RU2132110C1 - Method for optimal vector control of induction electric motor and electric drive which implements said method - Google Patents
Method for optimal vector control of induction electric motor and electric drive which implements said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2132110C1 RU2132110C1 RU98105552A RU98105552A RU2132110C1 RU 2132110 C1 RU2132110 C1 RU 2132110C1 RU 98105552 A RU98105552 A RU 98105552A RU 98105552 A RU98105552 A RU 98105552A RU 2132110 C1 RU2132110 C1 RU 2132110C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- current
- inputs
- amplitude
- orthophase
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемым электроприводам переменного тока, и может использоваться для минимизации потерь электроэнергии при питании асинхронного электродвигателя от преобразователя, а также для регулирования момента и скорости асинхронных электродвигателей, в том числе для машин и механизмов, оснащаемых асинхронными электродвигателями без датчиков на валу электродвигателя: в нефтедобыче для станков-качалок и глубинных погружных электронасосов нефтяных скважин, для насосов и вентиляторов, для электромобилей, для электрошпинделей станков, в ткацких станках и в химически активных средах. The invention relates to electrical engineering, in particular to variable AC electric drives, and can be used to minimize energy losses when feeding an induction motor from a converter, as well as to regulate the moment and speed of induction motors, including for machines and mechanisms equipped with asynchronous motors without sensors on the motor shaft: in oil production for rocking machines and deep submersible electric pumps of oil wells, for pumps and fans, To EVs electrospindle for machine tools, in weaving looms and in chemically active environments.
Известен способ векторного управления асинхронным электродвигателем, при котором питают статорные обмотки асинхронного электродвигателя переменным током, равным разности синхронно изменяемых с частотой синхронизации косинусоидального (синфазного) и синусоидального (ортофазного) токов статора, амплитуды которых изменяют в зависимости от заданного момента из условия фазового сдвига вектора тока статора относительно фазы синхронизации на угол, равный арктангенсу отношения амплитуд синфазного и ортофазного тока [1] (Патент РФ N 1458951, В.А. Мищенко, Н.М. Мищенко, приоритет 26.03.1984 г.). There is a method of vector control of an induction motor, in which the stator windings of the induction motor are supplied with alternating current equal to the difference of the stator currents synchronously changed with the synchronization frequency of the cosine (in-phase) and sinusoidal (orthophase) currents, the amplitudes of which vary depending on a given moment from the phase shift of the current vector stator relative to the synchronization phase by an angle equal to the arc tangent of the ratio of the amplitudes of the common-mode and orthophase current [1] (RF Patent N 1458951, V.A Mishchenko, N.M. Mishchenko, priority 03/26/1984).
Электропривод для осуществления этого способа содержит инвертор, силовые выходы которого через датчики фазного тока подключены к статорным обмоткам асинхронного электродвигателя, а управляющие входы через блок формирования управляющих импульсов и связанный с датчиками фазного тока блок ШИМ-регулятров тока соединены с выходами прямого преобразователя двухфазно-трехфазных координат, выходы которого подключены к выходам прямого преобразователя декартовых координат [1]. The electric drive for implementing this method contains an inverter, the power outputs of which are connected via phase current sensors to the stator windings of the asynchronous electric motor, and the control inputs are connected to the outputs of the direct converter of two-phase-three-phase coordinates through the unit for generating control pulses and the block of PWM current regulators connected to the phase current sensors the outputs of which are connected to the outputs of the direct Cartesian coordinates transformer [1].
Недостатками этого технического решения являются высокие потери электроэнергии в асинхронном электродвигателе, низкая точность регулирования момента и скорости и малый диапазон регулирования асинхронного электродвигателя без применения датчиков на электродвигателе, что не позволяет эффективно использовать регулирование момента и скорости для многих машин и механизмов, в которых затруднено или невозможно использование датчиков, конструктивно связанных с асинхронным электродвигателем (например, в нефтяной и химической промышленности). The disadvantages of this technical solution are high losses of electricity in an induction motor, low accuracy of torque and speed control and a small range of regulation of an induction motor without the use of sensors on the motor, which does not allow the effective use of torque and speed control for many machines and mechanisms in which it is difficult or impossible the use of sensors structurally associated with an induction motor (for example, in the oil and chemical industries sti).
Наиболее близким (прототипом) является техническое решение, представляющее способ оптимального векторного управления асинхронным электродвигателем, при котором питают статорные обмотки асинхронного электродвигателя переменным током, равным разности синхронно изменяемых с частотой синхронизации косинусоидального (синфазного) и синусоидального (ортофазного) токов статора, амплитуды которых изменяют в зависимости от заданного момента из условия оптимальности угла фазового сдвига вектора тока статора относительно вектора потокосцепления ротора преимущественно на уровне, близком к ±π/4 [2] (Патент РФ N 1515322, В.А. Мищенко, приоритет 11.05.1984 г.). The closest (prototype) is a technical solution that represents a method of optimal vector control of an induction motor, in which the stator windings of the asynchronous motor are supplied with alternating current equal to the difference of the stator currents synchronously changed with the synchronization frequency, the sinusoidal (in-phase) and sinusoidal (orthophase) currents, whose amplitudes vary in depending on a given moment from the condition of the optimum phase angle angle of the stator current vector relative to the flow vector rotor Lenia preferably at a level close to ± π / 4 [2] (RF Patent N 1515322, VA Mishenko, priority of 11.05.1984).
Электропривод для осуществления этого способа оптимального векторного управления содержит инвертор, силовые выходы которого через датчики фазного тока подключены к статорным обмоткам асинхронного электродвигателя, а управляющие входы через блок формирования управляющих импульсов и связанный с датчиками фазного тока блок ШИМ-регуляторов тока соединены с выходами прямого преобразователя двухфазно-трехфазных координат, входы которого подключены к выходам прямого преобразователя декартовых координат, при этом ортофазный и синфазный входы прямого преобразователя декартовых координат соединены с выходами соответственно регулятора ортофазного тока и регулятора синфазного тока, задающий вход регулятора ортофазного тока подключен к выходу адаптивного регулятора момента, вход задания момента которого соединен с выходом регулятора скорости, задающим входом подключенного к блоку задания скорости [2]. The electric drive for implementing this optimal vector control method comprises an inverter, the power outputs of which are connected to the stator windings of the induction motor through phase current sensors, and the control inputs are connected to the outputs of the direct converter two-phase by means of a control pulse generation unit and a block of PWM current regulators connected to the phase current sensors -three-phase coordinates, the inputs of which are connected to the outputs of the direct converter of Cartesian coordinates, while the orthophase and in-phase the inputs of the direct Cartesian coordinates converter are connected to the outputs of the orthophase current controller and the common-mode current controller, respectively, the input of the orthophase current controller is connected to the output of the adaptive torque controller, the input of the torque reference of which is connected to the output of the speed controller, the input connected to the speed reference unit [2].
Недостатками этого технического решения являются невозможность минимизации потерь электроэнергии и регулирования момента и скорости асинхронного электродвигателя без датчика скорости на валу электродвигателя, что вызвано зависимостью параметров вектора тока статора от измеренной величины скорости вращения, получаемой на выходе датчика скорости на электродвигателе. The disadvantages of this technical solution are the impossibility of minimizing energy losses and regulating the moment and speed of an induction motor without a speed sensor on the motor shaft, which is caused by the dependence of the parameters of the stator current vector on the measured value of the rotation speed obtained at the output of the speed sensor on the electric motor.
Недостатком является ограниченность применения электропривода в нефтяной, химической промышленности, в электромобилях, в электрошпинделях, где по различным условиям эксплуатации невозможно или затруднительно использование каких-либо датчиков, конструктивно связанных с электродвигателем. Например, глубинный погружной асинхронный электродвигатель центробежного электронасоса для добычи нефти располагается в нефтяной скважине на глубине 2 - 3 км и питается от наземного преобразователя частоты специальным погружным трехфазным силовым кабелем, по которому невозможна передача информации с глубинного погружного датчика скорости и, следовательно, невозможно использование оптимального векторного управления асинхронным электродвигателем по техническому решению согласно прототипу [2]. The disadvantage is the limited use of the electric drive in the oil, chemical industry, in electric vehicles, in electric spindles, where, under various operating conditions, it is impossible or difficult to use any sensors structurally associated with the electric motor. For example, a deep-well submersible asynchronous electric motor of a centrifugal electric pump for oil production is located in an oil well at a depth of 2–3 km and is powered by a special three-phase submersible power cable from the ground frequency converter, which cannot transmit information from a deep-seated submersible speed sensor and, therefore, it is impossible to use the optimal vector control of an induction motor according to the technical solution according to the prototype [2].
Задача минимизации потерь электроэнергии в асинхронном электродвигателе за счет оптимального векторного управления асинхронным электродвигателем без датчиков на двигателе, которая впервые ставится в настоящем изобретении, нова, актуальна и высокоэффективна для электроэнергетики, так как половина электроэнергии, производимой в мире, потребляется асинхронными электродвигателями без датчиков на электродвигателе, а созданные типовые твердотельные силовые модули преобразователей частоты становятся соизмеримыми по стоимости, габаритам и надежности с защитно-отключающей аппаратурой, повсеместно применяемой для подключения асинхронных электродвигателей к промышленной сети в количествах 50-70 млн. штук. The task of minimizing the loss of electricity in an induction motor due to the optimal vector control of an induction motor without sensors on the motor, which is first posed in the present invention, is new, relevant and highly efficient for the electric power industry, since half of the electricity produced in the world is consumed by asynchronous motors without sensors on the electric motor and the created standard solid-state power modules of frequency converters become commensurable in cost, overall am and reliability with protective shut-off equipment, universally used for connecting asynchronous electric motors to an industrial network in quantities of 50-70 million units.
Целью изобретения является минимизация потерь электроэнергии в асинхронном электродвигателе без применения датчиков на электродвигателе, повышение точности регулирования оптимальных режимов с учетом насыщения магнитопровода электродвигателя при расширении диапазона регулирования момента и скорости. The aim of the invention is to minimize the loss of electricity in an induction motor without the use of sensors on the motor, improving the accuracy of optimal control modes taking into account the saturation of the magnetic circuit of the motor while expanding the range of torque and speed control.
Решение указанной задачи, на осуществление которой направлено изобретение, и поставленная цель изобретения достигаются техническим решением, заключающимся в том, что в способе оптимального векторного управления асинхронным электродвигателем, при котором питают статорные обмотки асинхронного электродвигателя переменным током, равным разности синхронно изменяемых с частотой синхронизации косинусоидального (синфазного) и синусоидального (ортофазного) токов статора, амплитуды которых изменяют в зависимости от заданного момента из условия оптимальности угла фазового сдвига вектора тока статора относительно вектора потокосцепления ротора преимущественно на уровне, близком к ±π/4, дополнительно измеряют двухфазное напряжение статора и двухфазный ток статора, затем вычисляют путем интегрирования разности измеренных напряжений и токов амплитуду потокосцепления ротора, кроме того, величину синусной и косинусной функций фазы потокосцепления ротора, пропорционально которым регулируют соответственно синусный (ортофазный) и косинусный (синфазный) токи статора путем сравнения заданных и измеренных относительно указанных синусной и косинусной функций фазы потокосцепления ротора амплитуд ортофазного и синфазного токов статора, при этом заданную амплитуду синфазного тока изменяют пропорционально измеренной амплитуде ортофазного тока, величину которой задают пропорционально отношению заданного момента к вычисленной амплитуде потокосцепления ротора, частоту скольжения регулируют пропорционально отношению измеренной амплитуды ортофазного тока и амплитуды потокосцепления ротора, а скорость вращения регулируют путем сравнения заданной скорости вращения с текущей скоростью вращения, которую вычисляют путем суммирования частоты скольжения с частотой синхронизации, равной частоте синусной и косинусной функций фазы потокосцепления ротора. The solution of this problem, the invention is aimed at, and the goal of the invention is achieved by a technical solution, namely, in the method of optimal vector control of an asynchronous electric motor, in which the stator windings of the asynchronous electric motor are supplied with alternating current equal to the difference synchronously changed with the synchronization frequency of the cosine ( in-phase) and sinusoidal (orthophase) stator currents, the amplitudes of which vary depending on a given moment from The optimality of the angle of the phase shift of the stator current vector relative to the rotor flux vector mainly at a level close to ± π / 4, the two-phase stator voltage and the two-phase stator current are additionally measured, then the rotor flux link amplitude is calculated by integrating the difference of the measured voltages and currents, in addition, the magnitude sine and cosine functions of the rotor flux linkage phase, proportionally to which the sine (orthophase) and cosine (in-phase) stator currents are regulated respectively introducing predetermined and measured relative to the indicated sine and cosine functions of the rotor flux linkage phase of the stator orthophase and in-phase current amplitudes, the predetermined common-mode current amplitude is proportional to the measured orthophase current amplitude, the value of which is set proportionally to the ratio of the given moment to the calculated rotor flux-coupling amplitude, the slip frequency is regulated proportionally the ratio of the measured amplitude of the orthophase current and the amplitude of the flux linkage of the rotor, and the rotation speed I regulate by comparing the set rotation speed with the current rotation speed, which is calculated by summing the slip frequency with the synchronization frequency equal to the frequency of the sine and cosine functions of the rotor flux linkage phase.
Для осуществления способа оптимального векторного управления в электроприводе, содержащем инвертор, силовые выходы которого через датчики фазного тока подключены к статорным обмоткам асинхронного электродвигателя, а управляющие входы через блок формирования управляющих импульсов и связанных с датчиками фазного тока блок ШИМ-регуляторов тока соединены с выходами прямого преобразователя двухфазно-трехфазных координат, входы которого подключены к выходам прямого преобразователя декартовых координат, при этом ортофазный и синфазный входы прямого преобразователя декартовых координат соединены с выходами соответственно регулятора ортофазного тока, задающий вход регулятора ортофазного тока подключен к выходу адаптивного регулятора момента, вход задания момента которого соединен с выходом регулятора скорости, задающим входом подключенного к блоку задания скорости, дополнительно к силовым выходам инвертора подключен датчик фазных напряжений, два выхода которого непосредственно и через сумматор фазных напряжений подключены ко входам двух сумматоров, вторые входы двух сумматоров соединены с выходами обратного преобразователя двухфазно-трехфазных координат, входами подключенного к датчикам фазного тока, выходы двух сумматоров соединены со входами двух интеграторов, выводами подключенными ко входам двух других сумматоров, вторые входы которых соединены с выходами обратного преобразователя двухфазно-трехфазных координат, выходы сумматоров соединены с первыми входами двух делителей и одновременно - с двумя входами блока вычисления амплитуды потокосцепления ротора, выход которого подключен к объединенным вторым входам делителей, выходы делителей соединены с синусным и косинусным входами прямого и обратного преобразователей декартовых координат, два входа обратного преобразователя декартовых координат подключены к выходам обратного преобразователя двухфазно-трехфазных координат, ортофазный и синфазный входы обратного преобразователя декартовых координат подключены ко входам обратной связи соответственно регуляторов ортофазного и синфазного токов, кроме того, ортофазный выход обратного преобразователя декартовых координат соединен через блок выделения модуля со входом блока оптимального управления синфазным током, выходом подключенным к задающему входу регулятора синфазного тока, второй вход блока оптимального управления синфазным током соединен со вторым выходом адаптивного регулятора момента, при этом ортофазный выход обратного преобразователя декартовых координат соединен с первым входом блока вычисления частоты скольжения, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления амплитуды потокосцепления ротора, синусный и косинусный входы прямого и обратного преобразователей декартовых координат соединены со входами блока вычисления частоты синхронизации, выходом подключенного к первому входу сумматора частот, второй вход сумматора частот соединен с выходом блока вычисления частоты скольжения, выход сумматора частот подключен ко входу обратной связи регулятора скорости и одновременно ко второму входу адаптивного регулятора момента, третий вход которого соединен с выходом блока вычисления амплитуды потокосцепления ротора. To implement the method of optimal vector control in an electric drive containing an inverter, the power outputs of which are connected via phase current sensors to the stator windings of an asynchronous electric motor, and the control inputs are connected to the outputs of the direct converter via a block of control pulse generation and phase sensors connected to the phase current sensors two-phase-three-phase coordinates, the inputs of which are connected to the outputs of the direct converter of Cartesian coordinates, while orthophase and in-phase the inputs of the direct Cartesian coordinates converter are connected to the outputs of the orthophase current controller, the input of the orthophase current controller is connected to the output of the adaptive torque controller, the input of the torque reference of which is connected to the output of the speed controller, the input of which is connected to the speed reference unit, in addition to the power outputs of the inverter phase voltages, two outputs of which are directly and through an adder of phase voltages connected to the inputs of two adders, the second inputs two adders are connected to the outputs of the inverter of the two-phase-three-phase coordinates, inputs connected to the phase current sensors, the outputs of two adders are connected to the inputs of two integrators, the outputs are connected to the inputs of two other adders, the second inputs of which are connected to the outputs of the inverter of the two-phase three-phase coordinates, the outputs adders are connected to the first inputs of two dividers and at the same time to two inputs of the rotor flux link amplitude calculation unit, the output of which is connected to The combined second inputs of the dividers, the outputs of the dividers are connected to the sine and cosine inputs of the forward and reverse Cartesian coordinates, the two inputs of the inverse of the Cartesian coordinates are connected to the outputs of the inverter of the two-phase-three-phase coordinates, the orthophase and common-mode inputs of the inverse of the Cartesian coordinates are connected to the feedback inputs, respectively orthophase and common-mode current regulators, in addition, the orthophase output of the inverse converter of the Cartesian coor inat is connected through the module selection unit to the input of the optimal common-mode current control unit, the output is connected to the master input of the common-mode current controller, the second input of the common-mode current control unit is connected to the second output of the adaptive torque controller, while the orthophase output of the inverse Cartesian coordinate converter is connected to the first input a slip frequency calculation unit, the second input of which is connected to the output of the rotor flux linkage amplitude calculation unit, a sine and cosine input The forward and reverse converters of the Cartesian coordinates are connected to the inputs of the synchronization frequency calculation unit, the output connected to the first input of the frequency adder, the second input of the frequency adder is connected to the output of the slip frequency calculation unit, the output of the frequency adder is connected to the feedback input of the speed controller and simultaneously to the second input adaptive torque controller, the third input of which is connected to the output of the rotor flux link amplitude calculation unit.
