RU2158472C2 - Method for evaluating adjustable signals of three- phase squirrel-cage induction motor - Google Patents

Method for evaluating adjustable signals of three- phase squirrel-cage induction motor Download PDF

Info

Publication number
RU2158472C2
RU2158472C2 RU98120757A RU98120757A RU2158472C2 RU 2158472 C2 RU2158472 C2 RU 2158472C2 RU 98120757 A RU98120757 A RU 98120757A RU 98120757 A RU98120757 A RU 98120757A RU 2158472 C2 RU2158472 C2 RU 2158472C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stator
phase
block
signal
signals
Prior art date
Application number
RU98120757A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU98120757A (en
Inventor
Т.В. Войнова
Original Assignee
Научно-производственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт электромеханики с заводом"
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 Научно-производственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт электромеханики с заводом" filed Critical Научно-производственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт электромеханики с заводом"
Priority to RU98120757A priority Critical patent/RU2158472C2/en
Publication of RU98120757A publication Critical patent/RU98120757A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2158472C2 publication Critical patent/RU2158472C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

FIELD: electric drives for electrified transport, mechanical engineering, and metallurgy. SUBSTANCE: classic equivalent T-circuit of induction motor phase is employed. Stator current, magnetization, and supply voltage signals are generated using new expressions. Analytic model of reference induction motor is devised. Method provides for evaluating adjustable variables of induction motor including saturation current, electromagnetic moment, and rotor speed within comprehensive range of sampling steps. Method may be found useful for vector control systems, for investigating transient operating conditions of induction motor, as well as for control systems, analytical synthesis of speed governors, and for electric drive adjusting devices. EFFECT: improved accuracy of evaluating controlled variables, enlarged functional capabilities. 3 cl, 25 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть испльзовано в электроприводах электропоездов, металлорежущих станков, прокатных станов и других механизмов машиностроения и металлургии с высокими требованиями к качеству регулирования, энергетике и диапазону регулирования, в частности в качестве эталонной модели трехфазного асинхронного двигателя (АД) с короткозамнутым ротором в системах с управлением вектором, а также для исследования динамических режимов работы АД и систем регулирования, для синтеза регуляторов в устройствах для настройки электропроводов во время их опытной эксплуатации, для обучения студентов в вузах. The invention relates to electrical engineering and can be used in electric drives of electric trains, metal cutting machines, rolling mills and other mechanisms of mechanical engineering and metallurgy with high requirements for the quality of regulation, energy and regulation range, in particular as a reference model of a three-phase asynchronous motor (HELL) with a squirrel-cage rotor in systems with vector control, as well as for the study of dynamic modes of blood pressure and control systems, for the synthesis of regulators in devices I'm setting electric wires during their trial operation, to train students in the universities.

Известен способ оценки регулируемых переменных трехфазного АД с короткозамкнутым ротором по дифференциальным уравнениям Горева-Парка для обобщенной электрической машины, уравнению электромагнитного момента и уравнению движения [1]. Это способ для уравнений, записанных через потокосцепления, получил наибольшее признание в мире для моделирования динамических режимов работы АД с короткозамкнутым ротором и реализации эталонной модели (модели объекта регулирования) в системах с векторным управлением АД и при оценке регулируемых переменных в более простых системах регулирования. При этом переход от реальной трехфазной машины к обобщенной двухфазной выполняется посредством проецирования регулируемых переменных из реальной системы координат с осями a-b-c, идущими вдоль фаз статора, на ортогональные оси α-β неподвижной относительно статора системы координат или на ортогональные оси d-q системы координат, вращающейся относительно статора с частотой ωr вращения ротора двигателя, или на ортогональные оси x-y системы координат, вращающейся относительно статора с некоторой произвольной частотой вращения ωk.A known method for evaluating the controlled variables of a three-phase squirrel-cage motor with the Gorev-Park differential equations for a generalized electric machine, the equation of electromagnetic moment and the equation of motion [1]. This method for equations written through flux linkage has received the greatest recognition in the world for modeling dynamic modes of operation of a squirrel-cage rotor motor and for implementing a reference model (model of a control object) in systems with vector control of blood pressure and in the evaluation of controlled variables in simpler control systems. In this case, the transition from a real three-phase machine to a generalized two-phase machine is performed by projecting controlled variables from a real coordinate system with the abc axes along the stator phases onto the coordinate systems orthogonal to the α-β axis or the coordinate system orthogonal to the dq axis rotating relative to the stator with the frequency ω r of rotation of the rotor of the engine, or on the orthogonal axis xy of the coordinate system rotating relative to the stator with some arbitrary speed ω k .

Общими недостатками всех вариантов известного способа оценки регулируемых переменных двигателя являются:
- низкая точность оценки потокосцеплений по уравнениям Горева-Парка, а следовательно, и низкая точность оценки электромагнитного момента и частоты вращения ротора;
- большая зависимость точности оценки переменных от изменения шага дискретизации в небольшом диапазоне от 5 до 500 мкс [2].
Common disadvantages of all variants of the known method for evaluating the controlled variables of the engine are:
- low accuracy of flux linkage estimation according to Gorev-Park equations, and therefore, low accuracy of estimating electromagnetic moment and rotor speed;
- a large dependence of the accuracy of the estimation of variables on changes in the sampling step in a small range from 5 to 500 μs [2].

Большей точностью обладают варианты известного способа, использующие проекции сигналов потокосцеплений на ортогональные оси вращающихся систем координат. Variants of the known method using projections of flux link signals onto the orthogonal axes of rotating coordinate systems have greater accuracy.

Известен [3] способ оценки регулируемых переменных трехфазного АД, по которому для повышения точности оценки проекций потокосцеплений на ортогональные оси d-q вращающейся системы координат измеряют в неподвижной системе координат a-d-c фазные токи статора и фазные напряжения, сначала преобразуют их в проекции на оси α-β также неподвижной системы координат, а затем, используя сигнал угла поворота ротора, сформированный из интеграла сигнала задания частоты вращения поля статора, в проекции на оси d-q вращающейся системы координат. There is a known [3] method for evaluating the controlled variables of a three-phase blood pressure, according to which, to increase the accuracy of the projection of the flux linkages onto the orthogonal axes dq of the rotating coordinate system, the stator phase currents and phase voltages are measured in the stationary coordinate system adc, and they are first converted to projections on the α-β axis a fixed coordinate system, and then, using the signal of the angle of rotation of the rotor, formed from the integral of the signal for setting the frequency of rotation of the stator field, in the projection on the dq axis of the rotating coordinate system.

К недостаткам способа следует отнести:
- большое количество используемых датчиков,
- дополнительный координатный преобразователь (КП) α-β/d-q;
- неточная оценка угла поворота ротора по заданной частоте вращения поля статора, а не по частоте вращения ротора, а следовательно,
- невысокая точность оценки сигнала потокосцеплений по проекциям токов статора и напряжений, при формировании которых использовался приближенно оцененный угол поворота ротора,
- невозможность по приближенно оцененным потокосцеплениям оценивать сигналы электромагнитного момента и частоты вращения ротора.
The disadvantages of the method include:
- a large number of sensors used,
- additional coordinate converter (KP) α-β / dq;
- an inaccurate estimate of the angle of rotation of the rotor for a given frequency of rotation of the stator field, and not for the frequency of rotation of the rotor, and therefore
- low accuracy of the estimation of the flux linkage signal from the projections of the stator currents and voltages, the formation of which used an approximately estimated angle of rotation of the rotor,
- the impossibility of approximately estimated flux linkage to evaluate the signals of the electromagnetic moment and rotor speed.

Известен наиболее точный способ [4] оценки регулируемых координат АД с короткозамнутым ротором по уравнениям Горева-Парка для обобщенной электрической машины, уравнению электромагнитного момента и уравнению движения, записанным в потокосцеплениях в роторной системе координат с осями d-q, по которому электромагнитный момент двигателя формируют по векторному произведению токов ротора и намагничивания, представленных в виде проекций на ортогональный оси d-q. The most accurate method [4] is known for estimating the adjustable coordinates of a HELL with a squirrel-cage rotor according to the Gorev-Park equations for a generalized electric machine, the equation of electromagnetic moment and the equation of motion recorded in flux linkages in the rotor coordinate system with axes dq, according to which the electromagnetic moment of the engine is formed according to the vector the product of rotor currents and magnetization, presented in the form of projections on the orthogonal axis dq.

Это повысило точность оценки электромагнитного момента при шаге дискретизации до 200 мкс по сравнению с другими способами оценки. При этом точность оценки тока намагничивания невысока, так как он формируется по приближенному выражению, связывающему ток намагничивания, токи статора и ротора и потокосцепления статора и ротора. This increased the accuracy of estimating the electromagnetic moment at a sampling step of up to 200 μs compared with other estimation methods. Moreover, the accuracy of estimating the magnetization current is low, since it is formed by an approximate expression relating the magnetization current, stator and rotor currents, and stator and rotor flux linkages.

Этот способ авторами рекомендован для исследования работы асинхронного двигателя в системе регулирования при их симуляции на ПЭВМ в пакете программ Pspice. В случае его использования при регулировании АД к числу недостатков, кроме невысокой точности оценки тока намагничивания, следует отнести использование дополнительного КП α-β/d-q.
Для уменьшения количества используемых координатных преобразователей целесообразно моделировать АД с использованием только неподвижных систем координат a-b-c и α-β, связанных со статором двигателя. Такие модели и являются аналогами предлагаемой модели.
The authors recommended this method for studying the operation of an induction motor in a control system during their simulation on a PC in the Pspice software package. In the case of its use in the regulation of blood pressure, among the disadvantages, in addition to the low accuracy of estimating the magnetization current, the use of an additional coefficient of α-β / dq should be attributed.
To reduce the number of coordinate converters used, it is advisable to simulate blood pressure using only fixed coordinate systems abc and α-β associated with the motor stator. Such models are analogues of the proposed model.

При моделировании АД в осях α-β возникает необходимость повысить точность решения дифференциальных уравнений Горева-Парка. When modeling blood pressure in the α-β axes, there is a need to improve the accuracy of solving Gorev-Park differential equations.

Среди приемов численного решения дифференциальных уравнений известен метод разности уравнений. Для повышения точности оценки регулируемых переменных АД в дискретные моменты времени на вход модели подают сигнал задания напряжения, равный среднему арифметическому между напряжением в начале и в конце интервала и действительным напряжением, соответствующим моменту времени на полпериода вперед [5]. Такой прием непригоден для моделирования в реальном времени, так как задающий сигнал в замкнутой системе регулирования определяется измеренным сигналом обратной связи. Among the methods for numerically solving differential equations, the method of difference equations is known. To increase the accuracy of the estimation of controlled variables of blood pressure at discrete time instants, a voltage reference signal is supplied to the model input, which is equal to the arithmetic average between the voltage at the beginning and at the end of the interval and the actual voltage corresponding to the time moment half a period ahead [5]. Such a technique is unsuitable for real-time modeling, since the driving signal in a closed-loop control system is determined by the measured feedback signal.

Известен способ оценки регулируемых переменных АД с КЗ ротором по уравнениям Горева-Парка, записанным через потокосцепления в форме Коши, для моделирования двигателя на средствах аналоговой [6] и цифровой вычислительной техники [7], причем в последнем случае для повышения точности и даже устойчивости решения используется метод А.В.Башарина, заключающийся в том, что на каждом шаге численного решения дифференциального уравнения выполняются две итерации, каждая из которых заканчивается вычислением среднего значения регулируемых переменных на шаге интегрирования. There is a method of evaluating the controlled variables of blood pressure with a short-circuited rotor according to the Gorev-Park equations written through flux linkages in the Cauchy form for modeling the engine using analogue [6] and digital computers [7], and in the latter case, to increase the accuracy and even stability of the solution the method of A.V.Basharin is used, which consists in the fact that at each step of the numerical solution of the differential equation two iterations are performed, each of which ends with the calculation of the average value of the controlled variables step integration.

Несмотря на это, точность оценки регулируемых переменных этим способом невысока и зависит так же, как и устойчивость модели, от шага дискретизации. Точность оценки регулируемых переменных по способам [7] и [5] примерно одинакова. Despite this, the accuracy of the estimation of controlled variables in this way is low and depends, like the model stability, on the sampling step. The accuracy of the estimation of controlled variables by methods [7] and [5] is approximately the same.

Известен [8] способ оценки регулируемых переменных трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, основанный на функционировании в дискретные моменты времени математической модели двигателя, настраиваемой по параметрам Т-образной схемы замещения фазы двигателя, для которой измеряют фазные токи статора, фазные напряжения и сигнал позиции, по которым формируют проекции векторов сигналов тока статора и сигналов потокосцеплений статора на ортогональные оси α-β системы координат, неподвижной относительно статора, по векторному произведению которых, умноженному на 1,5, формируют сигнал электромагнитного момента двигателя, по которому, с учетом момента нагрузки и направления вращения двигателя, формируют сигнал динамического момента двигателя. При необходимости частоту вращения ротора двигателя формируют по измеренному сигналу позиции. There is a known [8] method for evaluating the controlled variables of a three-phase squirrel-cage induction motor based on the operation of the mathematical model of the motor at discrete instants of time, which is tuned according to the parameters of the T-shaped equivalent circuit of the motor phase, for which the stator phase currents, phase voltages and position signal are measured, which form the projections of the stator current signal vectors and stator flux link signals onto the orthogonal axes α-β of the coordinate system fixed relative to the stator, according to the vector polar product which is multiplied by 1.5 is formed of the electromagnetic motor torque signal which, subject to the load torque and motor rotation direction is formed the dynamic engine torque signal. If necessary, the rotor speed of the engine is formed from the measured position signal.

Главный недостаток: низкая точность сигналов потокосцеплений, а следовательно, и электромагнитного момента, о чем свидетельствует отсутствие в выражении для вычисления электромагнитного момента произведения индуктивности ветви намагничивания и числа пар полюсов. The main disadvantage is the low accuracy of the flux link signals, and hence the electromagnetic moment, as evidenced by the absence in the expression for calculating the electromagnetic moment of the product of the inductance of the magnetizing branch and the number of pole pairs.

