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 PDF

Info

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
Application number
RU98105552A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.А. Мищенко
Н.И. Мищенко
А.В. Мищенко
Original Assignee
Мищенко Владислав Алексеевич
Мищенко Наталья Ивановна
Мищенко Александр Владиславович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Мищенко Владислав Алексеевич, Мищенко Наталья Ивановна, Мищенко Александр Владиславович filed Critical Мищенко Владислав Алексеевич
Priority to RU98105552A priority Critical patent/RU2132110C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2132110C1 publication Critical patent/RU2132110C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering, in particular, electric drives of petroleum bore pumps, electric motor cars, machine-tool construction, chemically aggressive environment. SUBSTANCE: method for vector regulation of in-phase and orthophase currents U,U in function of measured two-phase stator voltage
Figure 00000004
involves calculation phase φs and rotor interlinkage amplitude φr with respect to measured stator voltage levels U, U and current levels i, i, and alteration of given in-phase current amplitude I * syn in proportion to orthophase current amplitude Iort which is measured with respect to calculated rotor interlinkage phase φs(U, U, i, i, t),, regulation of slip frequency in proportion to alteration of measured orthophase current amplitude Iort and calculated rotor interlinkage amplitude φr(U, U, i, i, t).. Corresponding electric drive has phase voltage detector 32, which measures instantaneous value of rotor interlinkage phase which provides reference for shifting of stator current vector
Figure 00000005
by optimal angle due to conversion of measured orthophase current amplitude Iort by unit 32 into optimal given in-phase current level I * syn . Inputs of slip frequency calculation unit 33 are connected to output of reverse Cartesian coordinates converter 30 and output of rotor interlinkage amplitude calculation unit. EFFECT: minimal losses of electric power upon regulation of momentum and speed without speed detector. 3 cl, 12 dwg

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 * ,i * прямого преобразователя 7 двухфазно-трезфазных координат подключены к выходам прямого преобразователя 8 декартовых координат, ортофазный и синфазный входы которого соединены с выходами соответственно регулятора 9 ортофазного тока и регулятора 10 синфазного тока. Задающий вход I * ort регулятора 9 ортофазного тока подключен к выходу адаптивного регулятора 11 момента, вход M* задания момента которого соединен с выходом регулятора 12 скорости. Задающий вход ω* регулятора 12 скорости подключен к блоку 13 задания скорости.The electric drive according to the circuit of FIG. 1 contains an inverter 1 (Fig. 1), the power inputs of which are connected through phase sensors 2, 3 to the stator windings of an asynchronous electric motor 4. The control inputs of inverter 1 through a block 5 generating control pulses and connected to the sensors 2, 3 of the phase current PWM block 6 - current regulators are connected to the outputs of the direct converter of two-phase-three-phase coordinates. Inputs i * , i * a direct transducer 7 of two-phase-three-phase coordinates are connected to the outputs of a direct transducer 8 of Cartesian coordinates, the orthophase and common mode inputs of which are connected to the outputs of the orthophase current controller 9 and the common mode controller 10, respectively. Input I * ort the orthophase current regulator 9 is connected to the output of the adaptive moment regulator 11, the moment input M * of which is connected to the output of the speed regulator 12. The input input ω * of the speed controller 12 is connected to the speed setting unit 13.

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 inverter 1 is connected to the sensor 14 phase voltage with two outputs U sa , U sb connected to the inputs of the adder 15 phase voltage.

Совокупность датчика 14 фазных напряжений и сумматора 15 фазных напряжений образует датчик двухфазного напряжения u,u со сдвигом фазы u относительно u на угол ± 90o. Первый выход Usa датчика 15 фазных напряжений, образующий первый выход u датчика двухфазного напряжения, подключен ко входу первого сумматора 16. Выход сумматора 15 фазных напряжений, образующий второй выход u датчика двухфазного напряжения u,u, подключен ко входу второго сумматора 17. Вторые входы первого и второго сумматоров 16, 17 соединены соответственно с первым выходом i и вторым выходом i 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 i,i 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 i,i обратного преобразователя 30 декартовых координат подключены к выходам i,i 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 sensor 14 phase voltage and the adder 15 phase voltage forms a two-phase voltage sensor u , u with a phase shift of u relative to u by an angle of ± 90 o . The first output U sa of the phase voltage sensor 15, forming the first output u of the two-phase voltage sensor, is connected to the input of the first adder 16. The output of the adder 15 phase voltages, forming the second output u of the two-phase voltage sensor u , u , is connected to the input of the second adder 17. The second inputs of the first and second adders 16, 17 are connected respectively to the first output i and the second output i of the inverter 18 of two-phase-three-phase coordinates, two inputs of which are connected to the outputs i sa , i sb of the sensors 2, 3 of the phase current. The outputs of the sensors 2, 3 of the phase current i sa , i sb are connected to the inputs of the adder 19 phase currents and are simultaneously connected to two feedback inputs of the block 6 of the PWM current controllers. The third input i sc feedback block 6 of the PWM current controllers is connected to the output of the adder 19 phase currents. The outputs of two adders 16, 17 are connected to the inputs of two integrators 20, 21, the outputs are connected to the inputs of two other adders 22, 23, the second inputs of which are connected to the outputs i , i of the inverter 18 of two-phase-three-phase coordinates. The outputs of the two second adders 22, 23 are connected to the first inputs of the two dividers 24, 25 and are simultaneously connected to the two inputs of the rotor flux link amplitude calculation unit 26, which contains two multipliers 27, 28 at the input and a quadrature computer 29 at the output. The outputs of the multipliers 27, 28 connected to the inputs of the quadrature computer 29, the output of which forms the output of the rotor flux link amplitude calculation unit 26, connected to the second combined inputs of the dividers 24, 25. The outputs sin, cos of the dividers 24, 25 are connected respectively to the sine and braids through the inputs of the forward and reverse transducers 8, 30 Cartesian coordinates. Two inputs i , i sβ of the inverse transducer 30 of Cartesian coordinates are connected to the outputs i , i sβ of the inverse transducer 18 of two-phase-three-phase coordinates. The orthophase and common mode outputs I ort , I syn of the inverse transformer of the Cartesian coordinates are connected to the feedback inputs of the orthophase current regulator 9 and the common mode current regulator 10, respectively. In addition, the orthophase output I ort of the inverse transformer of the Cartesian coordinates 30 is connected via the module selection unit 31 to the input of the optimal common-mode current control unit 32. The output of the block 32 of the optimal common-mode current control is connected to the reference input I syn of the in-phase current controller 10. The second input of the block 31 of the optimal common-mode current control is connected to the output of the adaptive regulator 11 of the moment. The orthophase output I ort of the Cartesian coordinate inverter 30 is also connected to the first input of the slip frequency calculation unit 33, the second input of which is connected to the output of the rotor flux link amplitude calculation unit 26. The sine and cosine inputs sin, cos of the direct and inverse transducers 8, 30 of the Cartesian coordinates are connected to the inputs of the synchronization frequency calculation unit 34. The output of the synchronization frequency calculation unit 34 is connected to the first input of the frequency adder 35, the second input of the frequency adder 35 is connected to the output of the slip frequency calculator 33. The output of the adder 35 frequencies is connected to the feedback input of the speed controller 12 and to the second input of the adaptive torque controller 11. The third input of the adaptive moment controller 11 is connected to the output of the rotor flux link amplitude calculation unit 26.

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 * sa ,i * sb , i * sc , которые формируются прямым преобразователем двухфазно-трехфазных координат в зависимости от входных величин задания двухфазного тока статора i * ,i * , сдвинутых друг относительно друга на фазовый угол 90o. Задание двухфазного тока статора i * ,i * формируется на выходе прямого преобразователя 8 декартовых координат с помощью регулятора 9 ортофазного тока и регулятора 10 синфазного тока. На управляющий вход регулятора 9 ортофазного тока поступает задание ортофазного тока I * ort с выхода адаптивного регулятора 11 момента, входная величина задания момента M* для которого формируется на выходе регулятора 12 скорости. Регулятор 12 скорости осуществляет астатическое регулирование скорости вращения ротора асинхронного электродвигателя по пропорционально-интегральному закону в зависимости от рассогласования заданной скорости вращения ω* и вычисленной текущей скорости вращения ω. Задание скорости вращения ω* выполняется с помощью блока 13 задания скорости.The electric drive according to the circuit of FIG. 1 works as follows. The inverter 1 through the sensors 2, 3 phase currents supplies the stator windings of the induction motor 4 with pulse-width modulated power voltage pulses, the duration of which is determined by the control pulses coming from the output of the pulse forming unit 5. Block 6 PWM current controllers controls the duration of the control pulses by pulse-width modulation of the mismatch of the measured phase currents i sa , i sb , i sc and the given phase currents i * sa , i * sb , i * sc which are formed by a direct converter of two-phase-three-phase coordinates depending on the input values of the two-phase stator current setting i * , i * shifted relative to each other by a phase angle of 90 o . Setting two-phase stator current i * , i * is formed at the output of the direct transformer 8 Cartesian coordinates using the orthophase current regulator 9 and the in-phase current regulator 10. To the control input of the regulator 9 orthophase current receives the orthophase current I * ort from the output of the adaptive regulator 11 of the moment, the input value of the job moment M * for which is formed at the output of the speed controller 12. The speed controller 12 carries out astatic regulation of the rotor speed of the induction motor according to the proportional-integral law depending on the mismatch of the given rotation speed ω * and the calculated current rotation speed ω. The rotation speed ω * is set using the speed setting unit 13.

