора и статора соединены с выходами блока 6, Выходы генератора 9 и преобразователя 3 соединены с входами сумматора 11, выход которого через преобразователь 12 функции синуса связан с одним входом блока 13 умножения. Второй вход блока 3 подключен к выходу блока 10, а управляющие входы блоков памяти 20- 25 соединены с выходом преобразователя 3, Устройство позволяет определить скольжение асинхронного двигателя на основе анализа электромагнитных процессов без применения тахогенератора. 5 ил. 2с двумя токовыми и управляющим входами и с двумя токовыми и тремя управляющими выходами, блок 7 компараторов с токовым и управляющим выходами, пре" образователь 8 частота - напряжение, генератор 9 линейного напряжения с основным, запускаюпдм и стоповым входами, блок 10 определения модуля тока статора с двумя входами, сумматор 11, преобразователь 12 функции синуса, блок 13 умножения, блок 14 сравнения, масштабные усилители 15-18, кольцевой счетчик 19 со счетным входом и шестью информационными выходами, блоки 20-25 запоминания, блоки 26-31 деления, генератор 32 стабильной частоты, счетчики 33-35, каждый из которых выполнен со счетным входом и двумя управляющими входами, и блок 36 определения среднеарифметического значения скольжения.Первый вход преобразователя 3 функции арктангенса и первый вход блока 4 определения модуля тока ротора соединены с выходом блока 5 определения тока намагничивания. Первый токовый вход блока 6 преобразования координат обьединен с входом блока 7 компараторов 7 и с первым входом блока 5 определения тока намагничивания и подключен к выходу блока датчиков 1 фазиых токов. Управляющий выход блока 7компараторов соединен с входом преобразователя 8 частота - напряжение,запускающим входом генератора 9 линейного напряжения и с управляющим входом блока 6 преобразования координат, 1 ОТоковый выход блока 7 компараторовсоединен с вторым токовым входом блока 6 преобразования координат, токовые выходы которого соединены соответственно с вторыми и третьими входами 15блока 4 определения модуля тока ротора и преобразователя 3 функции арктангенса и соответствующими входамиблока 10 определения модуля тока статора, выход которого соединен с одним 2 пих входов блока 13 умножения, Выходблока 13 умножения соединен с первымвходом блока 14 сравнения, Вь 1 ход преобразователя 3 арктангенса соединенс одним из вудов сумматора 11, выход которого через преобразователь12 функции синуса соединен с вторымвходом блока 13 умножения. Второйвход блока 14 сравнения через первыймасштабный усилитель 15 соединен с ЗОвыходом блока 4 определения модулятока ротора, выход блока 14 сравнения соединен со стоповым входом генератора 9 линейного напряжения и сосчетным входом кольцевого счетчика19, выходы которого подключены к управляющим входам шести блоков запоминания 20-25, вторые входы которыхобъединены и подключены к выходу преобразователя 3 функции арктангенса. 40Выходы блоков 20-25 запоминания подключены к первым входам соотвстствующих блоков 26-31 деления. Вторыевходы блоков 26 и 29 деления соединены через масштабный усилитель 16 с 45выходом счетчика 33, вторые входыблоков 27 и 30 деления - через масштабный усилитель 7 с выходом счетчика 34, вторые входы блоков 28 и31 деления - через масштабный усилитель 18 с выходом счетчика 35. Счетные входы счетчиков 33-35 подключенык выходу генератора 32 стабильнойчастоты,Управляющие выходы блока 6 пре-.образования координат подключены кпопарно объединенным управляющим входам счетчиков 33-35. Выход преобразователя 8 частота - напряжение соединен с основным входом генератора 9линейного напряжения, выход которогосоединен с вторым входом сумматора11, Второй вход блока 5 определениятока намагничивания соединен с выходом датчика 2 фазных напряжений,Выходы блоков 26-31 деления имасштабных усилителей 16-18 соединены с входами блока 36 определениясреднеарифметического значения скольжения, выход которого образует выходустройства.Глок 7 компараторов содержитфиг., 2) нуль-органы 37-39 и подключенные к их входам соответствующиесумматоры 40-42. Первые входы сумматоров 40-42 образуют входь блока 6компараторов, Второй вход сумматора40 соединен с первым входом сумматора 42, второй вход сумматора 41 - спервым входом сумматора 40, а второйвход сумматора 42 - с первым входомсумматора 41, Выходы сумматоров 40-42соединены с соответствую 1 Ш 1 ми входаминуль-органов 37-39 и, кроме того, образуют токовый выход блока 7 компараторов, а выходы нуль-органов 37-39образуют управляющий выход блока 7кмпараторов,Влок 6 преобразования координат(фиг, 3) содержит триггеры 43-45,дешифратор 46, первую группу ключей47-49, вторую группу ключей 50-52 исумматоры 53 и 54, Токовье входытриггеров 43-45 образуют управляющийвход, неуправляюшие входы первойгруппы ключей 47-49 - первый токовыйвход, а неуправляюшие входы второйгруппы ключей 50-52 - второй токовый вход блока 6 преобразования координат.