Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-управляемым электроприводам переменного тока, построенным на основе асинхронных двигателей с коротко - замкнутым ротором, и может быть использовано в системах с высокими требованиями по кочеству регулирования частоты вращения, в частности в приводах главного движения станков с числовым программным управлением. Целью изобретения является повышение точности регулирования частоты вращения ротора двигателя. Указанная цель достигается тем, что в электроприводе с асинхронным двигателем 1, статорные обмотки которого подключены к выходам преобразователя 2 частоты, блоком 3 датчиков фазных токов, датчиком 4 частоты вращения, блоком 14 фазных регуляторов тока, вычислитель скольжения 6, подключенный входами к выходу аналого-цифрового преобразователя 5 и к выходу блока 11 вычисления активной составляющей вектора тока статора, реализует алгоритм работы, обеспечивающий вычисление скольжения не только по сигналу активной составляющей вектора тока статора, но и по ошибке между измеренной частотой вращения и ее эталонным значением на каждом интервале дискретности. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 Н 02 Р 7/42 глпи

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

C е

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

flPH ГКНТ СССР (21) 4332142/24-,07 (22) 23.11.87 (46) 07.01.90. Бюл. Ф 1 ! (71 ) Горьков ский политехнический институт (72) А.И. Зайцев, P.Í.Øàêèðîâ и В.А.Тихомиров (53) 621.313.3.07(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 656175, кл . Н 02 Р 5/34, 1979.

Авторское свидетельство СССР

N - 1026272, кл. Н 02 P 5/34, Н 02 P 7/42, 1981, (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-yapaaqsемым электроприводам переменного тока,построенным на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, f и может быть использовано в системах с высокими требованиям по качеству регулирования частоты вращения, в частности в приводах главного движе„„SU„„1534735 А1

2 ния станков с числовым программным управлением. Целью изобретения является повышение точности регулирования частоты вращения ротора двигателя °

Указанная цель достигается тем, что в электроприводе с асинхронным двигателем 1, статорные обмотки которого подключены к выходам преобразователя 2 частоты, блоком 3 датчиков фазных токов, датчиком 4 частоты вращения, блоком 14 фазных регуляторов .тока, вычислитель скольжения 6, подключенный входами к выходу аналогоцифрового преобразователя 5 и к выходу блока 11 вычисления активной составляющей вектора тока статора, реализует алгоритм работы, обеспечивающий вычисление скольжения не только по сигналу активной составляющей вектора тока статора, но и по ошибке между измеренной частотой вращения и ее эталонным значением на каждом ин-. тервале дискретности. 2 ил.

1534735

Изобретение относится к электро— технике, а именно к частотно-управляемым электроприводам переменного тока, построенным на основе асинхронных дви5 гателей с короткозамкнутым ротором, и может быть использовано в системах с высокими требованиями по качеству регулирования частоты вращения, в частности в приводах главного движе1 . ния станков с числовым программным управлением.

Целью изобретения является повышение точности регулирования частоты вращения ротора двигателя. 15

На фиг. 1 представлена функциональ.ная схема электропривода переменного тока, на фиг. 2 — алгоритм работы вычислителя скольжения.

Электропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель 1 с короткозамкнутым ротором, статорнь<е ,обмотки которого подключены к выхо— Ààì преобразователя 2 частоты, блок 3 датчиков фазных токов, датчик 4 ,частоты вращения, установленный на валу асинхронного двигателя 1, ана, лого-цифровой преобразователь 5,подключенный к выходу датчика 4, вычислитель 6 скальжения, блок 7 вычисле,ния опорного угла с двумя входами и ,последовательно соединенные задатчик, 8 частоты вращения, элемент 9 сравнения, блок 10 вычисления требуемого момента двигателя, блок ll вычис35 ленни активной составляющей вектора тока статора-, вычислитель 12 модуля вектора тока статора, векторный преобразователь 13 и блок 14 фазных регуляторов тока другои вход которого 40 подключен к выходу блока 3 датчиков фазных токов, а выходы — к соответствующим управляющим входам преобразователя 2 частоты, При этом выход аналого-цифрового преобразователя 5 подключен к другому входу элемента

9 сравнения и к одному из входов блока 7 вычисления опорного угла, другой вход которого подключен к выходу вычислителя 6 скольжения, а вы.— ход — к другому входу векторного преобразователя 13. Выход блока 11 вычисления активной составляющей вектора тока статора подключен к входу вычислителя 6 скольжения . Вычислитель 6 скольжения снабжен дополнительным входом, подключенным к выходу аналого-цифрового преобразователя 5, и ре<лиэует алгоритм работы, представленный на фиг, 2, по которому величина скольжения Я,„ на,(п+!)-м такте расчета определяется дискретнь<м выражением

)Q н (и+11 = а<Я n+I) + абая (n) — b, >>,„(n) — с< i< I n+I) — с i< (n) параметры а,, а, — Ь<, -с<, -с подстраиваются в процессе работы электропривода таким образом, чтобы ошибка

g(n+1) между частотой вращения ротора и ее эталонным значением, задаваемым реакцией эталонной модели по выражению

Ц Ä(n+1) = -а, И„„(п1 — а Я„м (п-1)+

+ с", i< t, и+1) + с",ь.<„(nj, была не больше допустимого значения с.