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 u сумматора 16. На выходе сумматора 15 фазных напряжений образуется сигнал измеренного напряжения u, отстающего или опережающего напряжение u = Usa на фазовый угол ± 90o. Сигнал измеренного напряжения u поступает на вход сумматора 17. Сумматоры 16, 17 образуют на выходах две разности величин измеренных двухфазных напряжений u,U и соответствующих измеренных двухфазных токов i,i.
Сигналы измеренных двухфазных токов i,i образуются на двух выходах i,i обратного преобразователя 18 двухфазно-трехфазных координат, преобразующего трехфазную систему измеренных токов isa, isb, isc со сдвигом фаз 120o в двухфазную систему измеренных токов i,i 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 inverter 1 as a result of pulse-width modulation of the mismatches of the set and measured phase currents are measured at the output of the inverter 1 using the sensor 14 phase voltage. At the outputs of the sensor 14 phase voltages, signals of the measured phase voltages U sa , U sb are generated, which are fed to the adder 15 phase voltages. Phase "a" of inverter 1 is used as the reference phase of symmetric three-phase voltage systems U sa , U sb , U sc , and currents i sa , i sb , i sc , which is realized directly by supplying a signal of the measured phase voltage U sa of phase "a" of inverter 1 from the output of the sensor 14 phase voltages to the input u sα of the adder 16. At the output of the adder 15 phase voltages, a signal of the measured voltage u sβ is formed , lagging behind or ahead of the voltage u = U sa by a phase angle of ± 90 o . The signal of the measured voltage u sβ is fed to the input of the adder 17. The adders 16, 17 form at the outputs two differences of the measured two-phase voltages u , U and the corresponding measured two-phase currents i , i .
The signals of the measured two-phase currents i , i are generated at the two outputs i , i 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 , i 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 sensors 2, 3 of the phase current are supplied to the two inputs of the inverter 18 of the two-phase-three-phase coordinates. To isolate the feedback signal (block 6 PWM current regulators) by phase current i sc the signals of two measured phase currents i sa , i sb from the outputs of sensors 2, 3 of the phase current are fed to the inputs of the adder 19 phase currents, the output signal of which is fed to the input channel "c" block 6 PWM current regulators.

Интеграторы 20, 21 производят операцию интегрирования разностей измеренных напряжений u,u и измеренных токов i,i. Полученные на выходах интеграторов 20, 21 сигналы поступают на входы двух других сумматоров 22, 23, на вторые входы которых подаются выходные сигналы i,i обратного преобразователя 18 двухфазно-трехфазных координат. С выходов сумматоров 22, 23 сигналы ψ, ψ, 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 ψ сдвигнуты друг относительно друга на фазовый угол ± 90o и представляют собой квадратурные составляющие вектора потокосцепления ротора

Figure 00000006
асинхронного электродвигателя 4. С помощью умножителей 27, 28, которые умножают входные величины ψ на эти же входные величины ψ, производится вычисление квадратов величин ψ 2 2 , преобразуемых в блоке 26 вычисления амплитуды потокосцепления ротора с помощью операции извлечения корня квадратного из суммы квадратов ψ 2 2 . В результате выполнения указанной вычислительной операции на выоде блока 26 вычисления амплитуды потокосцепления ротора образуется сигнал амплитуды потокосцепления ротора ψr, соответствующий модулю вектора потокосцепления ротора
Figure 00000007
Этот сигнал косвенного измерения амплитуды потокосцепления ротора асинхронного электродвигателя 4 образован из сигналов измеренных фазных токов и фазных напряжений на выходе инвертора 1 без применения датчиков, конструктивно связанных с асинхронным электродвигателем 4. При этом нелинейные процессы магнитного насыщения магнитопровода асинхронного электродвигателя 4, пространственного и зубцовых искажений формы распределения магнитного потока в асинхронном двигателе интегрированно с наибольшей точностью по сравнению с прямым измерением ψr отражаются на взаимном изменении фазных напряжений и фазных токов, а следовательно, на полученном на выходе блока 26 сигнале амплитуды потокосцепления ротора ψr.
Сигнал вычисленной (косвенно измеренной) амплитуды потокосцепления ротора ψr с выхода блока 26 поступает на объединенные вторые входы делителей 24, 25. В результате деления сигналов ψ 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
Figure 00000008
относительно вектора потокосцепления ротора
Figure 00000009
осуществляется путем синхронизации управления и измерения вектора тока
Figure 00000010
в координатах вектора потокосцепления ротора
Figure 00000011
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 , u and the measured currents i , i . 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 , 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 , ψ , 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 , 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
Figure 00000006
asynchronous electric motor 4. Using multipliers 27, 28, which multiply the input quantities ψ , ψ by the same input values ψ , ψ , the squares of the quantities ψ 2 , ψ 2 transformed in block 26 calculating the amplitude of the flux linkage of the rotor using the operation of extracting the square root of the sum of squares ψ 2 , ψ 2 . As a result of performing the indicated computational operation, at the output of the rotor flux link amplitude calculation unit 26, a rotor flux link amplitude signal ψ r corresponding to the rotor flux link vector module
Figure 00000007
This indirect signal measuring the amplitude of the flux linkage of the rotor of the induction motor 4 is formed from the signals of the measured phase currents and phase voltages at the output of the inverter 1 without the use of sensors structurally associated with the asynchronous motor 4. In this case, the nonlinear processes of magnetic saturation of the magnetic circuit of the asynchronous electric motor 4, spatial and gear distortions magnetic flux distribution in an induction motor integrated with the greatest accuracy compared to direct measurement ψ r are reflected in the mutual change of phase voltages and phase currents, and therefore, on the signal received at the output of block 26 of the amplitude of the flux linkage of the rotor ψ r .
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 , ψ 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 induction motor 4. control y th phase shift ε φ stator current vector
Figure 00000008
relative to the rotor flux linkage vector
Figure 00000009
carried out by synchronizing control and measuring the current vector
Figure 00000010
in the coordinates of the rotor flux link vector
Figure 00000011
by supplying simultaneously the sine and cosine inputs of the direct and inverse converters 8, 30 Cartesian coordinates of the normalized functions of the rotor flux coupling phase 1 • sinφ s , 1 • cosφ s obtained from the outputs of the dividers 24, 25.

Поступающие на два входа обратного преобразователя 30 декартовых координат сигналы измеренного двухфазного тока i,i представляют собой проекции вектора тока статора

Figure 00000012
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 i,i относительно гармонических функций sinφs,cosφs фазы потокосцепления ротора.The signals of the measured two-phase current i , i supplied to the two inputs of the inverse transformer 30 Cartesian coordinates are projections of the stator current vector
Figure 00000012
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 electric motor 4. Using the obtained normalized functions 1 • sinφ s , 1 • cosφ s , the two-phase measurement is synchronized current i , i with respect to harmonic functions sinφ s , cosφ s of the rotor flux linkage phase.

Аналогично, поступающие на два входа прямого преобразователя 8 декартовых координат сигналы задания проекций вектора тока статора

Figure 00000013
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
Figure 00000013
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 functions 1 • sinφ s , 1 • cosφ s applied to the sine and cosine inputs of the direct transducer 8 Cartesian coordinates.