Кроме того, в электропривод, выполненный в микропроцессорном исполнении, введены цифровой сигнальный сопроцессор, цифровой сигнальный процессор, программируемая постоянная память, последовательный порт, пульт программного управления и диагностики, при этом блок формирования управляющих импульсов на управляющих входах инвертора выполнен в виде микросхемы драйвера с дополнительным входом разрешения ШИМ, входы микросхемы драйвера соединены с выходами цифрового сигнального сопроцессора, образованными выходами блока трехфазного таймера широтно-импульсной модуляции цифрового сигнального сопроцессора, аналоговые входы которого, соединенные с выходами датчика фазных напряжений и датчика фазных токов, образованы входами встроенного мультиплексного аналого-цифрового преобразователя цифрового сигнального сопроцессора, содержащего кроме того встроенный последовательный программатор команд, встроенный блок векторных преобразований, блок управления регистрами, соединенные между собой и с указанными встроенным мультиплексным аналого-цифровым преобразователем и блоком трехфазного таймера широтно-импульсной модуляции шиной данных и шиной адреса, которые соединены с цифровым сигнальным процессором, программируемой постоянной памятью, последовательным портом и блоком программного управления и диагностики. In addition, a digital signal coprocessor, a digital signal processor, a programmable read-only memory, a serial port, a program control and diagnostics panel are introduced into the microprocessor-based electric drive, while the control pulse generating unit on the control inputs of the inverter is made in the form of a driver chip with an additional PWM resolution input, the driver microcircuit inputs are connected to the outputs of the digital signal coprocessor formed by the outputs of the three-phase time block pulse-width modulation of a digital signal coprocessor, the analog inputs of which are connected to the outputs of the phase voltage sensor and the phase current sensor, are formed by the inputs of the integrated multiplex analog-to-digital converter of the digital signal coprocessor, which also contains an integrated serial command programmer, an integrated vector conversion unit, a block register control, interconnected and with the specified built-in multiplex analog-to-digital converter and th phase timer pulse width modulation data bus and address bus, which are coupled to the digital signal processor, a programmable read only memory, a serial port and the software control and diagnosis unit.
Предлагаемое техническое решение поясняется фигурами чертежей и диаграмм (фиг. 1 - 7), на которых изображены: на фиг. 1 - схема электропривода с оптимальным векторным управлением; на фиг. 2 - схема микропроцессорного электропривода с оптимальным векторным управлением; на фиг. 3 - векторные диаграммы оптимального векторного управления; на фиг. 4 - графики изменения тока статора в статических режимах и режиме минимума тока; на фиг. 5 - графики изменения потосцепления ротора и амплитуд синфазного и ортофазного токов статора при оптимальном векторном управлении в статических режимах электропривода; на фиг. 6 - графики изменения момента в динамических режимах при ограниченном токе статора и оптимального режима максимума момента; на фиг. 7 - осциллограммы динамического процесса оптимального векторного управления моментом электродвигателя при пуске. The proposed technical solution is illustrated by the figures of the drawings and diagrams (Fig. 1 - 7), which depict: in Fig. 1 is a diagram of an electric drive with optimal vector control; in FIG. 2 is a diagram of a microprocessor electric drive with optimal vector control; in FIG. 3 - vector diagrams of optimal vector control; in FIG. 4 - graphs of stator current changes in static modes and current minimum mode; in FIG. 5 are graphs of changes in rotor sweating and in-phase and orthophase stator current amplitudes with optimal vector control in static drive modes; in FIG. 6 - graphs of the change in torque in dynamic modes with a limited stator current and the optimal mode of maximum torque; in FIG. 7 - oscillograms of the dynamic process of optimal vector control of the motor moment at start-up.
Электропривод по схеме на фиг. 1 содержит инвертор 1 (фиг. 1), силовые входы которого через датчики 2, 3 фазного тока подключены к статорным обмоткам асинхронного электродвигателя 4. Управляющие входы инвертора 1 через блок 5 формирования управляющих импульсов и связанный с датчиками 2, 3 фазного тока блок 6 ШИМ-регуляторов тока соединены с выходами прямого преобразователя двухфазно-трехфазных координат. Входы i
Кроме того, к силовым выходам инвертора 1 подключен датчик 14 фазных напряжений с двумя выходами Usa, Usb, подсоединенными ко входам сумматора 15 фазных напряжений.In addition, to the power outputs of the
Совокупность датчика 14 фазных напряжений и сумматора 15 фазных напряжений образует датчик двухфазного напряжения usα,usβ со сдвигом фазы usβ относительно usα на угол ± 90o. Первый выход Usa датчика 15 фазных напряжений, образующий первый выход usα датчика двухфазного напряжения, подключен ко входу первого сумматора 16. Выход сумматора 15 фазных напряжений, образующий второй выход usβ датчика двухфазного напряжения usα,usβ, подключен ко входу второго сумматора 17. Вторые входы первого и второго сумматоров 16, 17 соединены соответственно с первым выходом isα и вторым выходом isβ обратного преобразователя 18 двухфазно-трехфазных координат, два входа которого подключены к выходам isa, isb датчиков 2, 3 фазного тока. Выходы датчиков 2, 3 фазного тока isa, isb подсоединены ко входам сумматора 19 фазных токов и одновременно подключены к двум входам обратных связей блока 6 ШИМ-регуляторов тока. Третий вход isc обратной связи блока 6 ШИМ-регуляторов тока соединен с выходом сумматора 19 фазных токов. Выходы двух сумматоров 16, 17 соединены со входами двух интеграторов 20, 21, выходами подключенными ко входам двух других сумматоров 22, 23, вторые входы которых соединены с выходами isα,isβ обратного преобразователя 18 двухфазно-трехфазных координат. Выходы двух вторых сумматоров 22, 23 соединены с первыми входами двух делителей 24, 25 и одновременно соединены с двумя входами блока 26 вычисления амплитуды потокосцепления ротора, содержащего на входе два умножителя 27, 28 и на выходе - квадратурный вычислитель 29. Выходы умножителей 27, 28 соединены со входами квадратурного вычислителя 29, выход которого образует выход блока 26 вычисления амплитуды потокосцепления ротора, подключенный ко вторым объединенным входам делителей 24, 25. Выходы sin, cos делителей 24, 25 соединены соответственно с синусным и косинусным входами прямого и обратного преобразователей 8, 30 декартовых координат. Два входа isα,isβ обратного преобразователя 30 декартовых координат подключены к выходам isα,isβ обратного преобразователя 18 двухфазно-трехфазных координат. Ортофазный и синфазный выходы Iort, Isyn обратного преобразователя 30 декартовых координат подключены ко входам обратной связи соответственно регулятора 9 ортофазного тока и регулятора 10 синфазного тока. Кроме того, ортофазный выход Iort обратного преобразователя 30 декартовых координат соединен через блок 31 выделения модуля со входом блока 32 оптимального управления синфазным током. Выход блока 32 оптимального управления синфазным током подключен к задающему входу Isyn регулятора 10 синфазного тока. Второй вход блока 31 оптимального управления синфазным током соединен с выходом адаптивного регулятора 11 момента. Ортофазный выход Iort обратного преобразователя 30 декартовых координат соединен также с первым входом блока 33 вычисления частоты скольжения, второй вход которого соединен с выходом блока 26 вычисления амплитуды потокосцепления ротора. Синусный и косинусный входы sin, cos прямого и обратного преобразователей 8, 30 декартовых координат соединены со входами блока 34 вычисления частоты синхронизации. Выход блока 34 вычисления частоты синхронизации подключен к первому входу сумматора 35 частот, второй вход сумматора 35 частот соединен с выходом блока 33 вычисления частоты скольжения. Выход сумматора 35 частот подключен ко входу обратной связи регулятора 12 скорости и ко второму входу адаптивного регулятора 11 момента. Третий вход адаптивного регулятора 11 момента соединен с выходом блока 26 вычисления амплитуды потокосцепления ротора.The combination of the
Электропривод по схеме на фиг. 1 работает следующим образом. Инвертор 1 через датчики 2, 3 фазных токов питает статорные обмотки асинхронного двигателя 4 широтно-модулированными импульсами силового напряжения, длительность которых определяется управляющими импульсами, поступающими с выхода блока 5 формирования импульсов. Блок 6 ШИМ-регуляторов тока регулирует длительности управляющих импульсов путем широтно-импульсной модуляции рассогласований измеренных фазных токов isa, isb, isc и заданных фазных токов i
Широтно-модулированные силовые фазные напряжения Usa, Usb, Usc, образуемые на силовых выходах инвертора 1 в результате широтно-импульсной модуляции рассогласований заданных и измеренных фазных токов, измеряются на выходе инвертора 1 с помощью датчика 14 фазных напряжений. На выходах датчика 14 фазных напряжений образуются сигналы измеренных фазных напряжений Usa, Usb, которые поступают на сумматор 15 фазных напряжений. Фаза "a" инвертора 1 используется как опорная фаза симметричных трехфазных систем напряжения Usa, Usb, Usc, и токов isa, isb, isc, что реализуется непосредственно подачей сигнала измеренного фазного напряжения Usa фазы "a" инвертора 1 с выхода датчика 14 фазных напряжений на вход usα сумматора 16. На выходе сумматора 15 фазных напряжений образуется сигнал измеренного напряжения usβ, отстающего или опережающего напряжение usα = Usa на фазовый угол ± 90o. Сигнал измеренного напряжения usβ поступает на вход сумматора 17. Сумматоры 16, 17 образуют на выходах две разности величин измеренных двухфазных напряжений usα,Usβ и соответствующих измеренных двухфазных токов isα,isβ.
Сигналы измеренных двухфазных токов isα,isβ образуются на двух выходах isα,isβ обратного преобразователя 18 двухфазно-трехфазных координат, преобразующего трехфазную систему измеренных токов isa, isb, isc со сдвигом фаз 120o в двухфазную систему измеренных токов isα,isβ со сдвигом фаз ± 90o. Для этого на два входа обратного преобразователя 18 двухфазно-трехфазных координат подаются сигналы измеренных фазных токов isa, isb с выходов датчиков 2, 3 фазного тока. Для выделения сигнала обратной связи (блока 6 Шим-регуляторов тока) по фазному току isc сигналы двух измеренных фазных токов isa, isb с выходов датчиков 2, 3 фазного тока поступают на входы сумматора 19 фазных токов, выходной сигнал которого подается на вход канала "c" блока 6 ШИМ-регуляторов тока.The pulse-width modulated power phase voltages U sa , U sb , U sc generated at the power outputs of the
The signals of the measured two-phase currents i sα , i sβ are generated at the two outputs i sα , i sβ of the inverter 18 of two-phase-three-phase coordinates, converting the three-phase system of measured currents i sa , i sb , i sc with a phase shift of 120 o into a two-phase system of measured currents i sα , i sβ with a phase shift of ± 90 o . For this, the signals of the measured phase currents i sa , i sb from the outputs of the
Интеграторы 20, 21 производят операцию интегрирования разностей измеренных напряжений usα,usβ и измеренных токов isα,isβ. Полученные на выходах интеграторов 20, 21 сигналы поступают на входы двух других сумматоров 22, 23, на вторые входы которых подаются выходные сигналы isα,isβ обратного преобразователя 18 двухфазно-трехфазных координат. С выходов сумматоров 22, 23 сигналы ψrα, ψrβ, пропорциональные потокосцеплению ротора, поступают на первые входы двух делителей 24, 25 и на два входа блока 26 вычисления амплитуды потокосцепления ротора. Полученные на выходах сумматоров 22, 23 сигналы двухфазного потокосцпления ротора ψrα,ψrβ сдвигнуты друг относительно друга на фазовый угол ± 90o и представляют собой квадратурные составляющие вектора потокосцепления ротора асинхронного электродвигателя 4. С помощью умножителей 27, 28, которые умножают входные величины ψrα,ψrβ на эти же входные величины ψrα,ψrβ, производится вычисление квадратов величин ψ
Сигнал вычисленной (косвенно измеренной) амплитуды потокосцепления ротора ψr с выхода блока 26 поступает на объединенные вторые входы делителей 24, 25. В результате деления сигналов ψrα,ψrβ на величину амплитуды потокосцепления ротора ψr на выходах делителей 24, 25 образуются нормированные (с единичной амплитудой) гармонические сигналы cosφs,sinφs, характеризующие функции фазы φs вектора потокосцепления ротора ψr относительно неподвижной опорной оси "α", совпадающей с осью опорной фазы "a" статора асинхронного электродвигателя 4. Управление углом фазового сдвига εφ вектора тока статора относительно вектора потокосцепления ротора осуществляется путем синхронизации управления и измерения вектора тока в координатах вектора потокосцепления ротора за счет подачи одновременно на синусные и косинусные входы прямого и обратного преобразователей 8, 30 декартовых координат нормированных функций фазы потокосцепления ротора 1•sinφs,1•cosφs, полученных с выходов делителей 24, 25.The integrators 20, 21 perform the operation of integrating the differences of the measured voltages u sα , u sβ and the measured currents i sα , i sβ . The signals obtained at the outputs of the integrators 20, 21 are fed to the inputs of two other adders 22, 23, to the second inputs of which the output signals i sα , i sβ of the inverse transducer 18 of two-phase-three-phase coordinates are supplied. From the outputs of the adders 22, 23, the signals ψ rα , ψ rβ , proportional to the flux linkage of the rotor, are fed to the first inputs of two dividers 24, 25 and to the two inputs of the rotor flux link amplitude calculation unit 26. Received at the outputs of adders 22, 23, the signals of the two-phase rotor flux clamp ψ rα , ψ rβ are shifted relative to each other by a phase angle of ± 90 o and represent the quadrature components of the rotor flux link vector asynchronous
The signal of the calculated (indirectly measured) amplitude of the rotor flux linkage ψ r from the output of block 26 goes to the combined second inputs of the dividers 24, 25. As a result of dividing the signals ψ rα , ψ rβ by the magnitude of the rotor flux coupling amplitude ψ r , the normalized ones are formed at the outputs of the dividers 24, 25 ( with unit amplitude) harmonic signals cosφ s, sinφ s, characterizing the phase function φ s of the rotor flux linkage ψ r relative to the fixed reference axis "α", which coincides with the axis of the phase reference "a" of the stator of the
Поступающие на два входа обратного преобразователя 30 декартовых координат сигналы измеренного двухфазного тока isα,isβ представляют собой проекции вектора тока статора в неподвижных декартовых координатах α,β, одна из осей которых (ось "α" ) совпадает с осью фазы "a" статорной обмотки трехфазного асинхронного электродвигателя 4. С помощью полученных нормированных функций 1•sinφs,1•cosφs производится синхронизация измерения двухфазного тока isα,isβ относительно гармонических функций sinφs,cosφs фазы потокосцепления ротора.The signals of the measured two-phase current i sα , i sβ supplied to the two inputs of the inverse transformer 30 Cartesian coordinates are projections of the stator current vector in fixed Cartesian coordinates α, β, one of whose axes (axis “α”) coincides with the phase axis “a” of the stator winding of a three-phase asynchronous
Аналогично, поступающие на два входа прямого преобразователя 8 декартовых координат сигналы задания проекций вектора тока статора во вращающейся декартовой системе координат x, y синхронизируются по управлению путем векторного преобразования входных проекций x, y относительно фазы φs вектора потокосцепления ротора ψr с помощью полученных нормированных функций 1•sinφs,1•cosφs, подаваемых на синусный и косинусный входы прямого преобразователя 8 декартовых координат.Similarly, the signals for setting the projections of the stator current vector coming to the two inputs of a direct transformer of 8 Cartesian coordinates in a rotating Cartesian coordinate system x, y are synchronized by control by vector transformation of input projections x, y relative to phase φ s of the rotor flux link vector ψ r using the obtained normalized
В результате векторных преобразований в функции sinφs,cosφs на выходе прямого преобразователя 8 декартовых координат образуются сигналы заданного двухфазного тока i
Получаемый с первого выхода обратного преобразователя 30 декартовых координат сигнал проекции isx вектора тока статора на ось x, совпадающую с осью вектора потокосцепления ротора, пропорционален косинусной функции фазы φs потокосцепления ротора и совпадает по фазе с вектором потокосцепления ротора, в связи с чем образуется синфазный (косинусоидальный) ток статора, например, для фазы "a" isyn a = Isyn • cosφs.
