Устройство для вычисления вектора главного потокосцепления асинхронной машины с короткозамкнутым ротором

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к электроприводам переменного тока, и может быть использовано в системах управления электромагнитным моментом асинхронной машины при высоких требованиях к их точности и быстродействию . Целью изобретения являзтся повышение точности вычисления вектора главного потокосцепления асинхронной машины . Для этого в устройство введен блок 7 идентификации направляющих косинуса и синуса вектора главного потокосцепления, выполненный в виде точной следящей системы , работающей в скользящем режиме, и подключенный соответственно первым и вторым векторными входами к выходу блока 1 вычисления оценки вектора производной главного потокосцепления и выходу векторного интегратора 3. При этом осуществляется коррекция векторного интегратора 3 сигналом обратной связи, полученным как разность выходного вектора векторного интегратора и его восстановленного (с помощью вычисленных направляющих косинуса и синуса и оценки модуля вектора главного потокосцепления)значения, следствием чего является повышение точности работы устройства. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 02 P 5/402

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Йи2.7 (21) 4684339/07 (22) 27.04.89 (46) 23.10.91, Бюл. ¹ 39 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) В,В.Панкратов (53) 621.316.7(088.8) (56) Патент ФРГ ¹ 2833542, кл. Н 01 Р 5/402, 1981.

Рудаков В.В., Столяров И.М., Дартау В.А.

Асинхронные электроприводы с векторным управлением. — Л.: Энергоатомиздат. 1987, с. 21. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ

ВЕКТОРА ГЛАВНОГО ПОТОКОСЦЕПЛЕНИЯ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводам переменного тока, и может быть использовано в системах управления электромагнитным моментом асинхронной машины при высо„„5U„, 1686685 Al ких требованиях к их точности и быстродействию. Целью изобретения является повышение точности вычисления вектора главного потокосцепления асинхронной машины, Для этого в устройство введен блок 7 идентификации направляющих косинуса и синуса вектора главного потокосцепления, выполненный в виде точной следящей системы, работающей в скользящем режиме, и подключенный соответственно первым и вторым векторными входами к выходу блока

1 вычисления оценки вектора производной главного потокосцепления и выходу векторного интегратора 3. При этом осуществляется коррекция векторного интегратора 3 сигналом обратной связи, полученным как разность выходного вектора векторного интегратора и его восстановленного (с помощью вычисленных направляющих косинуса и синуса и оценки модуля вектора главного потокосцепления) значения, следствием чего является повышение точности работы устройства, 2 з.п, ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1686685

Изобретение относится к электротехни- системы, содержащей два преобразователя ке, а именно к электроприводам переменно- 8 и 9 (фиг. 2) координат из трехфазной него тока, и может быть использовано в подвижной системы координат в ортогосистемах управления электромагнитным нальную, две следящие системы 10 и 11 по моментом асинхронной машины при высо- 5 осям а,/Зортогональной неподвижной сиских требованиях к их точности и быстродей- темы координат соответственно и два фильствию для идентификации параметров тоа 12 и 13. Вход фильтра 12 соединен с вектора главного потокосцепления асинх- выходом следящей системы 10, а вход ронной машины с короткозамкнутым рото- фильтра 13 — с выходом следящей системы ром. 10 11, а их выходы являются векторным выхоЦелью изобретения является повыше- дом блока 1 вычисления оценки вектора ние точности вычисления вектора главного производной главного потокосцепления, потокосцепл ения. Входы первого преобразователя 8 коордиНа фиг. 1 приведена функциональная нат образуют входы, предназначенные для схема устройства для вычисления вектора 15 подключения сигналов, пропорциональных главного потокосцепления асинхронной ма- фазным напряжениям, а входы второго прешины с короткозамкнутым ротором; на фиг, образователя 9 координат образуют входы, 2 — схема блока вычисления оценки вектора предназначенные для подключения сигнапроизводной главного потокосцепления; на лов, пропорциональных фаэным токам фиг. 3 — схема блока идентификации направ- 20 асинхронной машины соответственно. Перляющих косинуса и синуса вектора главного вые входы следящих систем 10 и 11 подклюпотокосцепления. чены к первому и второму выходам