Выходы триггеров 43-45 подключенык соответствующим входам дешифратора 46, выходы которого соединены суправляюпдми входами ключей 47-52 и,кроме того, образуют управляющий выход блока 6 преобразования координатВыходы первой группы ключей 4749 подключены к входам сумматора 53,а выходы второй группы ключей 50-52к входам сумматора 54, Выходы сумматоров 53 и 54 образуют токовый выходблока 6 преобразования координат,Для пояснения сущности работы устройста рассмотрим векторную диаграмму асинхронного двигателяфиг, 51Ток намагничивания ТВ определен поизмеренному напряжежю, току двигате 45399ля и параметрам двигателя и отложен вдоль действительной оси. На этой же диаграмме изображен результирующий вектор тока ОВ для того момента времени, когда ток ротора 1 на ось потокосцепленияпроецируется в точ 2ку. Определим условия, при которых результируюпцй вектор тока занимает положения, совпадающие с током 1 1, который изображен на векторной диаграмме. Дпя определения этого с момента времени, когда ток любой из фаэ совпадает с действительной осью, начинаем формировать результирующий вектор и определять значение угла р и отрезка АВ: 11 со з 1-1 нл =агс 1т 1 япь)С(2 АБ= иг, 5 ви о, что, если токси , выполняет 1 ерпендикуляресоотношение: 11 зпМ+р)=1,К, (3) (5 - угол между вектором потокосцепления воздушного зазораи вектором потокосцепленияротора; гд ер вальтреэк( ( х 25)х,где х 5- индуктивное сопротивлениерассеяния ротора;х- сопротивление взаимной индуктивности.Рассмотрение векторной диаграммы и соотношений -(3) дает воэможность записать алгоритм, определяющий скольжениЬ, который заключается в следующем:определяют реактивную мощность и по потребляемому току и параметрам двигателя определяют ток намагничивания;в момент, когда результирующий вектор тока совпадает с действительной осью, начинают формировать результирующий вектор статорноГо тока, а затем определять его проекции на неподвижной оси декартовой системы координат;через достаточно малые интервалы времени определяют угол по выражению (1);через достаточно малые инт времени определяют величину о а АВ по выражению ; для каждого значения с=ь 3. и каждого значения /3 при известноми,1полагая, что АВ=1, проверяют выполнение равенства (3);5определяют значение р, при котором выполняется равенство (3);распределяют время д 1, за котороерезультирующий вектор поворачиваетсяна угол 2/1;абсолютное скольжение определяютсогласно выражению(4)15Реализация данного алгоритма позволяет определить скольжение,Устройство работает следующим образом,2 О Сигналы с выходов датчикафазныхтоков поступают на первый вход блока5 определения тока намагничивания,на вход блока 7 компараторов и напервый токовый вход блока 6 преобразования координат, Сигналы с выходовдатчика 2 фаэных напряжений поступают на второй вход блока 5 определениятока намагничивания, в котором поизвестному алгоритму с использованиемЗО измененных значений тока, напряженияи параметров двигателя определяетсяток намагничивания 1 . поступающийна первые входы преобразователя 3функции арктангенса и блока 4 опреде 35 пения модуля тока Ротора,В блоке 7 компараторов с помощьюсумматоров 40-42 ( фиг, 2) определяются линейные токи, поступающие на 4 О входы нуль-органов 37-39 и на направляющие входы группы ключей 50-52(фиг. 3) блока 6 преобразования координат. На выходах нуль-органов 37-39появляются импульсы, когда токи фаэ 45 проходят через нуль Эти импульсыпоступают на вход преобразователя 8частота - напряжение, запускающийвход генератора 9 линейного напряжения и на тактовые входы триггеров 4345 (фиг, 3) блока 6 преобразования координат, На входах триггеров 43-45появляются импульсы Ц,1, О Йдлительностью 180 эл, град. (фиг, 4 а).Сигналы с выходов триггеров 43-45 55 поступают на вход дешифратора 46, навыходе которого появляются импульсы1 1 Ь и 1 с (фиг,4 б) длительностью60 эл. град которые определяютсяпо следующему выражению:14 1 сФ дь 1 с ЦдОВс э 4 ьс дВ",с э 1 =Яда Я =Яда В момент проявления импульса на выходе дешифратора 46 ключи 47-52 открываются, Например, при появлении импульса 1 открываются ключи 47 и 50 и на выходе сумматора 53 появляется сигнал, пропорциональжв фаэному току фазы А, а на выходе сумматора 54 - сигнал, пропорциональный линейному току фаэ В и С, Аналогично работает блок 6 преобразования координат при появлении импульсов1 сТаким образом, при наличии импульса 1, 1 или 1 с блок 6 преобразования координат начинает по текущим токам фаэ А, В и С формировать составляющие векторов Т,со;М: и э 1 пФ в ортогональной неподвижной системе координат. Сигналь 1 с выходов сумматоров 53 и 54 поступают на входы преобразователя 3 функции арктангенса, блока 4 определения модуля тока ротора и блока 1 О определения модуля тока статора, В блоке 3 по току намагничивания 1, и выходным сигналам сумматоров 53 и 54 определяется величина угла р согласно выражению (1), а в блоке 4 по тем же входным параметрам определяется значение отрезка АВ по выражению (2).