На втором выходе обратного преобразователя декартовых координат образуется сигнал isy = Iort проекции вектора тока статора ортогональной по отношению к вектору потокосцепления ротора Проекция isy характеризует ток статора, опережающий по фазе в двигательном режиме и отстающий по фазе в режиме торможения на угол ± 90o относительно фазы φs потокосцепления ротора ψr, в связи с чем образует ортофазный (синусоидальный) ток статора, например, для фазы "a" iort a = ± Iort • sinφs. Результирующий ток статора асинхронного электродвигателя 4 регулируется равным разности синфазного (косинусоидального) и ортофазного (синусоидального) токов статора, например, для фазы "a" isa = isyn - iort.The projection signal i sx of the stator current vector received from the first output of the inverse transformer 30 Cartesian coordinates on the x axis, which coincides with the axis of the rotor flux linkage vector, is proportional to the cosine function of the rotor flux linkage phase φ s and coincides in phase with the rotor flux linkage vector, and therefore the in-phase (cosine) stator current is generated, for example, for phase "a" i syn a = I syn • cosφ s .
At the second output of the inverse Cartesian coordinate converter, a signal i sy = I ort of the projection of the stator current vector is formed orthogonal to the rotor flux linkage vector The projection i sy characterizes the stator current, outstripping in phase in the motor mode and lagging in phase in braking mode by an angle of ± 90 o relative to the phase φ s of the rotor flux linkage ψ r , and therefore forms an orthophasic (sinusoidal) stator current, for example, for phase "a" i ort a = ± I ort • sinφ s . The resulting stator current of the asynchronous
Таким образом, сигналы на выходах обратного преобразователя 30 декартовых координат характеризуют амплитуды синфазного тока Isyn и ортофазного тока Iort.Thus, the signals at the outputs of the inverter 30 Cartesian coordinates characterize the amplitude of the common-mode current I syn and the orthophase current I ort .
В динамических режимах электропривода происходят отклонения ΔIort,ΔIsin измеренных амплитуд Iort, Isyn ортофазного и синфазного токов, полученных на выходе обратного преобразователя 30 декартовых координат относительно заданных амплитуд I
Заданный момент M*, величина которого образуется на выходе пропорционально-интегрального регулятора 12 скорости, преобразуется в адаптивном регуляторе 11 момента в сигнал заданной амплитуды ортофазного тока I
Мгновенная величина и направление угловой скорости вращения ωs вектора потокосцепления ротора относительно неподвижной оси "α" статора однозначно определяется с помощью блока 34 вычисления частоты синхронизации производной фазы φs(t) вектора потокосцепления ротора полученной на выходах делителей 24, 25 в виде нормированных функций фазы синхронизации φs прямого и обратного преобразования декартовых координат и векторного регулирования тока статора Нормированные гармонические сигналы 1•sinφs,1•cosφs поступают на входы блока 34 вычисления частоты синхронизации, в котором вычисляется фаза синхронизации φs и ее производная
Образуемый на выходе блока 34 вычисления частоты синхронизации сигнал частоты синхронизации ωs, пропорциональной производной фазы синхронизации, суммируется в сумматоре 35 частот с сигналом частоты скольжения Δω, поступающим с выхода блока 34 вычисления частоты синхронизации. На выходе сумматора 35 частот образуется сигнал, пропорциональный мгновенной текущей величине скорости вращения ротора асинхронного электродвигателя 4. Выходной сигнал сумматора 35 частот поступает на вход обратной связи регулятора 12 скорости и на второй вход адаптивного регулятора 11 момента. Регулятор 12 скорости осуществляет астатическое регулирование скорости вращения асинхронного электродвигателя 4 в пропорционально-интегральной зависимости от динамического рассогласования мгновенных величин заданной скорости вращения ω* (t) и текущей скорости вращения ω (t), полученной в результате измерения напряжения и тока на выходе инвертора 1 и преобразования сигналов измеренных напряжений и токов с помощью блоков 14 - 34.The instantaneous value and direction of the angular velocity of rotation ω s of the rotor flux linkage vector relative to the fixed axis "α" of the stator is uniquely determined using block 34 for calculating the synchronization frequency of the derived phase φ s (t) of the rotor flux linkage vector obtained at the outputs of the dividers 24, 25 in the form of normalized functions of the synchronization phase φ s direct and inverse transformation of the Cartesian coordinates and vector control of the stator current The normalized
Generated at the output of the synchronization frequency calculation unit 34, the signal of the synchronization frequency ω s proportional to the derivative of the synchronization phase is summed in the frequency adder 35 with the slip frequency signal Δω coming from the output of the synchronization frequency calculation unit 34. The output of the adder 35 frequencies produces a signal proportional to the instantaneous current value of the rotational speed of the rotor of the
В результате астатического регулирования скорости вращения на выходе регулятора 12 скорости образуется сигнал заданного момента M*, необходимого для максимального быстродействия восстановления текущей скорости вращения ω (t) до величины, равной заданной скорости вращения ω*. Сигнал заданного момента M* с выхода регулятора 12 скорости, поступающий на первый вход адаптивного регулятора 11 момента, преобразуется в адаптивном регуляторе 11 момента в сигнал заданной амплитуды ортофазного тока в результате деления входной величины заданного момента M* на величину косвенно измеренной амплитуды потокосцеплепления ротора ψr, сигнал которой поступает на второй вход адаптивного регулятора 11 момента с выхода блока 29 вычисления амплитуды потокосцеплепления ротора. На третий вход адаптивного регулятора 11 момента поступает сигнал текущей скорости вращения ω с выхода сумматора 35 частот. Адаптивный регулятор 11 момента выполняет операцию переключения оптимальных законов регулирования амплитуд Iort, Isyn ортофазного и синфазного токов и угла εφ фазового сдвига вектора тока статора относительно вектора потокосцепления ротора в зависимости от трех входных величин: M*, ω , ψr .As a result of the astatic regulation of the rotation speed at the output of the speed controller 12, a signal of a given moment M * is generated, which is necessary for maximum speed of restoring the current rotation speed ω (t) to a value equal to a given rotation speed ω * . The signal of a given moment M * from the output of the speed controller 12, supplied to the first input of the adaptive regulator 11 of the moment, is converted in the adaptive controller 11 of the moment into a signal of a given amplitude of the orthophase current as a result of dividing the input value of a given moment M * by the value of the indirectly measured amplitude of the rotor flux linkage ψ r the signal of which is supplied to the second input of the adaptive moment controller 11 from the output of the rotor flux link amplitude calculation unit 29. The third input of the adaptive moment controller 11 receives a signal of the current rotation speed ω from the output of the adder 35 frequencies. The adaptive moment controller 11 performs the operation of switching the optimal laws of regulation of the amplitudes I ort , I syn of the orthophase and in-phase currents and the angle ε φ of the phase shift of the stator current vector relative to the rotor flux linkage vector depending on three input quantities: M * , ω, ψ r .
Трехзонное оптимальное векторное управление асинхронным электродвигателем по минимуму потерь электроэнергии, максимуму быстродействия и максимуму отношения момента M к току is в статических и динамических режимах работы электропривода осуществляется с помощью блока 32 оптимального управленрия синфазным током и адаптивного регулятора 11 момента.Three-zone optimal vector control of an induction motor to minimize energy losses, maximum speed and maximum ratio of moment M to current i s in static and dynamic modes of operation of the electric drive is carried out using block 32 for optimal common-mode current control and adaptive torque regulator 11.
В первой зоне регулирования при малых значениях заданного момента M* и действительного момента M ≤ 0,25 Mн блок 32 оптимального управления синфазным током задает малую начальную величину амплитуды синфазного тока Isyn ≤ 0,5 Isyn н, что создает в асинхронном двигателе начальное потокосцепление ротора ψro, необходимое для оптимальной по быстродействию отработки в динамике скачка максимального момента Mmax при ограниченной амплитуде тока статора is доп. = 1,5 - 5 isн.In the first regulation zone, for small values of the given moment M * and the actual moment M ≤ 0.25 M n, the block for optimal common-mode current control 32 sets a small initial value of the common-mode current amplitude I syn ≤ 0.5 I syn n , which creates an initial the rotor flux linkage ψ ro , which is necessary for optimal performance in working out in the dynamics of the jump in the maximum moment M max with a limited amplitude of the stator current i s add. = 1.5 - 5 i sn .
В основной второй зоне регулирования при скорости вращения меньше граничной величины ωгр, установленной в адаптивном регуляторе 11 момента, блок 32 оптимального управления синфазным током вырабатывает выходной сигнал заданной амплитуды синфазного тока I
Для статических режимов в этой основной зоне регулирования реализуемая оптимизация регулирования угла фазового сдвига εφ= ±π/4 по максимуму отношения момента к току проявляется в минимизации тока статора is min для заданного момента нагрузки Mс в минимизации суммарных потерь мощности в асинхронном электродвигателе. Одновременно минимизируются потери мощности в инверторе 1 и потери напряжения в силовом кабеле, соединяющем силовые выходы инвертора 1 с асинхронным электродвигателем, что приводит к минимизации потерь электроэнергии в электроприводе.For static modes in this main regulation zone, the implemented optimization of the phase shift angle adjustment ε φ = ± π / 4 with respect to the maximum torque to current ratio is manifested in minimizing the stator current i s min for a given load moment M s in minimizing the total power loss in an induction motor. At the same time, the power losses in the
Для динамических режимов пуска, торможения, стопорения ротора и быстрого изменения скорости вращения реализуемая оптимизация регулирования угла фазового сдвига εφ= ±π/4 проявляется в достижении максимума динамического момента Mmax при заданном в блоке 6 ШИМ - регуляторов тока ограничении максимальной для инвертора 1 величины фазного тока is ≤ is доп., что приводит к минимизации потерь электроэнергии в динамике и создает режим максимального быстродействия изменения момента и скорости.For dynamic starting, braking, rotor locking and rapid rotation speed changes, the implemented optimization of the phase shift angle control ε φ = ± π / 4 is manifested in reaching the maximum dynamic moment M max when the maximum value for
В быстродействующем электроприводе с высокими значениями допустимого тока статора is доп. > 3 isн оптимальный процесс форсировки амплитуды потокосцепления ротора при εφ= ±π/4 происходит в зоне высокого магнитного насыщения магнитопровода асинхронного электродвигателя до ψr опт ≥ 1,3, что учитывается в блоке 32 оптимального управления синфазным током снижением коэффициента пропорциональности K < 1 заданной амплитуды синфазного тока I
При возрастании текущей скорости вращения ω выше граничной величины ωгр, заданной в адаптивном регуляторе 11 момента, оптимальное векторное управление переходит в третью зону регулирования в результате снижения величины заданной амплитуды синфазного тока I
Во всех трех зонах регулирования адаптивный регулятор 11 момента вырабатывает выходной сигнал задания амплитуды ортофазного тока Iort обратно пропорционально косвенно измеренной амплитуде потокосцепления ротора ψr, полученной по измеренным напряжениям и токам на выходе инвертора 1, что автоматически учитывает с повышенной точностью явление магнитного насыщения магнитопровода асинхронного двигателя по физически обусловленной связи измеренных фазных напряжений и фазных токов статора.In all three control zones, the adaptive moment controller 11 generates an output signal for setting the amplitude of the orthophase current I ort inversely proportional to the indirectly measured amplitude of the rotor flux link ψ r obtained from the measured voltages and currents at the
При размыкании связи выхода сумматора 35 частот со входом обратной связи регулятора 12 скорости электропривод из регулируемого по скорости преобразуется в моментный электропривод, в котором первый вход M* адаптивного регулятора 11 момента образует вход задания момента моментного электропривода, например тягового электропривода электромобиля. При этом выполняются все описанные процессы оптимального векторного управления в трех зонах регулирования. Выполняется основное условие оптимального векторного регулирования угла фазового сдвига εφ вектора тока статора за счет принудительной ориентации вектора тока статора относительно синусной и косинусной функций фазы φs потокосцепления ротора и регулирования амплитуды синфазного тока, пропорционально измеренной амплитуде ортофазного тока.When the connection of the output of the adder of 35 frequencies with the feedback input of the speed controller 12 is opened, the electric drive is converted from a speed-controlled drive to a torque drive, in which the first input M * of the adaptive torque controller 11 forms an input for setting the moment of the torque drive, for example, a traction electric drive of an electric vehicle. In this case, all the described processes of optimal vector control are performed in three regulation zones. The basic condition for the optimal vector control of the phase shift angle ε φ of the stator current vector is satisfied due to the forced orientation of the stator current vector relative to the sine and cosine functions of the phase φ s of the rotor flux linkage and regulation of the common-mode current amplitude, in proportion to the measured orthophase current amplitude.
Электропривод по схеме на фиг. 1 может быть реализован на дискретных аналоговых и цифроаналоговых элементах, аналогичных элементам, примененным в прототипе [2]. The electric drive according to the circuit of FIG. 1 can be implemented on discrete analog and digital-analog elements similar to the elements used in the prototype [2].
Способ оптимального векторного управления асинхронным электродвигателем, осуществляемый в электроприводе по фиг. 1, может быть реализован в микропроцессорном электроприводе по схеме на фиг. 2. The method of optimal vector control of an asynchronous electric motor carried out in the electric drive of FIG. 1 can be implemented in a microprocessor electric drive according to the circuit of FIG. 2.