Устройство для вычисления вектора преобразователя 8 координат соответственглавного потокосцепления асинхронной ма- но, а их вторые входы — соответственно к шины с короткозамкнутым ротором содер- 25 первому и второму выходам преобразоватежит блок 1 (фиг. 1) вычисления оценки ля 9 координат, Каждая из следящих систем вектора производной главного потокосцеп- 10 и 11 содержит первое звено 14 суммироления, выход которого соединен с суммиру- вания, суммирующий вход которого отражающим входом первого векторного ет первый вход следящей системы, первый сумматора 2, выход которого подключен к 30 вычитающий вход подключен к выходу первходу векторного интегратора 3, векторный врго масштабирующего элемента 15, второй перемно>китель 4, второй векторный сумма- вычитающий вход — к выходу компаратора тор 5, суммирующий вход которого соеди- 16, а выход — к входу интегратора 17, выход нен с выходом векторного интегратора 3, которого соединен с суммирующим входом вычитающий — с выходом векторного пере- 35 второго звена 18 суммирования, вычитаюмножителя 4, а выход — с вычитающим вхо- щий вход которого подключен к выходу втодом первого векторного сумматора 2, блок рого масштабирующего элемента 19, а

6 вычисления модуля, вход которого под- выход-к входу компаратора16. Входы перключен к выходу векторного интегратора 3, вого и второго масштабирующих элементов а выход — к первому входу векторного пере- 40 15 и 19 соединены между собой и являются множителя 4, блок 7 идентификации на- вторым входом следящей системы, причем правляющих косинуса и синуса вектора первый и второй масштабирующиеэлеменглавного потокосцепления, первый и второй ты 15 и 19 имеют коэффициенты, пропорцивходы которого подключены соответствен- ональные активному сопротивлению и но к выходу блока 1 вычисления оценки 45 индуктивности рассеяния обмотки.статора вектора производной главного потокосцеп- асинхронной машины соответственно. ления и выходу векторного интегратора 3, а Упомянутые звенья суммирования 14 и первый и второй выходы соединены с вто- 18 совместно с масштабирующими элеменрым и третьим входами векторного пере- тами 15 и 19, интегратор 17, компаратор 16 множителя 4 соответственно. Первый, 50 ифильтры12,13 могутбытьреализованы на второй и третий входы блока 1 образуют базе операционных усилителей. входы, предназначенные для подключения Векторные сумматоры 2 и 5 устройства сигналов, пропорциональных фазным на- и векторный интегратор 3 могутбыть реалипряжениям, а четвертый, пятый и шестой зованынабазедвухоперационныхусилитевходы —. для сигналов, пропорциональных 55 лей. фазным токам асинхронной машины соот- Векторный перемножитель 4 может ветственно. быть построен на базе двух цифроаналогоБлок 1 вычисления оценки вектора про- вых преобразователей, при этом их опоризводной главного потокосцепления Мо ные входы соединены с выходом блока 6 жет быть выполнен в виде скользящей вычисления модуля, а их информационные

1686685 (цифровые) входы подключены к первому и второму выходам блока 7 идентификации направляющих косинуса и синуса вектора главного потокосцепления.

Блок 7 идентификации направляющих косинуса и синуса вектора главного потокосцепления может быть выполнен в виде следящей системы, работающей в скользящем режиме и содержащей два умножителя

20 и 21, сумматор 22, первый компаратор 23., логический блок 24, цифровой интегратор

25, преобразователь 26 кодов синуса и косинуса, второй и третий компараторы 27 и

28. Первые входы умножителей 20 и 21 являются соответственно первой а и второй

Р фазами первого векторного входа блока

7, их выходы подключены к пеовому и второму суммирующим входам сумматора 22, ВыхОд которого соединен с ВхОдОм перВого компаратора 23. Выход логического блока

24 подключен к входу цифрового интегратора 25, выход которого соединен с входом преобразователя 26, первый и второй выходы которого подключены соответственно к вторым входам умножителей 20 и 21 и являются соответственно первым и вторым выходами блока 7, входы второго и третьего компараторов 27 и 28 соединены соответственно с второй фазой Р второго векторного входа и с первой фазой а первого векторного входа блока 7 идентификации направляющих косинуса и синуса вектора главного потокосцепления, выходы компараторов 23, 27 и 28 подключены соответственно к первому, второму и третьему входам логического блока 24.