В результате векторных преобразований в функции sinφs,cosφs на выходе прямого преобразователя 8 декартовых координат образуются сигналы заданного двухфазного тока i * ,i * , определяемые входными проекциями i * sx ,i * sy вектора тока статора

Figure 00000014
в координатах вектора потокосцепления ротора
Figure 00000015
а на выходах обратного преобразователя 30 декартовых координат образуются сигналы проекций isx = Isyn, isy = Iort вектора тока статора
Figure 00000016
в координатах вектора потокосцепления ротора
Figure 00000017
в зависимости от входных сигналов измеренного двухфазного тока i,i. При этом фаза φs вектора потокосцепления ротора
Figure 00000018
косвенно измеряется по измеренным фазным токам и напряжениям с помощью измерительного преобразователя, образуемого совокупностью блоков 16, 17, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, относительно неподвижной оси "α" опорной фазы "a" статорной обмотки асинхронного электродвигателя 4.As a result of vector transformations into the functions sinφ s , cosφ s , the signals of a given two-phase current i are generated at the output of the direct transducer 8 of Cartesian coordinates * , i * defined by the input projections i * sx , i * sy stator current vectors
Figure 00000014
in the coordinates of the rotor flux link vector
Figure 00000015
and at the outputs of the inverse transformer 30 Cartesian coordinates, projection signals i sx = I syn , i sy = I ort of the stator current vector
Figure 00000016
in the coordinates of the rotor flux link vector
Figure 00000017
depending on the input signals of the measured two-phase current i , i . The phase φ s of the rotor flux linkage vector
Figure 00000018
indirectly measured by the measured phase currents and voltages using a measuring transducer formed by a set of blocks 16, 17, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, relative to the fixed axis "α" of the reference phase "a" of the stator winding of the induction motor 4 .

Получаемый с первого выхода обратного преобразователя 30 декартовых координат сигнал проекции isx вектора тока статора

Figure 00000019
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
Figure 00000020
ортогональной по отношению к вектору потокосцепления ротора
Figure 00000021
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
Figure 00000019
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
Figure 00000020
orthogonal to the rotor flux linkage vector
Figure 00000021
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 electric motor 4 is regulated equal to the difference in-phase (cosine) and orthophase (sinusoidal) stator currents, for example, for phase "a" i sa = i syn - i ort .

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 * ort ,I * syn ортофазного и синфазного токов на задающих входах регуляторов 9, 10 ортофазного и синфазного токов. Астатическое регулирование амплитуд ортофазного и синфазного токов производится путем пропорционально-интегрального регулирования ортофазного и синфазного токов за счет поступления сигналов Iort, Isyn с выходов обратного преобразователя 30 декартовых координат на входы обратных связей соответственно регуляторов 9, 10 ортофазного и синфазного токов. Одновременно сигнал измеренной амплитуды ортофазного тока Iort с выхода обратного преобразователя 30 декартовых координат поступает через блок 31 выделения модуля

Figure 00000022
на вход блока 32 оптимального управления синфазным током. В динамических и статических режимах изменения измеренной амплитуды ортофазного тока Iort приводит к оптимальному изменению амплитуды синфазного тока Isyn за счет изменения выходного сигнала блока 32 оптимального управления синафазным током, поступающего на задающий вход регулятора 10 синфазного тока. Регулятор 10 синфазного тока отслеживает заданный блоком 32 оптимальный по энергетическим критериям режим изменения амплитуды синфазного тока Isyn = F(Iort) и определяемый изменением амплитуды синфазного тока оптимальный закон изменения амплитуды потокосцепления ротора ψr в зависимости от момента M асинхронного электродвигателя.In the dynamic modes of the electric drive, deviations ΔI ort , ΔI sin of the measured amplitudes I ort , I syn of the orthophase and in-phase currents obtained at the output of the inverter 30 Cartesian coordinates relative to the given amplitudes I * ort , I * syn orthophase and common mode currents at the master inputs of regulators 9, 10 orthophase and common mode currents. The astatic regulation of the amplitudes of the orthophase and common-mode currents is carried out by proportional-integral control of the orthophase and common-mode currents due to the arrival of the signals I ort , I syn from the outputs of the inverse transformer 30 Cartesian coordinates to the feedback inputs of the regulators 9, 10 of the orthophase and common-mode currents. At the same time, the signal of the measured amplitude of the orthophase current I ort from the output of the inverse transducer 30 Cartesian coordinates is received through the module selection unit 31
Figure 00000022
to the input of block 32 of the optimal common-mode current control. In dynamic and static modes, the change in the measured amplitude of the orthophase current I ort leads to an optimal change in the amplitude of the common-mode current I syn due to a change in the output signal of the optimal syn -phase current control unit 32 supplied to the input of the common-mode current controller 10. The common-mode current controller 10 monitors the mode of changing the common-mode current amplitude I syn = F (I ort ) specified by block 32 according to the energy criteria and the optimal law of changing the rotor flux coupling amplitude ψ r determined by the change in common-mode amplitude depending on the moment M of the induction motor.

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 * ort , который в динамике отличается от измеренной амплитуды ортофазного тока Iort на величину рассогласования ΔIort. Действительная величина частоты скольжения Δω, характеризующая относительную угловую скорость вращения вектора потокосцепления ротора

Figure 00000023
относительно ротора асинхронного электродвигателя 4 определяется в зависимости от отношения действительной (измеренной) амплитуды ортофазного тока Iort к действительной (косвенно измеренной) амплитуде потокосцепления ротора ψr, что реализуется подачей сигнала измеренной амплитуды ортофазного тока Iort с выхода обратного преобразователя 30 декартовых координат и сигнала косвенно измеренной амплитуды потокосцепления ротора ψr на два входа блока 33 вычисления частоты скольжения.The given moment M * , the value of which is generated at the output of the proportional-integral speed controller 12, is converted in the adaptive moment controller 11 into a signal of a given amplitude of the orthophase current I * ort , which in dynamics differs from the measured amplitude of the orthophase current I ort by the mismatch ΔI ort . The actual value of the slip frequency Δω characterizing the relative angular velocity of rotation of the rotor flux linkage vector
Figure 00000023
relative to the rotor of the induction motor 4 is determined depending on the ratio of the actual (measured) amplitude of the orthophase current I ort to the actual (indirectly measured) amplitude of the flux linkage of the rotor ψ r , which is realized by supplying a signal of the measured amplitude of the orthophase current I ort from the output of the inverse transformer 30 Cartesian coordinates and signal the indirectly measured amplitude of the flux linkage of the rotor ψ r to the two inputs of the slip frequency calculation unit 33.

Мгновенная величина и направление угловой скорости вращения ωs вектора потокосцепления ротора

Figure 00000024
относительно неподвижной оси "α" статора однозначно определяется с помощью блока 34 вычисления частоты синхронизации производной фазы φs(t) вектора потокосцепления ротора
Figure 00000025
полученной на выходах делителей 24, 25 в виде нормированных функций фазы синхронизации φs прямого и обратного преобразования декартовых координат и векторного регулирования тока статора
Figure 00000026
Нормированные гармонические сигналы 1•sinφs,1•cosφs поступают на входы блока 34 вычисления частоты синхронизации, в котором вычисляется фаза синхронизации φs и ее производная
Figure 00000027

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
Figure 00000024
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
Figure 00000025
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
Figure 00000026
The normalized harmonic signals 1 • sinφ s , 1 • cosφ s are fed to the inputs of the synchronization frequency calculation unit 34, in which the synchronization phase φ s and its derivative are calculated
Figure 00000027

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 induction motor 4. The output signal of the adder 35 frequencies is fed to the feedback input of the speed controller 12 and to the second input of the adaptive torque controller 11. The speed controller 12 performs astatic regulation of the rotation speed of the induction motor 4 in proportion to the dynamic mismatch of the instantaneous values of the given rotation speed ω * (t) and the current rotation speed ω (t) obtained by measuring the voltage and current at the output of the inverter 1 and converting the signals of the measured voltages and currents using blocks 14 to 34.

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

Figure 00000028
относительно вектора потокосцепления ротора
Figure 00000029
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
Figure 00000028
relative to the rotor flux linkage vector
Figure 00000029
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 i.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 * syn пропорционально величине измеренной амплитуды ортофазного тока Iort, полученной на выходе обратного преобразователя 30 декартовых координат. В этой основной зоне регулирования в результате астатического выравнивания амплитуд синфазного и ортофазного токов Isyn = Iort угол фазового сдвига εφ вектора тока статора

Figure 00000030
относительно потокосцепления ротора
Figure 00000031
астатически регулируется на оптимиальном уровне, равном ±π/4, что обеспечивает оптимизацию режимов асинхронного электродвигателя 4 по максимуму отношения момента M к току is и по минимуму потерь электроэнергии в системе "инвертор - силовой кабель - асинхронный электродвигатель".In the main second control zone, at a rotation speed less than the boundary value ω gr established in the adaptive moment controller 11, the optimum common-mode current control unit 32 generates an output signal of a given common-mode current amplitude I * syn in proportion to the measured amplitude of the orthophase current I ort obtained at the output of the inverse transducer 30 Cartesian coordinates. In this main regulation zone, as a result of the astatic equalization of the amplitudes of the in-phase and orthophase currents, I syn = I ort the phase shift angle ε φ of the stator current vector
Figure 00000030
regarding rotor flux linkage
Figure 00000031
It is statistically regulated at the optimum level equal to ± π / 4, which ensures optimization of the modes of the asynchronous electric motor 4 to the maximum ratio of the moment M to the current i s and to the minimum energy loss in the "inverter - power cable - asynchronous electric motor" system.