Микропроцессорный электропривод с оптимальным векторным управлением асинхронным электродвигателем (фиг. 2) содержит инвертор 1 (фиг. 2), силовые выходы которого через датчики 2, 3 фазного тока подключены к статорным обмоткам асинхронного электродвигателя 4. A microprocessor-based electric drive with optimal vector control of an asynchronous electric motor (Fig. 2) contains an inverter 1 (Fig. 2), the power outputs of which are connected to the stator windings of the
Управляющие входы инвертора 1 подключены к блоку 5 формирования управляющих импульсов, выполненному в виде микросхемы драйвера с дополнительным входом разрешения ШИМ. Входы микросхемы драйвера подключены к выходам устройства микропроцессорного оптимального векторного управления. The control inputs of the
Устройство микропроцессорного векторного управления содержит цифровой сигнальный сопроцессор 36, цифровой сигнальный процессор 37, блок 38 постоянной памяти, последовательный порт 39, пульт 40 программного управления и диагностики. Цифровой сигнальный сопроцессор 36 содержит следующие встроенные в сопроцессор блоки: блок 41 трехфазного таймера широтно-импульсной модуляции, встроенный мультиплексный аналого-цифровой преобразователь 42, встроенный последовательный программатор 43 команд, встроенный блок 44 векторных преобразований, блок 45 управления регистрами. Кроме того, устройство микропроцессорного векторного управления и цифровой сигнальный сопроцессор 36 содержит шину данных 46 и шину адреса 47, соединяющие между собой блоки устройства. The microprocessor vector control device comprises a
Четыре входа устройства микропроцессорного векторного управления, образованные входами встроенного мультиплексного аналого-цифрового преобразователя 42 цифрового сигнального сопроцессора 36, подключены к двум выходам датчика 14 фазных напряжений и через блок 48 гальванической развязки к двум выходам датчиков 2, 3 фазного тока. Датчик 14 фазных напряжений подключен к силовым выходам инвертора 1. В устройстве микропроцессорного оптимального векторного управления цифровой сигнальный процессор 37 соединен входами-выходами с входами-выходами последовательного порта 39, через который производится обмен информации с пультом 40 программного управления и диагностики. The four inputs of the microprocessor vector control device formed by the inputs of the integrated multiplex analog-to-
По шине адреса 47 адресные команды поступают с выхода цифрового сигнального процессора 37 на вход цифрового сигнального сопроцессора 36 и на вход встроенного мультиплексного аналого-цифрового преобразователя 42 цифрового сигнального сопроцессора 36. Аналоговые сигналы величин измеренных фазных напряжений Usa, Usb и измеренных фазных токов isa, isb поступают с выходов датчика 14 фазных напряжений и блока 48 гальванической развязки на аналоговые входы встроенного мультиплексного аналого-цифрового преобразователя 42 цифрового сигнального сопроцессора 36.On the
По шине адреса 47 на цифровые входы встроенного мультиплексного аналого-цифрового преобразователя 42 поступают команды на последовательное аналого-цифровое преобразование аналоговых сигналов Usa, Usb, isa, isb в цифровой n-разрядный код, например в 11-разрядный код. Полученная цифровая измерительная информация о векторе напряжения и векторе тока по шине данных 46 поступает с выхода встроенного мультиплексного аналого-цифрового преобразователя 42 на входы встроенного блока 44 векторных преобразований, в котором происходит прямое и обратное преобразование двухфазно-трехфазных координат α,β - a, b, c и прямое и обратное преобразование декартовых координат x, y - α,β. Широтно-импульсная модуляция цифровых кодов (например, 12-разрядных кодов), рассогласований заданных и измеренных токов производится в блоке 41 трехфазного таймера широтно-импульсной модуляции, связанного шиной данных 46 с встроенным блоком 44 векторных преобразований.Via the
Последовательность выполнения команд и вычислительных операций с цифровыми кодами величин оптимального векторного управления вырабатывается и передается по шине адреса 47 цифровым сигнальным процессором 37 и по приоритетности встроенным последовательным программатором 43 команд, получающим текущую информацию о выполненных операциях с шины данных 46. По командам, поступающим по шине адреса 46 с выхода цифрового сигнального процессора 37 на вход блока 38 постоянной памяти. The sequence of command execution and computational operations with digital codes of optimal vector control values is generated and transmitted via
По шине данных 46 блок 38 постоянной памяти при обращении к памяти по шине адреса 47 передает информацию на входы цифрового сигнального процессора 37 и цифрового сигнального сопроцессора 36. Блок 45 управления регистрами и встроенный последовательный программатор 43 команд управляют операциями векторного преобразователя, производимыми во встроенном блоке 44 векторных преобразований, и в блоке 41 трехфазного таймера широтно-импульсной модуляции. Результаты вычислительных процессов хранятся в регистрах цифрового сигнального сопроцессора 36, управляемым блоком 45 управления регистрами. On the
С помощью пульта 41 программного управления и диагностики через последовательный порт (например, RS 232 или RS 485) производится обмен задающей и управляющей информации между пультом 41, процессором 37 и сопроцессором 36. На пульт 41 управления и диагностики выводится информация о превышении измеренных и вычисленных параметров электропривода установленных допустимых значений по току, напряжению, моменту, скорости, ускорению. Using the
Пульт 41 программного управления и диагностики, который может содержать сенсорную клавиатуру, дополнительный процессор и цифровой индикатор, задает режим регулирования "моментный электропривод", "скоростной электропривод", интенсивность изменения момента или скорости, траекторию изменения момента и скорости во времени, величину граничной и максимальной скорости, величину заданной скорости, величину заданного момента, режим "стопор под нагрузкой". Пульт 41 программного управления и диагностики одновременно может выполнять системные функции управления и регулирования машин и механизмов, в том числе регулирование углового положения или другого технологического параметра по назначению машины или механизма. The
Микропроцессорный электропривод по схеме на фиг. 2 может быть выполнен на стандартных типовых элементах. Инвертор 1 может быть выполнен в виде типового твердотельного шестиключевого IGBT модуля на биполярных транзисторах с изолированным затвором (БТИЗ) с обратными диодами (схема БТИЗ - ключа - IGBT изображена на фиг. 2 в контуре, обозначающем инвертор 1). The microprocessor-based electric drive according to the circuit of FIG. 2 can be performed on standard type elements.
В качестве микросхемы драйвера (блока 5 формирования импульсов) может быть использована типовая микросхема драйвера для IGBT-модулей. As a driver microcircuit (pulse forming unit 5), a typical driver microcircuit for IGBT modules can be used.
В качестве цифрового сигнального сопроцессора 36 может быть использована БИС digital signal motion coprocessor АДМ200, имеющая быстродействие 12,5 МГц или сопроцессор АДМС201. As a
В качестве цифрового сигнального процессора 37 может быть использован типовой процессор digital signal processor (DSP), например, типов ADSP-2115 или TMS 320C20, TMS 320C25, TMS 320C25-50. As a
В блоке 38 постоянной памяти может быть использована типовая микросхема программируемого постоянного запоминающего устройства, например с ультрафиолетовым стиранием. In
В качестве последовательного порта 38 могут быть использованы типовые микросхемы последовательного интерфейса, например RS232, RS485. As the
Пульт 40 программного управления и диагностики может быть выполнен на типовом цифровом сигнальном процессоре (DSP), например типов TMS 320C20, TMS 320C25, TMS 320C25-50 или ASSP-2115. The
Микропроцессорный электропривод с оптимальным векторным управлением по схеме на фиг. 2 работает следующим образом. An optimal vector control microprocessor drive according to the circuit of FIG. 2 works as follows.
Полупроводниковые ключи инвертора 1 переключаются с постоянной высокой частотой коммутации fк, зависящей от быстродействия и тепловыделения ключей или IGBT - модулей, в диапазоне частот 3 - 10 КГц, что определяет период Tт тактирования широтно-импульсной модуляции инвертора I и время Tм цикла микропроцессорного устройства управления Tм < Tт. В результате переключения ключей инвертор 1 через датчики 2, 3 фазного тока питает асинхронный двигатель 4 широтно-модулированной последовательностью импульсов силового напряжения, длительность которых определяется длительностью управляющих импульсов, поступающих с выхода блока 5 формирования импульсов (микросхемы драйвера) в случае поступления сигнала разрешения ШИМ с выхода цифрового сигнального сопроцессора 36 на дополнительный вход микросхемы драйвера 5.The semiconductor switches of the
Сигналы измеренных фазных токов с выходов датчиков 2, 3 фазных токов поступают через блок 48 гальванической развязки на аналоговые входы цифрового сигнального сопроцессора 36. Сигналы измеренных фазных напряжений с выходов датчика 14 фазных напряжений поступают на другие аналоговые входы цифрового сигнального сопроцессора 36. При превышении фазных токов или фазных напряжений максимально допустимых значений, программно установленных в цифровом сигнальном сопроцессоре 36, отсутствует сигнал разрешения ШИМ на дополнительном входе микросхемы драйвера 5 и в инверторе 1 все полупроводниковые ключи заперты, сигнал перегрузки по току или напряжению поступает через последовательный порт 39 на пульт управления и диагностики. The signals of the measured phase currents from the outputs of the
При наличии сигнала разрешения ШИМ на дополнительном входе микросхемы драйвера, моменты выборки измерительной информации isa, isb, Usa, Usb внутри периода Tт тактирования ШИМ устанавливаются встроенным мультиплексным аналого-цифровым преобразователем 42 в зависимости от информации о начале очередного периода Tт тактирования ШИМ, образуемой в блоке 41 трехфазного таймера широтно-импульсной модуляции. Частота прерывания аналого-цифрового преобразователя сигналов isa, isb, Usa, Usb определяется частотой выборки порядка 10 КГц. Время выборки по четырем каналам составляет порядка 15 мкс.If there is a PWM enable signal at the additional input of the driver microcircuit, the moments of sampling of the measurement information i sa , i sb , U sa , U sb within the clock period T t of the PWM are set by the built-in multiplex analog-to-
Информация о завершении очередной выборки цифровых кодов isa, isb, Usa, Usb поступает в цифровой сигнальный процессор 37, который выдает команду запуска очередного цикла векторных преобразований, производимых встроенным блоком 44 векторных преобразований.Information about the completion of the next sampling of digital codes i sa , i sb , U sa , U sb enters the
В цифровом сигнальном сопроцессоре 36 осуществляется векторная обработка информации и двухконтурное регулирование токов статора. Внутренний контур регулирования мгновенных фазных токов isa, isb, isc реализуется в блоке 41 трехфазного таймера ШИМ путем широтно-импульсной модуляции цифровых кодов рассогласований заданных и измеренных фазных токов. Внешний контур регулирования ортофазного и синфазного токов реализуется встроенным блоком 44 векторных преобразований. Алгоритм оптимального векторного управления моментом и скоростью реализуется цифровым сигнальным процессором 37 и блоком 38 постоянной памяти по предварительно введенной программе, представляющей собой программное обеспечение микропроцессорного устройства оптимального векторного управления.In the
Вначале электропривод работает в первой зоне регулирования синфазного тока Isyn = Isyn 0 при нулевой амплитуде ортофазного тока Iort = 0 и нулевой начальной фазе синхронизации φso = 0, что предусмотрено начальными условиями, введенными в программу работы цифрового сигнального процессора 37 при задании с пульта 40 управления и диагностики нулевых исходных данных M* = 0, ω* = 0 и команды на включение электропривода.Initially, the drive operates in the first zone of common-mode current regulation I syn = I syn 0 at zero amplitude of the orthophase current I ort = 0 and zero initial synchronization phase φ so = 0, which is provided by the initial conditions introduced into the program of the
Фазные обмотки статора асинхронного электродвигателя 4 питаются постоянными токами isa = Isyn 0; isb = isc = регулируемыми цифровым сигнальным сопроцессором 36 путем широтно-импульсной модуляции с частотой тактирования ШИМ цифровых кодов рассогласований заданных и измеренных постоянных токов.The phase windings of the stator of the
В асинхронном электродвигателе 4 возбуждается постоянное магнитное поле, характеризуемое постоянным начальным потокосцеплением ротора ψro. Установившаяся трехфазная система начальных фазных потокосцеплений ротора совпадает с трехфазной системой начальных фазных токов, в связи с чем начальный вектор потокосцепления ротора ψr совпадает с осью "α" опорной фазы "a" асинхронного электродвигателя и осью α неподвижной декартовой системы координат α,β. Установившиеся постоянные фазные напряжения Usa = Uso, Usb = Usc = измеряются датчиком 14 фазных напряжений.In an
Встроенный мультиплексный аналого-цифровой преобразователь 442 передает выборки цифровых кодов измеренных величин isa, isb, Usa, Usb по шине данных 46 на встроенный блок 44 векторных преобразований сопроцессора 36 и на вход цифрового сигнального процессора 37.The built-in multiplex analog-to-digital converter 442 transmits samples of digital codes of measured values i sa , i sb , U sa , U sb via
Вычисленные значения нормированных синусной и косинусной функций начальной фазы φso = 0 равны cos φso = 1, sin φso = 0. Ротор асинхронного электродвигателя 4 неподвижен, так как отсутствует ортофазный ток статора (Iort = 0) и момент равен нулю.The calculated values of the normalized sine and cosine functions of the initial phase φ so = 0 are cos φ so = 1, sin φ so = 0. The rotor of the asynchronous
Затем после подачи с пульта 40 управления и диагностики сигнала задания скорости ω* или сигнала задания момента M* цифровой сигнальный процессор 37 выполняет операцию деления сигнала заданного момента M* на вычисленную величину амплитуды потокосцепления ротора ψro. Полученное цифровое приращение заданной амплитуды ортофазного тока по шине данных 46 поступает на встроенный блок 44 векторных преобразований сопроцессора 36, работающий в режиме последовательных прерываний, управляемых встроенным последовательным программатором 43 команд и блоком 45 управления регистрами сопроцессора 36. Блок 41 трехфазного таймера широтно-импульсной модуляции сопроцессора 36 изменяет соотношение длительностей открытого и закрытого состояния ключей инвертора 1, переключаемых с постоянной высокой частотой коммутации fк ≥ 3 КГц в моменты изменения уровней выходных импульсов микросхемы драйвера 5. В результате изменения соотношения длительностей открытого состояния ключей инвертора 1 изменяются фазные напряжения Usa, Usb, Usc и вслед за этим изменяются токи isa, isb, isc таким образом, что угол фазового сдвига εφ вектора тока статора относительно вектора потокосцепления ротора за время меньшее 0,05 Mс устанавливается на оптимальном уровне ±π/4, определяемом соотношением амплитуд Iort, Isyn ортофазного и синфазного токов. Вследствие сдвига фазы вектора тока статора на угол π/4 относительно вектора потокосцепления ротора, происходит максимальное приращение момента M асинхронного электродвигателя 4 для заданного приращения амплитуды фазного тока статора
Образуемый динамический момент M приводит к угловому перемещению ротора асинхронного электродвигателя 4, что вызывает изменения угла и величины вектора потокосцепления ротора и соотношения фазных напряжений Usa, Usb, обеспечивающих автоматическое регулирование изменившихся фазных токов isa, isb.Then, after the signal from the
The resulting dynamic moment M leads to the angular displacement of the rotor of the
Изменившаяся измерительная информация с выходов встроенного мультиплексного аналого-цифрового преобразователя поступает на встроенный блок 44 векторного преобразования, в котором вычисляются величины isβ,isβ,usα,usβ, Iort, Isyn.The changed measurement information from the outputs of the integrated multiplex analog-to-digital converter is supplied to the built-in
В цифровом сигнальном процессоре 37 происходит вычисление приращения величин нормированных гармонических функций cosφs,sinφs, которые поступают на встроенный блок 44 векторных преобразований и задают приращение фазы тока статора. С помощью блока 38 постоянной памяти в цифровом сигнальном процессоре 37 вычисляются оптимальные величины синфазного тока I
Текущая скорость ротора ω увеличивается до заданной скорости вращения ω* и астатически регулируется на заданном уровне с помощью преобразования приращения рассогласования текущей скорости ω относительно заданной скорости ω* по пропорционально-интегральному закону, реализуемому в цифровом сигнальном процессоре 37.In the
The current rotor speed ω increases to a predetermined rotation speed ω * and is statically adjusted at a given level by transforming the increment of the mismatch of the current speed ω relative to a given speed ω * according to the proportional-integral law implemented in the
Адаптивное трехзонное регулирование момента в зависимости от введенных в блок 38 постоянной памяти величин I
Оптимизация электропривода по минимуму потерь электроэнергии достигается в электроприводе за счет регулирования амплитуды синфазного тока Isyn преимущественно пропорционально измеренной мплитуде ортофазного тока Iort.The optimization of the electric drive to minimize energy losses is achieved in the electric drive by adjusting the in-phase current amplitude I syn mainly in proportion to the measured orthophase current amplitude I ort .