Подстройка параметров определяется выражениями: а (n+1) = а< пJ — $Ы (n+1); а (и+11 = а (ng — (u (n);

-b< (n+Ij =-b,$.n) -Ци<„ГпJ;

-с, (п+1) =-с, Гп1 — 1„g Ln+l) с< (и< 1) с 1П) (1.<ц (n) Ь1п4.11 — csign В (n+I) где

lGl =Ю (n+I) +Я 1п) + (Q,„(n) + м и м

Постоянные коэффициенты а,, а „с<, с эталонной модели 2-го порядка и бпределяются желаемыми динамическими характеристиками электропривода переменного тока.

Цифровые блоки системы управления электропривода выполнены на базе микропроцессорных БИС серии К1801, К580.

Электропривод переменного тока работает следующим образом.

Функционально система управления электроприводом выполнена двухконтурной: внешний — цифровой контур регулирования частоты вращения, выполняющий также функции формирования задающих токов статора, реализован программно на базе микропроцессорных

БИС, внутренний — контур регулирования фазных токов статора, реализован аппаратно на дискретных элементах.

5 6

Jy Д- модуль вектора потокосцепле— ния ротора.

Значение активной составляющей тока статора с выхода блока 11 поступает на вход вычислителя 12 модуля вектора тока статора. Последний осуществляет вычисление модуля упомянутого вектора i<, реализуя вы° 2 ° г ражение 1 i> ) i

i < — постоянная величина составляющей вектора тока статора, определяющая желаемое значение модуля вектора потокосцепления ротора. Полученное знаМение модуля поступает на один из входов векторного преобразователя 13.

Цифровой вычислитель 6 скольжения определяет значение скольжения Я д на (n+1)-M интервале дискретности согласно алгоритму фиг.2, реализуя умножение вектора сенсоров и вектора расчетных коэффициентов (ае а2 Ь С С2) 5 153473

Рассмотрим работу блоков с начала (и+1)-ro интервала дискретности То микропроцессорной системы управления.

Цифровой задатчик 8 частоты вращения.

5 выдает значение требуемой частоты вращения ротора на (и+1)-м интервале дискретности. Последнее поступает на один из входов элемента 9 сравнения, на второй вход которого по окончании и-го интервала поступает значение измеренной частоты вращения ротора на (n+I )-м интервале дискретности у (n+1) с выхода аналого-цифрового преобразователя S. Элемент 9 сравнения определяет значение разности между заданной на (и+1)-м и измеренной на (n+l ) -м интервале дискретности частотами вращения, которая поступает на вход блока 10 вычисления требуемого момента двигателя, осуществляющего расчет момента М, который должен развивать асинхронный двигатель 1 на (n+2)-м интервале для того, чтобы отработать заданное зна- 25 чение частоты вращения на (n+1)-м интервале дискретности.

Блок 10 реализует следующую функ6 = (ы (п+11, <а (п, р ы,„(п), (и+1), 1, „(и) ) циональную с вяз ь:

М (и+1) = M(n) + g e(n+1J +

+ g, е (nJ + g2e (n-1), где eon+1) = Ы (и+11- (д(п+1), 35

gp> Я ю

g — постоянные коэффици2 енты, зависящие от параметров объекта регулирования. 40

Значение электромагнитного момента с выхода блока 10 поступает на вход блока 11 вычисления активной составляющей вектора тока статора. Последний осуществляет вычисление активной 45 составляющей вектора тока статора

1<,,, ортогональной вектору потокосцепления ротора < 2, которая должна иметь место в асинхронном двигателе 1 на (n+2) ì интервале дискрет- 50 ности для того, чтобы последний мог развить требуемый электромагнитный момент N . Блок 11 реализует следующую связь.

i<3 ™ЭiK tV2), где К, — постоянный коэффициент, зависящий от параметров двиГателя 1 ЗЯБ (+ 1) = а, Я (и+ 1)+ а. (,) (п)

-д,(3Я„, (n) -с, 1, (и+1) с 2113 (и)

Вектор сенсоров формируется из следующих переменных электропривода: значения измеренной частоты вращения ротора Ц (n+1) значения требуемой

QKTHBH0H составляющей тока ctBTopB

i (и+1 1 и значений скольжения

Р (д1„En частоты вращения ротора

gfn) и тока i, 1п) на предыдущем интервале дискре тно сти.