Известен [9] способ оценки регулируемых переменных трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, по которому используют функционирующие в дискретные моменты времени и настраиваемые по параметрам Т-образной схемы замещения фазы двигателя и заданной частоте вращения поля статора математическую модель двигателя при имитации объекта регулирования, на вход которой подают сигналы задания питающего напряжения в функции частоты вращения поля статора, и математическую модель с двумя наблюдателями: наблюдателем потока и тока статора и сдвоенным наблюдателем частоты вращения ротора. Математическая модель, имитирующая двигатель как объект регулирования, основана на решении уравнений Горева-Парка для обобщенной двухфазной машины, записанных в форме Коши относительно проекций векторов потокосцеплений статора и ротора на ортогональные оси α-β системы координат, неподвижной относительно статора. Выходом модели являются проекции вектора тока статора на оси α-β, рассматриваемые как предполагаемое задание на ток. Математическая модель с наблюдателями регулируемых переменных основана на решении модифицированных уравнений Горева-Парка. Эта модель в первой своей части повторяют модель-имитатор и предназначена для повышения точности оценки токов, потокосцеплений и частоты вращения ротора. There is a known [9] method for evaluating the controlled variables of three-phase asynchronous squirrel-cage induction motors, which use a mathematical model of the motor when simulating an object of regulation at the input that operates at discrete moments of time and are configured according to the parameters of the T-shaped equivalent circuit of the motor phase and the given frequency of rotation of the stator field which supplies the signals for setting the supply voltage as a function of the frequency of rotation of the stator field, and a mathematical model with two observers: an observer of the flow and current stator and dual rotor speed observer. The mathematical model that simulates the engine as an object of regulation is based on the solution of the Gorev-Park equations for a generalized two-phase machine written in the Cauchy form with respect to the projections of the stator and rotor flux link vectors onto the orthogonal axes of the α-β coordinate system fixed relative to the stator. The output of the model is the projection of the stator current vector on the α-β axis, considered as the assumed current task. The mathematical model with observers of controlled variables is based on the solution of modified Gorev-Park equations. This model in its first part repeats the simulator model and is intended to improve the accuracy of estimating currents, flux linkages and rotor speed.

Недостатки:
- из всех известных в основу обеих моделей двигателя положена модель, имеющая низкую устойчивость к изменению шага дискретизации и самую низкую точность оценки потокосцеплений и токов статора;
- для повышения точности формируемых сигналов потокосцеплений и тока статора, от которых зависит точность оценки частоты вращения ротора, во вторую модель введено несколько наблюдателей: наблюдатель потока и тока статора;
- на вход обеих моделей для настройки их параметров подают сигнал задания частоты вращения поля статора, который отличается на величину абсолютного скольжения от частоты вращения ротора, которая и должна была бы определять параметры модели двигателя. В результате модель может потерять устойчивость при увеличении наклона сигнала задания частоты вращения в случае его линейного изменения и полностью непригодна для использования при подаче сигнала задания скачком.
Disadvantages:
- Of all the known models of both engines, a model is used that has low resistance to change in the sampling step and the lowest accuracy in estimating flux linkages and stator currents;
- to increase the accuracy of the generated signals of flux linkages and stator current, on which the accuracy of estimating the rotor speed depends, several observers are introduced into the second model: an observer of the stator flux and current;
- to the input of both models, to set their parameters, a signal is given to set the frequency of rotation of the stator field, which differs by the magnitude of the absolute slip from the frequency of rotation of the rotor, which should determine the parameters of the motor model. As a result, the model may lose stability when the slope of the speed reference signal increases if it is linearly changed and is completely unsuitable for use when the reference signal is applied abruptly.

Недостатками всех вышеперечисленных способов-аналогов являются:
- низкая точность оценки электромагнитного момента и частоты вращения двигателя по проекции потокосцеплений;
- отсутствие аналитического решения, которое можно было бы считать эталоном и с ним сравнивать результаты моделирования численными методами;
- отсутствие аналитического описания, позволяющего аналитическими методами синтезировать регуляторы.
The disadvantages of all of the above methods are analogues:
- low accuracy in estimating the electromagnetic moment and engine speed from the projection of the flux linkage;
- the lack of an analytical solution that could be considered the standard and compare with it the results of modeling by numerical methods;
- the absence of an analytical description that allows the synthesis of regulators by analytical methods.

Известен способ [10] (прототип) оценки регулируемых переменных трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, наиболее близким к предлагаемому, основанный на функционирования в дискретные моменты времени математической модели двигателя, настраиваемой по параметрам упрощенной Т-образной схемы замещения фазы двигателя. По этому способу в дискретные моменты времени формируют сигнал ωs задания частоты вращения поля статора, определяют сигналы Us питающего напряжения, формируют сигналы фазных токов isa, isb, isc статора и сигналы фазных токов ima, imb, imc намагничивания по передаточным функциям

Figure 00000002

Figure 00000003

где U(p), I(p), I(p) - преобразования по Лапласу соответственно фазных сигналов питающего напряжения, токов статора и намагничивания,
K1 - коэффициент усиления,
T0, T1, T2, T3 - постоянные времени, зависящие от относительного скольжения s и параметров r1, L1, r'2, L'2, Lm T-образной схемы замещения двигателя,
при относительном скольжении s = 0
K1 = 1/r1,
T1 = (L1 + Lm)/r1, T0 = T2 = T3 = 0
Кроме того, формируют проекции i,i и i,i векторов сигналов тока статора и тока намагничивания на ортогональные оси α-β системы координат, неподвижной относительно статора, по векторному произведению которых формируют сигнал электромагнитного момента двигателя. Параметры передаточных функций зависят от величины относительного скольжения s, которая задается постоянной величиной. При формировании электромагнитного момента используется выражение для векторного произведения токов статора и намагничивания, представляющего собой произведение модулей векторов этих токов на синус угла между ними. При этом угол между векторами тока статора и тока намагничивания принимается постоянным и равным девяноста градусам минус угол между фазными током статора и напряжением в режиме короткого замыкания.There is a method [10] (prototype) for evaluating the controlled variables of a three-phase asynchronous squirrel-cage induction motor, which is closest to the proposed one, based on the operation of a mathematical model of the motor at discrete moments of time, which is configured according to the parameters of a simplified T-shaped circuit for replacing the motor phase. According to this method, at discrete time instants, a signal ω s of setting the stator field rotation frequency is generated, signals U s of the supply voltage are determined, signals of the phase currents i sa , i sb , i sc of the stator and signals of the phase currents i ma , i mb , i mc of magnetization are generated on transfer functions
Figure 00000002

Figure 00000003

where U sf (p), I sf (p), I mf (p) are the Laplace transforms of respectively the phase signals of the supply voltage, stator currents and magnetization,
K 1 - gain,
T 0 , T 1 , T 2 , T 3 - time constants depending on the relative slip s and the parameters r 1 , L 1 , r ' 2 , L' 2 , L m T-shaped equivalent circuit of the engine,
with relative slip s = 0
K 1 = 1 / r 1 ,
T 1 = (L 1 + L m ) / r 1 , T 0 = T 2 = T 3 = 0
In addition, the projections i , i and i , i mβ of the vectors of the stator current and magnetization current signals are generated on the orthogonal axes α-β of the coordinate system fixed relative to the stator, the vector product of which forms the electromagnetic signal of the motor. The parameters of the transfer functions depend on the relative slip value s, which is given by a constant value. When forming the electromagnetic moment, an expression is used for the vector product of stator currents and magnetization, which is the product of the moduli of the vectors of these currents by the sine of the angle between them. The angle between the vectors of the stator current and the magnetization current is assumed to be constant and equal to ninety degrees minus the angle between the phase current of the stator and the voltage in the short circuit mode.

К недостаткам описанного способа следует отнести:
1) возможность использования модели только для качественной оценки переходных процессов из-за:
- очень низкой точности оценки сигналов токов статора и намагничивания, обусловленной, во-первых, применением упрощенной T-образной схемы замещения фазы двигателя и, во-вторых, допущением постоянства относительного скольжения при исследовании динамики двигателя;
- очень низкой точности формирования сигнала электромагнитного момента, обусловленной, во-первых, низкой точностью сигналов токов статора и намагничивания, во-вторых, допущением постоянства угла между векторами тока статора и тока намагничивания и, в-третьих, отсутствием в выражении для электромагнитного момента числа пар полюсов двигателя;
2) невозможность из-за низкой точности оценки токов статора и намагничивания оценивать величину электромагнитного момента по более "быстрому" выражению, основанному на векторном произведении токов статора и намагничивания, выраженных через проекции векторов токов на ортогональные оси α-β системы координат, неподвижной относительно статора.
The disadvantages of the described method include:
1) the possibility of using the model only for a qualitative assessment of transients due to:
- very low accuracy of the estimation of the signals of the stator currents and magnetization, due, firstly, to the use of a simplified T-shaped equivalent circuit of the motor phase and, secondly, to the assumption of constant relative slip in the study of motor dynamics;
- very low accuracy of the formation of the signal of the electromagnetic moment, due, firstly, the low accuracy of the signals of the stator currents and magnetization, and secondly, the assumption that the angle between the stator current vectors and the magnetization current is constant and, thirdly, the absence of the number in the expression for the electromagnetic moment pairs of motor poles;
2) the impossibility, due to the low accuracy of the estimation of stator currents and magnetization, to estimate the magnitude of the electromagnetic moment using a faster expression based on the vector product of the stator currents and magnetization expressed through the projections of the current vectors onto the orthogonal axes α-β of the coordinate system fixed relative to the stator .

К достоинствам описанного способа следует отнести представление модели асинхронного двигателя в виде передаточных функций фазных токов по питающему напряжению, что при повышении точности параметров, входящих в эти функции, может позволить получить аналитическую модель - эталон двигателя и осуществить синтез регуляторов тока аналитическими методами. The advantages of the described method include the presentation of the model of an asynchronous motor in the form of transfer functions of phase currents with respect to the supply voltage, which, if the accuracy of the parameters included in these functions is improved, can make it possible to obtain an analytical model - a motor standard and to synthesize current regulators by analytical methods.

Поставлена задача: повысить точность оценки регулируемых переменных трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. The task: to improve the accuracy of the assessment of the controlled variables of a three-phase squirrel-cage induction motor.

На решение этой задачи и направлен предлагаемый способ. To solve this problem, the proposed method is directed.

Поставленная задача решается благодаря тому, что:
в дискретные моменты времени
- формируют сигнал относительного скольжения s,
- вычисляют входящие в передаточные функции (1) коэффициент усиления и постоянные времени при относительном скольжении s ≠ 0 по новым выражениям, учитывающим все параметры классической T-образной схемы замещения
K1 = 1/r1,
T0 = s(Lm + L'2)/r'2,
T1 = 2a/(b-c),
T2 =2a/(b+c),
a = L1T0 + LmT3,
b = r1T0 + L1 + Lm,

Figure 00000004

T3 = s (L'2)/r'2,
где r1 и L1 - активное сопротивление и индуктивность фазы статора,
r'2 и L'2 - приведенные к цепи статора активное сопротивление и индуктивность фазы ротора,
Lm - индуктивность ветви намагничивания,
формируют сигналы isa, isb, isc фазных токов статора по передаточным функциям (1) путем цифрового моделирования или по новым выражениям для фазных токов i(t) статора в функции времени t при сигнале задания питающего напряжения в виде идеальной синусоиды с частотой ω1 одной из гармоник
Figure 00000005

где Um - максимум сигнала питающего напряжения,
ψф - начальный фазовый сдвиг синусоиды питающего напряжения в соответствующей фазе двигателя,
φ1 - фазовый сдвиг фазного тока статора по отношению к питающему напряжению фазы, вычисляемый в дискретные моменты времени по параметрам T-образной схемы замещения и новому значению относительного скольжения s,
Z1M - модуль комплексного сопротивления фазному току статора, вычисляемый в дискретные моменты времени,
A1, B1 - коэффициенты, вычисляемые по выражениям
Figure 00000006

Figure 00000007

При цифровом моделировании токов статора в зависимости от его цели в качестве сигнала задания напряжения используется сформированный сигнал или измеренный по крайней мере в двух фазах статора двигателя.The problem is solved due to the fact that:
at discrete points in time
- form a signal of relative slip s,
- calculate the gain and time constants included in the transfer functions (1) with relative slip s ≠ 0 using new expressions that take into account all the parameters of the classical T-shaped equivalent circuit
K 1 = 1 / r 1 ,
T 0 = s (L m + L ' 2 ) / r' 2 ,
T 1 = 2a / (bc),
T 2 = 2a / (b + c),
a = L 1 T 0 + L m T 3 ,
b = r 1 T 0 + L 1 + L m ,
Figure 00000004

T 3 = s (L ' 2 ) / r' 2 ,
where r 1 and L 1 - resistance and inductance of the stator phase,
r ' 2 and L' 2 - reduced to the stator circuit, the resistance and phase inductance of the rotor,
L m - the inductance of the magnetization branch,
generate signals i sa , i sb , i sc of stator phase currents according to the transfer functions (1) by digital modeling or by new expressions for phase stator currents i sph (t) as a function of time t with a signal for setting the supply voltage in the form of an ideal sinusoid with a frequency ω 1 of one of the harmonics
Figure 00000005

where U m is the maximum signal voltage
ψ f - the initial phase shift of the sinusoid of the supply voltage in the corresponding phase of the motor,
φ 1 is the phase shift of the phase current of the stator with respect to the supply voltage of the phase, calculated at discrete points in time by the parameters of the T-shaped equivalent circuit and the new value of the relative slip s,
Z 1M - the module of the complex resistance to the phase current of the stator, calculated at discrete points in time,
A 1 , B 1 - coefficients calculated by the expressions
Figure 00000006

Figure 00000007

In digital modeling of stator currents, depending on its purpose, the generated signal or measured in at least two phases of the motor stator is used as a voltage reference signal.

С той же точностью можно сформировать сигналы фазных токов намагничивания по выражению (4), аналогичному выражению (3):

Figure 00000008

где Um - максимум сигнала питающего напряжения,
φm/ - фазовый сдвиг фазного тока намагничивания по отношению к питающему напряжению фазы, вычисляемый в дискретные моменты времени по параметрам T-образной схемы замещения и новому значению относительного скольжения s,
ZmM - модуль комплексного сопротивления фазному току намагничивания, вычисляемый в дискретные моменты времени,
A2, B2 - коэффициенты, вычисляемые по выражениям
Figure 00000009

Figure 00000010

формируют проекции i и i вектора сигналов тока намагничивания на ортогональные оси α-β системы координат, неподвижной относительно статора, путем цифрового моделирования по новой передаточной функции сигналов токов намагничивания по сигналам токов статора
Figure 00000011

где Im(p), Is(p) - преобразования по Лапласу проекций на ортогональные оси координат α-β соответственно векторов сигналов токов статора и намагничивания.With the same accuracy, it is possible to generate signals of phase magnetization currents by expression (4), similar to expression (3):
Figure 00000008

where U m is the maximum signal voltage
φ m / is the phase shift of the phase magnetization current with respect to the supply voltage of the phase, calculated at discrete moments of time by the parameters of the T-shaped equivalent circuit and the new value of the relative slip s,
Z mM is the module of the complex resistance to the phase magnetization current, calculated at discrete time instants,
A 2 , B 2 - coefficients calculated by the expressions
Figure 00000009

Figure 00000010

form the projections of i and i of the magnetization current signal vector on the orthogonal axes α-β of the coordinate system fixed relative to the stator, by digital simulation of the magnetization current signals by the new transfer function using the stator current signals
Figure 00000011

where I m (p), I s (p) are the Laplace transforms of the projections onto the orthogonal coordinate axes α-β, respectively, of the signal vectors of the stator currents and magnetization.