Быстродействие и точность регулирования момента и скорости повышаются за счет косвенного измерения амплитуды и фазы потокосцепления ротора по измеренным фазным напряжениям и фазным токам в том числе в режимах сильного нелинейного магнитного насыщения магнитопровода асинхронного электродвигателя и за счет вычисления текущего приращения величины частоты скольжения пропорционально приращению отношения измеренной амплитуды ортофазного тока и косвенно измеренной амплитуды потокосцепления ротора. The speed and accuracy of torque and speed control are increased by indirectly measuring the amplitude and phase of the rotor flux linkage from the measured phase voltages and phase currents, including in strong nonlinear magnetic saturation modes of the magnetic circuit of an induction motor and by calculating the current increment of the slip frequency in proportion to the increment of the ratio of the measured amplitude orthophase current and the indirectly measured amplitude of the flux linkage of the rotor.
В статических режимах работы электропривода в основной зоне регулирования происходит минимизация потребляемого тока статора для создания момента, равного моменту нагрузки, что снижает суммарные потери мощности в системе "инвертор - силовой кабель - асинхронный электродвигатель", снижает потери напряжения в силовом кабеле, например, в глубинном погружном кабеле в нефтедобыче, и в случае применения на входе инвертора аккумуляторной батареи, например, в электромобиле, увеличивает энергетический ресурс машины и длину пробега электромобиля. In the static operating modes of the electric drive in the main control zone, the stator current consumption is minimized to create a moment equal to the load moment, which reduces the total power loss in the inverter – power cable – asynchronous electric motor system, reduces voltage losses in the power cable, for example, in the deep submersible cable in oil production, and in the case of the use of a battery at the inverter input, for example, in an electric car, increases the energy resource of the machine and the path length of the electric car .
Электроприводы по схемам на фиг. 1, 2 различаются устройством системы оптимального векторного управления, структуры которых зависят от применяемых типов интегральных микросхем, СБИС, микропроцессоров. При применении известных микропроцессоров Intel или Motorola схема электропривода может иметь структурные отличия от схем по фиг. 1, 2. Общим для различных вариантов исполнения электропривода, решающего поставленную задачу и реализующего цель изобретения, является способ оптимального векторного управления асинхронным электродвигателем, осуществленный в описанных электроприводах по фиг. 1, 2. Electric drives according to the schemes of FIG. 1, 2 differ in the design of the optimal vector control system, the structures of which depend on the types of integrated circuits used, VLSI, microprocessors. When using known Intel or Motorola microprocessors, the drive circuit may have structural differences from the circuitry of FIG. 1, 2. Common to various embodiments of an electric drive that solves the problem and realizes the purpose of the invention is the method of optimal vector control of an induction motor, implemented in the described electric drives of FIG. 12.
Способ оптимального векторного управления дополнительно к фиг. 1, 2 поясняется чертежами на фиг. 3 - 7. Особенностями примененного способа управления, отличающими его от известных способов - частотного, частотно-токового и векторного управления, являются, как видно из схем на фиг. 1, 2, отсутствие канала задания частоты тока или напряжения, отсутствие канала управления частотой скольжения, отсутствие датчиков на электродвигателе, отсутствие в структурной схеме системы управления электроприводом звена моделирования насыщения магнитопровода или учета кривой намагничивания асинхронного электродвигателя при одновременно физически используемом в рабочих режимах электропривода явлении сильного магнитного насыщения асинхронного электродвигателя при высоких значениях момента M ≥ Mμ в режиме равенства амплитуд синфазного и ортофазного токов.An optimal vector control method in addition to FIG. 1, 2 is illustrated by drawings in FIG. 3 - 7. The features of the applied control method that distinguish it from the known methods of frequency, frequency-current and vector control are, as can be seen from the diagrams in FIG. 1, 2, the absence of a channel for setting the frequency of the current or voltage, the absence of a channel for controlling the sliding frequency, the absence of sensors on the electric motor, the absence of a link to simulate the saturation of the magnetic circuit or taking into account the magnetization curve of an asynchronous electric motor when the phenomenon of the strong magnetic saturation induction motor at high torque M ≥ M μ mode equality of amplitudes B and ortofaznogo phase currents.
Сущностью способа оптимального векторного управления асинхронным электродвигателем является оптимальное взаимосвязанное регулирование всех параметров вектора тока и вектора напряжения (модуль, фазовый угол, частота вращения вектора) в функции измеренных параметров этих же векторов по замкнутым циклам в зависимости от заданного момента и связанного с ним оптимального задания амплитуды ортофазного тока.The essence of the method of optimal vector control of an induction motor is the optimal interconnected regulation of all parameters of the current vector and stress vectors (module, phase angle, vector rotation speed) as a function of the measured parameters of the same vectors in closed cycles, depending on a given moment and associated optimal specification of the amplitude of the orthophase current.
Взаимное изменение параметров векторов тока и напряжения происходит в результате реакции асинхронного электродвигателя при возникновении действительного момента M асинхронного электродвигателя и приращении действительной скорости вращения ω ротора асинхронного электродвигателя. Реакция асинхронного электродвигателя по закону электромагнитной индукции создает автоматическое задание и изменение частоты и фазы тока статора. Векторная обработка этой реакции асинхронного электродвигателя производится такой последовательностью операций и таким взаимным изменением параметров векторов чтобы выполнялись критерии оптимальности режимов асинхронного электродвигателя:
по минимуму электрических потерь в асинхронном двигателе на возбуждение магнитного поля в режимах холостого хода и малых величинах нагрузки M ≤ 0,25 Mн (iso = iso min) при заданных начальных условиях для динамики;
по минимуму тока статора в статических режимах электропривода при заданном моменте нагрузки Mс в основной зоне регулирования (is = is min при Mс ≥ 0,25 Mн);
по минимуму потерь мощности в асинхронном электродвигателе при регулировании скорости в диапазоне ω = 0-ωгр;
по максимуму выходной механической мощности Pм = M • ω = Pм max при регулировании скорости вверх от граничной скорости ωгр при ограниченном напряжении статора;
по максимуму момента электродвигателя M = Mmax при ограниченном токе статора is = is max в динамических режимах пуска, торможения, изменения скорости и компенсации возмущений со стороны нагрузки;
по максимуму быстродействия отработки приращений заданного момента M* и заданной скорости вращения ω* в динамических режимах;
по минимуму ошибки между заданными и действительными величинами момента и скорости вращения в статических и динамических режимах асинхронного электродвигателя при расширенных диапазонах регулирования момента M = 0 до M = 5-8 Mн и ω скорости от ω = 0 до ω = 4ωн в обоих направлениях.Mutual change of current vector parameters and voltage occurs as a result of the reaction of the induction motor when a real moment M of the induction motor occurs and the actual rotation speed ω of the rotor of the induction motor increases. The reaction of an induction motor according to the law of electromagnetic induction creates an automatic setting and change of the frequency and phase of the stator current. Vector processing of this reaction of an induction motor is carried out by such a sequence of operations and such a mutual change in the parameters of the vectors to satisfy the optimality criteria of the modes of an induction motor:
to minimize electric losses in an induction motor to excite a magnetic field in idle conditions and small load values M ≤ 0.25 M n (i so = i so min ) under given initial conditions for dynamics;
minimum stator current in static modes of the electric drive at a given load moment M s in the main control zone (i s = i s min at M s ≥ 0.25 M n );
to minimize power losses in an induction motor when controlling speed in the range of ω = 0-ω gr ;
at the maximum output mechanical power P m = M • ω = P m max when controlling the speed upwards from the boundary speed ω g with a limited stator voltage;
to the maximum of the motor moment M = M max with a limited stator current is = i s max in dynamic modes of starting, braking, changing the speed and compensating for disturbances from the load side;
to maximize the speed of working out the increments of a given moment M * and a given rotation speed ω * in dynamic modes;
to minimize errors between the set and actual values of the moment and speed of rotation in the static and dynamic modes of the induction motor with extended ranges of torque control M = 0 to M = 5-8 M n and ω speeds from ω = 0 to ω = 4ω n in both directions .
Интегрально перечисленные критерии оптимальности выражаются как минимизация потерь электроэнергии при повышении быстродействия, точности и диапазона регулирования момента, скорости и магнитного потока асинхронного электродвигателя без применения датчиков, конструктивно связанных с асинхронным электродвигателем. The integrally listed optimality criteria are expressed as minimizing energy losses while increasing the speed, accuracy and range of regulation of the moment, speed and magnetic flux of an induction motor without the use of sensors structurally associated with an asynchronous motor.
Минимизация потребляемой асинхронным электродвигателем электроэнергии в предлагаемом способе оптимального векторного управления является основной сущностью способа и для нерегулируемых по скорости и моменту асинхронных электродвигателей взамен электроприводов с известной защитно-отключающей аппаратурой, например, с магнитными пускателями. The minimization of the electric energy consumed by an induction motor in the proposed optimal vector control method is the main essence of the method for asynchronous electric motors that are not adjustable in speed and moment, instead of electric drives with known protective-disconnecting equipment, for example, with magnetic starters.
Последовательность операций управления и взаимосвязанные действия над объектом управления (асинхронным электродвигателем) поясняются математическими уравнениями и диаграммами на фиг. 3 - 7. The control sequence and interrelated actions on the control object (asynchronous electric motor) are illustrated by mathematical equations and diagrams in FIG. 3 - 7.
В качестве опорной оси α векторного управления в неподвижных трехфазных координатах статора a, b, c в способе принимается ось одной из фаз статора, например, ось фазы "a" (фиг. 3). The axis of one of the phases of the stator, for example, the axis of phase "a" (Fig. 3), is taken as the supporting axis α of the vector control in the stationary three-phase stator coordinates a, b, c.
Отсчет углов векторов производится относительно неподвижной опорной оси α = a в положительном направлении против часовой стрелки (фиг. 3). Это условие реализуется тем, что измеренный фазный ток isa и измеренное фазное напряжение Usa в опорной фазе "a" используются при обработке измерительной информации в качестве измеренных величин в двухфазной (декартовой) координатной системе α,β:isα = isa, usα= usa. Физически при осуществлении способа это осуществляется тем, что мгновенные величины всех переменных состояния асинхронного электродвигателя в фазе "a" используются в качестве проекций векторов состояния асинхронного электродвигателя на неподвижную ось α = a и выражаются косинусными функциями угла соответствующего вектора относительно оси фазы "a".Counting angles of vectors is produced relative to the fixed reference axis α = a in the positive direction counterclockwise (Fig. 3). This condition is realized in that the measured phase current i sa and the measured phase voltage U sa in the reference phase "a" are used in the processing of measurement information as measured values in the two-phase (Cartesian) coordinate system α, β: i sα = i sa , u sα = u sa . Physically, when implementing the method, this is achieved by the fact that the instantaneous values of all state variables of the induction motor in phase "a" are used as projections of the state vectors of the induction motor to the fixed axis α = a and are expressed by the cosine functions of the angle of the corresponding vector relative to the phase axis "a".
Фазные токи статора формируются по косинусоидальному закону
где φs(t) - фаза синхронизации, равная фазе потокосцепления ротора относительно неподвижной опорной оси "α" (фиг. 3);
εφonm - оптимальный угол фазового сдвига вектора тока статора относительно вектора потокосцепления ротора
Формирование мгновенных величин фазных токов isa, isb, isc по закону (1) и оптимального по минимуму потерь электроэнергии закона регулирования угла фазового сдвига εφonm вектора тока статора относительно вектора потокосцепления ротора осуществляются в способе по измеренным величинам приращений напряжений usα, usβ (двухфазного напряжения) и тока isα,isβ (двухфазного тока) с использованием электромагнитной реакции асинхронного электродвигателя на эти приращения согласно уравнениям асинхронного двигателя в двухфазной системе координат α,β:
для вектора потокосцепления статора
для вектора потокосцепления ротора :
где Rs - активное сопротивление фазы статорной цепи (фазной обмотки статора);
переходная индуктивность статорной цепи (фазной обмотки статора), примерно равная сумме индуктивностей рассеяния статора и ротора Lσs+Lσr;
Kр - коэффициент связи ротора, близкий к единице.The stator phase currents are formed according to the cosine law
where φ s (t) is the synchronization phase equal to the rotor flux linkage phase relatively stationary reference axis "α" (Fig. 3);
ε φonm is the optimal phase angle of the stator current vector relative to the rotor flux linkage vector
The formation of instantaneous values of phase currents i sa , i sb , i sc according to the law (1) and the optimal law of regulation of the phase shift angle ε φonm of the stator current vector relative to the rotor flux linkage vector are carried out in the method according to the measured values of the voltage increments u sα , u sβ (two-phase voltage) and current i sα , i sβ (two-phase current) using the electromagnetic reaction of an induction motor to these increments according to the equations of an induction motor in a two-phase coordinate system α, β:
for stator flux linkage vector
for rotor flux linkage vector :
where R s is the active resistance of the phase of the stator circuit (phase winding of the stator);
transient inductance of the stator circuit (phase stator winding), approximately equal to the sum of the stator and rotor leakage inductances L σs + L σr ;
K p - rotor coupling coefficient close to unity.
На фиг. 32а), 3б), 3д), 3е) показано взаимное расположение двухфазной координатной системы α,β относительно трехфазной координатной системы a, b, c и на фиг. 3д) показаны проекции векторов в этих координатных системах, в том числе проекции по осям α,β, описываемые уравнениями (2), (3).In FIG. 32a), 3b), 3d), 3e) shows the relative position of the two-phase coordinate system α, β relative to the three-phase coordinate system a, b, c and in FIG. 3d) shows projections of vectors in these coordinate systems, including projections along the α, β axes, described by equations (2), (3).
Физически электромагнитные процессы в асинхронном электродвигателе (АД) проявляются при взаимодействии векторов состояния, представленных на векторных диаграммах справа от вертикальной черты на фиг. 4 (область АД) на фиг. 3в) и 3г). Physically, electromagnetic processes in an asynchronous electric motor (HELL) are manifested in the interaction of state vectors shown in vector diagrams to the right of the vertical bar in FIG. 4 (AD region) in FIG. 3c) and 3d).
Процессы векторного управления в системе векторного управления (СВУ) показаны на фиг. 3 слева от штриховой линии (область СВУ): в прямом направлении воздействий к асинхронному электродвигателю - на фиг. 3а), 3б), в обратном направлении от асинхронного электродвигателя - на фиг. 3д), 3е). Стрелками на фиг. 3 показана последовательность операций и процессов оптимального векторного управления, включая процессы в асинхронном электродвигателе, участвующие в способе векторного управления. The vector control processes in the vector control system (VCA) are shown in FIG. 3 to the left of the dashed line (area of the VCA): in the forward direction of actions to the induction motor - in FIG. 3a), 3b), in the opposite direction from the induction motor - in FIG. 3d), 3e). The arrows in FIG. Figure 3 shows the sequence of operations and processes of optimal vector control, including processes in an asynchronous electric motor, participating in the vector control method.
Управляющие воздействия на фиг. 3 обозначаются с индексом (*), действительные переменные асинхронного электродвигателя выражаются обозначениями без индекса.The control actions in FIG. 3 are indicated with an index ( * ), the actual variables of the induction motor are expressed by signs without an index.
Переменный ток статора асинхронного электродвигателя, описываемый уравнениями (1) и представленный векторами на фиг. 3а), 3в), регулируется равным разности двух периодических токов - косинусоидального (синфазного) тока и синусоидального (ортофазного) тока амплитуды которых Isyn, Iort являются проекциями вектора тока статора на ортогональные оси вращающейся декартовой системы координат x, y (фиг. 3а), а фаза φs равна фазе вектора потокосцепления ротора относительно неподвижной опорной оси Ось "x" вращающейся декартовой системы координат x, y совпадает с направлением вектора (фиг. 3д). Такое регулирование фазных токов статора согласно способу описывается уравнениями:
где синфазные токи регулируются по косинусоидальному закону:
а ортофазные токи регулируются по синусоиадальному закону:
Фаза φs(t) является фазой вектора потокосцепления ротора который изменяется по закону:
Из сравнения уравнений (5), (7) следует, что согласно способу управления вектор синфазного тока совпадает по направлению с ориентирующей осью "x" и с вектором потокосцепления ротора ψr (фиг. 3а), 3д) и изменяется синфазно с ориентирующей осью "x" и потокосцепления ротора, что отражено в названии этого тока, так как модуль вектора (амплитуда ψr ) всегда положителен, то вектор isyn однонаправлен в положительном направлении ориентирующей оси "x".Stator alternating current asynchronous motor described by equations (1) and represented by vectors in FIG. 3a), 3c), it is regulated equal to the difference of two periodic currents - cosine (common-mode) current and sinusoidal (orthophase) current whose amplitudes I syn , I ort are projections of the stator current vector on the orthogonal axis of the rotating Cartesian coordinate system x, y (Fig. 3a), and the phase φ s is equal to the phase of the rotor flux linkage vector relatively motionless supporting axis The x axis of the rotating Cartesian coordinate system x, y coincides with the direction of the vector (Fig. 3d). Such a regulation of the stator phase currents according to the method is described by the equations:
where common-mode currents are regulated according to the cosine law:
and orthophase currents are regulated according to the sinusoidal law:
The phase φ s (t) is the phase of the rotor flux linkage vector which changes by law:
From a comparison of equations (5), (7) it follows that according to the control method, the common-mode current vector coincides in direction with the orienting axis "x" and with the rotor flux vector ψ r (Fig. 3a), 3d) and changes in phase with the orienting axis "x" and rotor flux links, which is reflected in the name of this current, since the vector module (amplitude ψ r ) is always positive, then the vector i syn is unidirectional in the positive direction of the orienting axis "x".