Умножители 20 и 21 могут быть построены на базе цифроаналоговых преобразователей, при этом их опорные входы соединены соответственно с первой аи второй Р фазами первого векторного входа блока 7, а информационные (цифровые) — с первым и вторым выходами преобразователя 26 соответственно.

Сумматор 22 и компараторы 23, 27 и 28 могут быть реализованы на базе операционных усилителей.

Логический блок 24 может быть построен в соответствии с приведенной таблицей истинности, где л л

dФ:д- б ) 8 а =- Яц — соя р + — — - в! и «у 1dt с dt логический сигнал на выходе компаратора

23, который соединен с первым входом логи,к

5 d «d b) ческого блока 24: Я

dt d. иS логические сигналы на выходах компараторов 27 и 28, которые соединены соответственно с вторым и третьим входами логического

10 блока 24; b — логический сигнал на выходе ло;ического блока 24.

Цифровой интегратор 25 может содержать генератор 29 прямоуольных импульсов, два элемента ИЛИ 30 и 31 и один

15 инвертор 32, двоичный реверсивный счетчик 33. Причем выход генератора 29 прямоугольных импульсов подключен к перэым входам первого и вгорого элементов ИЛИ

30, 31, выходы которых подключсны соот20 ветственно к суммирующему входам реверсивного счетчика 33, вход инвертора 32 соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ 31 и является ВХОДОМ цифровОго интегратора 25, выход инвертора 32 под25 кл очен к второму входу первого элемента

ИЛИ 30, при этом выход реверсивного счетчика 33 является выходом цифрового интегратора 25, Преобразователь 26 кодов синуса и ко30 синуса может быть построен в виде постоянно"o запоминающего устройства.

Устройство для вычисления вектора главного потокосцепления асинхронной машины с короткоэамкнутым ротором работа35 ет следующим образом, Перед началом управления моментом асинхронной машины она должна быть намагничена (возбуждена) до заданного значения модуля вектора главного

40 потокосцепления, что обеспечивается работой контура оегулирования модуля вектора главного потокосцепления. В режиме намагничивания машины запрещается работа цифрового интегратора 25 блока 7 иденти45 фикации направляющих косинуса и синуса вектора главного потокосцег:ления, его выходной код равен нулю и на выходах преОбразователя 26 поддерживаются коды и \

cos pq-„,и sin р, соответствующие cosy,= 1

50 и з! и p = О, Преобразователи 8 и 9 координат блока 1 вычисления оценки вектора производной главного потокосцепления в соответствии со значениями фаэных значений напряжения и тока, подаваемыми на их входы, вырабатывают сигналы проекций векторов напряжения и тока статора на оси а, ф которые подаются на соответствующие входы первой и второй следящих систем 10 и 11 того же блока, На выходах следящих систем

1686685 формируются кусочно-постоянные сигналы, средние значения которых равны оценкам проекций вектора производной главного потокосцепления машины на оси а, /3соответственно, которые выделяются с помощью фильтров 12 и 13, частота среза амплитудно-частотной характеристики которых должна быть организована в 6-10 раз меньшей, чем частота переключений компараторов 16, входящих в состав следящих систем 10 и 11. На выходах фильтров 12 и 13 формируются непрерывные сигналы оценок проекций вектора производной главного потокосцепления машины на оси Q, В ортогонально неподвижной системы коордиб о . d,М .6 нат

