Устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе

ОЮЗ СОВЕТСНИОЦИАЛИСТИЧЕСН СПУБЛИК 09 (И 235)4 Н 02 Р 5 4 ЕНИЯ ЛЬСТВУ ТОР СР 2 е К Ю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕ ИЗ(61) 1039011 (21) 4167188/24-07 (22) 24.12,86 (46) 07.09.88. Бюл. У 33 (71) Ивановский энергетический институт им.В.И,Ленина (72) Н.Л.Архангельский, Б.С.Курнышев, С.К,Лебедев и В.В.Пикунов (53) 621.316.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СС У 1039011, кл. Н 02 Р 5/40, 198 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ 0- ОРДИНАТ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В РЕ, ГУЛИРУЕЮИ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ (57) Изобретение относится к электро технике. Целью изобретения является повышение точности определения коор" динат в статических и динамических режимах работы путем периодической настройки коэффициентов электронной модели двигателя, в частности постоянных времени блока вычисления. С этой целью в устройство для определе ния координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе введены блок .13 настройки, блок 14 комму"Ъ тации, включенныи в фазы двигателя 1, а управляющими входами подключенный к выходам блока 13. Блок 12 вычисления составляющих потокосцепления ротора двигателя снабжен дополнительными входами, соединенными с выходами блока 13, Первая пара входов блока 13 связаны с выходами блока 5 преобразования напряжения статора двигателя 1, а вторая пара входов блока 13 - с выходами блока 12. Дополнительные входы блока 12 образованы входами введенных в его структуру логического элемента НЕ и двух апериодических звеньев, Введение в устройство указанных блоков обеспечивает перевод устройства в режимс подстройки, при котором на выходеЯ .блока 13 формируются сигналыдЫ, Л р, фр воздействующие на постоянные времени апериодических звеньев блока 12. Про- С цесс подстройки длится до тех пор, пока сигналылю, а не достигают за-данного значения. После этого устройство переводится в режим определения координат. 5 ил. вВь20 Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано врегулируемом асинхронном электроприводе общепромьппленного назначенияи является усовершенствованием изобретения по авт.св. У 1039011.Цель изобретения - повышение точности определения координат асинхронного двигателя в статических идинамических режимах работы путемпериодической настройки коэффициентов электронной модели двигателя,в частности постоянных времени блока вычисления составляющих векторапотокосцепления ротора,На фиг.1 представлена структурнаясхема устройства для определениякоординат асинхронного двигателя врегулируемом электроприводе; нафиг,2 - то же, блок вьиисления сос.тавляющих векторапотокосцепления ротора; нафиг.3 - то же,блокнастройки;на фиг.4 - то же, блок коммутации;на фиг.5 - временные диаграммы работы блока настройки.Устройство для определения координат асинхронного двигателя 1 (фиг,1)содержит датчики 2 фазных токов статора, подключенные выходами к входамблока 3 преобразования токов статора, датчики 4 фазных напряжений статора подключенные выходами к входамблока 5 преобразования напряженийстатора, два элемента 6 и 7 сравне 35ния, два релейных элемента 8 и 9,формирователь 10 управляющих воздействий в контурах регулирования составляющих векторов потокосцепления ротора и тока статора с двумя парамивходов, блок 11 вычисления составляющих вектора тока статора с тремяпарами входов, блок 12 вычислениясоставляющих вектора потокосцвпления ротора с двумя парами входов итремя дополнительными входами, блокнастройки 13 с двумя парами входови четырьмя выходами, блок коммутации 14 с двумя входами управления,Первая пара входов блока 12 вьиисле 50ния составляющих вектора потокосцепления ротора объединена пофазно спервыми входами элементов 6 и 7 сравнения и подключена к выходам блока3 преобразования токов статора, вторая пара входов блока 12 объединена55пофазно с первой парой входов блока11 вычисления составляющих векторатока статора и подключена к выходам формирователя 10, первая пара входов которого объединена пофазно со второй парой входов блока 11 и подкпючена к выходам блока 12, третья пара входов блока 11 подключена к выходам блока 5 преобразования напряжений статора, а выходь 1 блока 11 подключены к вторым входам элементов 6 и 7 сравнения, выходы которых подключены к входам релейных элементов 8 и 9, выходы которых подключены к второй паре входов формирователя 10. Асинхронный двигатель 1 с датчиком 2 фазных токов и датчиком 4 фазных напряжений статора подключен к питающей сети переменного тока через блок 14 коммутации, Первый и второй выходы блока 13 настройки подключены соответственно к первому и второму входам управления блока 14 коммутации, первый выход блока настройки 13 подключен к первому дополнительному входу блока 12 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, второй и третий дополнительные входы которого подключены к третьему и четвертому выходам блока настройки 13, первая пара входов которого подключена к выходам блока 5 преобразования напряжений статора, вторая пара входов (к выходам блока 12 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора).Блок 12 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора снабжен сумматорами 15 - 18 (фиг.2), блоками 19"22 умножения, масштабными элементами 23-26, ключевыми элементами 27 и 28, снабженными входом управления, логическим элементом НЕ 29, апериодическими звеньями 30 и 31, снабженными дополнительными входами. Первые входы блоков 19-22 умножения объединены попарно и подключены через ключевые элементы 27 и 28 к второй паре входов блока 12. Выходы блоков 19 и 20 умножения подключены к объединенным попарно первьпч входам сумматоров 15 - 18, вьиоды сумматоров 15 и 17 подключены соответственно к вторым входам блоков умножения 21 и 22, выходы которых подключены к вторым входам сумматоров 16 и 18, третьи входы которых подключены пофазно через масштабные элементы 23 и 24 к первой паре входов блока 12. Выходы сумматоров 16 и3 142 18 подключены к входам апериодических звеньев 30 и 31, дополнительные входы которых образуют соответственно второй и третий дополнительные входы блока 12. Выходы апериодических звеньев 30 и 31 образуют первый и второй выходы блока 12 и подключены к входам масштабных элементов 25 и 26, выходы которых подключены к вторым входам сумматоров 15 и 17, вторые входы блоков 19 и 20 умножения подключены соответственно к второму и первому выходам блока 12, входы управления ключевых элементов 27 и 28 объединены и подключены через логический элемент НЕ 29 к первому дополнительному входу блока 12.Блок настройки 13 снабжен генератором 32 (фиг.З) импульсных сигналов, триггером 33, элементом 34 запуска, логическими элементами И 35 и 36, логическим элементом НЕ 37, интеграторами 38 и 39 со сбросом, блоками 40 и 41 выделения модуля, элементом 42 задания, релейными элементами 43 и 44, элементами 45-48 сравнения, интеграторами 49 и 50, ключевымиЪэлементами 51 и 52, масштабными элементами 53 и 54, входы которых образуют первую пару входов блока 13, выходы масштабных элементов 53 и 54 подключены соответственно к первым входам элементов 47 и 48 сравнения, вторые входы которых образуют вторую пару входов блока 13, выходы элементов 47 и 48 сравнения подключены через ключевые элементы 51 и 52 к входам интеграторов 49 и. 50, выходы которых образуют соответственно третий и четвертый выходы блока 13 настройки, входы интеграторов 49 и 50 пофазно подключены к входам интеграторов со сбросом 38 и 39, выходы которых подключены через блоки 40 и 41 выделения модулей к первым входам элементов 45 и 46 сравнения, вторые входы которых объединены и подключены к выходу: элемента 42 задания, выходы элементов 45 и 46 сравнения через релейные элементы 43 и 44 подключены к первому и второму входам логического элемента И 35, выход которого подключен к первому входу триггера 33, второй вход которого подключен к выходу элемента 34 запуска, выход триггера 33 подключен к объединенным первому выходу блока 13, первому входу логического эле 23524мента И 36, и входу генератора 32 импульсных сигналов, перЬый в код которого подключен к объединеннимвходам сброса интеграторов 38 и 39со сбросом, второму выходу блока 13и входу логического элемента НЕ 37,выход которого подключен к второмувходу логического элемента И 36, ньгход которого подключен к объединенным входам управления ключевых элементов 51 и 52, второй выход гене 10 ратора 32 импульсных сигналов подключен к третьему входу логического элемента И 35.Блок коммутации 14 снабжен ключевыми элементами 55 - 60 (фиг,4),логическим элементом НЕ 61, причем питающая сеть переменного тока подключена к асинхронному двигателю 1 пофазно через ключевые элементы 55 - 57, Ключевой элемент 58 подключен 15 20 между первой и второй фазами, подключенными к двигателю, а втораяи третья фазы подключены к двигате 25 лю и пофазно через ключевые элементы 59 и 60 к источнику постоянного напряжения. Первый вход управления блока 14 коммутации подключен через логический элемент НЕ 61 к объединенным входам управления ключевых элементов 55-57 и к выходу управления ключевого элемента 58, второй вход управления блока 14 подключен к объединенным входам управления ключевых элементов 59 и 60.Устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе работает сле" 30 35 работы устройства. При отсутствии.импульсного сигнала на выходе элемен"та 34 запуска устройство для опреде 40 дующим обРазом.Блок 3 преобразования токов и блок5 преобразования напряжений статораосуществляет преобразование фазныхтоков и напряжений статора асинхронного двигателя 1, поступающих с соответствующих датчиков 2 и 4, в составляющие обобщенных векторов тока 1 з,1 з и напряжения Пз, Пз статора вдекартовой системе координат Ы,50неподвижной относительно статораасинхронного двигателя.Устройство для определения координат может работать в двух режимах:определение координат и подстройка,Элемент 34 запуска блока 13 настройки производит переключение режимов+ Я 4 + с (4 + Я 4 )Ьа .у.Ьака аы К 6 Ка В где К Ь Ь - каталожные параметр Яф Етсры асинхронного дви- З 5гателя;Я" - вычисленное значение скорости вращения асинхронногодвигателя; 40р - фиктивная переменная;Т Т - постоянные времениЫ 9соответственно апериодических звеньев30 и 31.Постоянные времени апериодических звеньев блока 12 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора соответствуют 50 К +лр к Тд = Т + а;55 каталожное значение постоянной времени ротора;ЬаТк,к где Тления координат находится в режиме определение координат, на выходе триггера 33 сигнал отсутствует, генератор 32 импульсных сигналов выключен, сигналы на выходах управления ключевых элементов 50 и 51 отсутствуют, поэтому ключевые элементы разом. кнуты, на третьем и четвертом входах блока 13 настройки сохраняются зна- О чения сигналов, на первом и втором входах блока 13 сигналы отсутствуют, в блоке 14 коммутации ключевые элементы 58 - 60 разомкнуты, а ключевые элементы 55 - 57 замкнуты, асинхрон ный двигатель 1 с датчиком 2 тока и .датчиком 4 напряжения подключен к источнику питания, в блоке 12 ключевые элементы 27 и 28 замкнуты.Проекции вычисленного вектора 20 потокосцепления ротора, 4+ формируются в блоке 12, реализующем следующие дифференциалысые уравнения; Лс(, Л/ - сигналы, поступающиена дополнительные входыапериодических звеньев30 и 31В режиме работы устройства определение координат.Ао = сопят; л 7 = сопзС, начальные значения - Лес = ар= О.Величины Й.и р , модулированные во времени, на выходе формирователя 1 О выполняют роль управляющих воздействий в контуре регулирования, Среднее значение Яопределяет скорость вращения вала асинхронного двигателя 1. В установившемся режиме работы устройства, когда его свободное движение закончено, среднее значение р равно нулю. Величины Я , р создают такой вектор управления движением устройства, чтобы слежение за вектором тока статора осуществлялось во всех режимах работы реального асинхронного двигателя, Составляющие вектора тока статора 1 , 1 , получаемые на выходе блока 3 преобразования токов статора, и составляющие 1 , 1, сформированные на выходах блока 11, сравниваются с помощью элементов сравнения 6 и 7. Результаты сравнения воздействуют на релейные элементы 8 и 9,с выхода которых получают импульсные сигналы, определяющие знак рассогласования. Указанные импульсные . сигналы распределяют в формирователе 10 на выходы, на которых сигналы Йустанавливаются в зависимости от положения вектора потокосцепления на плоскости Ы,таким образом, чтобы знаки ошибок производных составляющих тока статора всегда были отрицательны, т.ечтобы в каждом канале обратная связь была отрицательной в любой момент времени. Сигналы Й , р изменяются с частотой много больше, чем напряжение и ток асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе. Кроме того, вьсокая частота переключений обеспечивает малое свободное движение системы, Замкнутая система регулирования составляющих вектора статора, реализованная в устройстве, позволяет обеспечить определение таких координат асинхронного двигателя, как скорость вращения и составляющие вектора потокосцепления ротора по току и напряжению статора, Для перевода уст52 25 40 55 7 14223 ройства в режим подстройки элемент 34 запуска генерирует кратковременный импульсный сигнал, который производит переключение триггера 33У5 на выходе которого появляется сигнал, который с первого выхода блока 13 поступает в блоки 12 и 14, где производит следующие переключения ключевых элементов. В блоке 12 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора ключевые элементы 27 и 28 отключают вторую пару входов, в блоке коммутации 14 ключевые элементы 55 - 57 отключают асинхронный двигатель от источника питания, ключевой элемент 58 закорачивает лервую и вторую фазы статора двигателя. Сигнал с выхода триггера ЗЗ поступает на вход управления генератора 32, последний генерирует со своих выходов две последовательности импульсных сигналов - 51 и 52, согласованные во времени (фиг.5). Сигнал 51 имеет скважность импульсов 0,5; а период задается Т = (4-5)Т , Сигнал 81 со второго выхода блока 13 поступает в блок 14, где производит посредством ключевых элементов 59 и 60 периодическое подключение двигателя к источнику постоянного напряжения.