Синусоидальный (ортофазный) ток отстает или опережает синфазный ток согласно уравнениям (6) на 90o, вектор ортогонален по отношению к вектору что отражено в названии ортофазного тока.Sinusoidal (orthophasic) current lags or is ahead of the common mode current according to equations (6) by 90 o , vector orthogonal to the vector which is reflected in the name of the orthophase current.
Направление проекции на ось "y" (фиг. 3а) определяется знаком "+" или "-" в уравнениях (6).Projection direction on the axis "y" (Fig. 3A) is determined by the sign "+" or "-" in equations (6).
Потокосцепления ротора возбуждаются в асинхронном двигателе согласно уравнениям (3) в результате возбуждения током статора потокосцеплений статора согласно уравнениям (2).The rotor flux linkages are excited in an induction motor according to equations (3) as a result of the stator flux excitation of the stator flux links according to equations (2).
Приращения потокосцепления статора Δψs за интервал времени Δt согласно уравнениям (2) возникают по осям α,β при возникновении приращения разницы Δuα,Δuβ между напряжениями статора usα,usβ и падениями напряжения статора, пропорциональными токам статора isα,isβ, что является физической основой предлагаемого способа оптимального векторного управления асинхронным электродвигателем без датчиков, конструктивно связанных с электродвигателем.The stator flux linkage increments Δψ s for the time interval Δt according to Eqs. (2) occur along the α, β axes when there is an increment in the difference Δu α , Δu β between the stator voltages u sα , u sβ and the stator voltage drops proportional to the stator currents i sα , i sβ that is the physical basis of the proposed method for optimal vector control of an asynchronous electric motor without sensors structurally associated with the electric motor.
Измерением приращений и преобразованием разностей напряжений достигается оптимизация режимов. By measuring increments and converting voltage differences, mode optimization is achieved.
Выявление приращения величины относительной угловой скорости вращения Δω магнитного поля по отношению к ротору (частоты скольжения) производится в способе на основании дифференциальных уравнений роторной цепи, основными параметрами в которых являются проекции вектора потокосцепления ротора Ориентация вектора производится по вектору косвенно измеряемому по измеренным величинам напряжения usα,usβ и тока isa, isβ статора на основании уравнений (2), (3).The increment of the relative angular velocity Δω of the magnetic field with respect to the rotor (slip frequency) is detected in the method based on the differential equations of the rotor chain, the main parameters of which are the projections of the rotor flux linkage vector The orientation of the vector is made by vector indirectly measured from the measured values of voltage u sα , u sβ and current i sa , i sβ of the stator based on equations (2), (3).
Последовательность выполнения операций векторной ориентации тока статора в декартовой координатной системе x, y, ориентированной осью "x" по вектору согласно способу управления устанавливается в следующем порядке: измеряют двухфазное напряжение usα,usβ и двухфазный ток isα,isβ по величинам которых вычисляют двухфазные потокосцепления статора ψsα,ψsβ согласно уравнениям (2).The sequence of operations of the vector orientation of the stator current in the Cartesian coordinate system x, y, oriented by the x axis along the vector according to the control method, it is established in the following order: two-phase voltage u sα , u sβ and two-phase current i sα , i sβ are measured by the values of which two-phase stator flux linkages ψ sα , ψ sβ are calculated according to equations (2).
Полученные величины ψsα,ψsβ образуют косвенно измеренные проекции вектора потокосцепления статора в двухфазной (неподвижной) декартовой системе координат α,β (фиг. 3д)). Затем вычисляют по уравнениям (3) косвенно измеренные величины двухфазного потокосцепления ротора ψrα,ψrβ (фиг. 3д)). После этого на основании ортогональности осей α,β вычисляют амплитуду потокосцепления ротора ψr по формуле
Затем вычисляют по косвенно измеренным величинам двухфазного потокосцепления ротора ψrα,ψrβ и вычисленной амплитуде потокосцепления ротора ψr нормированные косинусную и синусную функции фазы φs потокосцепления ротора согласно выражениям
Полученные нормированные (с единичной амплитудой) косинусную и синусную функции фазы φs потокосцепления ротора характеризуют единичный вектор во вращающейся декартовой системе координат x, y, ориентированной осью "x" по направлению вектора (фиг. 3д)), благодаря чему фаза потокосцепления ротора одновременно образует равную ей фазу синхронизации φs регулируемых синфазного и ортофазного токов (фиг. 3е)).The obtained values of ψ sα , ψ sβ form indirectly measured projections of the stator flux linkage vector in a two-phase (fixed) Cartesian coordinate system α, β (Fig. 3d)). Then, indirectly measured values of the two-phase flux linkage of the rotor ψ rα , ψ rβ are calculated according to equations (3) (Fig. 3d)). After that, on the basis of the orthogonality of the axes α, β, the amplitude of the flux linkage of the rotor ψ r is calculated by the formula
Then, the indirectly measured values of the two-phase rotor flux linkage ψ rα , ψ rβ and the calculated rotor flux linkage amplitude ψ r are calculated, the normalized cosine and sine functions of the rotor flux linkage phase φ s according to the expressions
The obtained normalized (with unit amplitude) cosine and sine phase functions φ s of the rotor flux linkage characterize the unit vector in a rotating Cartesian coordinate system x, y, oriented by the x-axis in the direction of the vector (Fig. 3d)), due to which the rotor flux coupling phase simultaneously forms the synchronization phase φ s of the adjustable in-phase and orthophase currents equal to it (Fig. 3e)).
В функции фазы синхронизации φs по полученным согласно выражениям (9) нормированным косинусной и синусной функций фазы синхронизации задают и регулируют синфазный и ортофазный токи как показано на фиг. 3а), б), в соответствии с уравнениями прямого и обратного преобразований координат.In the synchronization phase function φ s, according to the expressions (9) obtained, the normalized cosine and sine functions of the synchronization phase determine and regulate the in-phase and orthophase currents as shown in FIG. 3a), b), in accordance with the equations of direct and inverse transformations of coordinates.
Операция прямого преобразования декартовых координат x, y α,β (фиг. 3а)) производится согласно формулам:
где I
I
φs - фаза синхронизации.The operation of direct transformation of the Cartesian coordinates x, y α, β (Fig. 3a)) is performed according to the formulas:
where i
I
φ s is the phase of synchronization.
Прямое преобразование двухфазно-трехфзных координат α,β a, b, c (фиг. 3б)) производится по формулам
Обратное преобразование двухфазно-трехфазных координат a, b, c ⇒ α, β (фиг. 3д)) выполняется согласно выражениям:
Операция обратного преобразования декартовых координат α,β x, y выполняется в соответствии с формулами
Последовательность выполнения операций над токами по шагам производится от операции (10), затем (11) к операции (12) и затем (13), как показано стрелками на фиг. 3.Direct conversion of two-phase-three-phase coordinates α, β a, b, c (Fig. 3b)) is performed according to the formulas
The inverse transformation of the two-phase-three-phase coordinates a, b, c ⇒ α, β (Fig. 3d)) is performed according to the expressions:
The inverse transformation of the Cartesian coordinates α, β x, y is performed in accordance with the formulas
The sequence of operations on currents in steps is carried out from operation (10), then (11) to operation (12) and then (13), as shown by arrows in FIG. 3.
Операции (10), (11) производятся над управляющими величинами (*), операции (12), (13) выполняются по полученным измеренным величинам isa, isb.Operations (10), (11) are performed on control quantities ( * ), operations (12), (13) are performed on the obtained measured values i sa , i sb .
В результате замкнутого цикла регулирования по шагам (10) - (12) и (12) - (10) фазные токи статора isa, isb, isc регулируются равными разности синфазных и ортофазных токов согласно уравнениям (1), (4), (5), (6).As a result of a closed control loop, in steps (10) - (12) and (12) - (10), the stator phase currents i sa , i sb , i sc are regulated equal to the differences in-phase and orthophase currents according to equations (1), (4), (5), (6).
Регулирование токов производится в функции фазы синхронизации φs, образованной косвенно измеренными функциями cosφs,sinφs фазы φs потокосцепления ротора в соответствии с уравнениями (9), (8), (3), (2) по шагам в последовательности операций от измеренных двухфазных величин isa, isb, Usa, Usb к измереным приращениям ψsα,ψsβ,ψrα,ψrβ,ψr,cosφs,sinφs и далее по шагам операций (10) - (13).Current regulation is performed as a function of the synchronization phase φ s , formed indirectly by the measured functions cosφ s , sinφ s of the phase φ s rotor flux linkage in accordance with equations (9), (8), (3), (2) in steps in the sequence of operations from the measured two-phase quantities i sa , i sb , U sa , U sb to the measured increments ψ sα , ψ sβ , ψ rα , ψ rβ , ψ r , cosφ s , sinφ s and further in the steps of operations (10) - (13).
Обратные преобразования измеренных фазных напряжений Usa, Usb производятся аналогично (12)
Измеренные согласно (14) величины двухфазного напряжения уменьшаются на величины падений напряжения usα,usβ и согласно уравнениям (2) определяют приращения двухфазного потокосцепления статора Rsisα,Rsisβ за интервал времени шага Δψsα,Δψsβ как интеграл разности напряжения и соответствующего падения напряжения за интервал времени Δt
Сущность способа оптимального векторного управления заключается в том, что измеренная описанным выше способом амплитуда ортофазного тока Iort, полученная в результате двух замкнутых последовательностей операций над измеренными величинами фазных токов и фазных напряжений, задает оптимальный процесс изменения амплитуды потокосцепления ротора Δt. и частоты скольжения ψr onm путем пропорционального амплитуде Iort изменения амплитуды синфазного тока и частоты скольжения Δωonm из условия выполнения оптимизации режимов асинхронного электродвигателя, характеризуемых минимумом тока, минимумом потерь электроэнергии, максимумом момента и максимумом быстродействия, как показано на фиг. 4 - 7.The inverse transformations of the measured phase voltages U sa , U sb are performed similarly to (12)
The values of two-phase voltage measured according to (14) decrease by the magnitude of the voltage drops u sα , u sβ and, according to Eqs. (2), determine the increments of the two-phase stator flux linkage R s i sα , R s i sβ over the step time interval Δψ sα , Δψ sβ as the integral of the voltage difference and the corresponding voltage drop over the time interval Δt
The essence of the optimal vector control method is that the orthophase current amplitude I ort measured by the method described above, obtained as a result of two closed sequences of operations on the measured values of phase currents and phase voltages, sets the optimal process for changing the rotor flux coupling amplitude Δt. and the slip frequency ψ r onm by proportional to the amplitude I ort of the change in the amplitude of the common-mode current and the slip frequency Δω onm from the condition for optimizing the modes of the induction motor, characterized by a minimum of current, a minimum of power losses, a maximum of torque and a maximum of speed, as shown in FIG. 4 - 7.
Управляемая по оптимальным законам электромагнитная реакция асинхронного электродвигателя на описанное выше взаимодействие токов и напряжений используется в способе для оптимизации режимов электродвигателя путем взаимосвязанных действий над амплитудами синфазного и ортофазного тока Isyn, Iort, в результате чего типовой асинхронный двигатель, не оснащенный датчиками, приобретает новые более эффективные энергетические и динамические свойства (фиг. 4 - 7) как в регулируемом по моменту или скорости электроприводе, так в нерегулируемом электроприводе при работе с постоянной скоростью и переменным моментом нагрузки.Optimal-controlled electromagnetic reaction of an induction motor to the interaction of currents and voltages described above is used in the method to optimize motor modes by interconnecting actions on the in-phase and orthophase current amplitudes I syn , I ort , as a result of which a typical asynchronous motor not equipped with sensors acquires new more efficient energy and dynamic properties (Figs. 4-7) both in an electric drive that is adjustable in moment or speed, and in an unregulated electric drive during operation with constant speed and variable load torque.
Электромагнитный переходный процесс типового асинхронного электродвигателя, описываемый типовыми дифференциальными уравнениями для роторной цепи
Δω
где Rr, Lr - активное сопротивление и индуктивность ротора,
Lm - взаимная индуктивность,
скорость вращения координат x, y,
ωк - скорость вращения ротора,
в результате выполнения описанных выше операций принудительной ориентации и регулирования вектора тока статора ω - относительно вектора потокосцепления ротора преобразуется к следующему виду, соответствующему достигнутой ориентации синфазного тока оси "x" декартовой системы координат x, y вдоль вектора потокосцепления ротора во всех статических и динамических режимах асинхронного электродвигателя
где - амплитуда потокосцепления ротора,
ψr - угловая частота потокосцепления ротора,
ωs - текущая скорость вращения ротора,
ω - угловая частота скольжения.Electromagnetic transient of a typical asynchronous electric motor, described by typical differential equations for a rotor circuit
Δω
where R r , L r - resistance and inductance of the rotor,
L m - mutual inductance,
coordinate rotation speed x, y,
ω to - the speed of rotation of the rotor,
as a result of performing the above operations of forced orientation and regulation of the stator current vector ω - relative to the rotor flux linkage vector is converted to the following form corresponding to the achieved common-mode current orientation x-axis of the Cartesian x, y coordinate system along the rotor flux linkage vector in all static and dynamic modes of an induction motor
Where - the amplitude of the flux linkage of the rotor,
ψ r is the angular frequency of the flux linkage of the rotor,
ω s is the current rotor speed,
ω is the angular slip frequency.
Согласно способу задание амплитуды синфазного тока Isyn определяет амплитуды потокосцепления ротора Δω по экспоненциальному закону в соответствии с первым уравнением (16) асинхронного электродвигателя с постоянной времени Tr изменения амплитуды потокосцепления
ψr
а текущая действительная величина частоты скольжения вычисляется как отношение измеренной амплитуды ортофазного тока Iort к косвенно измеренной амплитуде потокосцепления ротора Δω согласно второму уравнению (16).According to the method, setting the common-mode current amplitude I syn determines the rotor flux coupling amplitudes Δω according to the exponential law in accordance with the first equation (16) of an asynchronous electric motor with a time constant T r of the flux coupling amplitude change
ψ r
and the current actual value of the slip frequency is calculated as the ratio of the measured amplitude of the orthophase current I ort to the indirectly measured amplitude of the rotor flux linkage Δω according to the second equation (16).
В статических режимах асинхронного электродвигателя амплитуда потокосцепления ротора постоянна и равна
ψr
момент электродвигателя M равен статическому моменту нагрузки Mc, а амплитуда тока статора ψr= LmIsyn, (18) для создания момента M изменяется по U-образным характеристикам в зависимости от величин частоты скольжения и амплитуды потокосцепления ротора Δω как показано на фиг. 5. Для каждого момента M электродвигателя существует такое сочетание величин Isin, Iort, ψr, при котором достигается режим минимума тока is = is min. Естественная характеристика "ток - момент - скольжение" для неуправляемого асинхронного электродвигателя показана на фиг. 4 штриховой линией, сплошная линия, соединяющая точки минимума тока, соответствует режиму оптимального векторного управления согласно способу управления.In static modes of an induction motor, the amplitude of the rotor flux linkage is constant and equal to
ψ r
the motor moment M is equal to the static load moment M c , and the stator current amplitude ψ r = L m I syn , (18) to create the moment M varies according to U-shaped characteristics depending on the values of the slip frequency and the rotor flux coupling amplitudes Δω as shown in FIG. 5. For each moment M of the electric motor there is such a combination of the values of I sin , I ort , ψ r , at which the minimum current mode i s = i s min is achieved. The natural current-moment-slip characteristic for an uncontrolled induction motor is shown in FIG. 4 by a dashed line, a solid line connecting the points of minimum current corresponds to the optimal vector control mode according to the control method.