Кроме того, решение поставленной задачи достигается благодаря тому, что сигнал us(t) питающего напряжения статора при относительном скольжении s ≠ 0 формируют путем цифрового моделирования по новой передаточной функции

Figure 00000012

где Us(p), Is(p) - преобразования по Лапласу соответственно сигнала питающего напряжения статора и сигнала тока статора,
K2 - коэффициент усиления, вычисляемой по выражению K2 = r1;
T4 - постоянная времени, вычисляемая по выражению T4 = T1 + T2.In addition, the solution of the problem is achieved due to the fact that the signal u s (t) of the supply voltage of the stator with relative slip s ≠ 0 is formed by digital modeling using the new transfer function
Figure 00000012

where U s (p), I s (p) are the Laplace transforms of the stator supply voltage signal and the stator current signal, respectively,
K 2 is the gain calculated by the expression K 2 = r 1 ;
T 4 is the time constant calculated by the expression T 4 = T 1 + T 2 .

По выражению (6) путем цифрового моделирования можно оценивать:
- сигнал на зажимах статора по измеренным по крайней мере в двух фазах токам статора
и (или)
- сигнал задания напряжения, предназначенный для выдачи в преобразователь частоты и формируемый по измеренному току статора и сигналу с выхода регулятора тока.
By the expression (6) by digital modeling, we can evaluate:
- signal at the stator clamps according to the stator currents measured in at least two phases
and / or
- voltage reference signal, intended for delivery to the frequency converter and generated by the measured stator current and the signal from the output of the current regulator.

Кроме того, решение поставленной задачи может быть достигнуто благодаря тому, что для учета пространственной несимметрии фаз статора двигателя формируют проекции сигналов на мнимую ось β ортогональной системы координат, неподвижной относительно статора, по новым выражениям
i= K[isbsin(ψab)-iscsin(ψac)],
где K = isa/[isa+isbcos(ψab)+isccos(ψac)],
ψabac - пространственные углы соответственно между фазами a и b и между фазами a и c.
In addition, the solution of this problem can be achieved due to the fact that, to take into account the spatial asymmetry of the phases of the stator of the motor, projections of signals are formed on the imaginary axis β of the orthogonal coordinate system stationary relative to the stator, according to new expressions
i = K [i sb sin (ψ ab ) -i sc sin (ψ ac )],
where K = i sa / [i sa + i sb cos (ψ ab ) + i sc cos (ψ ac )],
ψ ab , ψ ac are the spatial angles between phases a and b, respectively, and between phases a and c.

Высокая точность оценки токов статора is и токов намагничивания im позволяет оценивать:
- фазный ток ротора или его проекции на ортогональные оси координат по выражению
i'r = im - is,
- электромагнитный момент M в отличие от прототипа по выражениям:
самому оптимальному по быстродействию
M = 1,5Lmpτ(ii-ii) (7)
или более точному на pτ по сравнению с прототипом
M = 1,5LmpτIsMImMsinα, (8)
или наиболее точным, отличающимся от предыдущих множителем m1/2
M = (m1m2/4)Lmpτ(ii-ii) (9)
или
M = (m1m2/4)LmpτIsMImMsinα, (10)
где m1 и m2 - число фаз соответственно в статоре и роторе,
pτ - число пар полюсов в двигателе,
IsM и ImM - модули соответственно векторов тока статора и тока намагничивания,
α - угол между векторами тока статора и тока намагничивания, формируемый в отличие от прототипа по одному из выражений:
α = arctg(i/i)-arctg(i/i)
при вытекающим из выражений (9) и (10) для электромагнитного момента
α = arcsin((ii-ii)/(IsMImM))
или
α = arctg((ii+ii)/(ii-ii)).
Повышение точности оценки сигнала электромагнитного момента M по выражениям (8) и (10) до точности оценки по выражениям (7) и (9), а также введение новой зависимости тока намагничивания от тока статора по выражению (5) открывает новые возможности для поиска новых законов регулирования переменных двигателя в системах с управлением вектором.
The high accuracy of estimating the stator currents i s and magnetization currents i m allows us to evaluate:
- phase current of the rotor or its projection onto orthogonal coordinate axes according to the expression
i ' r = i m - i s ,
- electromagnetic moment M, in contrast to the prototype in terms of:
the most optimal in terms of speed
M = 1.5L m p τ (i i -i i ) (7)
or more accurate on p τ compared to the prototype
M = 1.5L m p τ I sM I mM sinα, (8)
or the most accurate, different from the previous factor m 1/2
M = (m 1 m 2/4) L m p τ (i sβ i mα -i sα i mβ) ( 9)
or
M = (m 1 m 2/4) L m p τ I sM I mM sinα, ( 10)
where m 1 and m 2 are the number of phases respectively in the stator and rotor,
p τ is the number of pole pairs in the motor,
I sM and I mM are the modules of the stator current and magnetization current vectors, respectively
α is the angle between the vectors of the stator current and the magnetization current, formed in contrast to the prototype according to one of the expressions:
α = arctan (i / i ) -arctg (i / i )
when following from expressions (9) and (10) for the electromagnetic moment
α = arcsin ((i i -i i ) / (I sM I mM ))
or
α = arctan ((i i + i i ) / (i i -i i )).
Increasing the accuracy of estimating the signal of the electromagnetic moment M according to expressions (8) and (10) to the accuracy of estimating using expressions (7) and (9), as well as introducing a new dependence of the magnetization current on the stator current by expression (5), opens up new possibilities for finding new laws of regulation of engine variables in systems with vector control.

Выражение (10) можно получить из известного выражения электромагнитного момента через результирующие комплексные функции потокосцепления и тока:
M = (m2pτ/2)Im[ψ rsi * 2 ], (11)
где ψrs= Lrsmise-jθ - (12) результирующий вектор потокосцепления,
ir* - вектор, сопряженный результирующему вектору тока ротора,
Lrsm = (m1/2)Lm - (13) взаимная индуктивность ротора под влиянием статора,
is - результирующий вектор тока статора, умножением на e-jθ приведен во вращающуюся систему координат ротора,
θ - угол поворота ротора.
Expression (10) can be obtained from the well-known expression of the electromagnetic moment through the resulting complex functions of flux linkage and current:
M = (m 2 p τ / 2) Im [ψ rs i * 2 ], (eleven)
where ψ rs = L rsm i s e -jθ - (12) the resulting flux linkage vector,
i r * is the vector conjugate to the resulting rotor current vector,
L rsm = (m 1/2 ) L m - (13) the mutual inductance of the rotor under the influence of the stator,
i s is the resulting stator current vector, multiplied by e -jθ is reduced to a rotating coordinate system of the rotor,
θ is the angle of rotation of the rotor.

Из теории вращающегося поля известно, что результирующие векторы тока статора is, намагничивания im и ротора ir можно следующим образом выразить через мгновенные значения фазных токов двигателя:

Figure 00000013

где
Figure 00000014

и т.д.It is known from the theory of a rotating field that the resulting vectors of stator current i s , magnetization i m and rotor i r can be expressed as follows in terms of instantaneous values of the phase currents of the motor:
Figure 00000013

Where
Figure 00000014

etc.

Подставляя в (11) выражения (12)-(14), получим выражение электромагнитного момента через мгновенные значения токов статора и ротора:
M = (m1m2/4)LmpτIsMIrMsin(αsr-θ). (16)
Моделирование на ЭВМ момента по выражению (16) показало, что оно непригодно для оценки электромагнитного момента, так как содержащиеся в нем токи статора и ротора очень велики по амплитуде, а угол, заключенный между ними, напротив, очень мал. Небольшая ошибка в оценке угла может привести к неправильным выводам, в частности, о зависимости характера и времени переходного процесса от начального положения ротора, характеризующегося величиной θ0 начального смещения осей ротора по отношению к осям статора. Подставив в (11) ir= ime-ise и учитывая, что is x is = 0, получим выражению (10) для вращающего момента, из которого видно, что последний зависит от числа фаз в статоре и роторе, индуктивности ветви намагничивания фазы двигателя, числа пар полюсов, амплитуд и разности фаз (α = αsr) результирующих токов статора и намагничивания и не зависит от положения ротора.
Substituting expressions (12) - (14) in (11), we obtain the expression of the electromagnetic moment through the instantaneous values of the stator and rotor currents:
M = (m 1 m 2/4) L m p τ I sM I rM sin (α s -α r -θ). (16)
Computer simulation of the moment according to expression (16) showed that it is unsuitable for estimating the electromagnetic moment, since the stator and rotor currents contained in it are very large in amplitude, and the angle between them, on the contrary, is very small. A small error in the estimation of the angle can lead to incorrect conclusions, in particular, about the dependence of the nature and time of the transition process on the initial position of the rotor, characterized by θ 0 of the initial displacement of the rotor axes with respect to the stator axes. Substituting in (11) i r = i m e -i s e and taking into account that i s xi s = 0, we obtain expression (10) for the torque, from which it can be seen that the latter depends on the number of phases in the stator and rotor, inductance of the magnetization branch of the motor phase, the number of pole pairs, amplitudes and phase difference (α = α sr ) of the resulting stator and magnetization currents and does not depend on the position of the rotor.

В процессе поиска аналогов и выбора прототипа среди просмотренных технических решений не были обнаружены признаки, которые сходны с отличительными признаками заявляемого технического решения. In the process of searching for analogues and selecting a prototype among the reviewed technical solutions, no signs were found that are similar to the hallmarks of the claimed technical solution.

В предлагаемом техническом решении задача по устранению недостатков прототипа решается путем учета всех параметров классической T-образной схемы замещения фазы АД с короткозамкнутым ротором, формирования сигналов токов статора и намагничивания и сигналов питающего напряжения по новым выражениям, формирования в дискретные моменты времени сигналов относительного скольжения и угла между векторами токов статора и намагничивания. In the proposed technical solution, the problem of eliminating the disadvantages of the prototype is solved by taking into account all the parameters of the classical T-shaped circuit for replacing the HELL phase with a squirrel-cage rotor, generating signals of the stator currents and magnetization and supply voltage signals using new expressions, generating relative slip and angle signals at discrete times between vectors of stator currents and magnetization.

Все это, как будет показано ниже, позволяет повысить точность оценки регулируемых переменных АД. All this, as will be shown below, can improve the accuracy of the assessment of controlled variables of blood pressure.

Данное изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-25. The invention is illustrated by the drawings shown in FIG. 1-25.

На фиг. 1 приведена классическая T-образная схема замещения фазы трехфазного АД с короткозамкнутым ротором, положенная в основу предлагаемого способа оценки регулируемых переменных АД. In FIG. 1 shows the classic T-shaped phase equivalent circuit of a three-phase squirrel-cage motor with a squirrel-cage rotor, which is the basis of the proposed method for evaluating controlled variables of blood pressure.

На фиг. 2-4 приведены варианты блок-схем устройств, реализующих оценку наиболее важных регулируемых переменных АД. In FIG. Figure 2-4 shows the variants of block diagrams of devices that implement the assessment of the most important controlled variables of blood pressure.

На фиг. 5-11 приведены блок-схемы функциональных блоков 1-7, из которых состоят устройства, схемы которых представлены на фиг. 2-4. In FIG. 5-11 are block diagrams of the functional blocks 1-7 of which the devices consist, diagrams of which are shown in FIG. 2-4.

На фиг. 12-15 приведены блок-схемы функциональных блоков 9-12, которые входят в состав блока 5, представленного на фиг.9. In FIG. 12-15 are block diagrams of functional blocks 9-12, which are part of the block 5 shown in Fig.9.

На фиг. 16 приведена блок-схема устройства-аналога [9], использующего модели объекта и модели с наблюдателями переменных, в котором в качестве модели объекта используется устройство, реализованное по предлагаемому способу. In FIG. 16 is a block diagram of an analog device [9] using object models and models with variable observers, in which a device implemented by the proposed method is used as an object model.

На фиг. 17 приведена блок-схема устройства, осуществляющего оценку известных регулируемых переменных АД, оптимальным по быстродействию способом. In FIG. 17 is a block diagram of a device that evaluates known controlled variables of blood pressure in a speed-optimal way.

На фиг. 18-21 приведены блок-схемы функциональных блоков 8, 13, 14 и 15. которые входят в состав устройства, схема которого представлена на фиг. 17. In FIG. 18-21 are block diagrams of functional blocks 8, 13, 14 and 15. which are part of the device, the circuit of which is shown in FIG. 17.

На фиг. 22 приведен фрагмент устройства для оценки токов статора и намагничивания, а также электромагнитного момента АД при несимметричном и несинусоидальном питающем напряжении. In FIG. 22 shows a fragment of a device for evaluating stator currents and magnetization, as well as the electromagnetic moment of blood pressure with an asymmetric and non-sinusoidal supply voltage.

На фиг. 23 приведен блок 16 формирования сигналов питающего напряжения по сигналам токов статора с использованием заявляемой передаточной функции. In FIG. 23 shows a block 16 for generating signals of the supply voltage from the signals of the stator currents using the inventive transfer function.

На фиг. 24 и 25 приведены графики переходных процессов в электромагнитном моменте М и частоте вращения ротора ωr при прямом пуске АД, подтверждающие высокую точность и устойчивость предлагаемого способа оценки регулируемых переменных двигателя в широком диапазоне изменения шага дискретизации, в том числе и при достаточно малом, равном 5 мкс.In FIG. 24 and 25 are graphs of transients in the electromagnetic moment M and the rotor speed ω r during direct start-up of the AM, confirming the high accuracy and stability of the proposed method for evaluating the controlled variables of the engine in a wide range of variation of the sampling step, including a sufficiently small 5 μs.