Функциональные преобразователи 3 и 12 могут быть реализованы программно, методами кусочно-линейной аппроксимации (методаья аналоговой техники) или с помощью дешифратора (методом дискретной техники).1Для вычисления текущих значений переменных необходимо иметь напряжение, пропорциональное углу поворота результирующего вектора тока. Это осуществляется с помощью преобразователя 8 частота - напряжение и генератора 9 линейного напряженияНа вход преобразователя 8 частота - напряжение с выхода нуль-органов 37-39 (фиг. 2) подается сигнал в виде последовательности импульсов, Напряжение с выхода преобразователя 8 частота - напряжение поступает на основной вход генератора 9 линейного напряжения; который запускается управляющим выходным сигналом блока 7 компараторов, когда ток очередной фазы проходит через нуль, Сигнал с99выхода генератора 9 линейного напряжения и сигнал с выхода преобразователя 3 функции арктангенса суммируются в сумматоре 11, а затем поступают в Функциональный преобразователь12 синуса, в котором по заданномузначению аргумента определяется функция зп(иС+). Далее сигнал с выхода функционального преобразователя12 синуса поступает в блок 13 умно-жения, на второй вход которого поступает сигнал с выхода блока 1 О определения модуля тока статора, Таким образом, на выходе блока 13 умножения появляется сигнал, пропорциональный левой части выражения (3 ), который поступает на один из водсв блока 14 сравнения. На второй вход этого блока поступает сигнал с блока 4 определения модуля тока ротора, предварительно умноженный в масштабном усилителе 15 на коэффициент К=1+ +х з/х , Таким образом, в блоке 14 сравнения осуществляется сравнение двух изменяющихся во времени функций: 1,.пЫ+Ф и 1,К.В момент выполнения равенства (3) па выходе блока 14 появляется импульс, который заносится в кольцевой счетчик 19, имеющий лесть информационных выходов, По приходу первого импульса с блока 14 сравнения на выугле р с преобразователя 3 функцийарктангенса, По приходу второго им 40 45 50 55 поминающий блок 21, Таким образом, в течение одного периода в запоминающие блоки 20-25 вносится информация о величине угла . В следующие моменты времени процессы в кольцевом счетчике и запоминающих блоках повторяются. Следует отметить, что импульс,появившийся на выходе блока 14 сравнения, подается иа стоковый вход генератора 9 линейного напряжения, по которому он обнуляется, что позволяет определять значение Ы =ай шесть раз за период.Выполнение равенства (3) означает, что найден угол ф, определяющий положение оси у, Таким образом за одинпериод шесть раз определяется числи 15351 О15го25эоходе кольцевого счетчика 19 появляется первый импульс, по которому запоминающий блок 20 читает информацию об пульса с блока 14 сравнения кольцевой счетчик 19 выдает разрешающий импульс на запись информации с Функционального преобразователя 3 в за 1415399(6)2 Г тель выражения (1 ), величина которого фиксируется на выходе запоминающихблоков 20-25,Интервалы времени ЛС определяютсягенератором 32 стабильной частоты исчетчиками 33-35. При появлении сигнала 1 (фиг. 3).появляется разрешающий импульс, по которому счетчик 33начинает заполняться импульсами отгенератора 32 стабильной частоты,При появлении импульса 1 счетчик 33прекращает счет импульсов, а счетчик35 начинает осуществлять счет импульсов от генератора 32. При появленииимпульса 1 счетчик 35 прекращаетсчет импульсов, а начинает заполняться импульсами счетчик 34, Таким образом, эа один период каждый из счетчиков два раза определяет значениевремени ЬС. В выражении (4)время ЬСопределяет поворот результирующеговектора на угол 2 Г. На выходах счетчиков 33-35 появляется сигнал, пропорциональный углу поворота результирующего вектора только на 60 эл.град,Для согласования масштаба выходныесигналы счетчиков 33-35 подаются намасштабные усилители 16-18, которыеосуществляют умножение входного сигнала в шесть раз. В блоках 26-31 деления осуществляется операция деления согласно выражению (4 ), и на выходе каждого блока один раз эа период определяется дискретное значениеабсолютного скольжения Дд, В блоке36 определения среднеарифметического значения скольжения выходные сиГналы блоков 26-31 деления суммируютсяи делятся на шесть, что позволяетопределить среднее значение скольжения за период,Следует отметить, что устройстводает информацию о величинах р, ДС,27, Это позволяет, изменяя только алгоритм функционирования блока 36, определять дополнительно частоту врашения ротора М и относительное скольРжение Б по следующим выражениям: Таким образом, введенные в устройство функциональные преобразователи, блок вычисления тока намагничивания, блок компараторов, блок преобразования координат, генератор стабильной 15 20 25 30 35 40 45 50 55 частоты, счетчики, кольцевой счетчик,запоминающие блоки, блоки деления иблок определения среднеарифметического значения скольжения позволяют определять скольжение асинхронногодвигателя на основе анализа электромагнитных процессов беэ применениятахогенератора и с более высокой точностью в сравнении с известным уст-.