dt dt и, Эти сигналы поступают на векторный сумматор 2, выходной сигнал которого подается на векторный интегратор 3, вырабатывающий оценку вектора главного потокосцепления машины, модуль которого i@pl выделяется на выходе блока 6 вычисления модуля, С помощью векторного сигнала обратной связи, поступающего на вычитающий вход векторного сумматора 2, который равен разности оценки вектора главного потокосцепления и его восстановленного с помощью векторного перемножителя 4 значения (получается на выходе векторного сумматора 5), поддерживается выполнение равенства; фщ.=, leap I фон,= О. с помощью контура регулирования модуля вектора главного потокосцепления машины обеспечивается его равенство заданному значению. При этом создается вектор главного потокосцепления, направленный оо оси а.

В режиме постоянства модуля вектора главного потокосцепления может производиться регулирование момента асинхронной машины. При этом работа блока 1 вычисления оценки вектора производной главного потокосцепления аналогична описанной выше.

При постоянстве модуля вектора главного потокосцепления1фЦ разрешается работа цифрового интегратора 25, В этом состоянии блок 7 идентификации направляющих косинусов вектора главного потокосцепления работает в скользящем режиме, обеспечивая выполнение равенства:

О Я б Ъ „ ;

dt dt ФЮ

+ ф sin py= О.

Компаратор 23 характеризует знак отклонения существующего состояния от требуемого и его„выходной сигнал

d, pt. а=$ц(, cos p + является управляющим для логического блока 24, режим работы которого задается

10 выходными сигналами компараторов 27 и

4 о дФ

В зависимости от выходного сигнала логического блока 24 к содержимому двоичного реверсивного счетчика цифрового интегратора или прибавляется количество импульсов генераторов (b = 1), или оно вычитается из содержимого счетчика (Ь = О).

При этом на выходах преобразователя 26 получаем коды оценок направляющих косил л нуса (cos р и синуса (sin р ) вектора глав- ного потокосцепления асинхронной машины, Векторный перемножитель 4 формирует восстановленную оценку вектора главного потокосцепления асинхронной машины, фазные сигналы которой равны соответственно л

Jog g„= фо l co s ф

g g„= lg

Векторные сумматорыф 2 и 5, векторный интегратор 3, блок 6 вычисления модуля работают аналогично описанию, приведенному выше, С помощью сигнала обратной связи по разности оценки вектора главного потокосцепления и его восстановленного с помощью векторного перемножителя 4 значения ф о о, полученного на векторном сумматоре 5, который заводится на вычитающий вход векторного гумматора 2, обеспечивается равенство Q = ф оо . Вектор л адовое ориентирован по выходным сигналам блока 7 идентификации направляющих косинуса и синуса вектора главного потокосцепления, которые получены как сигналы обратных связей в следящей системе, работающей в скользящем режиме, и потому с высокой степенью точности отражает истинное положение вектора главного потокосцепления. Выходной сигнал l Ql блока 6 вычитания модуля имеет высокую степень фильтрации относительно его входного вектора 4. При этом во всем диапазоне рабочих частот будет устранен дрейф нулей векторного интегратора 3 и, следовательно, обеспечена высокая точность вычисления вектора главного потокосцепления машины.

1686685

50

Таким образом, предлагаемое устройство для вычисления вектора главного потокосцепления асинхронной машины с короткозамкнутым ротором имеет более высокую, по сравнению с известным, точность вычисления вектора главного потокосцепления вследствие коррекции векторного интегратора сигналом обратной связи, полученным, как разность выходного вектора векторного интегратора и его восстановленного с помощью вычисленных направляющих косинуса и синуса, и оценки модуля вектора главного потокосцепления значения, а также того, что блок идентификации направляющих косинуса и синуса вектора главного потокосцепления построен в виде достаточно точной следящей системы, работающей в скользящем режиме.