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 inverter 1 and the voltage losses in the power cable connecting the power outputs of the inverter 1 with an induction motor are minimized, which minimizes the loss of electricity in the electric drive.

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 inverter 1 is set in block 6 of PWM current regulators, phase current i s ≤ i s add. , which leads to minimization of energy losses in the dynamics and creates a mode of maximum speed changes in torque and speed.

В быстродействующем электроприводе с высокими значениями допустимого тока статора is доп. > 3 i 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 * syn опт= K1Iort, начиная с граничной величины Iort.In a high-speed electric drive with high values of the permissible stator current i s add. > 3 i sн the optimal process of forcing the amplitude of the rotor flux linkage at ε φ = ± π / 4 occurs in the zone of high magnetic saturation of the magnetic circuit of the induction motor to ψ r opt ≥ 1.3, which is taken into account in the block 32 for optimal control of the common-mode current by reducing the proportionality coefficient K < 1 preset common-mode current amplitude I * syn opt = K 1 I ort , starting with the boundary value I ort .

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 * syn (ω) при росте текущей скорости ω > ωгр, что реализуется с помощью адаптивного регулятора 11 момента за счет поступления сигнала зависимого ослабления синфазного тока со второго выхода адаптивного регулятора 11 момента на второй вход блока 32 оптимального управления синфазным током.When the current rotation speed ω increases above the boundary value ω gr specified in the adaptive moment controller 11, the optimal vector control passes to the third control zone as a result of a decrease in the value of the given common-mode current amplitude I * syn (ω) with an increase in the current speed ω> ω gr , which is realized with the help of the adaptive regulator 11 of the moment due to the input of the signal of the dependent attenuation of the common-mode current from the second output of the adaptive regulator 11 of the moment to the second input of the block 32 for optimal control of the common-mode current.

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 inverter 1 output, which automatically takes into account with increased accuracy the magnetic saturation of the asynchronous magnetic circuit motor physical connection due to the measured phase voltage and phase currents of the stator.

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

Figure 00000032
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
Figure 00000032
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 asynchronous motor 4 through the sensors 2, 3 of the phase current.

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 inverter 1 are connected to the control pulse generation unit 5, made in the form of a driver chip with an additional PWM resolution input. The inputs of the driver microcircuit are connected to the outputs of the microprocessor optimal vector control device.

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 digital signal coprocessor 36, a digital signal processor 37, a read-only memory unit 38, a serial port 39, a control and diagnostic console 40. The digital signal coprocessor 36 contains the following blocks built into the coprocessor: a three-phase pulse width modulation timer unit 41, an integrated multiplex analog-to-digital converter 42, an integrated serial command programmer 43, an integrated vector conversion unit 44, and a register control unit 45. In addition, the microprocessor vector control device and the digital signal coprocessor 36 includes a data bus 46 and an address bus 47 connecting the device units.

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-digital converter 42 of the digital signal coprocessor 36 are connected to two outputs of the phase voltage sensor 14 and, through the galvanic isolation unit 48, to two outputs of the phase current sensors 2, 3. The phase voltage sensor 14 is connected to the power outputs of the inverter 1. In the microprocessor optimal vector control device, the digital signal processor 37 is connected by inputs / outputs to the inputs / outputs of the serial port 39, through which information is exchanged with the program control and diagnostics panel 40.

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 address bus 47, address commands are received from the output of the digital signal processor 37 to the input of the digital signal coprocessor 36 and to the input of the integrated multiplex analog-to-digital converter 42 of the digital signal coprocessor 36. Analog signals of the values of the measured phase voltages U sa , U sb and the measured phase currents i sa , i sb come from the outputs of the sensor 14 phase voltages and block 48 galvanic isolation to the analog inputs of the integrated multiplex analog-to-digital Converter 42 digital signal copro Essor 36.

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

Figure 00000033
и векторе тока
Figure 00000034
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 address bus 47, the digital inputs of the integrated multiplex analog-to-digital converter 42 receive commands for sequential analog-to-digital conversion of the analog signals U sa , U sb , i sa , i sb into a digital n-bit code, for example, an 11-bit code. Received digital voltage vector measurement information
Figure 00000033
and current vector
Figure 00000034
via the data bus 46, it comes from the output of the built-in multiplex analog-to-digital converter 42 to the inputs of the built-in vector transform unit 44, in which the direct and inverse transforms of the two-phase-three-phase coordinates α, β - a, b, c and the direct and inverse transforms of the Cartesian coordinates x , y - α, β. Pulse-width modulation of digital codes (for example, 12-bit codes), mismatch of set and measured currents is performed in block 41 of a three-phase pulse-width modulation timer connected by data bus 46 with an integrated block 44 of vector transformations.

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 address bus 47 by a digital signal processor 37 and by priority by an integrated serial programmer 43 commands, which receives current information about the operations performed from the data bus 46. By instructions received via the bus address 46 from the output of the digital signal processor 37 to the input of the block 38 of read-only memory.

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 data bus 46, the read-only memory unit 38, when accessing the memory via the address bus 47, transmits information to the inputs of the digital signal processor 37 and the digital signal coprocessor 36. The register control unit 45 and the integrated serial program programmer 43 control the operations of the vector converter performed in the built-in unit 44 vector transformations, and in block 41 of a three-phase pulse width modulation timer. The results of the computational processes are stored in the registers of the digital signal coprocessor 36 controlled by the register control unit 45.

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 remote control 41 program control and diagnostics through a serial port (for example, RS 232 or RS 485) exchanges the master and control information between the remote control 41, the processor 37 and the coprocessor 36. Information about the excess of the measured and calculated parameters is displayed on the remote control and diagnostics panel 41 electric drives of established permissible values for current, voltage, torque, speed, acceleration.

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 remote control 41 of program control and diagnostics, which may include a touch keyboard, additional processor and digital indicator, sets the control mode “torque electric drive”, “high-speed electric drive”, the rate of change of moment or speed, the path of change of moment and speed in time, the limit and maximum speed, the value of the set speed, the value of the set moment, the "stop under load" mode. Remote 41 program control and diagnostics at the same time can perform system functions of control and regulation of machines and mechanisms, including the adjustment of the angular position or other technological parameter for the purpose of the machine or mechanism.

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. Inverter 1 can be made in the form of a typical solid-state six-key IGBT module on insulated gate bipolar transistors (IGBT) with reverse diodes (IGBT-key-IGBT circuit is shown in Fig. 2 in the circuit denoting inverter 1).

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 digital signal coprocessor 36, an LSI digital signal motion coprocessor ADM200 having a speed of 12.5 MHz or an ADMS201 coprocessor can be used.

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 digital signal processor 37, a typical digital signal processor (DSP) can be used, for example, types ADSP-2115 or TMS 320C20, TMS 320C25, TMS 320C25-50.

В блоке 38 постоянной памяти может быть использована типовая микросхема программируемого постоянного запоминающего устройства, например с ультрафиолетовым стиранием. In block 38 of read-only memory, a typical programmable read-only memory chip may be used, for example with ultraviolet erasure.

В качестве последовательного порта 38 могут быть использованы типовые микросхемы последовательного интерфейса, например RS232, RS485. As the serial port 38, typical serial interface microcircuits, for example RS232, RS485, can be used.

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 remote control 40 software control and diagnostics can be performed on a typical digital signal processor (DSP), for example types TMS 320C20, TMS 320C25, TMS 320C25-50 or ASSP-2115.

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 inverter 1 are switched with a constant high switching frequency f k , depending on the speed and heat dissipation of the keys or IGBT modules, in the frequency range 3 - 10 KHz, which determines the period T t of the pulse-width modulation of the inverter I and the time T m of the microprocessor cycle control devices T m <T t . As a result of switching the keys, the inverter 1 through the sensors 2, 3 of the phase current supplies the induction motor 4 with a pulse-width modulated sequence of power voltage pulses, the duration of which is determined by the duration of the control pulses coming from the output of the pulse forming unit 5 (driver chip) in the case of a PWM enable signal with the output of the digital signal coprocessor 36 to the additional input of the driver chip 5.

