Устройство для определения координат асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе
Изобретение относится к электротехни се. Целью изобретения является попышение точности регулирования частоты . Угсазанная цель обеспечивается тем, что в устройство определения координат асинхронного двигателя (АД) введе блок 9 формирования разрьшных переме1и-:ь х, цекторньд анализатор 10, фop ;иpoвaтeль 1 1 кода цифровой составлярошей скорости, масштабный элемент |2 и cy DiaTop 13. Это позволяет в цепях выт-птслекия координат состояния АД операции умножения осл-ществлять с по ;оц:ью диЛфоаналоговык умножителе : , облада ощих ь;алой погрешностью, Кроме того, это улз чшает качество информации об угловой скорости 57s необходимой в системе регулирования АД. 10 ил. 1 табл. 00 Од
1283929
Изобретение относится к электротехнике и может быть Hc17oSIE,çoâ7«(o в регулируемом асинхронном электроприводе общепромышленного назначения.
Цель изобретения — повышение точности регулирования частоты вращения двигателя путем повышения тoH«!ncти определения координат.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства определения координат; на фиг.2 — развернутая структурная схема блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора; на фиг.3 — развернутая структурная схема вычисления составляющих вектора тска статора, на фиг,4 и 5 — развернутые структурные схемы двух вариантов выполнения блока формирования разрывных переменных; на фиг.б — упрощенная принципиальная электриче кая схема формирователя кода цифровой составляющей скорости; на фиг-/в принципиальная электрическая схема преобразователя фазных составляющих напряжения в прямоугольные; на фиг.8— упрощенная принципиальная электрическая схема векторного анализа;-ора; на фиг.9 — определяемые секторы угла поля; на фиг. I0 — секторы вектора разности измеренного и выччслЕ«(його токов в неподвижных прямоугольных координатах.
Устройство по фиг.1 содержит датчики 1 фазных токов, подключенные к преОбразователю 2 фазнь(х составляю— щих тока в прямоугольные, датчики 3 фазных напряжений, подключеннь:е к преобразователю 4 фазных составляющих напряжения в прямоугольные, два элемента 5 и б сравнения, блок 7 вычисления составляющих вектора тока статора, блок 8 вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора, блок 9 формирования разрывных Г?е13= менных, векторный анализатор 10, формирователь I1 кода цифровой состав-: ляющей скорости, масштаб (ый элемент
12, сумматор 13, Причем выходь! 4 и 15 первой и второй составляющих измеренного тока преобразователя 2 соединены с од— ноименными входами 16,17 блока 8, а также с неинвертирующими входами 18, 19 первого и второго элементов 5 и 6 сравнения соответственно. Выходы 20, 21 первой и второй составляющих потокосцепления блока 8 соединены с одноименными входами 22,23 блока 7. Выходы 24 и 25 :..pðl)oé и второй составляющих вычисленного тока блока 7 подклю (ее(ы к инвертирующим входам 26 и 27 е(ервого и второго элементов 5 и 6 сравнения соотв-тств= ííî. Выходь: 28 и 29 первой и второй cccTPâ,ляющих напряжения преобразователs(-, соединее-:ы с одноименными входами ЗС и 31 блока 7. Быхо;еы 32„ 33 первого и вTopo!.о iлементов 5 и 6 сравнения
1(одк1((()чень: к входам 34,35 разности измеренной и вычисленной первой и второй составляющих вектора ток;;. блока 9. Выход 36 разрывной со".òàâëÿþ;.!IpII cKopoc TH блока 17сдкл(0чен K Од
:-еоименному в хо;(у 37 блока 8, а гакже к входу 38 масштаб!oгс элемента !2 н входу 39 фо.3мирова7 ели 1 (, bb(xoii; 40 (p!HKTH!3((0! IIQ;3сме;!)*.Ой б (ока 9 co«l!H
i ьн с од((13«еме)е)(ь(ь 11 ходом -"! бл-к . .