Кроме того, выходные сигналы последнего блока можно непосредственно использовать для ориентации вектора тока машины при регулировании ее электромагнитного момента, следовательно, будет обеспечена более точная ориентация вектора тока статора и повышение качества регулирования электромагнитного момента машины, Формула изобретения

1. Устройство для вычисления вектора главного потокосцепления асинхронной машины с короткозамкнутым ротором, содержащее блок вычисления оценки вектора производной главного потокосцепления с входами для подачи сигналов фазных токов и напряжений упомянутой асинхронной машины и выходом, соединенным с суммирующим входом первого векторного сумматора, выход которого подключен к входу векторного интегратора, векторный перемножитель, второй векторный сумматор, суммирующий вход которого соединен с выходом вектОрного интегратора, вычитающий — с выходом векторного перемножителя, а выход — с вычитающим входом первого векторного сумматора, блок вычисления модуля, вход которого подключен к выходу векторного интегратора, а выход — к первому входу векторного перемножителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности вычисления вектора главного потокосцепления, введен блок идентификации направляющих косинуса и синуса вектора главного потокосцепления, первый и второй векторные входы которого подключены соответственно к выходу блока вычисления оценки вектора производной главного потокосцепления и выходу векторного интегратора, а первый и второй выходы образуют выходы устройства для вычисления вектора главного потокосцепления

45 асинхронной машины с короткозамкнутым ротором и соединены с вторым и третьим входами векторного перемножителя соответственно.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок вычисления оценки вектора производной главного потокосцепления выполнен с двумя преобразователями координат из трехфазной неподвижной системы координат в ортогональную, двумя фильтрами и двумя следящими системами, каждая из которых содержит первое звено суммирования, суммирующий вход которого образует первый вход следящей системы, первый вычитающий вход подключен к выходу первого масштабирующего элемента, второй вычитающий вход — к выходу компаратора, а выход — к входу интегратора, выход которого соединен с суммирующим входом второго звена суммирования, вычи— тающий вход которого подключен к выходу второго масштабирующего элемента, а выход — к входу компаратора, входы первого и второго масштабирующих элементов соединены между собой и образуют второй вход следящей системы, причем первый и второй масштабирующие элементы имеют коэффициенты, пропорциональные активному сопротивлению и индуктивности рассеяния обмотки статора асинхронной машины соответственно, входы первого преобразователя координат образуют входы блока вычисления оценки вектора производной главного потокосцепления, предназначенные для подключения сигналов.фазных напряжений асинхронной машины, входы второго преобразователя координат образуют входы названного блока, предназначенные для подключения сигналов фазных токов асинхронной машины, первые входы первой и второй следящих систем подключены к первому и второму выходам первого преобразователя координат .соответственно, а вторые их входы — соответственно к первому и второму выходам второго преобразователя координат, входы фильтров соединены с выходами соответствующих следящих систем, а их выходы образуют векторный выход блока вычисления оценки вектора производной главного потокосцепления.

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок идентификации направляющих косинуса и синуса вектора главного потокосцепления выполнен с двумя умножителями, сумматором, тремя компараторами, логическим блоком, построенным в соответствии с таблицей истинности, цифровым интегратором и преобразователем

1686685

12 кодов синуса и косинуса, при этом первые входы первого и второго умножителей образуют соответствующие фазы, первого векторного входа блока идентификации направляющих косинуса и синуса вектора главного потокосцепления, их выходы подключены к первому и второму суммирующим входам сумматора, выход которого соединен с входом первого компаратора, выход логического блока подключен к входу цифрового интегратора, выход которого соединен с входом преобразователя кодов синуса и косинуса, первый и второй выходы которого образуют соответствующие выходы блока идентификации направляющих косинуса и.синуса вектора главного потокосцепления и подключены соответственно к вторым входам первого и второго умножи5 телей, входы второго и третьего компараторов соединены соответственно с второй фазой второго векторного входа и первой фазой первого векторного входа блока идентификации направляющих косинуса и

10 синуса вектора главного потокосцепления, а выходы первого, второго и третьего компараторов соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами логического блока.

Составитель А. Жилин

Редактор В. Бугренкова Техред М.Моргентал Корректор О. Кравцова

Заказ 3610 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101