На фиг. 2, 3 и 4 обозначено:
1 - белок вычисления параметров (фиг. 5),
2 - блок формирования тока статора (фиг. 6),
3 - блок формирования тока намагничивания или его проекций на ортогональные оси координат (фиг. 7),
4 - координатный преобразователь (КП) 3ф/2ф (3 фазы/2 фазы) (фиг. 8),
5 - блок формирования электромагнитного момента (фиг. 9),
6 - блок формирования частоты вращения ротора (фиг. 10),
7 - блок формирования относительного скольжения (фиг. 11),

Figure 00000015
- векторы соответственно сигналов токов статора и намагничивания,
Figure 00000016
- в общем случае вектор сигнала напряжения статора в функции времени t и частоты вращения поля статора ωs. Для блоков 2-1 и 3-1 это - Um, ω1 , t и ψ для каждой фазы, а для блоков 2-2- и 3-2 это -
Figure 00000017
- вектор сигнала напряжения статора, соответствующий моменту времени, определяемому переменной K, равной номеру шага дискретизации.In FIG. 2, 3 and 4 are indicated:
1 - protein parameter calculation (Fig. 5),
2 - block forming the stator current (Fig. 6),
3 - block forming the magnetization current or its projections on the orthogonal coordinate axis (Fig. 7),
4 - coordinate Converter (KP) 3F / 2F (3 phases / 2 phases) (Fig. 8),
5 - block forming the electromagnetic moment (Fig. 9),
6 - block forming the rotor speed (Fig. 10),
7 - block forming the relative slip (Fig. 11),
Figure 00000015
- vectors, respectively, of the signals of the stator currents and magnetization,
Figure 00000016
- in the general case, the stator voltage signal vector as a function of time t and the stator field rotation frequency ω s . For blocks 2-1 and 3-1 it is U m , ω 1 , t and ψ for each phase, and for blocks 2-2- and 3-2 it is
Figure 00000017
is the vector of the stator voltage signal corresponding to the time instant determined by the variable K equal to the number of the sampling step.

Каждый вектор состоит из сигналов фаз a, d и c. Each vector consists of phase a, d, and c signals.

На фиг. 6, 7, 19 обозначено:

Figure 00000018
- например, вектор сигнала тока статора, соответствующий моменту времени, определяемому переменной K, равной номеру шага дискретизации.In FIG. 6, 7, 19 are indicated:
Figure 00000018
- for example, the stator current signal vector corresponding to the time instant determined by the variable K equal to the number of the sampling step.

В блоке 1 (фиг. 5) обозначено:
1 - вход для ввода параметров АД и его нагрузки,
2 - вход для ввода сигнала ωs задания частоты вращения поля статора,
3 - вход для ввода сигнала s относительного скольжения,
4 - выходы.
In block 1 (Fig. 5) is indicated:
1 - input for entering blood pressure parameters and its load,
2 - input for inputting a signal ω s setting the frequency of rotation of the stator field,
3 - input for inputting the signal s relative slip,
4 - outputs.

Количество вводимых параметров по входу 1 блока 1 и количество выходов 4 определяется количеством оцениваемых сигналов и конкретной реализацией других блоков, на вход которых поступают параметры с выхода 4 блока 1. The number of input parameters at input 1 of block 1 and the number of outputs 4 is determined by the number of evaluated signals and the specific implementation of other blocks, the input of which receives parameters from output 4 of block 1.

В блоках 2, 3, 5, 6, 13 и 16 (фиг. 6, 7, 9, 10, 19 и 23) обозначено:
1 - вход для ввода необходимых переменных из блока 1, причем количество переменных определяется математическим выражением, которое реализует данный блок.
In blocks 2, 3, 5, 6, 13 and 16 (Fig. 6, 7, 9, 10, 19 and 23) are indicated:
1 - input for entering the necessary variables from block 1, and the number of variables is determined by the mathematical expression that implements this block.

В блок 5 из блока 1 по входу 1 вводится коэффициент Км пропорциональности электромагнитного момента, определяемый выражением (6), или (7), или (8), или (9), реализованным в блоке 5. In block 5 from block 1, at input 1, the coefficient Km of proportionality of the electromagnetic moment, determined by the expression (6), or (7), or (8), or (9), implemented in block 5, is introduced.

В блок 6 из блока 1 по входу 1 вводится коэффициент пропорциональности Kω, определяемый основным уравнением динамики и равный отношению числа пар полюсов двигателя pτ к величине J суммарного момента инерции двигателя и его нагрузки.In block 6 from block 1 at input 1, a proportionality coefficient K ω is introduced, determined by the basic equation of dynamics and equal to the ratio of the number of pole pairs of the motor p τ to the value J of the total moment of inertia of the motor and its load.

В системах регулирования с датчиком частоты вращения и (или) положения ротора блок 6 не используется. In control systems with a speed sensor and / or rotor position, block 6 is not used.

Реализация блоков 1...8 и 11 определяется конкретной решаемой задачей. The implementation of blocks 1 ... 8 and 11 is determined by the specific problem being solved.

В блоках 4-1, 4-2 (фиг. 8) обозначено:

Figure 00000019
вектор какого-либо сигнала, например тока или напряжения статора в реальных осях a-b-c статора,
iα,iβ - проекции вектора какого-либо сигнала на ортогональные оси α-β системы координат, неподвижной относительно статора.In blocks 4-1, 4-2 (Fig. 8) is indicated:
Figure 00000019
the vector of a signal, for example, the current or voltage of the stator in the real axes abc of the stator,
i α , i β are the projections of the vector of a signal on the orthogonal axis α-β of the coordinate system, which is fixed relative to the stator.

На фиг. 16 обозначено:
1 - блок, реализующий модель объекта регулирования, в частности трехфазного АД с короткозамкнутым ротором по заявляемому способу,
II - блок, реализующий наблюдатели потокосцеплений и тока статора по способу, заявленному в [9],
III - блок, реализующий наблюдатель частоты вращения ротора по способу, заявленному в [9],
IV - блок, реализующий приведение сигнала задания напряжения статора к виду по способу, заявленному в [9],
V - блок, реализующий приведение проекций сигналов тока статора с выхода блока I к виду по способу [9],
8 - блок вычитания проекций i,i векторов сигналов токов с выхода модели объекта регулирования (блок I) и проекций

Figure 00000020
векторов сигналов токов с выхода наблюдателя тока и потокосцеплений (блок II),
i1* - сигнал тока статора по способу, заявленному в [9],
Figure 00000021
соответственно проекции вектора тока статора на оси α-β ортогональной системы координат,
неподвижной относительно статора, и частота вращения ротора по способу, заявленному в [9],
На фиг. 17 обозначено:
8 - блок формирования угла поворота ротора (фиг. 18),
13 - блок формирования проекций потокосцеплений статора и ротора на ортогональные оси α-β (фиг. 19),
14 - блок формирования тока ротора (фиг. 20),
15 - известный координатный преобразователь (КП) 2ф/3ф (2 фазы / 2 фазы) (фиг. 21),
isx, isy, irx, iry, imx, imy - соответственно проекции токов статора, ротора и намагничивания на оси системы координат, вращающейся относительно статора с произвольной скоростью ωk k, ψsxsyrxry - соответственно проекции потокосцеплений статора и ротора на оси системы координат, вращающейся относительно статора с произвольной скоростью ωk.
В частном случае ωk= ωr в системе координат с осями d-q вместо x-y.In FIG. 16 is indicated:
1 is a block that implements a model of an object of regulation, in particular three-phase HELL with a squirrel-cage rotor according to the claimed method,
II is a block that implements observers flux linkage and stator current according to the method claimed in [9],
III - a block that implements an observer of the rotor speed according to the method claimed in [9],
IV is a block that implements the conversion of the signal to set the voltage of the stator to the form according to the method claimed in [9],
V is a block that implements the projection of the stator current signals from the output of block I to a form according to the method [9],
8 is a block for subtracting projections i , i of current signal vectors from the output of the model of the regulatory object (block I) and projections
Figure 00000020
vectors of current signals from the output of the current observer and flux linkage (block II),
i 1 * is the stator current signal according to the method claimed in [9],
Figure 00000021
respectively, the projection of the stator current vector on the α-β axis of the orthogonal coordinate system,
stationary relative to the stator, and the rotor speed according to the method claimed in [9],
In FIG. 17 is indicated:
8 - block forming the angle of rotation of the rotor (Fig. 18),
13 is a block for the formation of projections of flux linkages of the stator and rotor on the orthogonal axis α-β (Fig. 19),
14 - block forming the rotor current (Fig. 20),
15 is a known coordinate Converter (KP) 2F / 3F (2 phases / 2 phases) (Fig. 21),
i sx , i sy , i rx , i ry , i mx , i my are, respectively, the projections of the stator, rotor and magnetization currents on the axis of the coordinate system rotating with respect to the stator at an arbitrary speed ω k k , ψ sx , ψ sy , ψ rx , ψ ry are, respectively, the projections of the stator and rotor flux linkages on the axis of the coordinate system rotating relative to the stator with an arbitrary speed ω k .
In the particular case, ω k = ω r in the coordinate system with the dq axes instead of xy.

На фиг. 22 обозначено:
1 - блок суммирования проекций векторов N гармоник токов статора на ось α неподвижной системы координат,
2 - блок суммирования проекций векторов N гармоник токов статора на ось β неподвижной системы координат,
3 - блок суммирования проекций векторов N гармоник токов намагничивания на ось α неподвижной системы координат,
4 - блок суммирования проекций векторов N гармоник токов намагничивания на ось β неподвижной системы координат,
5 - блок формирования электромагнитного момента (фиг. 9), входы 2-1, 2-2 и 3-1, 3-2 блока 1 соответствуют входам 2 и 3 на фиг. 9,
6-1 - блок суммирования проекций векторов первой гармоники токов статора прямой и обратной последовательностей на ось α неподвижной системы координат,
7-1 - блок суммирования проекций векторов первой гармоники токов статора прямой и обратной последовательностей на ось β неподвижной системы координат,
8-1 - блок суммирования проекций векторов первой гармоники токов намагничивания прямой и обратной последовательностей на ось α неподвижной системы координат,
9-1 - блок суммирования проекций векторов первой гармоники токов намагничивания прямой и обратной последовательностей на ось β неподвижной системы координат,
6-N - блок суммирования проекций векторов N-ой гармоники токов статора прямой и обратной последовательностей на ось α неподвижной системы координат,
7-N - блок суммирования проекций векторов N-ой гармоники токов статора прямой и обратной последовательностей на ось β неподвижной системы координат,
8-N - блок суммирования проекций векторов N-ой гармоники токов намагничивания прямой и обратной последовательностей на ось α неподвижной системы координат,
9-N - блок суммирования проекций векторов N-ой гармоники токов намагничивания прямой и обратной последовательностей на ось β неподвижной системы координат,
iпр1,iпр1,iпрN,iпрN - проекции векторов токов прямой последовательности, например, статора соответственно первой и N-ой гармоник,
iобр1,iобр1,iобрN,iобрN - проекции векторов токов обратной последовательности, например, статора соответственно первой и N-ой гармоник,
i1,iN - например, проекции векторов токов статора соответственно первой и N-ой гармоники.
In FIG. 22 is indicated:
1 - block summing the projections of the vectors N harmonics of the stator currents on the axis α of the fixed coordinate system,
2 - block summing the projections of the vectors N harmonics of the stator currents on the axis β of the fixed coordinate system,
3 - block summation of the projections of the vectors N of harmonics of the magnetization currents on the axis α of the fixed coordinate system,
4 - block summation of the projections of the vectors N of harmonics of the magnetization currents on the axis β of the fixed coordinate system,
5 - unit for generating electromagnetic moment (Fig. 9), inputs 2-1, 2-2 and 3-1, 3-2 of block 1 correspond to inputs 2 and 3 in FIG. nine,
6-1 - block summing the projections of the vectors of the first harmonic of the stator currents of the forward and reverse sequences on the axis α of the fixed coordinate system,
7-1 - block summing the projections of the vectors of the first harmonic of the stator currents of the forward and reverse sequences on the axis β of the fixed coordinate system,
8-1 - block summing the projections of the vectors of the first harmonic of the magnetization currents of the forward and reverse sequences on the axis α of the fixed coordinate system,
9-1 - block summing the projections of the vectors of the first harmonic of the magnetization currents of the forward and reverse sequences on the axis β of a fixed coordinate system,
6-N - block summing the projections of the vectors of the Nth harmonic of the stator currents of the forward and reverse sequences on the axis α of the fixed coordinate system,
7-N - block summing the projections of the vectors of the Nth harmonic of the stator currents of the forward and reverse sequences on the axis β of the fixed coordinate system,
8-N - block summing the projections of the vectors of the Nth harmonic of the magnetization currents of the forward and reverse sequences on the axis α of the fixed coordinate system,
9-N is a block for summing the projections of the vectors of the Nth harmonic of the magnetizing currents of the forward and reverse sequences onto the β axis of a fixed coordinate system,
i pr1, i pr1, i prN, i prN are the projections of the current vectors of the direct sequence, for example, the stator of the first and Nth harmonics, respectively
i obr1, i obr1, i obrN, i obrN are the projections of the current vectors of the reverse sequence, for example, the stator of the first and Nth harmonics, respectively
i 1, i N - for example, the projection of the stator current vectors of the first and Nth harmonics, respectively.

На фиг. 2 показана блок-схема устройства, аналогичного прототипу. Устройство содержит блок 1 вычисления параметров, вход 2 которого соединен с входом 1 блока 7, а вход 3 - с выходом 3 блока 7, вход 2 которого может быть соединен с выходом 4 блока 6 или с выходом измерителя частоты вращения ротора. Выходы 4 блока 1 соединены с входами 1 блоков 2, 3 (блоки 3-1 или 3-2), 5 и 6. Вход 2 блока 2 соединен с входом 2 блока 3. Выходы 3 блоков 2 и 3 соединены с входом 1 общего или двух разных блоков 4. Выходы 2 блока или двух блоков 4 соединены с входами 2 и 3 блока 5, выход 4 которого соединен с входом 3 блока 6, выход 4 которого может быть соединен с входом 2 блока 7. In FIG. 2 shows a block diagram of a device similar to the prototype. The device comprises a parameter calculation unit 1, the input 2 of which is connected to the input 1 of block 7, and the input 3 to the output 3 of block 7, the input 2 of which can be connected to the output 4 of block 6 or to the output of the rotor speed meter. The outputs 4 of block 1 are connected to the inputs 1 of blocks 2, 3 (blocks 3-1 or 3-2), 5 and 6. The input 2 of block 2 is connected to the input 2 of block 3. The outputs of 3 blocks 2 and 3 are connected to input 1 of a common or two different blocks 4. The outputs of 2 blocks or two blocks 4 are connected to the inputs 2 and 3 of block 5, the output 4 of which is connected to the input 3 of block 6, the output 4 of which can be connected to the input 2 of block 7.