ройством,Формула изобретенияУстройство для определения скольжения асинхронного двигателя, содержащее датчики фаэных токов и напряжений, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, введены преобразователь функции арктангенса с тремя входами, блок определения модуля тока ротора с тремя входами, блок определения тока намагничивания с двумя входами, блок преобразования координаты с двумя токовыми и управляющими выходами, блокомпараторов с токовым и управляющим выходами, преобразователь частота - напряжение, генератор линейного напряжения с основным запускающим и стоповым входами, блок определения модуля тока статора с двумя входами, сумматор, преобразователь функции синуса, блоки умножения, блок сравнения, с первого по четвертый масштабные усилители, кольцевой счетчик со счетным входом и шестью информационными выходами, шесть блоков запоминания, шесть блоков деления, генератор стабильной частоты, три счетчика, каждый иэ которых выполнен со счетным входом и двумя управляющими входами, и блок определения среднеарифметического значения скольжения, при этом первый вход преобразователя функции арктангенса и первый вход блока определения модуля тока ротора соединены с выходом блока определения тока намагничивания, а первый токовый вход блока преобразования координатобъединен с входом блока компараторов и с первым входом блока определения тока намагничивания и подключен к выходу блока датчиков фазных токов, управляющий выход блока компараторов соединен с входом преобразователя частота - напряжение, запускающим входом генератора линейного напряжения и с управляющим входом блока преобразования координат, 141токовый выход блока компараторов соединен с вторым токовым входом блока преобразования координат, токовые выходы которого соединены соответственно с вторыми и третьими входами блока определения модуля тока ротора и преобразователя функции арктангенса и с соответствующими входами блока определения модуля тока статора, выход которого соединен с одним из входов блока умножения, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, а выход преобразователя функции арктангенса соединен с одним из входов сумматора, выход которого через преобразователь функции синуса соединен с вторым входом блока умножения, второй вход блока сравнения через первый масштабный усилитель соединен с выходом блока определения модуля тока ротора, выход блока сравнения соединен со стоковым входом генератора линейного напряжения и со счетным входом кольцевого счетчика, выходы которого подключены к управляющим входам шести блоков запоминания, вторые входы которых объединены и подключены к выходу преобразователя функции арктангенса, выходы блоков запоминания подключены к первым входам соответствующих блоков деления,15399 12 вторые входы первого и четвертогоблоков деления через второй масштабный усилитель соединены с выходом5первого счетчика вторые входы второЭго и пятого блоков деления через третий масштабный усилитель соединены свыходом второго счетчика, вторые входы третьего и шестого блоков делениячерез четвертый масштабный усилительсоединены с выходом третьего счетчика, счетные входы указанных счетчиковподключены к выходу генератора стабильной частоты, управляющие выходы бло 15 ка преобразования координат подключены к попарно объединенным управляющим входам соответствующих счетчиков,а выход преобразователя частота - напряжение соединен с основным входом2 О генератора линейного напряжения, выход которого соединен с вторым входомсумматора, второй вход блока определения тока намагничивания соединенс выход(м датчиков фазньп напряжений,25 в.моды блоков деления и выходы второго, третьего и четвертого масштабныхусилителей соединены с входами блокаопределения среднеарифметическогозначения скольжения, выход которогообразует выход устройства для определения скольжения асинхронного двигателя,1415399 Составитель А.Жилинетраш . Техред Л,Олийнык Корректор Л.Пилипенко к Заказ 3884/54 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проек Тираж 583 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 035, Москва, Ж, РаушПодписнокомитета СССРи открытийкая иаб д. 4/5