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 sensors 2, 3 of the phase currents are fed through the galvanic isolation unit 48 to the analog inputs of the digital signal coprocessor 36. The signals of the measured phase voltages from the outputs of the sensor 14 of the phase voltage are supplied to the other analog inputs of the digital signal coprocessor 36. When the phase currents are exceeded or phase voltages of the maximum allowable values programmatically set in the digital signal coprocessor 36, there is no PWM resolution signal at the additional input of the microcircuits Driver 5 and in inverter 1 have all the semiconductor switches locked, an overload signal for current or voltage is supplied via serial port 39 to the control and diagnostic panel.

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-digital converter 42 depending on the information about the beginning of the next period T t clock PWM formed in block 41 of a three-phase pulse width modulation timer. The interruption frequency of the analog-to-digital signal converter i sa , i sb , U sa , U sb is determined by a sampling frequency of the order of 10 KHz. The sampling time for four channels is about 15 μs.

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 digital signal processor 37, which gives the command to start the next cycle of vector transformations performed by the built-in block 44 of vector transformations.

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 digital signal coprocessor 36, vector information processing and dual-circuit regulation of stator currents are performed. The internal circuit for regulating the instantaneous phase currents i sa , i sb , i sc is implemented in block 41 of the three-phase PWM timer by pulse-width modulation of digital mismatch codes of the set and measured phase currents. The external control loop of the orthophase and common mode currents is implemented by the built-in block 44 of vector transformations. The optimal vector torque and speed vector control algorithm is implemented by a digital signal processor 37 and a read-only memory unit 38 according to a previously entered program, which is the software of a microprocessor-based optimal vector control device.

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 digital signal processor 37 when setting remote control 40 control and diagnostics of zero initial data M * = 0, ω * = 0 and commands to turn on the drive.

Фазные обмотки статора асинхронного электродвигателя 4 питаются постоянными токами isa = Isyn 0; isb =

Figure 00000035
isc =
Figure 00000036
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 induction motor 4 are powered by direct currents i sa = I syn 0 ; i sb =
Figure 00000035
i sc =
Figure 00000036
adjustable by a digital signal coprocessor 36 by pulse-width modulation with a clock frequency of the PWM digital mismatch codes of the given and measured constant currents.

В асинхронном электродвигателе 4 возбуждается постоянное магнитное поле, характеризуемое постоянным начальным потокосцеплением ротора ψro. Установившаяся трехфазная система начальных фазных потокосцеплений ротора

Figure 00000037
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 =
Figure 00000038
Usc =
Figure 00000039
измеряются датчиком 14 фазных напряжений.In an induction motor 4, a constant magnetic field is excited, characterized by a constant initial flux linkage of the rotor ψ ro . Steady-state three-phase system of initial phase rotor flux linkages
Figure 00000037
coincides with the three-phase system of initial phase currents, and therefore the initial rotor flux linkage vector ψ r coincides with the axis α of the reference phase a of the asynchronous electric motor and the axis α of the fixed Cartesian coordinate system α, β. Steady-state constant phase voltages U sa = U so , U sb =
Figure 00000038
U sc =
Figure 00000039
measured by the sensor 14 phase voltage.

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 data bus 46 to the built-in vector block 44 of the coprocessor 36 and to the input of the digital signal processor 37.

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 electric motor 4 is stationary, since there is no orthophase current of the stator (I ort = 0) and the moment is zero.

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

Figure 00000040
относительно вектора потокосцепления ротора
Figure 00000041
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
Figure 00000042
на угол π/4 относительно вектора потокосцепления ротора, происходит максимальное приращение момента M асинхронного электродвигателя 4 для заданного приращения амплитуды фазного тока статора
Figure 00000043

Образуемый динамический момент M приводит к угловому перемещению ротора асинхронного электродвигателя 4, что вызывает изменения угла и величины вектора потокосцепления ротора
Figure 00000044
и соотношения фазных напряжений Usa, Usb, обеспечивающих автоматическое регулирование изменившихся фазных токов isa, isb.Then, after the signal from the control panel 40 and the diagnostics of the speed reference signal ω * or the moment reference signal M * is supplied, the digital signal processor 37 performs the operation of dividing the predetermined moment signal M * by the calculated value of the rotor flux coupling amplitude ψ ro . The resulting digital increment of the specified orthophase current amplitude via the data bus 46 is supplied to the built-in block 44 of vector transformations of the coprocessor 36, operating in the sequential interrupt mode controlled by the built-in serial programmer 43 of the commands and the block 45 of register control of the coprocessor 36. Block 41 of the three-phase timer pulse-width modulation of the coprocessor 36 changes the ratio of the durations of the open and closed state of the inverter switch 1 is switched from a constant high switching frequency to f 3 KHz output pulses changes moments levels chip driver 5. As a result of changing the ratio of the durations of the open state of the inverter 1 are changed key phase voltages U sa, U sb, U sc and thereupon vary currents i sa, i sb, i sc thus that the phase shift angle ε φ of the stator current vector
Figure 00000040
relative to the rotor flux linkage vector
Figure 00000041
for a time shorter than 0.05 M s, it is set at the optimal level ± π / 4, determined by the ratio of the amplitudes I ort , I syn of the orthophase and in-phase currents. Due to the phase shift of the stator current vector
Figure 00000042
at an angle π / 4 relative to the rotor flux linkage vector, the maximum increment of the moment M of the induction motor 4 occurs for a given increment of the stator phase current amplitude
Figure 00000043

The resulting dynamic moment M leads to the angular displacement of the rotor of the induction motor 4, which causes changes in the angle and magnitude of the rotor flux linkage vector
Figure 00000044
and the ratio of phase voltages U sa , U sb , providing automatic control of the changed phase currents i sa , i sb .

Изменившаяся измерительная информация с выходов встроенного мультиплексного аналого-цифрового преобразователя поступает на встроенный блок 44 векторного преобразования, в котором вычисляются величины i,i,u,u, Iort, Isyn.The changed measurement information from the outputs of the integrated multiplex analog-to-digital converter is supplied to the built-in vector conversion unit 44, in which the values of i , i , u , u , I ort , I syn are calculated.

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 * syn onm, последующее приращение величины ортофазного тока I * ort , приращения величин частоты скольжения Δω, частоты синхронизации ωs и скорости вращения ω по предварительно вычисленным приращениям величин cosφs,sinφs,Iortr.
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 digital signal processor 37, the increment of the values of the normalized harmonic functions cosφ s , sinφ s is calculated, which are supplied to the built-in block 44 of vector transformations and specify the increment of the stator current phase. Using the block 38 of read-only memory in the digital signal processor 37, the optimal values of the common-mode current I are calculated * syn onm , subsequent increment of the orthophase current I * ort , increments of the slip frequency Δω, synchronization frequency ω s and rotation speed ω according to previously calculated increments of cosφ s , sinφ s , I ort , ψ r .
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 digital signal processor 37.

Адаптивное трехзонное регулирование момента в зависимости от введенных в блок 38 постоянной памяти величин I * so гр, is max, M * max * max выполняется в цифровом сигнальном процессоре 37 по оптимальным законам изменения угла фазового сдвига εφ и заданной амплитуды синфазного тока I * syn onm в функции текущей измеренной амплитуды ортофазного тока.Adaptive three-zone torque control depending on the values of I entered in the constant memory unit 38 * so , ω gr , i s max , M * max , ω * max is performed in the digital signal processor 37 according to the optimal laws of changing the phase shift angle ε φ and the given common-mode amplitude I * syn onm as a function of the current measured amplitude of the orthophase current.

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

Figure 00000045
и вектора напряжения
Figure 00000046
(модуль, фазовый угол, частота вращения вектора) в функции измеренных параметров этих же векторов
Figure 00000047
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
Figure 00000045
and stress vectors
Figure 00000046
(module, phase angle, vector rotation speed) as a function of the measured parameters of the same vectors
Figure 00000047
in closed cycles, depending on a given moment and associated optimal specification of the amplitude of the orthophase current.