Устройство по фиг. 2 реализует оценку по предлагаемому способу фазных токов статора и намагничивания, их проекций на ортогональные оси α-β неподвижной относительно статора системы координат, электромагнитного момента двигателя, относительного скольжения и, при необходимости, частоты вращения ротора. The device of FIG. 2 implements an estimate of the stator and magnetization phase currents according to the proposed method, their projections onto the orthogonal axis α-β of the coordinate system fixed relative to the stator, the electromagnetic moment of the motor, relative slip, and, if necessary, the rotor speed.

Устройство по фиг. 2 функционирует следующим образом. В дискретные моменты времени на входы 1 и 2 блока 7-1 одновременно подают соответственно сигнал ωs задания частоты вращения поля статора и измеренный или сформированный в блоке 6 (выход 4) сигнал частоты вращения ротора для формирования сигнала относительного скольжения s, который с выхода 3 блока 7-1 подают на вход 3 блока 1. Одновременно с этим подают на вход 2 сигнал ωs задания частоты вращения поля статора и на вход 1 параметры, характеризующие двигатель и его нагрузку. С выходов 4 блока 1 сформированные коэффициенты и постоянные времени подают на входы 1 блоков 2, 3, 5 и, при необходимости, блока 6. Кроме того, на входы 2 блоков 2 и 3 (3-1 или 3-2) подают измеренный по крайней мере в двух фазах и(или) сформированный в блоке 16 (фиг. 23) вектор

Figure 00000022
сигнала задания напряжения статора АД. Сформированные в блоках 2 и 3 векторы
Figure 00000023
сигналов токов соответственно статора и намагничивания с выходов 3 вышеназванных блоков подают на вход 1 одного или двух блоков 4, формирующих проекции векторов сигналов токов на ортогональные оси α-β системы координат, неподвижной относительно статора, которые с выходов 2 блоков 4 подают на входы 2 и 3 блока 5. Сформированный сигнал M электромагнитного момента с выхода 4 блока 5 подают на вход 3 блока 6, на вход 2 которого подают сигнал Mн момента нагрузки. Сформированный сигнал ωs с выхода блока 6 подают, при необходимости, на вход 2 блока 1 в качестве сигнала обратной связи.The device of FIG. 2 operates as follows. At discrete time instants, inputs 1 and 2 of block 7-1 simultaneously receive respectively a signal ω s for setting the stator field rotation frequency and a rotor speed signal measured or generated in block 6 (output 4) to generate a relative slip signal s, which is output 3 Block 7-1 is fed to input 3 of block 1. At the same time, signal ω s of setting the stator field rotation frequency and input 1, parameters characterizing the motor and its load, are fed to input 2. From the outputs 4 of block 1, the generated coefficients and time constants are fed to the inputs 1 of blocks 2, 3, 5 and, if necessary, of block 6. In addition, the measured values are fed to the inputs of 2 blocks 2 and 3 (3-1 or 3-2) at least in two phases and (or) the vector formed in block 16 (Fig. 23)
Figure 00000022
signal setting voltage of the stator HELL. The vectors formed in blocks 2 and 3
Figure 00000023
the current signals of the stator and magnetization from the outputs 3 of the above blocks are fed to the input 1 of one or two blocks 4, forming projections of the current signal vectors onto the orthogonal axis α-β of the coordinate system, which is stationary relative to the stator, which from the outputs of 2 blocks 4 are fed to inputs 2 and 3 blocks 5. The generated signal M of the electromagnetic moment from the output 4 of block 5 is fed to the input 3 of block 6, to the input 2 of which a signal M n of the load moment is supplied. The generated signal ω s from the output of block 6 is fed, if necessary, to the input 2 of block 1 as a feedback signal.

На фиг. 3 показана блок-схема варианта устройства, отличающегося от устройства, представленного на фиг. 2 тем, что блок 3-1 или 3-2 формирования тока намагничивания заменен на блок 3-3, вход 2 которого соединен с выходом 3 блока 1. Преимущественном данного устройства по сравнению с устройством-аналогом прототипа, представленным на фиг. 2, является более простая реализация блока 3-3 по сравнению с блоками 3-1 и 3-2 при сохранении той же точности оценки сигналов фазных токов намагничивания. In FIG. 3 shows a block diagram of an embodiment of a device different from the device of FIG. 2 by the fact that the magnetization current generating unit 3-1 or 3-2 is replaced by a unit 3-3, the input 2 of which is connected to the output 3 of the unit 1. This device is advantageous in comparison with the analog device of the prototype shown in FIG. 2, a simpler implementation of block 3-3 is compared to blocks 3-1 and 3-2, while maintaining the same accuracy in estimating the signals of the phase magnetization currents.

Общим недостатком устройств по фиг. 2 и 3 является наличие двух координатных преобразователей, реализованных в блоке 4 или более сложном блоке на базе блока 4, который последовательно по одному входу получает сигналы от блоков 2 и 3 и, обработав их, выдает выходные сигналы на разные выходы. По быстродействию и простоте реализации на основе аналоговой техники преимущество остается за использованием двух координатных преобразователей на основе блока 4 по числу сигналов токов, а именно: тока статора и тока намагничивания. Кроме того, при регулировании переменных АД мгновенные значения сигналов фазных токов намагничивания (выходы блоков 3-1, или 3-2 по фиг. 2, или 3-3 по фиг. 3) требуются только для формирования проекций сигналов токов намагничивания на ортогональные оси координат. Поэтому в этих случаях целесообразно применять устройства, позволяющие "быстрее" оценить регулируемые переменные АД, зависящие от сигналов тока намагничивания. The general disadvantage of the devices of FIG. 2 and 3 is the presence of two coordinate converters implemented in block 4 or more complex block based on block 4, which sequentially receives signals from blocks 2 and 3 at one input and, having processed them, gives output signals to different outputs. In terms of speed and ease of implementation based on analogue technology, the advantage remains of using two coordinate converters based on block 4 in terms of the number of current signals, namely, stator current and magnetization current. In addition, when adjusting the ABP variables, the instantaneous values of the signals of the phase magnetization currents (outputs of blocks 3-1, or 3-2 in Fig. 2, or 3-3 in Fig. 3) are required only for generating projections of the signals of the magnetization currents on the orthogonal coordinate axes . Therefore, in these cases, it is advisable to use devices that allow "faster" to evaluate the controlled variables of blood pressure, depending on the signals of the magnetization current.

Так, например, на фиг. 4 показана блок-схема варианта устройства, реализующего предлагаемый способ оценки сигналов токов статора и намагничивания, повышающий быстродействие устройства, оценивающего, например, сигналы электромагнитного момента и, при необходимости, частоты вращения ротора. For example, in FIG. 4 shows a block diagram of an embodiment of a device that implements the proposed method for evaluating the signals of stator currents and magnetization, increasing the speed of a device that evaluates, for example, signals of electromagnetic moment and, if necessary, rotor speed.

Устройство содержит блок 1 вычисления параметров, вход 2 которого соединен с входом 1 блока 7, а вход 3 - с выходом 3 блока 7, вход 2 которого может быть соединен с выходом 4 блока 6 или выходом измерителя частоты вращения ротора. Выходы 4 блока 1 соединены с выходами 1 блоков 2, 3-3, 5 и 6. Выход 3 блока 2 соединены с входом 1 единственного координатного преобразователя на основе блока 4, выходы 2 которого соединены с входами 3 блока 5 и входами 2 блока 3-3, выход 3 которого соединен с выходами 2 блока 5, выход 4 которого соединен с входом 3 блока 6, выход 4 которого может быть соединен с входом 2 блока 7 в системе регулирования без датчика частоты вращения и(или) положения ротора или с выходом измерителя частоты вращения ротора при наличии такового. The device comprises a parameter calculation unit 1, the input 2 of which is connected to the input 1 of block 7, and the input 3 to the output 3 of block 7, the input 2 of which can be connected to the output 4 of block 6 or the output of the rotor speed meter. The outputs 4 of block 1 are connected to the outputs 1 of blocks 2, 3-3, 5 and 6. The output 3 of block 2 is connected to the input 1 of a single coordinate converter based on block 4, the outputs 2 of which are connected to inputs 3 of block 5 and inputs 2 of block 3- 3, the output 3 of which is connected to the outputs 2 of block 5, the output 4 of which is connected to the input 3 of block 6, the output 4 of which can be connected to the input 2 of block 7 in the control system without a speed sensor and / or rotor position or with the output of the meter rotor speed if any.

Устройство, показанное на фиг. 4, реализует оценку по предлагаемому способу фазных токов статора, их проекций на ортогональные оси α-β неподвижной относительно статора системы координат проекций на те же оси вектора тока намагничивания, электромагнитного момента двигателя, относительного скольжения и, при необходимости, частоты вращения ротора. В этом устройстве, по сравнению с приведенными на фиг. 2 и 3, используется только один координатный преобразователь на основе блока 4 вместо двух, на вход 2 блока 3-3 подают два сигнала вместо трех и на выходе 3 блока 3-3 получают также два сигнала вместо трех. The device shown in FIG. 4, realizes the assessment by the proposed method of stator phase currents, their projections on the orthogonal axis α-β of the coordinate system of the projections on the same axis of the magnetization current vector, the motor electromagnetic moment, relative slip and, if necessary, the rotor speed, relative to the stator. In this device, in comparison with those shown in FIG. 2 and 3, only one coordinate converter is used on the basis of block 4 instead of two, two signals are input to input 2 of block 3-3 instead of three, and two signals instead of three are also received at output 3 of block 3-3.

При оценке регулируемых переменных, включая частоту вращения ротора трехфазного асинхронного двигателя с кроткозамкнутым ротором, выделяют два состояния устройства: пуск и циклическое функционирование в дискретные моменты времени. When evaluating the controlled variables, including the rotational speed of the rotor of a three-phase asynchronous motor with a short-circuited rotor, two device states are distinguished: start-up and cyclic operation at discrete time instants.

При пуске устройства подают на вход 1 блока 1 начальные значения r1, L1, Lm, L'2, r'2 параметров T-образной схемы замещения, число Pr пар полюсов двигателя и момент J инерции двигателя с нагрузкой, на вход 2 блока 1 и вход 1 блока 7 подают начальное значение сигнала ωs задания частоты вращения поля статора, на вход 2 блока 7 - начальное нулевое значение сигнала ωr частоты вращения ротора двигателя.When starting up the device, initial values r 1 , L 1 , L m , L ' 2 , r' 2 of the parameters of the T-shaped equivalent circuit, the number P r of the pairs of motor poles and the moment J of inertia of the motor with a load, are input 2 blocks 1 and input 1 of block 7 provide the initial value of the signal ω s for setting the frequency of rotation of the stator field, and input 2 of block 7 - the initial zero value of the signal ω r of the frequency of rotation of the motor rotor.

Далее в дискретные моменты времени на вход 2 блока 1 и вход 1 блока 2 подают очередное значение сигнала ωs задания частоты вращения поля статора, на вход 2 блока 7 подают сигнал ωr обратной связи по частоте вращения ротора, например, с выхода 4 блока 6, с выхода 3 блока 7 на вход 3 блока 1 подают сформированный в блоке 7 сигнал обратной связи по относительному скольжению s, на вход 1 блока 1 подают параметры r1, L1, Lm, L'2, r'2 T-образной схемы замещения двигателя (они могут быть постоянными или изменяться от нагрева и (или) насыщения металла), число pτ пар полюсов двигателя и момент J инерции двигателя с нагрузкой, с выходов 4 блока 1 подают необходимые коэффициенты и постоянные времени на входы 1 блоков 2, 3-3, 5 и 6, измеряют по крайней мере в двух фазах и(или) формируют, например, в блоке 16, вектор

Figure 00000024
сигналов напряжения статора (измерение и формирование сигналов задания напряжения могут выполняться до начала очередного цикла функционирования устройства по фиг. 4, но с тем же периодом дискретизации dt), который подают на вход 2 блока 2, с выхода 3 которого сформированный вектор
Figure 00000025
тока статора подают на вход 1 блока 4, с выхода 2 которого сформированные проекции i,i на ортогональные оси α-β сигналов токов статора подают на вход 2 блока 3-3 и вход 3 блока 5, на вход 2 которого также подают проекции i,i на ортогональные оси α-β сигналов токов намагничивания, сформированный сигнал M электромагнитного момента с выхода 4 блока 5 подают на вход блока 6, на вход 2 которого также подают сигнал Mн момента нагрузки, на выходе 4 блока 6 получают сигнал ωr частоты вращения ротора.Then, at discrete time instants, input 2 of block 1 and input 1 of block 2 is supplied with the next value of the signal ω s for setting the rotational speed of the stator field; input 2 of block 7 is supplied with a feedback signal ω r with respect to the rotor speed, for example, from output 4 of block 6 , from the output 3 of block 7 to the input 3 of block 1, the feedback signal relative to the slip s formed in block 7 is supplied, the parameters r 1 , L 1 , L m , L ' 2 , r' 2 T-shaped are fed to the input 1 of block 1 replacement scheme engine (which may be constant or vary from heating and (or) metal saturation), the number p τ n pairs luces of the engine and the moment J of the inertia of the engine with the load, from the outputs 4 of block 1, apply the necessary coefficients and time constants to the inputs 1 of blocks 2, 3-3, 5 and 6, measure at least two phases and (or) form, for example, in block 16, vector
Figure 00000024
the stator voltage signals (the measurement and generation of voltage setting signals can be performed before the start of the next operation cycle of the device in Fig. 4, but with the same sampling period dt), which is fed to input 2 of block 2, from output 3 of which the generated vector
Figure 00000025
the stator current is fed to input 1 of block 4, from the output 2 of which the formed projections i , i to the orthogonal axes α-β of the signals of the stator currents are fed to input 2 of block 3-3 and input 3 of block 5, input 2 of which also serves i , i on the orthogonal axes α-β of the magnetization current signals, the generated signal M of the electromagnetic moment from the output 4 of block 5 is fed to the input of block 6, to the input 2 of which also a signal M n of the load moment is received, at the output 4 of block 6 receive a signal ω r rotor speed.

Далее устройство работает в цикле с периодом dt по описанному алгоритму. Further, the device operates in a cycle with a period dt according to the described algorithm.