Как показано на фиг. 5, режим оптимального векторного управления осуществляется путем задания в основной зоне изменения момента M = 0,25 - 2,0 Mн задания амплитуды синфазного тока Isyn равной измеренной амплитуде ортофазного тока Iort, при этом и для более высоких значений момента это условие оптимальности преимущественно сохраняется с некоторым незначительным отклонением, как показано на фиг. 5.As shown in FIG. 5, the optimal vector control mode is carried out by setting the moment of change in the main zone M = 0.25 - 2.0 M n to set the common-mode current amplitude I syn equal to the measured orthophase current amplitude I ort , and this is also an optimality condition for higher values of the moment predominantly maintained with some slight deviation, as shown in FIG. 5.
Оптимальное задание амплитуды синфазного тока Δω,ψr, пропорционально измеренной амплитуде ортофазного тока Iort согласно способу устойчиво удерживает режим асинхронного двигателя в точках минимума тока (фиг. 5), так как динамическое отклонение синфазного тока Isyn в сторону больших значений Isyn > Isyn опт переводит режимную точку в область, расположенную влево от оптимальной точки на фиг. 5. В этой режимной области снижается ортофазный ток, что снижает измеренную величину ортофазного тока Iort относительно заданной величины I
Частоту скольжения I
Согласно способу в начале работы электродвигателя задают начальную амплитуду синфазного тока Isyn o (фиг. 6) и возбуждают в асинхронном двигателе начальное потокосцепление ротора ψr Затем задают момент M*.According to the method, at the beginning of the operation of the electric motor, the initial common-mode current amplitude I syn o is set (Fig. 6) and the initial flux coupling of the rotor ψ r is excited in the induction motor. Then, the moment M * is set .
В случае малой величины заданного момента M* < 0,25 Mн (например, в режиме холостого хода) амплитуду ортофазного тока Iort регулируют пропорционально заданному моменту M* при постоянной амплитуде синфазного тока Isyn o, а угол фазового сдвига ψro. вектора тока статора εφ относительно вектора потокосцепления ротора изменяют пропорционально моменту M (фиг. 5)
При возрастании задания момента амплитуда ортофазного тока Iort возрастает до равенства заданной начальной амплитуды синфазного тока Isyn, после чего амплитуду синфазного тока изменяют пропорционально измеренному ортофазному току Iort, а угол фазового сдвига регулируют на постоянном уровне εφ= Kε•M. (фиг. 5).In the case of a small value of the set moment M * <0.25 M n (for example, in idle mode), the amplitude of the orthophase current I ort is regulated proportionally to the set moment M * at a constant amplitude of the common-mode current I syn o , and the phase shift angle ψ ro . stator current vector ε φ relative to the rotor flux link vector change proportionally to the moment M (Fig. 5)
As the torque reference increases, the amplitude of the orthophase current I ort increases to equal the specified initial amplitude of the common-mode current I syn , after which the amplitude of the common-mode current is changed proportionally to the measured orthophase current I ort , and the phase shift angle is controlled at a constant level ε φ = K ε • M. (Fig. 5).
Амплитуду потокосцепления ротора увеличивают с увеличением момента M путем увеличения амплитуды синфазного тока Isyn как показано на фиг. 5. При этом нелинейное явление магнитного насыщения магнитопровода асинхронного электродвигателя в зоне сильного насыщения, необходимое для оптимизации тока при больших значениях момента M > 2Mн, в способе управления не моделируется, а точно измеряется путем измерения соотношений фазных напряжений и фазных токов, естественным путем связанных реальной характеристикой намагничивания асинхронного электродвигателя.The amplitude of the flux linkage of the rotor increase with increasing moment M by increasing the in-phase current amplitude I syn as shown in FIG. 5. In this case, the nonlinear phenomenon of magnetic saturation of the magnetic circuit of an asynchronous electric motor in the zone of strong saturation, which is necessary for optimizing the current at large values of the moment M> 2M n , is not modeled in the control method, but is accurately measured by measuring the ratios of phase voltages and phase currents, naturally connected real characteristic of the magnetization of an induction motor.
В динамических режимах работы асинхронного электродвигателя (пуск, торможение, значительное приращение скорости, перегрузка по моменту) согласно способу ограничивают максимальную величину тока статора is max на уровне допустимой величины is доп для инвертора, питающего двигатель, и производят описанные выше операции оптимального векторного управления по критерию максимума момента M = Mmax при is max = is доп, как показано на фиг. 6. Оптимальное значение амплитуды потокосцепления ротора ψr onm устанавливают тем больше, чем выше допустимый ток is доп. Это достигается путем соответствующего оптимального увеличения амплитуды синфазного тока Isyn опт пропорционально измеренному ортофазному току Iort.In dynamic modes of operation of an induction motor (start, braking, a significant increase in speed, overload in time) according to the method limit the maximum value of the stator current i s max at the level of permissible value i s extra for the inverter supplying the motor, and perform the operations of optimal vector control described above by the criterion of the maximum moment M = M max at i s max = i s extra , as shown in FIG. 6. The optimal value of the amplitude of the flux linkage of the rotor ψ r onm is set the greater, the higher the permissible current i s add . This is achieved by a corresponding optimal increase in the in-phase current amplitude I syn opt in proportion to the measured orthophase current I ort .
В динамическом режиме, возникающем при скачкообразном приращении сигнала задания момента Uм, например, при пуске (осциллограммы показаны на фиг. 7), начальная величина потокосцепления ротора ψr мала по отношению к оптимальной величине ψro для максимального момента при допустимом токе is доп. Согласно способу задают амплитуду ортофазного тока ψr onm пропорционально отношению заданного момента М* к косвенно измеренной (вычисленной по измеренным величинам) амплитуде потокосцепления ротора I
ψr= ψr onm
где Zр - число пар полюсов асинхронного электродвигателя.In the dynamic mode that occurs during a stepwise increment of the signal for setting the moment U m , for example, at start-up (waveforms are shown in Fig. 7), the initial value of the rotor flux linkage ψ r is small with respect to the optimal value ψ ro for the maximum moment at the permissible current i s additional . According to the method, the amplitude of the orthophase current ψ r onm is proportional to the ratio of the given moment M * to the indirectly measured (calculated from the measured values) amplitude of the flux linkage of the rotor I
ψ r = ψ r onm
where Z p - the number of pairs of poles of an induction motor.
С момента t0 подача скачка управляющего воздействия , пропорционального заданному моменту M* (фиг. 7), задание амплитуды ортофазного тока Iort скачком увеличивают согласно уравнению (18), после чего пропорционально скачком увеличивают синфазный ток Isyn, в результате чего амплитуда потокосцепления ротора u
Частоту скольжения I
ψr(t),
При таком способе оптимального векторного управления динамическим режимом действительный момент асинхронного электродвигателя M пропорционален заданному моменту M* и максимален для допустимого тока статора is доп
Постоянный и максимальный момент M асинхронного электродвигателя в динамике вызывает постоянное и максимальное ускорение, в результате чего скорость вращения M(t) = Mmax= M*(t) = Kм•uм(t). (20) изменяется с максимальным быстродействием линейно с максимальным постоянным ускорением (фиг. 7).Slip Frequency I
ψ r (t),
With this method of optimal vector control of the dynamic mode, the actual moment of the induction motor M is proportional to the given moment M * and is maximum for the permissible stator current i s extra
The constant and maximum moment M of the induction motor in the dynamics causes constant and maximum acceleration, as a result of which the rotation speed M (t) = M max = M * (t) = K m • u m (t). (20) varies with maximum speed linearly with maximum constant acceleration (Fig. 7).
При возрастании скорости выше установленной заранее граничной величины скорости вращения ω(t) величина максимального момента M* снижается обратно пропорционально текущей скорости вращения ωгр из условия максимальной выходной динамической мощности Pmax
ω > ωгр
при выполнении следующих условий ограничения по максимальному напряжению статора и по максимальному току статора
P = Mmax(ω)•Zp•ω = Pmax (21)
При росте скорости выше граничной скорости ω в статических и динамических режимах условие оптимальности по максимуму входной механической мощности (21) согласно способу осуществляется путем снижения величины заданной амплитуды синфазного тока ωгр из условия режима работы на максимальном напряжении или на максимальном токе is доп.When the speed increases above a predetermined boundary value of the rotation speed ω (t), the maximum moment M * decreases inversely with the current rotation speed ω gr from the condition of the maximum output dynamic power P max
ω> ω gr
under the following conditions, the restrictions on the maximum stator voltage and on the maximum stator current
P = M max (ω) • Z p • ω = P max (21)
With increasing speed above the boundary speed ω in static and dynamic modes, the optimality condition for the maximum input mechanical power (21) according to the method is carried out by reducing the value of the given common-mode amplitude ω g from the condition of the operating mode at maximum voltage or at maximum current i s add .
Трехзонное регулирование момента и скорости асинхронного электродвигателя согласно способу производится путем оптимального задания и регулирования амплитуды синфазного тока:
в первой зоне Isyn onm(ω,Iort)
во второй зоне I
в третьей зоне I
Трехзонным оптимальным регулированием амплитуды синфазного тока и, следовательно, величины амплитуды потокосцепления ротора I
in the first zone I syn onm (ω, I ort )
in the second zone I
in the third zone I
Three-zone optimal regulation of the common-mode current amplitude and, therefore, the magnitude of the flux linkage amplitude of the rotor I
Поставленная задача изобретения, заключающаяся в минимизации потерь электроэнергии в асинхронном электродвигателе за счет оптимального векторного управления асинхронным электродвигателем без датчиков на двигателе, решена в предложенном решении способа оптимального управления и электропривода для его осуществления путем описанной последовательности операций и взаимодействий над токами и напряжениями статора асинхронного электродвигателя. Последовательность операций осуществлена таким образом, что без измерения скорости вращения и магнитного потока и используя лишь реакцию самого объекта управления (асинхронного электродвигателя), изменяющую соотношение фазных токов и фазных напряжений статора, производится саморегулирование асинхронного электродвигателя по оптимальным законам максимума отношения момента к току, минимума потребления электроэнергии, максимума быстродействия при обеспечении возможности получения предельных значений момента и мощности на валу асинхронного электродвигателя. The object of the invention, which is to minimize energy losses in an induction motor due to optimal vector control of an induction motor without sensors on the motor, is solved in the proposed solution to the method of optimal control and electric drive for its implementation by the described sequence of operations and interactions over the currents and voltages of the stator of an induction motor. The sequence of operations is carried out in such a way that without measuring the rotation speed and magnetic flux and using only the reaction of the control object itself (asynchronous electric motor), which changes the ratio of phase currents and phase stator voltages, the asynchronous electric motor self-regulates according to the optimal laws of maximum torque to current ratio, minimum consumption electricity, maximum speed while providing the ability to obtain the limit values of the moment and power on the asyn shaft ronnogo motor.
Цель изобретения - минимизация потерь электроэнергии, повышение точности регулирования оптимальных режимов с учетом насыщения магнитопровода при расширении диапазона регулирования момента и скорости асинхронного электродвигателя без датчиков на электродвигателе, достигнута тем, что оптимальное по максимуму отношение момента к току M/is max, зависимое от момента M, возрастание амплитуды потокосцепления ротора (M•Zp•ω) с ростом момента M происходит с естественным учетом реального насыщения магнитопровода асинхронного электродвигателя по измеренным величинам фазных напряжений Usa, Usb и фазных токов isa, isb аналогично типовому измерению реальной характеристики намагничивания асинхронного электродвигателя "напряжение - ток", принятой при типовых испытаниях электрических машин.The purpose of the invention is the minimization of energy losses, improving the accuracy of regulation of optimal conditions taking into account saturation of the magnetic circuit while expanding the range of regulation of the moment and speed of an asynchronous electric motor without sensors on the electric motor, is achieved by the fact that the maximum torque-to-current ratio M / i s max , depending on the moment M, the increase in the amplitude of the flux linkage of the rotor (M • Z p • ω) with increasing moment M occurs with a natural allowance for the actual saturation of the magnetic circuit of an induction motor according to the measured values of the phase voltages U sa , U sb and phase currents i sa , i sb similar to the typical measurement of the real magnetization characteristic of an asynchronous voltage-current electric motor, adopted in type tests of electric machines.
Расширение диапазона регулирования "бездатчикового" электропривода достигается тем, что в электроприводе исключен прямой канал задания и управления частотой тока или напряжения статора, а задание и управление скоростью вращения осуществляется путем саморегулирования непосредственно объектом управления (асинхронным электродвигателем) по измеренным величинам фазных токов и фазных напряжений и заданному моменту M*. Саморегулирование частоты тока производится путем измерения приращений разности величин тока и напряжения статора при возникновении момента электродвигателя M, в результате чего возникает приращение механической скорости вращения ψr onm(M) согласно уравнению движения
где J - момент инерции электропривода.The expansion of the regulation range of the "sensorless" electric drive is achieved by the fact that the direct drive channel for setting and controlling the frequency of the current or voltage of the stator is excluded in the drive, and the speed is set and controlled by self-regulation directly by the control object (asynchronous electric motor) according to the measured values of phase currents and phase voltages and given moment M * . Self-regulation of the current frequency is carried out by measuring the increments of the difference between the current magnitude and the stator voltage when an electric motor moment M occurs, resulting in an increment of the mechanical rotation speed ψ r onm (M) according to the equation of motion
where J is the moment of inertia of the electric drive.
Приращение механической скорости вращения (M-Mc)Δt = JΔωмех, объекта управления создает приращение измеренных величин разности фазных напряжений и фазных токов, воздействующих на параметры векторов тока и вектора потокосцепления ротора Δωмех что повышает точность и диапазон регулирования механической скорости вращения начиная от нулевой механической скорости вращения ωмех, = 0 (в режиме "упора") до максимальной физически предельно достижимой величины ωмех, ограниченной максимальным напряжением Us max.The increment of the mechanical rotation speed (MM c ) Δt = JΔω mech of the control object creates an increment of the measured values of the difference in phase voltages and phase currents affecting the parameters of the current vectors and the rotor flux link vector Δω mech, which increases the accuracy and range of regulation of the mechanical rotational speed starting from zero mechanical rotation speed ω mech , = 0 (in the “stop” mode) to the maximum physically maximum achievable value ω mech , limited by the maximum voltage U s max .
Динамическая и статическая точность регулирования скорости повышается за счет компенсации возмущений со стороны нагрузки путем измерения реакции асинхронного электродвигателя на приращения момента нагрузки и скорости вращения, в результате чего повышается жесткость механических характеристик ωмех= ωмех max (Mс) и уменьшается ошибка регулирования ωмех Динамическая ошибка регулирования ω*-ω. уменьшается также и за счет достижения предельно максимального динамического момента для заданного максимального тока is доп и максимального ускорения электропривода, с минимальным временем, компенсирующим рассогласование заданной и текущей скорости вращения.The dynamic and static accuracy of speed control is increased by compensating for disturbances on the load side by measuring the response of an induction motor to increments of the load moment and rotation speed, which increases the rigidity of the mechanical characteristics ω mech = ω mech max (M s ) and decreases the control error ω mech Dynamic control error ω * -ω. It also decreases due to the achievement of the maximum maximum dynamic moment for a given maximum current i s extra and maximum acceleration of the electric drive, with a minimum time compensating for the mismatch between the set and current rotation speed.