Взаимное изменение параметров векторов тока

Figure 00000048
и напряжения
Figure 00000049
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
Figure 00000050
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
Figure 00000048
and voltage
Figure 00000049
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
Figure 00000050
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

Figure 00000051
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:i = isa, u= 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
Figure 00000052
на неподвижную ось α = a и выражаются косинусными функциями угла соответствующего вектора относительно оси фазы "a".Counting angles of vectors
Figure 00000051
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 = i sa , u = 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
Figure 00000052
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

Figure 00000053

где φs(t) - фаза синхронизации, равная фазе потокосцепления ротора
Figure 00000054
относительно неподвижной опорной оси "α" (фиг. 3);
εφonm - оптимальный угол фазового сдвига вектора тока статора относительно вектора потокосцепления ротора
Figure 00000055

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
Figure 00000056
относительно вектора потокосцепления ротора
Figure 00000057
осуществляются в способе по измеренным величинам приращений напряжений u, u (двухфазного напряжения) и тока i,i (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
Figure 00000058

Figure 00000059

для вектора потокосцепления ротора
Figure 00000060
:
Figure 00000061

где Rs - активное сопротивление фазы статорной цепи (фазной обмотки статора);
Figure 00000062
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
Figure 00000053

where φ s (t) is the synchronization phase equal to the rotor flux linkage phase
Figure 00000054
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
Figure 00000055

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
Figure 00000056
relative to the rotor flux linkage vector
Figure 00000057
are carried out in the method according to the measured values of the voltage increments u , u (two-phase voltage) and current i , i (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
Figure 00000058

Figure 00000059

for rotor flux linkage vector
Figure 00000060
:
Figure 00000061

where R s is the active resistance of the phase of the stator circuit (phase winding of the stator);
Figure 00000062
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

Figure 00000063
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
Figure 00000063
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

Figure 00000064
асинхронного электродвигателя, описываемый уравнениями (1) и представленный векторами
Figure 00000065
на фиг. 3а), 3в), регулируется равным разности двух периодических токов - косинусоидального (синфазного) тока
Figure 00000066
и синусоидального (ортофазного) тока
Figure 00000067
амплитуды которых Isyn, Iort являются проекциями вектора тока статора
Figure 00000068
на ортогональные оси вращающейся декартовой системы координат x, y (фиг. 3а), а фаза φs равна фазе вектора потокосцепления ротора
Figure 00000069
относительно неподвижной опорной оси
Figure 00000070
Ось "x" вращающейся декартовой системы координат x, y совпадает с направлением вектора
Figure 00000071
(фиг. 3д). Такое регулирование фазных токов статора согласно способу описывается уравнениями:
Figure 00000072

где синфазные токи регулируются по косинусоидальному закону:
Figure 00000073

а ортофазные токи регулируются по синусоиадальному закону:
Figure 00000074

Фаза φs(t) является фазой вектора потокосцепления ротора
Figure 00000075
который изменяется по закону:
Figure 00000076

Из сравнения уравнений (5), (7) следует, что согласно способу управления вектор синфазного тока
Figure 00000077
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
Figure 00000078
(амплитуда ψr ) всегда положителен, то вектор isyn однонаправлен в положительном направлении ориентирующей оси "x".Stator alternating current
Figure 00000064
asynchronous motor described by equations (1) and represented by vectors
Figure 00000065
in FIG. 3a), 3c), it is regulated equal to the difference of two periodic currents - cosine (common-mode) current
Figure 00000066
and sinusoidal (orthophase) current
Figure 00000067
whose amplitudes I syn , I ort are projections of the stator current vector
Figure 00000068
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
Figure 00000069
relatively motionless supporting axis
Figure 00000070
The x axis of the rotating Cartesian coordinate system x, y coincides with the direction of the vector
Figure 00000071
(Fig. 3d). Such a regulation of the stator phase currents according to the method is described by the equations:
Figure 00000072

where common-mode currents are regulated according to the cosine law:
Figure 00000073

and orthophase currents are regulated according to the sinusoidal law:
Figure 00000074

The phase φ s (t) is the phase of the rotor flux linkage vector
Figure 00000075
which changes by law:
Figure 00000076

From a comparison of equations (5), (7) it follows that according to the control method, the common-mode current vector
Figure 00000077
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
Figure 00000078
(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

Figure 00000079
ортогонален по отношению к вектору
Figure 00000080
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
Figure 00000079
orthogonal to the vector
Figure 00000080
which is reflected in the name of the orthophase current.

Направление проекции

Figure 00000081
на ось "y" (фиг. 3а) определяется знаком "+" или "-" в уравнениях (6).Projection direction
Figure 00000081
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

Figure 00000082
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
Figure 00000082
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 u,u и падениями напряжения статора, пропорциональными токам статора i,i, 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 , u and the stator voltage drops proportional to the stator currents i , i 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

Figure 00000083
Ориентация вектора производится по вектору
Figure 00000084
косвенно измеряемому по измеренным величинам напряжения u,u и тока isa, i 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
Figure 00000083
The orientation of the vector is made by vector
Figure 00000084
indirectly measured from the measured values of voltage u , u and current i sa , i sβ of the stator based on equations (2), (3).

Последовательность выполнения операций векторной ориентации тока статора

Figure 00000085
в декартовой координатной системе x, y, ориентированной осью "x" по вектору
Figure 00000086
согласно способу управления устанавливается в следующем порядке: измеряют двухфазное напряжение u,u и двухфазный ток i,i по величинам которых вычисляют двухфазные потокосцепления статора ψ согласно уравнениям (2).The sequence of operations of the vector orientation of the stator current
Figure 00000085
in the Cartesian coordinate system x, y, oriented by the x axis along the vector
Figure 00000086
according to the control method, it is established in the following order: two-phase voltage u , u and two-phase current i , i sβ are measured by the values of which two-phase stator flux linkages ψ , ψ sβ are calculated according to equations (2).

Полученные величины ψ образуют косвенно измеренные проекции вектора потокосцепления статора

Figure 00000087
в двухфазной (неподвижной) декартовой системе координат α,β (фиг. 3д)). Затем вычисляют по уравнениям (3) косвенно измеренные величины двухфазного потокосцепления ротора ψ (фиг. 3д)). После этого на основании ортогональности осей α,β вычисляют амплитуду потокосцепления ротора ψr по формуле
Figure 00000088

Затем вычисляют по косвенно измеренным величинам двухфазного потокосцепления ротора ψ и вычисленной амплитуде потокосцепления ротора ψr нормированные косинусную и синусную функции фазы φs потокосцепления ротора согласно выражениям
Figure 00000089

Полученные нормированные (с единичной амплитудой) косинусную и синусную функции фазы φs потокосцепления ротора характеризуют единичный вектор
Figure 00000090
во вращающейся декартовой системе координат x, y, ориентированной осью "x" по направлению вектора
Figure 00000091
(фиг. 3д)), благодаря чему фаза потокосцепления ротора одновременно образует равную ей фазу синхронизации φs регулируемых синфазного и ортофазного токов
Figure 00000092
(фиг. 3е)).The obtained values of ψ , ψ form indirectly measured projections of the stator flux linkage vector
Figure 00000087
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 , ψ 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
Figure 00000088

Then, the indirectly measured values of the two-phase rotor flux linkage ψ , ψ 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
Figure 00000089

The obtained normalized (with unit amplitude) cosine and sine phase functions φ s of the rotor flux linkage characterize the unit vector
Figure 00000090
in a rotating Cartesian coordinate system x, y, oriented by the x-axis in the direction of the vector
Figure 00000091
(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
Figure 00000092
(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

Figure 00000093
Figure 00000094
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
Figure 00000093
Figure 00000094
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:

Figure 00000095

где I * syn - заданная амплитуда синфазного тока;
I * ort - заданная амплитуда ортофазного тока;
φs - фаза синхронизации.The operation of direct transformation of the Cartesian coordinates x, y α, β (Fig. 3a)) is performed according to the formulas:
Figure 00000095

where i * syn - a given amplitude of the common-mode current;
I * ort - a given amplitude of the orthophase current;
φ s is the phase of synchronization.