Входы 42 и 43 первой и второй составля(ощих измеренного тока 331îKа 7 1)одключены к вь, одам 14, i 5 преосразсваселя 2. Выход 44 фор.(ирователя 11 подк:пv(ен к вход;}(! 45.- 6.4 i и 4г) цифровой скорости блока 9, блока 8 - блoKiI 7 л сумма Зра 13 сос "ве- ствен о. ,.((ру! Ой вход 49 сумь атора I Ç соединен выходом 50 ((,"Ic.(ï абн ого элемента г
1 .. Выходы 0 и 1 б(?Ока }(От)ключены к
",((?Оиме((е(ы 1 . хода(3 1 )! .! Kторе)с г"
CIi},Уг а гl К ОСI:I! у Са 3 I!i 1(O "!EI З.- .К 1 Ор
GHAT!!!oа Ора 10 ссед ((! ень! с Од
«(н: (ь(«! EII:О-а:.;и 5 3 J (:..1ока
О Пау(! . v С I О "(С } а л«}Л«()От СЯ г углог ой OKcp;>c .-)в((1 дтеля э 3, -ВЕННС Е:Е.-.::ИЧИ:;". —:C. О ..ОСЦЕПЛЕ(}ИЯ
Е-; О «3
35:icиме
Вт (3 сумма (; Е" СT
ОотОра > с". }у са H (}Ос(}е(3 са „ . ((л= пс,(я
«екторнсго а!!ализатора 10. л)EOK 8 БИЧ."(С:! Pl(Êß СО -- - а) -.-ля(" (ЦИХ.= "кторе пото! "г е "(г "- 1г сс-Ог7 с",«(е(3,1- жегг умножителн 58--61,- :г. 2,, су?(1(а—
7 Зры 62 63. ма .,(т,.(б (ь... Он бс, 69(, е(}(тег Затор(:(70 н 7!, О
IT;"-рвь.е вхрди ум!«..; .I е-,,,::(ей 56 „5 вход ((а (:(IT:7 (!? (т О )1! p! H7 =; 6 с единены с выходом HHòåãpiòopà 71. а вь(хсд(ие, е! ра QT)p) 1 0 сое?динан с вхс
K(a c(U7 7á«I (; Ko s HeIse«IT a 68 H пер— (/
I}i ((H входами, <((OI}! Hт с((ей 3 J H 6 1
Вторые входы умножителее} 58,61 и 59, 60 об ье,(HI! c(}b! попарно и;еод(сл:аче(}„!
cooтветст!p(!«!c к вхо;(ам 37 ч 46 слака 8. Инвер Еирующие входы сумматора
62 IIpHcoBpHI(B((l(к выходу масштабно1«с э:(еме ITH 68 к вь(хî:!y .м ожителя
1283929
-- ))
1) 1" < ((1! « а
1 ((10!
,„,,х"
;та (.. () = С (
«
-( ь т,, — )<
I.i г!
) (. y
Ci ())((гq (J(1
Cl t
) .,т
i ..i (1()) т с1 t
= I (,?
"Ь
< с! — ° <
): ". — --г
C! ) (. (! <
<- U,) р( (P, (— „1)) (T T.)) т(т ) i !
sT я—
E!ocTyrIaeT информация о коде угла поля. Входы схемы 107 соединены с входами 55 и 5б блока 9. Выход схемы 106 выделения знака скорости саедтп)ен с соответствующим входом элемента 108, à вход схемы 10б соединен с входом А<5 блока 9.