Технический результат и эффективность технического решения в различных областях техники заключаются в получении комплекса положительных технических и экономических эффектов:
минимизация потерь электроэнергии в типовом асинхронном электродвигателе без датчиков на электродвигателе снижением потерь электроэнергии на 20-25% относительно известных электроприводов за счет снижения потерь на возбуждение магнитного поля при малых моментах нагрузки и оптимальном увеличении магнитного потока при увеличении момента, обеспечивающем максимум отношения момента к току;
при увеличении диапазонов регулирования повышение точности регулирования оптимального магнитного потока, режимов минимума тока и максимума момента за счет повышения точности учета нелинейного магнитного насыщения магнитопровода асинхронного электродвигателя по взаимодействиям напряжений и токов;
универсальность регулировочных свойств и областей применения асинхрноного электропривода за счет исключения датчиков, конструктивно связанных с электродвигателем и за счет одновременного повышения диапазона регулирования скорости под нагрузкой вниз, вплоть до нулевой скорости в режиме "упор" и вверх, вплоть до 2-4-кратной от номинальной скорости;
снижение тока статора при номинальной нагрузке примерно на 10% и суммарных потерь мощности на 15%;
снижение потерь напряжения в силовых кабелях, в том числе для длинных линий питания асинхронного электродвигателя, например для глубинных погружных электронасосов для добычи нефти, на 30-40% в режимах пуска, торможения и перегрузок;
возможность применения электропривода в режимах высокоточного и оптимизированного моментного электропривода, например, в электротранспорте, для электромобилей, причем без применения датчиков на двигателе;
возможность применения электропривода исключительно в целях экономии электроэнергии, в том числе для нерегулируемых механизмов.The technical result and the effectiveness of technical solutions in various fields of technology are to obtain a set of positive technical and economic effects:
minimization of energy losses in a typical asynchronous electric motor without sensors on the electric motor by reducing electric losses by 20-25% relative to known electric drives by reducing losses on the excitation of the magnetic field at low load moments and the optimal increase in magnetic flux with increasing torque, providing maximum torque to current ratio;
with increasing control ranges, increasing the accuracy of controlling the optimal magnetic flux, minimum current and maximum torque modes by increasing the accuracy of accounting for the nonlinear magnetic saturation of the magnetic circuit of an asynchronous electric motor based on the interaction of voltages and currents;
universality of adjusting properties and applications of an asynchronous electric drive due to the exclusion of sensors structurally connected to the electric motor and due to the simultaneous increase in the range of speed control under load down, up to zero speed in the stop mode and up, up to 2-4 times the nominal speed
reduction of stator current at rated load by about 10% and total power loss by 15%;
reduction of voltage losses in power cables, including for long supply lines of an asynchronous electric motor, for example, for deep submersible electric pumps for oil production, by 30-40% in start-up, braking and overload modes;
the possibility of using the electric drive in high-precision and optimized torque electric drive modes, for example, in electric vehicles, for electric vehicles, without using sensors on the engine;
the possibility of using an electric drive solely for the purpose of saving electricity, including for unregulated mechanisms.
Промышленная применимость при наибольшей экономической выгоде для потребителей предложенного технического решения взамен известных осуществима в следующих машинах и механизмах:
электроприводы станков-качалок и глубинных погружных электронасосов нефтяных скважин (регулирования усилий и скорости, экономия электроэнергии, снижение потерь напряжения в силовом кабеле, повышение успешности выхода из режимов стопорения и перегрузки);
электроприводы насосных и вентиляторных установок, в том числе в городском хозяйстве (снижение потерь электроэнергии);
в лифтах, подъемниках и подъемных кранах (повышение отношения момента к току, повышение точности и плавности регулирования момента и скорости, возможность создания режима "стопор под активной нагрузкой");
тяговый электропривод электротранспорта, в том числе электропривод электромобиля, электровоза (возможность плавного регулирования момента, минимум тока, точность задания ускорения, максимум момента при перегрузках);
электроприводы главного движения станков, электрошпинделя (максимальный диапазон регулирования скорости без датчика на валу, максимуму выходной механической мощности, минимум времени пуска и торможения);
электромеханизмы, работающие в радиоактивных, пожаро-взрывоопасных, жидкостных и химически активных средах, в которых используются специальные асинхронные электродвигатели высокой степени защиты, исключающие применение датчиков, конструктивно связанных с электродвигателем.Industrial applicability with the greatest economic benefit for consumers of the proposed technical solution instead of the known ones is feasible in the following machines and mechanisms:
electric drives of rocking machines and deep submersible electric pumps of oil wells (regulating forces and speed, saving energy, reducing voltage losses in the power cable, increasing the success of exiting lock and overload modes);
electric drives of pumping and fan installations, including in municipal services (reduction of electric energy losses);
in elevators, hoists and cranes (increasing the ratio of torque to current, increasing the accuracy and smoothness of torque and speed regulation, the possibility of creating the "stop under active load"mode);
traction electric drive of electric transport, including electric drive of electric vehicle, electric locomotive (the possibility of smooth regulation of torque, minimum current, accuracy of acceleration, maximum torque during overloads);
electric drives of the main movement of machines, an electrospindle (the maximum range of speed control without a sensor on the shaft, the maximum output of mechanical power, the minimum start and stop time);
Electromechanisms operating in radioactive, fire-explosive, liquid and chemically active environments, which use special high-protection asynchronous electric motors, excluding the use of sensors structurally associated with the electric motor.
Универсальность и эффективность энергетических и регулировочных преимуществ технического решения "Способ оптимального векторного управления и электропривод для его осуществления" и распространения асинхронных электродвигателей в различных отраслях техники позволяют использовать его в количествах, превышающих 100000 штук в год. The versatility and effectiveness of the energy and regulatory advantages of the technical solution "The method of optimal vector control and electric drive for its implementation" and the distribution of asynchronous electric motors in various fields of technology allow its use in quantities exceeding 100,000 units per year.
Источники информации
1. Патент РФ N 1458951, кл. H 02 M 7/40 "Способ управления многофазным инвертором и устройство для его осуществления, Мищенко В.А., Мищенко Н.И. Приоритет 26.03.1984. Опублик. 15.02.1989. Бюл. N 6.Sources of information
1. RF patent N 1458951, cl. H 02 M 7/40 "A method for controlling a multiphase inverter and a device for its implementation, Mishchenko VA, Mishchenko NI Priority 03/26/1984. Published. 02/15/1989. Bull. N 6.
2. Патент РФ N 1515322, кл. H 02 P 7/42 "Электропривод переменного тока", Мищенко В.А. Приоритет 11.05.1984. Опубл. 15.10.89. Бюл. N 38. 2. RF patent N 1515322, cl. H 02 P 7/42 "AC electric drive", V. Mishchenko Priority 05/11/1984. Publ. 10/15/89. Bull.
Claims (3)
I
Lr/Rrdψr/dt+ψr= LmIsyn,
Δω = ωs-ω = Rr/LrLmIort/ψr,
где I
Isyn - амплитуда синфазного тока;
R r и Lr - активное сопротивление и индуктивность ротора;
Lm - взаимная индуктивность;
Zр - число пар полюсов асинхронного электродвигателя;
М* - заданный момент;
ψr - амплитуда потокосцепления ротора;
ω - текущая угловая скорость вращения ротора;
ωs - угловая частота вращения потокосцепления ротора;
Δω - угловая частота скольжения.3. A device for vector control of an asynchronous electric motor, comprising an inverter, the power outputs of which are connected via phase current sensors to the stator windings of the asynchronous electric motor, and the control inputs are connected to a control pulse generation unit, characterized in that a phase voltage sensor is connected to the inverter power outputs digital signal coprocessor, digital signal processor, programmable digital memory, serial port, remote control and diagnostician and, in this case, the control pulse generation block is made in the form of a driver microcircuit with an additional pulse-width modulation resolution input, the inputs of which are connected to the output of a digital signal coprocessor, formed by the outputs of a timer, which performs pulse-width modulation of digital mismatch codes of given and measured currents, analog inputs which, connected to the outputs of the phase voltage and current sensors, are formed by the inputs of the integrated multiplex analog-to-digital digitizer a new signal coprocessor containing an integrated serial command programmer, an integrated vector conversion unit in which the direct and inverse transformation of two-phase-three-phase coordinates, direct and inverse transformation of Cartesian coordinates and regulation of common-mode and orthophase currents, and a register control unit, interconnected with the built-in multiplex analog-to-digital converter and timer, as well as with a digital signal processor and programmable read-only memory, data and the address bus, the digital signal processor is connected by inputs / outputs to the inputs / outputs of the serial port through which information is exchanged with the program control and diagnostics panel, while the digital signal processor implements an algorithm of optimal vector control of the motor torque and speed at the optimal energy change criteria ψ r = ψ ronm in accordance with the equations
I
L r / R r dψ r / dt + ψ r = L m I syn ,
Δω = ω s -ω = R r / L r L m I ort / ψ r ,
where i
I syn - common-mode current amplitude;
R r and L r - resistance and inductance of the rotor;
L m is the mutual inductance;
Z p - the number of pairs of poles of an induction motor;
M * is the given moment;
ψ r is the amplitude of the flux linkage of the rotor;
ω is the current angular velocity of rotation of the rotor;
ω s is the angular frequency of rotation of the flux linkage of the rotor;
Δω is the angular slip frequency.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98105552A RU2132110C1 (en) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | Method for optimal vector control of induction electric motor and electric drive which implements said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98105552A RU2132110C1 (en) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | Method for optimal vector control of induction electric motor and electric drive which implements said method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2132110C1 true RU2132110C1 (en) | 1999-06-20 |
Family
ID=20203904
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98105552A RU2132110C1 (en) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | Method for optimal vector control of induction electric motor and electric drive which implements said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2132110C1 (en) |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2470453C1 (en) * | 2009-03-25 | 2012-12-20 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Control device for electric rotary machine |
RU2481693C1 (en) * | 2009-04-27 | 2013-05-10 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Device of power conversion |
RU2522944C2 (en) * | 2012-09-03 | 2014-07-20 | Российская Федерация от имени которой выступает Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС России) | Method and system of address start of water curtains |
RU2561708C2 (en) * | 2011-06-27 | 2015-09-10 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Control device for rotor electric machine |
RU2566301C2 (en) * | 2009-06-05 | 2015-10-20 | Реел С.Р.Л. | Engine control method |
RU2578165C2 (en) * | 2010-12-24 | 2016-03-20 | Абб Рисерч Лтд | Converter control method |
US9356544B2 (en) | 2012-06-04 | 2016-05-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Control device for eliminating malfunctions in a network |
WO2016161213A1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | Texas Instruments Incorporated | Fractional delay adjustment in a field-oriented control architecture |
RU168211U1 (en) * | 2016-04-25 | 2017-01-24 | Сергей Викторович Байда | VEHICLE (MOTOR CAR) |
RU2631266C1 (en) * | 2013-09-10 | 2017-09-20 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Engine controller |
RU2667477C1 (en) * | 2015-03-10 | 2018-09-20 | Мейденша Корпорейшн | Device for controlling synchronization of power converter |
RU2759558C1 (en) * | 2021-02-08 | 2021-11-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый центр "Русэлпром" (ООО "Инжиниринговый центр "Русэлпром") | Method for forming the flux linkage of an asynchronous motor rotor as part of an electric drive with vector field-oriented control when operating in a limited voltage zone |
RU2760227C1 (en) * | 2020-06-30 | 2021-11-23 | Дмитрий Валерьевич Хачатуров | System and method for vector control of electric engine with permanent magnets |
RU2771794C1 (en) * | 2021-07-23 | 2022-05-12 | Общество с ограниченной отвественностью "Инжиниринговый центр "Русэлпром" (ООО "Инжинириговый центр "Русэлпром") | Method for identifying the time constant of the rotor and the mutual inductance of the stator and rotor of an asynchronous motor in a vector field-oriented control system |
CN117387813A (en) * | 2023-12-06 | 2024-01-12 | 浙江大学 | Method and device for testing electromagnetic torque of high-power synchronous motor |
-
1998
- 1998-03-25 RU RU98105552A patent/RU2132110C1/en active
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2470453C1 (en) * | 2009-03-25 | 2012-12-20 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Control device for electric rotary machine |
RU2481693C1 (en) * | 2009-04-27 | 2013-05-10 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Device of power conversion |
US8736206B2 (en) | 2009-04-27 | 2014-05-27 | Mitsubishi Electric Corporation | Power converting apparatus |
RU2566301C2 (en) * | 2009-06-05 | 2015-10-20 | Реел С.Р.Л. | Engine control method |
RU2578165C2 (en) * | 2010-12-24 | 2016-03-20 | Абб Рисерч Лтд | Converter control method |
RU2561708C2 (en) * | 2011-06-27 | 2015-09-10 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Control device for rotor electric machine |
US9356544B2 (en) | 2012-06-04 | 2016-05-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Control device for eliminating malfunctions in a network |
RU2606210C2 (en) * | 2012-06-04 | 2017-01-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Noise in network elimination control device |
RU2522944C2 (en) * | 2012-09-03 | 2014-07-20 | Российская Федерация от имени которой выступает Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС России) | Method and system of address start of water curtains |
RU2631266C1 (en) * | 2013-09-10 | 2017-09-20 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Engine controller |
RU2667477C1 (en) * | 2015-03-10 | 2018-09-20 | Мейденша Корпорейшн | Device for controlling synchronization of power converter |
WO2016161213A1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | Texas Instruments Incorporated | Fractional delay adjustment in a field-oriented control architecture |
RU168211U1 (en) * | 2016-04-25 | 2017-01-24 | Сергей Викторович Байда | VEHICLE (MOTOR CAR) |
RU2760227C1 (en) * | 2020-06-30 | 2021-11-23 | Дмитрий Валерьевич Хачатуров | System and method for vector control of electric engine with permanent magnets |
RU2759558C1 (en) * | 2021-02-08 | 2021-11-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый центр "Русэлпром" (ООО "Инжиниринговый центр "Русэлпром") | Method for forming the flux linkage of an asynchronous motor rotor as part of an electric drive with vector field-oriented control when operating in a limited voltage zone |
RU2771794C1 (en) * | 2021-07-23 | 2022-05-12 | Общество с ограниченной отвественностью "Инжиниринговый центр "Русэлпром" (ООО "Инжинириговый центр "Русэлпром") | Method for identifying the time constant of the rotor and the mutual inductance of the stator and rotor of an asynchronous motor in a vector field-oriented control system |
CN117387813A (en) * | 2023-12-06 | 2024-01-12 | 浙江大学 | Method and device for testing electromagnetic torque of high-power synchronous motor |
CN117387813B (en) * | 2023-12-06 | 2024-02-13 | 浙江大学 | Method and device for testing electromagnetic torque of high-power synchronous motor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2132110C1 (en) | Method for optimal vector control of induction electric motor and electric drive which implements said method | |
US6636012B2 (en) | Stator and rotor resistance identifier using high frequency injection | |
US5502360A (en) | Stator resistance detector for use in electric motor controllers | |
US6657413B2 (en) | Driving equipment for synchronous motors | |
US4777422A (en) | Induction motor flux estimator/controller | |
KR100354775B1 (en) | Speed control apparatus of a synchronous reluctance motor | |
Popescu | Induction motor modelling for vector control purposes | |
CN105580266A (en) | Induction motor flux and torque control | |
JPS62138074A (en) | Method for determining flux angle or driving of rotary magnetic field machine and apparatus for the same | |
RU2141719C1 (en) | Method and electric drive for vector control of permanent-magnet synchronous motor | |
US20050253550A1 (en) | Leakage inductance saturation compensation for a slip control technique of a motor drive | |
KR20120058905A (en) | Flux controller for induction motor | |
CN105580016A (en) | Induction motor flux and torque control with rotor flux estimation | |
US10587176B2 (en) | Calibrated slip synchronous machine | |
Smolyaninov et al. | Mathematical model of asynchronous motor with frequency-cascade regulation | |
JP2002136197A (en) | Sensorless vector control apparatus and method | |
CN109873593A (en) | A kind of six-phase motor space vector modulating method, device and its application | |
Ta-Cao et al. | Model reference adaptive fuzzy controller and fuzzy estimator for high performance induction motor drives | |
RU2313895C1 (en) | Alternating current motor | |
RU2320073C1 (en) | Device for controlling a double-way feed motor | |
RU2317632C1 (en) | System for vector control of speed of asynchronous electric motor | |
JPS5949797B2 (en) | AC machine current control method | |
JP2575629B2 (en) | Variable speed generator motor and control method | |
JP2001238493A (en) | Control unit of generator | |
Smolentsev et al. | Selection of Energy Storage Parameters in a Distributed Network and Control of its Operation Modes |