Прямое преобразование двухфазно-трехфзных координат α,β a, b, c (фиг. 3б)) производится по формулам

Figure 00000096

Обратное преобразование двухфазно-трехфазных координат a, b, c ⇒ α, β (фиг. 3д)) выполняется согласно выражениям:
Figure 00000097

Операция обратного преобразования декартовых координат α,β x, y выполняется в соответствии с формулами
Figure 00000098

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
Figure 00000096

The inverse transformation of the two-phase-three-phase coordinates a, b, c ⇒ α, β (Fig. 3d)) is performed according to the expressions:
Figure 00000097

The inverse transformation of the Cartesian coordinates α, β x, y is performed in accordance with the formulas
Figure 00000098

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

Figure 00000099
производится в функции фазы синхронизации φs, образованной косвенно измеренными функциями cosφs,sinφs фазы φs потокосцепления ротора
Figure 00000100
в соответствии с уравнениями (9), (8), (3), (2) по шагам в последовательности операций от измеренных двухфазных величин isa, isb, Usa, Usb к измереным приращениям ψr,cosφs,sinφs и далее по шагам операций (10) - (13).Current regulation
Figure 00000099
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
Figure 00000100
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 , ψ , ψ , ψ , 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

Figure 00000102
уменьшаются на величины падений напряжения u,u и согласно уравнениям (2) определяют приращения двухфазного потокосцепления статора Rsi,Rsi за интервал времени шага Δψ,Δψ 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)
Figure 00000102
decrease by the magnitude of the voltage drops u , u and, according to Eqs. (2), determine the increments of the two-phase stator flux linkage R s i , R s i 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,

Figure 00000103
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
Figure 00000104
преобразуется к следующему виду, соответствующему достигнутой ориентации синфазного тока
Figure 00000105
оси "x" декартовой системы координат x, y вдоль вектора потокосцепления ротора
Figure 00000106
во всех статических и динамических режимах асинхронного электродвигателя
Figure 00000107

где
Figure 00000108
- 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,
Figure 00000103
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
Figure 00000104
is converted to the following form corresponding to the achieved common-mode current orientation
Figure 00000105
x-axis of the Cartesian x, y coordinate system along the rotor flux linkage vector
Figure 00000106
in all static and dynamic modes of an induction motor
Figure 00000107

Where
Figure 00000108
- 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

Figure 00000109
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
Figure 00000109
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

Figure 00000110
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
Figure 00000110
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 * syn onm= Isyn onm и согласно способу пропорционально снижает задание синфазного тока I * ort Вслед за этим пропорционально-интегральное регулирование амплитуд синфазного и ортофазного токов восстанавливает равенство амплитуд синфазного и ортофазного токов до равенства заданных и измеренных величин и равенства между собой. Аналогичные операции компенсации отклонений производятся и при приращениях в правую область от точки оптимума.The optimal definition of the common-mode current amplitude Δω, ψ r proportional to the measured orthophase current amplitude I ort according to the method stably holds the asynchronous motor mode at the current minimum points (Fig. 5), since the dynamic deviation of the common-mode current I syn towards large values I syn > I syn opt moves the mode point to the area to the left of the optimal point in FIG. 5. In this regime region, the orthophase current decreases, which reduces the measured value of the orthophase current I ort relative to a given value I * syn onm = I syn onm and according to the method proportionally reduces the common-mode current I * ort Following this, proportional-integral regulation of the amplitudes of the in-phase and orthophase currents restores the equality of the amplitudes of the in-phase and orthophase currents to the equality of the given and measured values and equality between themselves. Similar operations to compensate for deviations are also performed during increments in the right region from the optimum point.

Частоту скольжения I * syn . на оптимальном уровне, соответствующем оптимуму отношения момента M к току is, согласно способу изменяют автоматически в соответствии с уравнением (16) в зависимости от измеренных фазных напряжений и фазных токов путем вычисления косвенно измеряемой амплитуды потокосцепления ротора Δω и измерения амплитуды ортофазного тока.Slip Frequency I * syn . at an optimal level corresponding to the optimum ratio of the moment M to current i s , according to the method, is changed automatically in accordance with equation (16) depending on the measured phase voltages and phase currents by calculating the indirectly measured amplitude of the flux linkage of the rotor Δω and measuring the amplitude of the orthophase current.

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

Figure 00000111
изменяют пропорционально моменту M (фиг. 5)
Figure 00000112

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
Figure 00000111
change proportionally to the moment M (Fig. 5)
Figure 00000112

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

Figure 00000113
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
Figure 00000113
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 * ort изменяемой по оптимальному закону ψr, в зависимости от амплитуды синфазного тока Isyn опт
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 * ort variable according to the optimal law ψ r , depending on the in-phase current amplitude I syn opt
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

Figure 00000114
, 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 * м начинает резко возрастать в связи с форсировкой амплитуды синфазного тока. Косвенно измеренная нарастающая амплитуда потокосцепления ротора ψr(t) согласно уравнению по закону (18) снижает величину заданной амплитуды ортофазного тока ψr(t) и вслед за этим снижается амплитуда синфазного тока, как показано на фиг. 7.From time t 0, the supply of a jump in the control action
Figure 00000114
proportional to a given moment M * (Fig. 7), the specification of the amplitude of the orthophase current I ort is jumpwise increased according to equation (18), after which the in-phase current I syn is proportionally jumped, as a result of which the rotor flux coupling amplitude u * m begins to increase sharply due to the boosting of the common-mode current amplitude. Indirectly measured increasing amplitude of the rotor flux linkage ψ r (t) according to the equation according to the law (18) reduces the value of the specified amplitude of the orthophase current ψ r (t) and then the common-mode amplitude decreases, as shown in FIG. 7.

Частоту скольжения I * ort также форсируют в начале переходного процесса и затем снижают до установившегося уровня Δω(t) (фиг. 7). В результате динамической форсировки синфазного тока Isyn(t) и частоты скольжения Δωonm увеличивается быстродействие возрастания амплитуды потокосцепления ротора Δω(t) которая нарастает с динамической постоянной времени Tдин в два раза меньшей, чем постоянная времени Tr, определяемая при постоянном приращении синфазного тока согласно (19)
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

Figure 00000115

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 * ort also forced at the beginning of the transition process and then reduced to a steady level Δω (t) (Fig. 7). As a result of the dynamic forcing of the common-mode current I syn (t) and the slip frequency Δω onm , the speed of the increase in the rotor flux linkage amplitude Δω (t) increases, which increases with the dynamic time constant T dyne two times smaller than the time constant T r , determined with a constant increment of the common-mode current according to (19)
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
Figure 00000115

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

Figure 00000116
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
Figure 00000116
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 * syn = Isyn o;
в третьей зоне I * syn = K1•Iont;
Трехзонным оптимальным регулированием амплитуды синфазного тока и, следовательно, величины амплитуды потокосцепления ротора I * syn = (K1Iort,K2ω). достигается минимум потерь электроэнергии в статических и динамических режимах, расширение диапазонов регулирования момента и скорости выше номинальных величин Mн, ψr onm, и увеличение выходной механической мощности асинхронного электродвигателя ωн при выполнении ограничений по напряжению и току согласно условию (22).
Three-zone regulation of the torque and speed of an induction motor according to the method is carried out by optimal setting and regulation of the amplitude of the common mode current:
in the first zone I syn onm (ω, I ort )
in the second zone I * syn = I syn o ;
in the third zone I * syn = K 1 • I ont ;
Three-zone optimal regulation of the common-mode current amplitude and, therefore, the magnitude of the flux linkage amplitude of the rotor I * syn = (K 1 I ort , K 2 ω). minimum energy losses are achieved in static and dynamic modes, the expansion of the torque and speed control ranges above the nominal values of M n , ψ r onm , and an increase in the output mechanical power of the asynchronous electric motor ω n when voltage and current restrictions are met according to condition (22).

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

Figure 00000117

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
Figure 00000117

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

Figure 00000118
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
Figure 00000118
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. N 38.

Claims (3)