Формирователь 11 кода цифровой составляющей скорости содерх(ит
<,фиг.б) тактовый генератор 109 прямо угопьных импульсов, селектор 110, реверсивный счетчик 111 и кодовый преобразователь 112. Выход тактового генератора 109 соединен с входом так товых импульсов селектора )10. У!нрав ляющий вход се)тектара 110 coeT ; <не с входом 39 фар)«)нравателя 1 . Гря(.тот! выход селектор -I ) 0 саедll!! ен с c« . èH
Г)УЮ1тттт;! ВХОДОМ О: ВЕРСИВНО О C -ICTTIITI(C
1 ) I 1;))версньтй выход (.електат>н )0
СО ЕД-;тт)ЕН С ВЬ(Ч .)ТаЮЕт(ИМ НХО(т <М -ЧЕТИ И†! (;= : 11. Вь;x(;;Eы гииравот а счетчика ) с Ое)тин еilы с cаOТВ етc. н«)(TO!i)III нl входами кодового преобразат?ателя 1 2, выходы E(oтор<т га вместе с т ь(ха!(ам стари)егО разрЯт.а рсверcIIE AQP«!?(РО 3НТЕ ПЯ ) c p !1ñ i во I) cl() 0 . cT (.)i(!,"< у )Г«3& с б разом. 11р) еабтт)аз ада . ел(ь 2 T o!(() т! (! т)реа . РаЗОВНТЕЕ?(Ь .(Наг(РЯ;«CI ттй ОС „:ii - т
Ж("!. НР СОО НЕТIC ВЕННО В СО С а <,<<,<<< )< .!C ОбО()щенных Ejc: ОрО)? тока I,,, < напр)тжения 1.,, 1. статара <-: ))р)<моуга.—,ьпой системе !oop!TI I!TiI«(i! TT(IT 3 сительно кора(! 1 ьр; l!i(:и -я р<. «ра I 1 )7 (- 1 где z u r — активные сопративленитя з « обмоток статора и рпТОра; 1. и L, приведенные индуктивности статора и РотoPa; L к — взаимнаЯ инДУктивность ротора и статара. Устройство представляет собой элек-,poEIíóþ модель асинхронного двигателя 56, функциоь)ттрую)пую в реальном «<ас(т)табе вре )е! и с коррекцией по разности (рассогласованит()) измеге<тных токов T. 1 двттгателя 56 т(ссатветЫ. ств«лгщих им вычислен!)ых l ) в )7 блоке 7 . Вел! тчт-тны раз <-;остей % — 1, — T, и .т Т1:, =- ),, — T i получают )э i! à выходах 32 и ".3 зг(ементав 5 и б срагт(ения сао" j=.,<«тстве «0. I .адель опи<.. ЫВ аЕТСЯ УРаВ НЕ)! ИЯМИ:, а r 1.), x 1)(-; - (:, (,),,,т, (- „:,",:";.-,. ГО(т НЕ- СТВУК< ) < ° р 1 (1<,)T.IKTHI=,!!» лере;!6!-:i!»Я = ! 1 е (j!? ые „!на ура)вн P )? НЯ; е! а!Отс Я {.,„0 мас: j c Líi м элемента;- 2 и ««!i 3 Top oM, 3 ° i! c-СTI!o,
)О<к ()?т?<»)?О?<;вт,, и ))) саа. ветс ненна.< ) 7 12 и „ 1 — составляющие разности измеренного и вычисленного токов в прямоугольной системе координат (d q) с осям»», направле»»г»ь»ми по полю и ортогонально ему, то в модели возникает так Называемый скользящий режим, который обусловит сходимость ,М вычисленных переменных I, 1, (j и Iy к соответствующим реальным перер менным состояния асинхронного двигателя 56. Первый вариант выполнения блока 9 (фиг.4) формирует корректирующие сигналы И„„ и р по вышеприве. денным уравнениям. Получение величин hip и ЬI происходит к коорди1 натном преобразователе 94 согласно уравнениям и I 1 =- »» 2 Со s 8,ц,+ г» Х,» 8 in 8»,», C h. I = - g I S i n 8, + 1» Т CosH..., v » где Я вЂ” угол поля, т.е. угол между осью с», неподвижной системы координат и напряжением вектора потокосцепле ия и2»»» осью с1. Второй вариант исполнения блока 9 (фгг.5) решает задачу формирования сигналов О», и р» на основе ц»»фроВой элемее»тг»ОЙ базы С помощью сумматоров 100 и 101 на входы релейпых элементов 102-105 поступают величины g I< и 5 ? и их личейные комбинации. По выходным сигналам релей»»ых элементов 102-105 можно судить, в каком секторе (фиг. 10) находится вектор разности изморенного и вычисленного токов, Эти сигналы пос тупают на вхадь» элемента 108 постоянной памяти, который может быть выпo2»нен на основе микросхемы ПЗУ. Схема формирования хода угла поля определяет, в каком секторе (фиг. 9);»axoпится вектор чотокосцепления ротора асинхронного двигателя, т. е. вь:числяет в соответствующегл коде угол поля H . Информация о коде 8»„ поступает на соответс твующ»;е входь» элемента 108. Сигнал о знаке »,» выделяется с помощью схег.