При отключении источника постоянного напряжения от двигателя (например, участок С-С , фиг.5) изменение составляюших вектора статорац на выходах блока 5 преобразования напряжений статора описывается следующим выражением:Е о тц .= -- , - К 1,(11 еогде 1Бы( 1начальные значения составляющих вектора токастатора при отключении 45двигателя от источникапостоянного напряжения;Т - действительное значениепостоянной времени ротораасинхронного двигателя. 50 Изменение составляющих вектора потокосцепления ротора, уф на вы-. ходах блока 12 описывается следующим выражением Ф= 1. 1 е пеР(1 и заСРВ блоке настройки 13 сравнение цыцд и, М,происходит покомпонентно, передаточная функциямасштабных элементов 52 и 531 яК ф рма изменения сигналов ц , ц иФ.,на выходах элементов сравнения 47 и 48 имеет вид экспонент сравными начальными значениями (фиг.5),Сигналы с выходов элементов сравненияпоступают на интеграторы 48 и 49, которые формируют сигналы Лс,осуществляя подстройку постоянныхвремени апериодически звеньев 30 и31 в блоке 12, Покомпонентное совпадение кривых изменения цсц 5 ис учетом коэффициента К при,+водит к равенству Т, = Тр = Тя. Сигнал 51 через логический элемент НЕ 37и логический элемент И 36 отключает,интеграторы 49 и 50 на время,когда к двигателю подключен источник постоянного напряжения,Входы интеграторов 49 и 50 пофазно объединены с входамй интеграторов 38 и 39 со сбросом (сброс интеграторов на ноль осуществляетсясигналом 51, когда к двигателю подключен источник постоянного напряжения), результаты сравнения модулейсигналов на выходах интеграторов 38и 39 с величиной с, предварительнозаданной в элементе 42 задания, воздействуют на релейные элементы 43 и44,при дй больше с сигналы навыходах релеййых элементов отсутствуют, процесс подстройки повторяется;при Л , Др меньше или равных Ррелейные элементы переключаются, напервый и второй входы логическогоэлемента И 35 поступают сигналы, ипри наличии сигнала 52 на третьемвходе логического элемента И 35, который разрешает проверку на окончание работы в режиме подстройка, триггер 33 перебрасывается в ноль, на выходах генератора 32 сигналы отсутствуют, устройство автоматически переключается в режим определение координат,Таким образом введение в предлагаемое устройство блока настройки и блока коммутации с соответствующим выполнением и снабжение блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора тремя дополнительными входами определяет возможность9 14223 периодической подстройки коэффициентов электронной модели двигателя за счет применения постоянных времени непериодических звеньев блока вычисле 5 Ния составляющих вектора потокосцеп 4 ения ротора, благодаря чему повышается точность определения координат асинхронного двигателя в статических и динамических режимах работы в срав Нении с известным. Формула изобретения Устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприваде по авт.св.9 1039011, отличающеесятем, что, с целью повышения точностиВ статических и динамических режимахпутем периодической подстройки постоянных времени блока вычисления составляющих вектора потокосцепленияротора, введены блок настройки с двумя парами входов и четырьмя выходамии блок коммутации с двумя управляющими входами, предназначенный дляподключения к фазам асинхронного двигателя и к питающей сети переменноготока, а блок вычисления составляющихвектора потокосцепления ротора снабжен тремя дополнительными входамии выполнен с логическим элементом НЕ,с двумя управляемыми ключевыми элеМентами, с четырьмя сумматорами,35с четырьмя блоками умножения, с четырьмя масштабными элементами, с двумя управляемыми апериодическими звеньями, выходы которых подключены квходам первой пары масштабных эле 40ментов, первые входы первого и второго блоков умножения объединены иподключены к выходу первого управляемого ключевого элемента, а вторыевходы блоков умножения подключены45соответственно к выходам второго ипервого управляемых апериодическихзвеньев, выход первого блока умножения подключен к объединенным первымвходам первого и второго сумматоров,50выход второго блока умножения подключен к объединенным первым входамтретьего и четвертого сумматоров,выходы первой пары масштабных элементов подключены соответственно к вторым входам первого и третьего сум 55маторов, выходьг,которых подключены кпервым входам .