1. Способ векторного управления асинхронным электродвигателем, при котором питают статорные обмотки переменным током, амплитуду и угол фазового сдвига которого относительно вектора потокосцепления ротора регулируют, при этом фазные токи равны разности синхронно изменяемых с частотой синхронизации синфазного и ортофазного токов, заданный момент изменяют в зависимости от рассогласования заданной и текущей скорости, при этом измеряют токи в трех фазах статора, отличающийся тем, что дополнительно измеряют напряжения в трех фазах статора, преобразуют измеренные в трех фазах токи и напряжения в двухфазную систему синфазного и ортофазного токов и напряжений, затем определяют действительную амплитуду синфазного и ортофазного токов, а также вычисляют путем интегрирования разности преобразованных напряжений и падения напряжений, пропорциональных преобразованным токам, амплитуду потокосцепления ротора и величины синусной и косинусной функций фазы потокосцепления ротора, при этом в зависимости от действительной амплитуды ортофазного тока изменяют заданную амплитуду синфазного тока из условия изменения угла фазового сдвига вектора тока статора относительно вектора потокосцепления ротора в диапазоне больше 45o, а величину заданной амплитуды ортофазного тока изменяют пропорционально отношению заданного момента и вычисленной амплитуды потокосцепления ротора, текущую скорость вращения вычисляют путем суммирования частоты скольжения с частотой синхронизации, равной нормированной синусной и косинусной функций фазы потокосцепления ротора, пропорционально которым регулируют ортофазный и синфазный токи, амплитуда которых изменяется в зависимости от рассогласования заданной и действительной амплитуд синфазных и ортофазных токов.1. The vector control method of an induction motor, in which the stator windings are supplied with alternating current, the amplitude and phase angle of which are regulated relative to the rotor flux linkage vector, while the phase currents are equal to the difference synchronously changed with the synchronization frequency of the in-phase and orthophase currents, the set time is changed depending on the mismatch of the set and current speed, while measuring currents in the three phases of the stator, characterized in that they additionally measure the voltage in the three phases of the stator convert the currents and voltages measured in three phases into a two-phase system of in-phase and orthophase currents and voltages, then determine the actual amplitude of the in-phase and orthophase currents, and also calculate by integrating the difference of the converted voltages and the voltage drop proportional to the converted currents, the rotor flux linkage amplitude and the sine value and cosine functions of the rotor flux linkage phase, while depending on the actual amplitude of the orthophase current, the predetermined amplitude of the syn phase current from the condition of changing the phase angle of the stator current vector relative to the rotor flux vector in the range of more than 45 o , and the value of the specified orthophase current amplitude is changed proportionally to the ratio of the given moment and the calculated rotor flux link amplitude, the current rotation speed is calculated by summing the slip frequency with the synchronization frequency, equal to the normalized sine and cosine functions of the rotor flux linkage phase, in proportion to which the orthophase and common mode current are regulated and, the amplitude of which varies depending on the mismatch of a given and actual amplitudes of in-phase and orthophase currents. 2. Устройство для векторного управления асинхронным электродвигателем, содержащее инвертор, силовые выходы которого через датчики фазного тока подключены к статорным обмоткам асинхронного электродвигателя, блок регуляторов тока, связанный с датчиками фазного тока, адаптивный регулятор момента, вход задания момента которого соединен с выходом регулятора скорости, задающим входом подключенного к блоку задания скорости, отличающееся тем, что управляющие входы инвертора через блок формирования управляющих импульсов и блок регуляторов тока соединены с выходами прямого преобразователя двухфазно-трехфазных координат, входы которого подключены к выходам прямого преобразователя декартовых координат, ортофазный и синфазный входы которого соединены с выходами регулятора ортофазного и синфазного тока, задающий вход регулятора ортофазного тока подключен к выходу адаптивного регулятора момента, к силовым выходам фазного тока подключен датчик фазных напряжений, выходы которого подключены к первым входам двух сумматоров, вторые входы которых соединены с выходами обратного преобразователя двухфазно-трехфазных координат, входами подключенного к датчикам фазного тока, выходы указанных сумматоров соединены со входами двух интеграторов, выходами подключенными к первым входам двух других сумматоров, вторые входы которых соединены с выходами обратного преобразователя двухфазно-трехфазных координат, выходы сумматоров соединены с первыми входами двух делителей и двумя входами блока вычисления и потокосцепления ротора, выход которого подключен ко 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, а ортофазный и синфазный выходы - к входам обратной связи регуляторов ортофазного и синфазного токов, ортофазный выход обратного преобразователя декартовых координат соединен через блок выделения модуля со входом блока оптимального управления синфазным током, задающим оптимальный по энергетическим критериям режим изменения амплитуды синфазного тока в зависимости от изменения амплитуды ортофазного тока, выходом подключенным к задающему входу регулятора синфазного тока, а вторым входом - ко второму выходу 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 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 которого соединен с выходом блока вычисления частоты скольжения, а выход - со входом обратной связи регулятора скорости и вторым входом адаптивного регулятора момента, третий вход которого соединен с выходом блока вычисления амплитуды потокосцепления ротора. 2. 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, a block of current regulators connected to phase current sensors, an adaptive torque regulator, the input of which torque is connected to the output of the speed controller, a reference input connected to the speed reference unit, characterized in that the control inputs of the inverter through the control pulse generation unit and the regulator block t the eyes are connected to the outputs of the direct converter of two-phase-three-phase coordinates, the inputs of which are connected to the outputs of the direct converter of Cartesian coordinates, the orthophase and common mode inputs of which are connected to the outputs of the orthophase and common mode current regulator, the input of the orthophase current regulator is connected to the output of the adaptive torque regulator, to the power outputs a phase current sensor, a phase voltage sensor is connected, the outputs of which are connected to the first inputs of two adders, the second inputs of which are connected to the outputs of the reverse a two-phase-three-phase coordinate converter, inputs connected to phase current sensors, the outputs of these adders are connected to the inputs of two integrators, the outputs are connected to the first inputs of two other adders, the second inputs of which are connected to the outputs of the inverse two-phase-three-phase coordinate converter, the outputs of the adders are connected to the first inputs two dividers and two inputs of the rotor calculation and flux linkage unit, the output of which is connected to the second inputs of the dividers, the outputs of the dividers are connected to the sine and the cosine inputs of the forward and reverse Cartesian coordinates transducers, the two inputs of the Cartesian coordinate inverters are connected to the outputs of the two-phase-three-phase coordinates inverter, and the orthophase and common-mode outputs are connected to the feedback inputs of the orthophase and common-mode current regulators, the orthophase output of the Cartesian coordinates inverse is connected a module isolation unit with an input of the optimal common-mode current control unit defining an optimal mode according to energy criteria and changes in the amplitude of the common-mode current depending on changes in the amplitude of the orthophase current, the output connected to the master input of the common-mode current controller, and the second input 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 of the slip frequency calculation unit, the second the input of which is connected to the output of the rotor flux linkage calculation unit, the sine and cosine inputs of the forward and reverse Cartesian coordinate converters are connected with the inputs of the synchronization frequency calculation unit, the output connected to the first input of the frequency adder, the second input of which is connected to the output of the slip frequency calculation unit, and the output is with the feedback input of the speed controller and the second input of the adaptive torque controller, the third input of which is connected to the output of the calculation unit the amplitude of the flux linkage of the rotor. 3. Устройство для векторного управления асинхронным электродвигателем, содержащее инвертор, силовые выходы которого через датчики фазного тока подключены к статорным обмоткам асинхронного электродвигателя, а управляющие входы соединены с блоком формирования управляющих импульсов, отличающееся тем, что к силовым выходам инвертора подключен датчик фазных напряжений, введены цифровой сигнальный сопроцессор, цифровой сигнальный процессор, программируемая цифровая память, последовательный порт, пульт программного управления и диагностики, при этом блок формирования управляющих импульсов выполнен в виде микросхемы драйвера с дополнительным входом разрешения широтно-импульсной модуляции, входы которой соединены с выходом цифрового сигнального сопроцессора, образованными выходами таймера, осуществляющего широтно-импульсную модуляцию цифровых кодов рассогласований заданных и измеренных токов, аналоговые входы которого, соединенные с выходами датчиков фазных напряжений и токов, образованы входами встроенного мультиплексного аналого-цифрового преобразователя цифрового сигнального сопроцессора, содержащего встроенный последовательный программатор команд, встроенный блок векторных преобразований, в котором происходит прямое и обратное преобразование двухфазно-трехфазных координат, прямое и обратное преобразование декартовых координат и регулирование синфазного и ортофазного токов, и блок управления регистрами, соединенные между собой и встроенным мультиплексным аналого-цифровым преобразователем и таймером, а также с цифровым сигнальным процессором и программируемой постоянной памятью, шиной данных и шиной адреса, цифровой сигнальный процессор соединен входами-выходами с входами-выходами последовательного порта, через который производится обмен информацией с пультом программного управления и диагностики, при этом цифровой сигнальный процессор реализует алгоритм оптимального векторного управления моментом и скоростью электродвигателя при оптимальном по энергетическим критериям изменении ψr= ψronm в соответствии с уравнениями
I * ort = 2/3-Lr/ZpLmM*ronm,
Lr/Rrr/dt+ψr= LmIsyn,
Δω = ωs-ω = Rr/LrLmIortr,
где I * ort - заданная амплитуда ортофазного тока;
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 * ort = 2/3-L r / Z p L m M * / ψ ronm ,
L r / R rr / dt + ψ r = L m I syn ,
Δω = ω s -ω = R r / L r L m I ort / ψ r ,
where i * ort - a given amplitude of the orthophase current;
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.
RU98105552A 1998-03-25 1998-03-25 Method for optimal vector control of induction electric motor and electric drive which implements said method RU2132110C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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