На фиг. 16 приведена блок-схема устройства-аналога [9], функционирующего в замкнутой системе регулирования с повышенными требованиями к качеству регулирования. В этом устройстве используются модель объекта регулирования (блок I), реализованная по предлагаемому способу, и модели с наблюдателями переменных (блоки II и III), реализованные по способу, изложенному в [9]. In FIG. 16 is a block diagram of an analog device [9] operating in a closed-loop control system with increased requirements for regulatory quality. This device uses the model of the regulatory object (block I), implemented by the proposed method, and models with observers of variables (blocks II and III), implemented by the method described in [9].

Устройство по фиг. 16 отличается от описанного в [9] лишь блоком I, имитирующим объект регулирования по заявляемому способу. В данном случае блок I реализуется по структуре, представленной на фиг. 4. Так же как и в известном устройстве блок I имеет один выход, соединенный с входом блока V известного устройства, и один общий входной сигнал с блоком IV известного устройства. The device of FIG. 16 differs from that described in [9] only in block I simulating an object of regulation by the claimed method. In this case, block I is implemented according to the structure shown in FIG. 4. As in the known device, block I has one output connected to the input of block V of the known device, and one common input signal with block IV of the known device.

Достоинством данного устройства по сравнению с известным является большая точность оценки тока статора по заявляемому способу, что обеспечит повышение точности оценки других переменных по известному способу. The advantage of this device in comparison with the known is the greater accuracy of estimating the stator current by the claimed method, which will increase the accuracy of the evaluation of other variables by the known method.

На фиг. 17 приведена блок-схема устройства, осуществляющего оценку с высокой точностью оптимальным по быстродействию способом следующих регулируемых переменных АД: питающего напряжения

Figure 00000026
по заданному, например, с выхода регулятора тока или измеренному току статора
Figure 00000027
фазных токов статора
Figure 00000028
их проекций i,i на ортогональные оси α-β неподвижной относительно статора системы координат, проекций i,i на те же оси векторов токов намагничивания и i,i ротора и ψ векторов потокосцеплений статора и ψ ротора, электромагнитного момента двигателя M относительного скольжения S, частоты вращения ротора ωr угла поворота ротора θ, проекций isx, isy на ортогональные оси x-y вращающейся системы координат векторов токов статора, imx, imy намагничивания и irx, iru ротора, проекций ψsxsy на те же оси векторов потокосцеплений статора и ψrxsy ротора, модулей векторов токов статора IsM и намагничивания ImM, фазовых сдвигов αs между вектором ток статора и вещественной осью координат, αm между вектором тока намагничивания и вещественной осью координат и α между векторами токов статора и намагничивания. Повышение точности оценки перечисленных регулируемых переменных AD открывает новые возможности при реализации систем управления вектором.In FIG. 17 shows a block diagram of a device that evaluates with high accuracy the optimal speed by the method of the following adjustable variables of blood pressure: supply voltage
Figure 00000026
for a given, for example, from the output of the current regulator or the measured stator current
Figure 00000027
stator phase currents
Figure 00000028
their projections i , i on the orthogonal axis α-β of the coordinate system fixed relative to the stator, projections i , i on the same axis of the magnetization current vectors and i , i rβ of the rotor and ψ , ψ of the stator flux link vectors and ψ , ψ rβ of the rotor, the electromagnetic moment of the motor M relative slip S, the rotor speed ω r of the angle of rotation of the rotor θ, the projections i sx , i sy on the orthogonal axis xy of the rotating coordinate system of the stator current vectors, i mx , i my magnetization and i rx , i ru of the rotor, projections ψ sx , ψ sy on the same axis of the stator flux link vectors and ψ rx , ψ sy of the rotor, the stator current vector modules I sM and magnetization I mM , phase shifts α s between the stator current vector and the real coordinate axis, α m between the magnetization current vector and the real coordinate axis and α between the stator current vectors and magnetization. Improving the accuracy of evaluating the listed controlled variables AD opens up new possibilities for the implementation of vector control systems.

В основу устройства по фиг. 17 положено устройство по фиг. 4. Оно дополнено:
- блоком 16, выход 3 которого соединен с входом 2 блока 2,
- блоком 14 - 2, вход 1 которого соединен с выходом 3 блока 3 - 3, а выход 2 - с выходом 2 блока 4 - 1, с выхода 3 блока 14 получают сигналы проекций вектора тока ротора на оси α-β;
- одним или двумя блоками 15, входы 1 которых соединены с выходом 2 блока 4 - 1, входы 2 - с выходом 2 дополнительного блока 8 - 1, а выходы 3 - с входами 1 и 2 дополнительного блока 14 - 2, с выхода 3 которого получают сигналы проекций вектора тока ротора на оси x - y;
- одним или двумя блоками 13, входы 1 которых соединены с выходом 4 блока 1, входы 2 - с выходом 2 блока 4 - 1, входы 3 - с выходом 3 блока 3 - 3, а выходы 4 и 5 с входом 1 одного или двух дополнительных блоков 15, входы 2 которых соединены с выходом 2 блока 8 - 1, а с выходов 3 которых получают сигналы проекций векторов потокосцеплений статора и ротора на оси x - y;
- блоком 11 - 1, вход 1 которого соединен с выходом 2 блока 4 - 1, вход 2 - с выходом блока 3 - 3, с выхода 3 получают сигнал фазового сдвига между векторами токов статора и намагничивания, с выхода 4 - сигнал фазового сдвига между вектором тока статора и осью α, с выхода 5 - сигнал фазового сдвига между вектором тока намагничивания и осью α;
- одним или двумя блоками 9, входы 1 которых соединены с выходом 2 блока 4 - 1 и выходом 3 блока 3 - 3, а с выходом 2 получают сигналы соответственно модулей токов статора и намагничивания.
The device of FIG. 17 the device of FIG. 4. It is supplemented by:
- block 16, the output 3 of which is connected to the input 2 of block 2,
- block 14 - 2, the input 1 of which is connected to the output 3 of the block 3 - 3, and the output 2 - with the output 2 of the block 4 - 1, from the output 3 of the block 14 receive projection signals of the rotor current vector on the α-β axis;
- one or two blocks 15, the inputs 1 of which are connected to the output 2 of the block 4 - 1, the inputs 2 - with the output 2 of the additional block 8 - 1, and the outputs 3 - with the inputs 1 and 2 of the additional block 14 - 2, from the output 3 of which receive signals of projections of the rotor current vector on the x - y axis;
- one or two blocks 13, inputs 1 of which are connected to the output 4 of block 1, inputs 2 - with the output 2 of blocks 4 - 1, inputs 3 - with the output 3 of blocks 3 - 3, and outputs 4 and 5 with the input 1 of one or two additional blocks 15, the inputs 2 of which are connected to the output 2 of the block 8 - 1, and the outputs 3 of which receive the signals of the projections of the flux linkage vectors of the stator and rotor on the x - y axis;
- block 11 - 1, input 1 of which is connected to the output 2 of block 4 - 1, input 2 - with the output of block 3 - 3, output 3 receives a phase shift signal between the stator currents and magnetization vectors, and output 4 - a phase shift signal between the stator current vector and the α axis, from output 5, a phase shift signal between the magnetization current vector and the α axis;
- one or two blocks 9, the inputs 1 of which are connected to the output 2 of the block 4 - 1 and the output 3 of the block 3 - 3, and with the output 2 receive signals, respectively, of the modules of the stator currents and magnetization.

На фиг. 22 представлен фрагмент устройства, предназначенный для повышения точности оценки токов статора и зависящих от них переменных двигателя при несимметричном и несинусоидальном питающем напряжении. Этот фрагмент может быть подключен перед блоком 5 к устройству, представленному на фиг. 4, которое, в свою очередь, становится фрагментом более сложного устройства. In FIG. Figure 22 shows a fragment of a device designed to improve the accuracy of estimating stator currents and motor variables depending on them at asymmetric and non-sinusoidal supply voltages. This fragment may be connected before block 5 to the device shown in FIG. 4, which, in turn, becomes a fragment of a more complex device.

Во фрагменте устройства по фиг. 22 на входы 1 блоков 6 - 1, 7 - 1, 8 - 1, 9 - 1... 6 - N, 7 - N, 9 - N подают сигналы проекций на оси α-β векторов токов статора и намагничивания прямой последовательности для N гармоник, на входы 2 - аналогичные сигналы для токов обратной последовательности, выходы 2 блоков 6 - 1, 6 - 2... 6 - N соединены с входами 1,2..N блока 1, выход N + 1 которого соединен с входом 2 - 1 блока 5, выходы 2 блоков 7 - 1, 7 - 2... 7 - N соединены с входами 1, 2..N блока 2, выход N + 1 которого соединен с входом 2 - 2 блока 5, выходы 2 блоков 8 - 1, 8 - 2...8 - N соединены с входами 1,2. ..N блока 3, выход N + 1 которого соединен с входом 3 - 1 блока 5, выходы 2 блоков 9 - 1, 9 - 2... 9 - N соединены с входами 1,2..N блока 4, выход N + 1 которого соединен с входом 3 - 4 блока 5, с выхода 4 которого получают сигнал M электромагнитного момента. In a fragment of the device of FIG. 22 to the inputs 1 of blocks 6 - 1, 7 - 1, 8 - 1, 9 - 1 ... 6 - N, 7 - N, 9 - N provide projection signals on the α-β axis of the stator current vectors and the direct sequence magnetization for N harmonics, inputs 2 - similar signals for currents of the negative sequence, outputs 2 of blocks 6 - 1, 6 - 2 ... 6 - N are connected to the inputs 1,2..N of block 1, the output N + 1 of which is connected to the input 2 - 1 of block 5, outputs 2 of blocks 7 - 1, 7 - 2 ... 7 - N are connected to inputs 1, 2..N of block 2, output N + 1 of which is connected to input 2 - 2 of block 5, outputs 2 blocks 8 - 1, 8 - 2 ... 8 - N are connected to the inputs 1,2. ..N of block 3, the output of N + 1 of which is connected to the input 3 - 1 of block 5, the outputs of 2 blocks of 9 - 1, 9 - 2 ... 9 - N are connected to the inputs 1,2..N of block 4, the output of N + 1 which is connected to the input 3 - 4 of block 5, from the output 4 of which receive the signal M of the electromagnetic moment.

При несимметрии питающего напряжения формируют для трех фаз сигналы напряжений прямой и обратной последовательностей, формируют (блок 7 - 2, фиг. 11) для сигналов обратной последовательности сигнал относительного скольжения, равный "двум" минус относительное скольжение s, сформированное (блок 7 - 1, фиг. 11) для токов прямой последовательности, вычисляют для сигналов прямой и обратной последовательностей постоянные времени и коэффициенты усиления, входящие в передаточные функции, и другие параметры, зависящие от величины относительного скольжения (блок 1, фиг. 5), формируют для токов прямой и обратной последовательностей проекции на ортогональные оси α-β векторов сигналов токов статора iпр1,iпр1...iпрN,iпрN,iобр1,iобр1... и намагничивания

Figure 00000029
формируют (блоки 6 - 1, 7 - 1, 8 - 1, 9 - 1...6 - N, 7 - N, 8 - N, 9 - N, фиг. 22) проекции на те же оси векторов сигналов токов статора i1,i1...iN,iN и намагничивания i1,i1...iN,iN, формируют (блоки 1, 2, 3, 4, фиг. 22) проекции на те же оси векторов сигналов токов статора i,i и намагничивания i,i, по векторному произведению которых формируют (блок 5, фиг. 22) сигнал M электромагнитного момента двигателя.When the supply voltage is asymmetric, voltage signals of the forward and reverse sequences are generated for three phases, form (block 7 - 2, Fig. 11) for signals of the negative sequence, the relative slip signal equal to "two" minus the relative slip s formed (block 7 - 1, Fig. 11) for currents of the direct sequence, time constants and gain factors included in the transfer functions and other parameters depending on the relative slip value are calculated for the signals of the forward and reverse sequences (block 1, Fig. 5), form for the currents of the forward and reverse sequences of projection onto the orthogonal axes α-β the vectors of the stator current signals i pr1, i pr1 ... i prN, i prN, i obr1, i arr1 ... and magnetization
Figure 00000029
form (blocks 6 - 1, 7 - 1, 8 - 1, 9 - 1 ... 6 - N, 7 - N, 8 - N, 9 - N, Fig. 22) projections on the same axis of the stator current signal vectors i 1, i 1 ... i N, i N and magnetizations i 1, i 1 ... i N, i N, form (blocks 1, 2, 3, 4, FIG. 22) projections on the same axis of the vectors of signals of the stator currents i , i and magnetization i , i , the vector product of which form (block 5, Fig. 22) a signal M of the motor electromagnetic moment.

При несинусоидальности питающего напряжения из его сигналов выделяют сигналы, соответствующие с 1-ой по N-ую гармоникам, формируют проекции векторов сигналов токов статора и намагничивания на ортогональные оси α-β для каждой гармоники, по векторному произведению одноименных сумм которых формируют сигнал электромагнитного момента двигателя. When the supply voltage is non-sinusoidal, signals corresponding to the 1st through the Nth harmonics are extracted from its signals, projections of the stator and magnetization current signal vectors onto the orthogonal α-β axes are formed for each harmonic, the vector product of the same sums generating the motor electromagnetic moment signal .

При пространственной несимметрии фаз статора АД во всех устройствах заменяют координатный преобразователь 3ф/2ф, реализованный по структуре блока 4 - 1 (фиг. 8), на преобразователь по структуре блока 4 - 2 (фиг. 8). In the case of spatial asymmetry of the phases of the stator HELL in all devices, the coordinate converter 3ph / 2ph, implemented according to the structure of block 4-1 (Fig. 8), is replaced by a converter according to the structure of block 4-2 (Fig. 8).

В общем случае последовательность формирования сигналов определяется их функциональными связями. Независимые друг от друга сигналы могут формироваться в любой последовательности. Если устройство предназначено для оценки регулируемых переменных двигателя, имеющего какие-либо параметры, не меняющиеся во времени в процессе эксплуатации двигателя, например число пар полюсов, в ряде случаев момент инерции двигателя с нагрузкой и др., то ввод таких параметров или их расчет может быть выполнен один раз до начала циклического функционирования устройства в дискретные моменты времени. In the general case, the sequence of signal formation is determined by their functional relationships. Independent signals from each other can be formed in any sequence. If the device is designed to evaluate the controlled variables of an engine that has any parameters that do not change over time during the operation of the engine, for example, the number of pole pairs, in some cases the moment of inertia of the engine with a load, etc., then entering these parameters or calculating them performed once before the cyclic functioning of the device at discrete points in time.