Параметры вектора расчетных коэффициентов для определения скольжения на (n+1)-м интервале дискретности подстраиваются в процессе работы электропривода по следующим выражениям:

" (и+1) = ь (и), если l 3 Cn+1) =ñ с," (ле1) - с (л) — 15 (n+I), если

18 (n+1)! > с где — параметр алгоритма адаптации, с — постоянный параметр, выбираемый из условия необходимой точности регулирования час1534735 тоты вращения и величины возмущающих воздействий, $fn+I j = У (и+1)

--.Q (n+I) — ошибка между частотой вра- 5 эм щения ротора и ее эталонным зчачением.

Следовательно, подстройка параметрс1в определяется выражениями

10 а, (и) -I t2 (и+1), = а (п J- (g Я, --" Г"3 -((") °

=-с, (и) -|;, (n+1 J, =-c,Ånj -(i<3 Х а< t n+I j C" 11

-b, (n+I)

-с, $n+Ij

-с l (n+I ) 15

Вычисление параметра алгоритма

QBnтации осуществляется по следующему выражению .

B «n+I) — csign -8(и+Д

IG I 2. 1

rge (Г>) = Ы (и+1) + Ы>(и) + |с>,„(nJ +

+ i, fn+I) + i, tnj

Эталонное значение частоты вращен««я ротора двигателя задается реакцией эталонной модели дискретным уравнением

@)M ln«I) =-a, Q>< an) a<(gIaM t.n+ cli< (n+IJ + с i„i (A, 35

9(п+1) = 9 п ) +(2Я(п+1) +

+ j3Q i„fn+I) ), 55

|аиоминают его, после чего полученное значение поступает на один из входов векторного преобразователя

13. Последний вычисляет значения за

Постоянные коэффициенты а а е-„ м м .м с эталонной модели определяются . 6. желаемыми динамическими характеристиками электропривода.

В свою очередь, значения измерен- 4 ной частоты вращения ротора на (и+1)-и интервале дискретности M Pn+1) с выхода аналого-цифрового преобразователя 5 и скольжения РУ||| с выхода цифрового вычислителя 6 скольжения 45 поступают на входы блока 7 вычислеНия опорного угла, осуществляющего вычисление требуемого углового положения вектора тока статора на (и+2)-и интервале дискретности, используя выражение данных фазных токов статора i $n+lg

Э ц Pn+I), i Pn+1), которые поступают в цепи заданий блока 14 фазных регуляторов.

Определение функций корня квадратного в вычислителе 12 и синусов в векторном преобразователе 13 осуществляется табличным способом,т.е. значения функций предварительно вычисляются в необходимом диапазоне и записываются в постоянные запоминающие устройства.

В результате этого на (и+1 )-м интервале дискретности на статор асинхронного двигателя 1 подаются такие напряжения с выхода преобразователя

2 частоты, которые позволяют отработать заданные токи статора и частоту вращения ротора.

Работа электропривода на последующих интервалах дискретности осуществляется аналогично описанной.

Таким образом, дополнительное подключение вычислителя скольжения к выходу аналого-цифрбвого преобразователя и реализация в нем алгоритма работы, представленного на фиг. 2, обеспечивает вычисление требуемого скольжения не только по сигналу активной составляющей вектора тока статора, но и по ошибке между измеренной частотой вращения и ее эталонным значением на каждом интервале дискретности, благодаря чему осуществляется адаптация скольжения к изменя|ощимся параметрам электропривода и повышается точность регулирования частоты вращения ротора асинхронного двигателя в динамических режимах работы в сравнении с известным решением.

Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к выходам преобразователя частоты, блок датчиков фазных токов, включенный на выходе преобразователя частоты, датчик частоты вращения, установлен"

«ъ«й на валу асинхронного двигателя, аналого-цифровой преобразователь, подключенный к выходу датчика, вычислитель скольжения, блок вычисления опорного угла с двумя входами и последовательно соединенные задатчик частоты вращения, элемент срав1534735

10

Фиг. 2

Составитель А. Жилин

Техред М. Дидык

Редактор А. Шандор

Корректор В. Кабаций

Заказ 5б Тираж 450 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 нения, блок вычисления требуемого момента двигателя, блок вычисления активной составляющей вектора тока статора, вычислитель модуля вектора .тока статора, векторный преобразо5 ватель и блок фазных регуляторов тока, другой вход которого подключен к выходу блока датчиков фазных токов, а выходы — к соответствующим управляющим входам преобразователя частоты, при этом выход аналого-цифрового преобразователя подключен к другому входу элемента сравнения и к одному из входов блока вычисления опорного угла, другой вход которого подключен к выходу вычислителя сколь" » жения, а. выход — к другому входу векторного преобразователя, выход блока вычисления активной составляющей вектора тока статора подключен к входу вычислителя скольжения, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности регулирования частоты вращения ротора в динамических режимах, вычислитель скольжения снабжен дополнительным входом, подключенным к выходу аналого-цифрового преобразователя, и реализует алгорйтм работы, представленный на фиг.2.