третьего и четвертогоблоков умножения, вторые входы которых объединены и подключены к выходувторого управляемого ключевого элемента, а выходы блоков умножения подключены к вторым входам второго ичетвертого сумматоров, третьи входыкоторых подключены к выходам второйпары масштабных элементов, а выходысумматоров соединены соответственнос входами первого и второго управляемых апериодических звеньев, выходы которых образуют выходы блокавычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, первая паравходов названного блока образованавходами второй пары масштабных элементов, вторая пара входов названного блока образована входами управляемых ключевых элементов, управляющие входы которых объединены и черезлогический элемент НЕ образуют первый дополнительный вход блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, другие два дополнительных входа которого образованыуправляющими входами управляемыхапериодических звеньев, при этомблок настройки составлен из генератора импульсных сигналов с двумявыходами, триггера, элемента запуска, двух логических элементов И, логического элемента НЕ, двух интеграторов со сбросом, двух блоков выделения модуля, элемента задания, двухрелейных элементов, четырех элементов сравнения, двух интеграторов,двух ключевых элементов двух масштабных элементов, входы которых образуют первую пару входов блока наст"ройки, выходы масштабных элементовподключены соответственно к первымвходам первой пары элементов сравнения данного блока, вторые входы которых образуют вторую пару входовуказанного блока, выходы первой пары элементов сравнения блока настройки подключены через соответствующие ключевые элементы к входам интеграторов, выходы которых образуютсоответственно третий и четвертыйвыходы блока настройки, входы интеграторов пофазно подключены к входаминтеграторов со сбросом, выходы которых подключены через соответствующие блоки выделения модулей к первымвходам второй пары, элементов сравнения данного блока, вторые входы которых объединены и подхлючены к .выходуэлемента задания, выходы второй парыэлементов сравнения через соответствующие релейные элементы подключены соответственно к первому и второму входам первого логического элемента5 И, выход которого подключен к первому входу триггера, второй вход которого подключен к выходу элЕмента запуска, выход триггера подключен к объединенным первому выходу блока настройки, первому входу второго логического элемента И и входу генератора импульсных сигналов, первый выход которого подключен к объединенным входам сброса интеграторов со сбросом, второму выходу блока настройки и входу логического элемента НЕ, выход которого подключен к второму входу второго логического элемента И, выход которого подключен к объединенным входам управления ключевых элементов, второй выход генератора импульсных сигналов подключен к третьему входу первого логического элемента И, блок коммутации снабжен 25 логическим элементом НЕ и шестью управляемыми ключевыми элементами, первые три из которых предназначены для подключения к питающей сети перемен-. ного тока и к фазам асинхронного дви- ЗО гателя, четвертый управляемый ключевой элемент предназначен для подключения между первой и второй фазами асинхронного двигателя, пятый и шестой управляемые ключевые элементыпредназначены для подключения второйи третьей фазы асинхронного двигателя к соответствующим питающим напряжениям постоянного тока, первый управляющий вход блока коммутации образован входом логического элементаНЕ, соединенного выходом с объединенными управляюшими входами первыхтрех управляемых ключевых элементов,управляющий вход четвертого ключевого элемента подключен к входу логического элемента НЕ, а объединенныемежду собой управляющие входы пятогои шестого управляемых ключевых элементов образуют второй управляющий .вход блока коммутации, причем первыйи второй выходы блока настройки подключены соответственно к первому ивторому управляющим входам блока коммутации, первый выход блока настройки подключен к первому дополнительному входу блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, второй и третий дополнительныевходы которого подключены к третьемуи четвертому выходам блока настройки,первая пара входов которого подключена к выходам блока преобразования напряжений статора, вторая пара входов - к выходам блока вычисления составляющих вектора потокосцепленияротора, 14223521422352 Редактор Л.З ектор Л. Пилипенк аз 4439/5 Тираж 58 Подписи ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/