Заявляемый способ реализован в виде пакета программ для ПЭВМ, работающего в среде Windows и позволяющего исследовать трехфазный асинхронный двигатель с корокозамкнутым ротором как объект регулирования. The inventive method is implemented in the form of a software package for a PC running in a Windows environment and allowing to study a three-phase asynchronous motor with a cage rotor as an object of regulation.

Заявляемый способ оценки регулируемых переменных трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором базируется на аналитических и цифровых моделях. The inventive method for evaluating the controlled variables of a three-phase squirrel-cage induction motor is based on analytical and digital models.

Аналитическая модель реализуется с помощью блоков 2 - 1, 4 - 1 (для АД с пространственной симметрией статора) или 4 - 2 (для АД с пространственной несимметрией статора), 3 - 1, 5 - 1 или 5 - 2, 6 - 1, 7 - 1. Блоки 3 - 1 и 5 - 1 реализуются путем цифрового моделирования. Аналитическая модель имеет хорошую устойчивость при шаге дискретизации в диапазоне 5 - 200 мкс. The analytical model is implemented using blocks 2 - 1, 4 - 1 (for blood pressure with spatial stator symmetry) or 4 - 2 (for blood pressure with spatial stator asymmetry), 3 - 1, 5 - 1 or 5 - 2, 6 - 1, 7 - 1. Blocks 3 - 1 and 5 - 1 are implemented by digital modeling. The analytical model has good stability at a sampling step in the range of 5 - 200 μs.

Эталонной можно считать аналитическую модель двигателя, реализованную при шаге дискретизации 50 мкс, так как результаты аналитического моделирования при шаге дискретизации из диапазона 5 - 50 мкс практически не отличаются. The analytical model of the engine implemented at a sampling step of 50 μs can be considered a reference, since the results of analytical modeling at a sampling step of 5–50 μs range are practically the same.

Можно отметить следующие достоинства и области применения аналитической модели трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором:
1) высокая точность оценки регулируемых переменных, делающая модель эталоном для цифровых моделей, созданных на основе T-образной схемы замещения и уравнений Горева-Парка, описывающих электромагнитные процессы, происходящие в двигателе, и позволяющая ее использовать для имитации объекта регулирования в системах прямого микропроцессорного управления с повышенными требованиями к качеству и диапазону регулирования;
2) возможность синтеза регуляторов аналитическими методами по передаточным функциям;
3) возможность анализа двигателя как объекта регулирования для выбора вида регуляторов и законов управления.
The following advantages and areas of application of the analytical model of a three-phase squirrel-cage induction motor can be noted:
1) high accuracy of the estimation of controlled variables, making the model a reference for digital models created on the basis of a T-shaped equivalent circuit and Gorev-Park equations describing the electromagnetic processes occurring in the engine, and allowing it to be used to simulate an object of regulation in direct microprocessor control systems with increased requirements for quality and range of regulation;
2) the possibility of synthesis of regulators by analytical methods for the transfer functions;
3) the ability to analyze the engine as an object of regulation to select the type of regulators and control laws.

Цифровая модель реализуется с помощью блоков 2 - 2, 4 - 1 (для АД с пространственной симметрией статора) или 4 - 2 (для АД с пространственной несимметрией статора), 3 - 1, 5 - 1 или 5 - 2, 6 - 1, 7 - 1. Блоки 2 - 2, 3 - 1 и 5 - 1 реализуются путем цифрового моделирования. Цифровая модель имеет хорошую устойчивость при шаге дискретизации в диапазоне 0,005 - 1,8 мс. The digital model is implemented using blocks 2 - 2, 4 - 1 (for blood pressure with spatial stator symmetry) or 4 - 2 (for blood pressure with spatial stator asymmetry), 3 - 1, 5 - 1 or 5 - 2, 6 - 1, 7 - 1. Blocks 2 - 2, 3 - 1 and 5 - 1 are implemented by digital modeling. The digital model has good stability with a sampling step in the range of 0.005 - 1.8 ms.

На фиг. 24 и 25 приведены графики переходных процессов в электромагнитном моменте M и частоте вращения ротора ωr при прямом пуске двигателя 4A100/L4Y3 на напряжение Uмакс = 380 В частотой f1 = 50 Гц при скачкообразном изменении частоты и моменте нагрузки Мн = 0, полученные с помощью вышеописанного пакета программ.In FIG. 24 and 25 are graphs of transients in the electromagnetic moment M and the rotor speed ω r for direct start of the 4A100 / L4Y3 engine at a voltage U max = 380 V with a frequency f 1 = 50 Hz with an abrupt change in frequency and load moment Mn = 0, obtained with using the above software package.

Графики, представленные на фиг. 24, позволяют сравнить точность заявляемой модели двигателя с моделью-аналогом [7], описывающей двигатель системой дифференциальных уравнений Горева-Парка, записанных в форме Коши и решенных в приращениях при использовании метода А.Б. Баширина для повышения точности и устойчивости модели; электромагнитный момент двигателя выражен через проекции потокосцеплений статора и ротора на ортогональные оси α-β системы координат, неподвижной относительно статора. The graphs shown in FIG. 24 make it possible to compare the accuracy of the claimed engine model with the analog model [7], which describes the engine by the Gorev-Park differential equation system, written in the Cauchy form and solved in increments using the AB method. Bashirin to increase the accuracy and stability of the model; The electromagnetic moment of the engine is expressed through the projection of the stator and rotor flux linkages onto the orthogonal axes α-β of the coordinate system, which is fixed relative to the stator.

На фиг. 24 : 1 - эталонная аналитическая модель (dt = 50 мкс), 2 - цифровая модель с дискретизацией по методу, 3 - цифровая модель с дискретизацией по методу уравнений в конечных разностях, 4 - модель-аналог [7]. Шаг дискретизации dt = 50 мкс для эталона и dt = 1 мс для остальных моделей. In FIG. 24: 1 - reference analytical model (dt = 50 μs), 2 - digital model with discretization by the method, 3 - digital model with discretization by the method of equations in finite differences, 4 - analog model [7]. Sampling step dt = 50 μs for the standard and dt = 1 ms for the rest of the models.

Наиболее близкой к аналитической модели 1 оказалась модель 2 с дискретизацией по методу трапеций. Из графиков 1 и 2 фиг. 24 видно, что оценка частоты вращения ротора ωr по методу трапеций дает высокую точность, несмотря на существенное отличие от эталонного графика мгновенных значений момента двигателя, определенных по методу трапеций. Это можно объяснить высокой точностью совпадения с эталонным среднего момента, полученного при моделировании методом трапеций. Результаты моделирования мгновенных значений электромагнитного момента по выражениям (6) и (7) отличаются от результатов моделирования по выражениям (8) и (9) в m1/2 раз, что существенно при регулировании момента по его мгновенным значениям и безразлично при регулировании среднего момента или оценки по моменту частоты вращения ротора.The closest to analytical model 1 was model 2 with trapezoid discretization. From graphs 1 and 2 of FIG. 24 it is seen that the evaluation of the rotor speed ω r by the trapezoidal method gives high accuracy, despite the significant difference from the reference graph of the instantaneous values of the engine torque determined by the trapezoidal method. This can be explained by the high accuracy of coincidence with the reference average moment obtained by modeling by the trapezoidal method. The simulation results of the instantaneous values of the electromagnetic moment according to expressions (6) and (7) differ from the simulation results by the expressions (8) and (9) by m 1/2 times, which is significant when controlling the moment according to its instantaneous values and is indifferent when adjusting the average moment or estimates of the moment of rotation of the rotor.

Таким образом, точность оценки электромагнитного момента, а по нему частоты вращения ротора двигателя по токам статора и намагничивания значительно выше, чем по потокосцеплениям статора и ротора. Thus, the accuracy of estimating the electromagnetic moment, and according to it the rotational speed of the motor rotor by the stator and magnetization currents, is much higher than by the flux linkages of the stator and rotor.

На фиг. 25 приведены графики, подтверждающие высокую точность и устойчивость заявляемого способа оценки регулируемых переменных двигателя в широком диапазоне изменения шага дискретизации, в том числе и при достаточно малом, равном 5 мкс. In FIG. 25 are graphs confirming the high accuracy and stability of the proposed method for evaluating the controlled variables of the engine in a wide range of variation of the sampling step, including with a sufficiently small 5 μs.

На фиг. 25: 1 - эталонная аналитическая модель при шаге дискретизации dt = 50 мкс, 2 - цифровая модель с дискретизацией по методу трапеций и шагом dt = 50 мкс, 3 - цифровая модель с дискретизацией по методу трапеций и шагом dt = 1 мс. In FIG. 25: 1 - reference analytical model with a sampling step dt = 50 μs, 2 - a digital model with discretization by the trapezoidal method and step dt = 50 μs, 3 - a digital model with discretization by the trapezoidal method and step dt = 1 ms.

Предлагаемая цифровая модель с дискретизацией по методу трапеций, в отличие от аналогов и прототипа, имеет хорошую устойчивость и точность без дополнительных мероприятий, повышающих их, при изменении шага дискретизации от 5 мкс до 1,8 мс. The proposed digital model with trapezoid discretization, in contrast to analogs and prototype, has good stability and accuracy without additional measures that increase them when changing the sampling step from 5 μs to 1.8 ms.

Системы управления электроприводами с повышенными динамическими и регулировочными характеристиками традиционно реализуются на цифроаналоговой технике. В каждом конкретном случае функциональные блоки системы управления строятся на той элементной базе, которая оптимально удовлетворяет требованиям по быстродействию, точности, помехозащищенности и стоимости. Control systems for electric drives with increased dynamic and adjusting characteristics are traditionally implemented on digital-analog technology. In each case, the functional blocks of the control system are built on the element base that optimally meets the requirements for speed, accuracy, noise immunity and cost.

При реализации заявляемого способа в составе системы прямого микропроцессорного управления электроприводами можно использовать различные элементы современной цифроаналоговой техники. К таким средствам следует отнести:
- цифровые сигнальные процессоры (ЦСП) серии TMS320 фирмы TEXAS INSTRUMENTS [11] и ЦСП-контроллеры на их основе, на которых реализуется дополнительное моделирование системы;
- аналоговые, цифроаналоговые и цифровые микросистемы фирмы ANALOG DEVICES [12];
- программируемые логические устройства фирмы ALTERA [13, 14],
- на базе RISC+CISC процесса C167 фирмы Siemens [15].
When implementing the proposed method as part of a direct microprocessor control system for electric drives, you can use various elements of modern digital-analog technology. These funds include:
- digital signal processors (DSPs) of the TMS320 series from TEXAS INSTRUMENTS [11] and DSP controllers based on them, on which additional system modeling is implemented;
- analog, digital-analog and digital microsystems of ANALOG DEVICES firm [12];
- programmable logic devices of the company ALTERA [13, 14],
- based on the RISC + CISC process C167 from Siemens [15].

Устройство фирмы TEXAS INSTRUMENTS обладают широкими возможностями, но являются самыми дорогими из перечисленных. A device from TEXAS INSTRUMENTS has many features, but is the most expensive of those listed.

Устройства фирмы ALTERA являются наиболее дешевыми и быстродействующими, но сигнальный процессор находится в стадии создания. Поэтому эти устройства пока целесообразно использовать только для реализации отдельных функций, таких как координатные преобразования, быстрое преобразование Фурье, фильтры. ALTERA devices are the cheapest and fastest, but a signal processor is under construction. Therefore, it is advisable to use these devices only for the implementation of individual functions, such as coordinate transformations, fast Fourier transform, filters.

Из устройства фирмы ANALOG DEVICES для управления машинами переменного тока нашли применение [12]:
- цифровые быстродействующие сигнальные процессоры серии ADSP-21XX,
- специализированные векторные сопроцессоры ADMC200 и ADMC201, позволяющие создавать различные типы координатных преобразователей.
From the device company ANALOG DEVICES for controlling AC machines found application [12]:
- digital high-speed signal processors ADSP-21XX series,
- specialized vector coprocessors ADMC200 and ADMC201, allowing you to create various types of coordinate converters.

Разработана и опробована на IBM486 (тактовая частота процессора 66 МГц + сопроцессор для операций с плавающей запятой) цифровая модель, имитирующая оценку регулируемых переменных трехфазного асинхронного двигателя при прямом микропроцессорном управлении по основной гармонике питающего напряжения статора. Время выполнения одного цикла оценки регулируемых переменных - около 700 мкс, что обеспечивает приемлемую точность для приводов с невысокими требованиями по точности и частотой вращения ротора двигателя до 60 Гц. A digital model was developed and tested on IBM486 (processor clock frequency 66 MHz + coprocessor for floating point operations) that simulates the estimation of controlled variables of a three-phase asynchronous motor with direct microprocessor control based on the main harmonic of the stator supply voltage. The execution time for one cycle of estimation of controlled variables is about 700 μs, which provides acceptable accuracy for drives with low accuracy requirements and engine rotor speeds up to 60 Hz.

На базе процессора C167 фирмы Siemens устройство по заявляемому способу может быть реализовано при шаге дискретизации dt ≈ 500 мкс при частоте процессора 16 мГц. При реализации способа на базе сигнальных процессоров шаг дискретизации будет в десятки раз меньше, что позволяет реализовать системы с управлением вектором. При таком малом шаге дискретизации способы оценки регулируемых переменных, использующие проекции потокосцеплений на ортогональные оси вращающихся систем координат, не обеспечивают необходимой точности оценки [2]. Based on the processor C167 from Siemens, the device according to the claimed method can be implemented with a sampling step of dt ≈ 500 μs at a processor frequency of 16 MHz. When implementing the method based on signal processors, the sampling step will be tens of times smaller, which allows implementing systems with vector control. With such a small sampling step, methods for estimating controlled variables using projections of flux linkages onto the orthogonal axes of rotating coordinate systems do not provide the necessary estimation accuracy [2].

При реализации заявляемого способа будет получен следующий положительный технический эффект:
1) создание устойчивых в широком диапазоне изменения шага дискретизации аналитической и цифровой моделей-эталонов трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, позволяющим решить в комплексе задачу создания системы регулирования электроприводов на базе АД с короткозамкнутым ротором, а именно выполнить:
- анализ двигателя как объекта регулирования,
- аналитический синтез регуляторов,
- цифровое моделирование системы регулирования с целью оптимальной настройки регуляторов и выбора законов регулирования,
- прямое микропроцессорное управление,
- настройку электроприводов при пуске их в опытную эксплуатацию;
2) сокращение числа используемых датчиков и координатных преобразователей при прямом микропроцессорном управлении.
When implementing the proposed method, the following positive technical effect will be obtained:
1) creating stable in a wide range of sampling step analytical and digital reference models of a three-phase asynchronous motor with a squirrel-cage rotor, which allows to solve the complex problem of creating a drive control system based on AM with a squirrel-cage rotor, namely:
- analysis of the engine as an object of regulation,
- analytical synthesis of regulators,
- digital modeling of the regulatory system in order to optimally configure regulators and select regulatory laws,
- direct microprocessor control,
- setting up electric drives when putting them into trial operation;
2) reducing the number of sensors and coordinate converters used in direct microprocessor control.