ь» 106 по информации о цифровой скорости, поступаюшей на вход »5 блока 9. Затем этот сигна;» идет на соответству»сщий вход элемента 108. Элемент 108 постоянной гамяти функционирует согласно предлагаемой таблице функционирования элемента. постоянной памяти блока формирования разрывных переменных. На выходах этого элеменротора. Образование кода цифровой составляющей скорости происходит в формироg иателе 11 (фиг.б). На вход 39 форми— равателя 11 поступает разрывная сос тавляющая скорости (»„. В зависимости от текущего значения ди, которое мо— жет принимать лишь два дискретных уровня, цифровой переключатель 110 направляет прямоугольные импульсы, .-»ду»»;ие от тактового генератора 109, либо на суммирующий вход реверсивного счетчика 111, либо на его вычитающий вход. На выходе счетчика 111 получа- ется и-разрядный двоичный код, который подается на входы кодового преобразователя 112. Старший разряд, обозг» наченпый 2 определяет знак скорости Ц. Код модуля цифровой составляющей скорости формируют в кодовом преобразователе 112 по следующим логическим фу»»»," »»ия»„» С = Л O++1 В (равнознач ность) где А = à »» — значение старшего раз 2 ряда кода на выходе счетчика 111; В= в „ — значение младших разря2, дов кода на выходе в, счетчика 1 11; С= с »»-» — значения разрядов кода 45 модуля цифровой состав" с ляющей скорости. » Логику работы кодового преобразователя 112 (фиг.б) можно также описать следующим образом. Если старший разряд соответствует уровню логической единицы, то c l. = с2 i, а если старший разряд соответствует уровню логического нуля, то с i = в2i — 0,1,...,n — 1, где i — разряды двоичного кода модуля цифровой составля»ощей скорости. Кодовый преобразователь 112 может быть выполнен на 40 стандартных логических микросхемах. На выходе 44 формирователя 11 возни83929 8 та образуются корректирующие разрыв»»ые сигналы»,, и»»» . Сигналы S in 0 < и Co s 9»» . снимаются 1 с выходов 53,54 векторного анализатора 10 и на выходе 57 последнего вырабатывается напряжение, соответствующее величине (модулю) вектора потокосцепле»»ия ротора (<»2 ). На входы 51 и 52 векторного анализатора 10 10 поступают сигналы »» и »1г с выходов М 20 и 21 блока 8; соответствующие составляющим вектора потокосцепления 1283929 кает и-разрядный код цифровой скорости, один из разрядов которого несет информацию о знаке скорости, а остальные — о двоичнсм коде цифровой составляющей скорссти. Фактически формирователь 11 является кнтегратором сигнала Ы, выполненном на основе пкфровой элементной базы. Информация с цифровой составляющей скорости поступает на вход 48 сумматора 13. Здесь она преобразуется в аналоговый эквивалент и складывается с промасштабированнай разрывной составляющей скорости. На выходе 55 сумматора 13 образуется вели- 15 чина Д., соответствующая угловой скорости двигателя 56. Таким абразсм, снабжение устройства для определения координат асин) храннаго двигателя блоком формирования разрывных переменных, векторным анализатором, формирователем кода цифровой составляющей скорости, масштабньп! элементом и сумматором дает возможность использования двух составляющих скорости — разрывной к цифровой, с преобладающим (на порядок) весам цифровой. Эта позволяет в цепях вычисления координат состояния Зо двигателя некоторые Операции умножения производить с помощью цифроаналоговых умножителей, обладающих малой погрешностью, что обеспечит павыта!1ие точности определения координат асинхронного двигателя. Кроме того, это улучшает качества информации à угловой скорости 0, необходимой в системе регулирования асинхронным электроприводом. 40 Ф а р и у л а и з o " p е т е:.! и я Устройства 17Я определения координат QcHI!F 6JIoI CPQBHPHH5I СООТВЕТСТВЕ!11 О ГЬ!ХОЧЫ ПЕР B 0 H H B T 0 P O H C O C T Q D J1 51 IOII; I? Z 1I Q I1P F. 7i<8 H HЯ преобразователя фазньа< сас"",=.. ляю!11)1х напряжения В пр51моугол1:ные соединены с ОдH акме н ными Бха) аl!н Е! J!Ока :!. ч1;с— ления cocTQDJ я!011!51Х Б зк 1 Ора " 01 - 1 CT:тора а т л к ч Q <) IJ "= е C D« теи. что с целью повышения .- -ности регулирования частоты Вращен-.=я;;115!5 ате! I5i П),!ТЕМ ПОВЫШЕ!!H51 Таинi)).Т)-. ОП-ПЕГ.-":liQНИЯ КООРДИНАТ Х 5 1 CTPoè à ) ) 1 сн «Ь;-;CD О блокам формирования рQQp!:::)н«!х 1)ере-менных, Вектарныи анал5!з=-тараи, фор-. мирователем кад цифраг)ой составляющей скорости, масштабным элементсм, C) IП!а ГОРО!"!) ГDH.!E>i В!.!л< ) Ы 11 «ЭВ01 С К В! OPODO ЭЛЕМЕНТОВ CP;ID): Q!1ИЯ 1)ОД1<ЛЮ-!В ны к входам скгналов раз:.0CT)-. измеренной и вычкс )BF!HOH пс)р-зай и BTopoFI <)oстQвляющих БектopQ т(:ка бJ. Ок-:. фаp МИРОВ аНИЯ PQQ PDIBHÛë IP. )) < 1 !Е1 .!Н 11Х . Ля!ХОД разрывной cocTQBDB!ощей с. .арости 1 Входам масштаана"0 -лс:!.ента ;- . Ор— иг)рователя када,"."..po а.." са<..:; .:..1!.)ь) — é скорости„выход фю -канай:1-ер.:! Внак б 101<а фармкраванкя раol)! Вн; гх переиенных соединен с однаки нь и Вхо, .о: Слака вычисления c()CTQDл!1ю1,1кх век гo— 1 ра тока стQтара., D::О,;ь! Нср -."О.. <,тс— г-)ай составляющих изме))-1 но с та!<а катапа го подклю ень! I: )-::: г; -;, е н)-5,--;. даи преабразаватег.Q 1))азньг)< сос-авляю-! i!èõ тока в пряиаугол1 нь)е. Вы-:<;)д фopиирователя када ц51фравай саста-.=.. л:-: шей с.карос гк 1одк гю-!ен к «;;n;IQ:; !фрсвай .-карасти блока ио;: -1рс)ванкя- .;:з„ i,1;11!D!< Леременнь)< б1!Ока Вы ) с pi HF! саставляlОщих векTopQ та)<а статара, ГЛОХ а Выч исле11кя с Остап !1511<)ii;!I)< Век та"= pQ патокосцепленкя ратoаа к сук.ма:-оГа, дру 1 ай БхОд llаследн сга сое;!ивен )28392 астРОяство для ОНРеделення ЕООРдинАт IV л IV VI VII VII VIII VIII a - побое состоонио с выходом масштабного элемента, выходы первой и второй составляющих потокосцепления блока вычисления составляющих вектора потокосцепления ротора подключены к. одноименным вхо- 5 дам векторного анализатора, выходы синуса и косинуса угла поля которого 9 )2 соединены с одноименными входами блока формирования разрывных переменных, выходами устройства являются выход угловой скорости двигателя сумматора и выходы величины потокосцепления ротора, синуса и косинуса угла поля векторного анализатора. ! (Ц",П ? Г) "- 1 I,; Г.Р. P f, ", 5 XcF Хд Г 77 б-, 6.К . - У ° ( 2Я3929 : Ф :/ ,Х . У 45 а —— Г=-"= Ф. 6 .Ю /РЯ 1 гая — - = — . / j А 1 j ) ;.1 U Р, Г ,= — 1А.О Е ,! /Д ! с; 3 / (;-! (l 1 1 У :! - р ) k ( t 1 Ф/г7 (; „". !! zp — +!. 1 - !) Р! у °, / 3 Г., 8J /pe" \ ! (у (! ! < Л ! 1 (! 283929 Составитель В.Тарасов Редактор А.Долинич Техред В.Кадар Корректор Т. Колб Заказ 7456/56 Тираж 661, Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4