Источники информации
1. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: Учеб. для вузов по спец. "Электрич. машины". - М.: Высш. шк., 1987, с. 30-39, с. 51-52.
Sources of information
1. Kopylov I.P. Mathematical modeling of electrical machines: Textbook. for universities for special. "Electric machines." - M .: Higher. school., 1987, p. 30-39, p. 51-52.

2. Analysis of dynamic induction motor dehavoir / Andonov Zdravko, Mirceviski Slobodan A.// Comput. Syst. and Res. Autom.: Proc. 9th Int. Conf. "Syst. Autom. Cong. and Res." (SAER' 95) and DECUS Wat. Users Group Semin. 95, Varna, Sept. 24-26, 1995. - Sofia, 1995. - С. 188-192. - англ. 2. Analysis of dynamic induction motor dehavoir / Andonov Zdravko, Mirceviski Slobodan A. // Comput. Syst. and Res. Autom .: Proc. 9th Int. Conf. "Syst. Autom. Cong. And Res." (SAER '95) and DECUS Wat. Users Group Semin. 95, Varna, Sept. 24-26, 1995.- Sofia, 1995.- S. 188-192. - English

3. Патент США N 5481172, кл. H 02 M 7/00 (318-800), 1996. 3. US patent N 5481172, CL. H 02 M 7/00 (318-800), 1996.

4. Salo J. , Pyrhonen J., Niemela M. A. Space Vector Induction Motor Model for the Pspice Circuit Simulator // EPE Journal. - 1996. - Vol.5. - N 3/4. -С. 56-62. 4. Salo J., Pyrhonen J., Niemela M. A. Space Vector Induction Motor Model for the Pspice Circuit Simulator // EPE Journal. - 1996 .-- Vol. 5. - N 3/4. -WITH. 56-62.

5. Копылов И. П. Электромеханические преобразователи энергии. - М.: Энергия, 1973, с. 134-138. 5. Kopylov I. P. Electromechanical energy converters. - M .: Energy, 1973, p. 134-138.

6. Копылов И. П. Электромеханические преобразователи энергии. - М.: Энергия, 1973, с. 164, с. 189. 6. Kopylov I. P. Electromechanical energy converters. - M .: Energy, 1973, p. 164, p. 189.

7. Башарин А. В. , Постников Ю.В. Примеры расчета автоматизированного электропривода на ЭВМ: Учебное пособие для вузов. - 3-е изд. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1990, с. 225-228, с. 177-180, с. 483. 7. Basharin A.V., Postnikov Yu.V. Examples of calculating an automated electric drive on a computer: Textbook for universities. - 3rd ed. - L .: Energoatomizdat. Leningrad Separation, 1990, p. 225-228, p. 177-180, p. 483.

8. Патент США N 4904920, кл. H 02 P 5/40 (318-800), 1990. 8. US patent N 4904920, CL. H 02 P 5/40 (318-800), 1990.

9. Патент Германии N 4433551, кл. H 02 P 7/44, 1996. 9. German patent N 4433551, cl. H 02 P 7/44, 1996.

10. Ковач К.П. и Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока. - М. -Л.: Госэнергоиздат, 1963, с. 493-548 (прототип)
11. Новые средства ускоряют разработку современного цифрового управления электродвигателями: По материалам ежемесячника DETAILS ON SIGNAL PROCESSING (июль 1997 г.) // CHIP NEWS. - 1997. N 7-8 (16-17). С. 27.
10. Kovach K.P. and Ratz I. Transients in AC machines. - M. -L .: Gosenergoizdat, 1963, p. 493-548 (prototype)
11. New tools accelerate the development of modern digital control of electric motors: Based on materials from the monthly DETAILS ON SIGNAL PROCESSING (July 1997) // CHIP NEWS. - 1997. N 7-8 (16-17). S. 27.

12. Денисов К. , Ермилов А., Карпенко Д. Способы управления машинами переменного тока и их практическая реализация на базе компонентов фирмы ANALOG DEVICES //CHIP NEWS. - 1997. - N 7-8 (16-17). - С. 18-26. 12. Denisov K., Ermilov A., Karpenko D. Methods of controlling AC machines and their practical implementation based on components of ANALOG DEVICES // CHIP NEWS. - 1997. - N 7-8 (16-17). - S. 18-26.

13. Братенев В. и Братенов Г. ALTERA предлагает создать свой сигнальный процессор //CHIP NEWS. - 1997. - N 7-8 (16-17). - С. 39-41. 13. Bratenev V. and Bratenov G. ALTERA suggests creating your own signal processor // CHIP NEWS. - 1997. - N 7-8 (16-17). - S. 39-41.

14. Губанов Д. , Стешенко В. и др. Перспективы реализации алгоритмов цифровой фильтрации на основе ПЛИС фирмы ALTERA //CHIP NEWS. - 1997. -N 9-10 (18-19). - С. 26-33. 14. Gubanov D., Steshenko V. et al. Prospects for the implementation of digital filtering algorithms based on FPGAs from ALTERA // CHIP NEWS. - 1997.-N 9-10 (18-19). - S. 26-33.

15. С167 Derivatives. 16-Bit CMOS Single-Chip Microcontrollers. User' s Manual 03.96, Version 2.0. Siemens, 1996. 15. C167 Derivatives. 16-Bit CMOS Single-Chip Microcontrollers. User's Manual 03.96, Version 2.0. Siemens, 1996.

Claims (3)

1. Способ оценки регулируемых сигналов трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, по которому формируют сигнал S относительного скольжения, в дискретные моменты времени формируют сигнал ωs задания частоты вращения поля статора, задают сигналы Us питающего напряжения, вычисляют по параметрам Т-образной схемы замещения фазы двигателя коэффициент усиления K1 и постоянные времени T0, T1, T2, входящие в передаточные функции сигналов фазных токов статора по сигналам питающего напряжения
Figure 00000030

где U(p), I(p) - преобразования по Лапласу соответственно сигналов питающего напряжения и тока статора в фазе двигателя, формируют по передаточным функциям сигналы фазных токов isa, isb, isc статора, формируют проекции i, i и i, i векторов сигналов тока статора и намагничивания на ортогональные оси α-β системы координат, неподвижной относительно статора, отличающийся тем, что в дискретные моменты времени формируют сигнал относительного скольжения S, вычисляют входящие в передаточные функции указанные коэффициент усиления и постоянные времени при относительном скольжении S ≠ 0 по выражениям:
K1 = 1/r1,
T0 = S (Lm + L21)/r21,
T1 = 2a/(b - c),
T2 = 2a/(b + c),
a = L1 T0 + Lm T3,
b = r1 T0 + L1 + Lm,
Figure 00000031

T3 = S (L21)/r21,
r1 и L1 - активное сопротивление и индуктивность фазы статора,
r21 и L21 - приведенные к цепи статора активное сопротивление и индуктивность фазы ротора,
Lm - индуктивность ветви намагничивания, формируют указанные сигналы isa, isb, isc фазных токов статора по передаточным функциям путем цифрового моделирования или по выражениям для фазных токов i(t) статора в функции времени t при сигнале задания питающего напряжения в виде идеальной синусоиды с частотой w1 одной из гармоник:
Figure 00000032

где Um - максимум сигнала питающего напряжения,
ψф - начальный фазовый сдвиг синусоиды питающего напряжения в соответствующей фазе двигателя,
φ1 - фазовый сдвиг фазного тока статора по отношению к питающему напряжению фазы, вычисляемый в дискретные моменты времени,
Z - модуль комплексного сопротивления фазному току статора, вычисляемый в дискретные моменты времени,
A1, B1 - коэффициенты, вычисляемые по выражениям:
Figure 00000033

Figure 00000034

формируют указанные проекции i и i вектора сигналов тока намагничивания на ортогональные оси α-β системы координат, неподвижной относительно статора, путем цифрового моделирования по передаточной функции сигналов токов намагничивания по сигналам токов статора
Figure 00000035

где Im(p), Is(p) - преобразования по Лапласу проекций на ортогональные оси координат α-β соответственно векторов сигналов токов намагничивания и статора.
1. A method for evaluating the adjustable signals of a three-phase squirrel-cage induction motor, by which a relative slip signal S is generated, at a discrete time instant, a signal ω s for setting the stator field rotation frequency is generated, the supply voltage signals U s are set, calculated according to the parameters of the T-shaped equivalent circuit phase of the motor, gain K 1 and time constants T 0 , T 1 , T 2 included in the transfer functions of the signals of the phase currents of the stator according to the supply voltage signals
Figure 00000030

where U sf (p), I sf (p) are the Laplace transforms of respectively the supply voltage and stator current signals in the motor phase, form the phase current signals i sa , i sb , i sc of the stator according to the transfer functions, form the projections i , i and i mα, i vectors stator current signals and magnetization on orthogonal axes α-β coordinate system fixed relative to the stator, characterized in that the discrete time form of relative sliding signal S, is calculated included in the transfer functions of said gain and constant s time during relative sliding S ≠ 0 by the expressions:
K 1 = 1 / r 1 ,
T 0 = S (L m + L 2 1 ) / r 2 1 ,
T 1 = 2a / (b - c),
T 2 = 2a / (b + c),
a = L 1 T 0 + L m T 3 ,
b = r 1 T 0 + L 1 + L m ,
Figure 00000031

T 3 = S (L 2 1 ) / r 2 1 ,
r 1 and L 1 - resistance and inductance of the stator phase,
r 2 1 and L 2 1 - reduced to the stator circuit active resistance and inductance of the phase of the rotor,
L m is the inductance of the magnetization branch, the indicated signals i sa , i sb , i sc of the stator phase currents are generated by the transfer functions by digital modeling or by the expressions for the phase currents i sf (t) of the stator as a function of time t with a signal for setting the supply voltage in the form ideal sinusoid with a frequency w 1 of one of the harmonics:
Figure 00000032

where U m is the maximum signal voltage
ψ f - the initial phase shift of the sinusoid of the supply voltage in the corresponding phase of the motor,
φ 1 - phase shift of the phase current of the stator with respect to the supply voltage of the phase, calculated at discrete points in time,
Z 1 m - the module of the complex resistance to the phase current of the stator, calculated at discrete points in time,
A 1 , B 1 - coefficients calculated by the expressions:
Figure 00000033

Figure 00000034

form the indicated projections i and i of the magnetization current signal vector on the orthogonal axes α-β of the coordinate system fixed relative to the stator, by digital simulation of the transfer function of the magnetization current signals by the stator current signals
Figure 00000035

where I m (p), I s (p) are the Laplace transforms of the projections onto the orthogonal coordinate axes α-β, respectively, of the signal vectors of the magnetization currents and stator.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал Us питающего напряжения статора при относительном скольжения S ≠ 0 формируют путем цифрового моделирования по передаточной функции
Figure 00000036

где Us(p), Is(p) - преобразования по Лапласу соответственно сигнала питающего напряжения статора и сигнала тока статора,
K2 - коэффициент усиления, вычисляемый по выражению
K2 = r1,
T4 - постоянная времени, вычисляемая по выражению:
T4 = T1 + T2.
2. The method according to claim 1, characterized in that the signal U s of the supply voltage of the stator with relative slip S ≠ 0 is formed by digital simulation of the transfer function
Figure 00000036

where U s (p), I s (p) are the Laplace transforms of the stator supply voltage signal and the stator current signal, respectively,
K 2 - gain calculated by the expression
K 2 = r 1 ,
T 4 - time constant calculated by the expression:
T 4 = T 1 + T 2 .
3. Способ по п. 1 или по п.2, отличающийся тем, что для учета пространственной несимметрии фаз статора двигателя формируют проекции сигналов на мнимую ось β ортогональной системы координат, неподвижной относительно статора, по выражению
i = K[isbsin(ψab)-iscsin(Ψac)],
где
K = isa/[isa+isbcos(ψab)+isccos(ψac)],
ψab, ψac - пространственные углы соответственно между фазами a и b и между фазами a и c.
3. The method according to p. 1 or p. 2, characterized in that in order to take into account the spatial asymmetry of the phases of the stator of the engine, projections of the signals are formed on the imaginary axis β of the orthogonal coordinate system stationary relative to the stator, according to the expression
i = K [i sb sin (ψ ab ) -i sc sin (Ψ ac )],
Where
K = i sa / [i sa + i sb cos (ψ ab ) + i sc cos (ψ ac )],
ψ ab , ψ ac are the spatial angles between phases a and b, respectively, and between phases a and c.
RU98120757A 1998-11-12 1998-11-12 Method for evaluating adjustable signals of three- phase squirrel-cage induction motor RU2158472C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98120757A RU2158472C2 (en) 1998-11-12 1998-11-12 Method for evaluating adjustable signals of three- phase squirrel-cage induction motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98120757A RU2158472C2 (en) 1998-11-12 1998-11-12 Method for evaluating adjustable signals of three- phase squirrel-cage induction motor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU98120757A RU98120757A (en) 2000-08-27
RU2158472C2 true RU2158472C2 (en) 2000-10-27

Family

ID=20212390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98120757A RU2158472C2 (en) 1998-11-12 1998-11-12 Method for evaluating adjustable signals of three- phase squirrel-cage induction motor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2158472C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2455751C2 (en) * 2006-10-30 2012-07-10 Бомбардир Транспортацион Гмбх Control and/or adjustment of three-phase electric energy converter for asynchronous machine operation control
RU2476983C1 (en) * 2011-08-26 2013-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method to define estimate of frequency of induction motor rotation
RU2818309C1 (en) * 2023-11-14 2024-05-02 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Device for determining rotor rotation frequency and estimating moment of resistance on asynchronous motor shaft

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КОВАЧ К.П. и др. Переходные процессы в машинах переменного тока. Москва - Ленинград, Госэнергоиздат, 1963, с.493-548. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2455751C2 (en) * 2006-10-30 2012-07-10 Бомбардир Транспортацион Гмбх Control and/or adjustment of three-phase electric energy converter for asynchronous machine operation control
RU2476983C1 (en) * 2011-08-26 2013-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method to define estimate of frequency of induction motor rotation
RU2818309C1 (en) * 2023-11-14 2024-05-02 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Device for determining rotor rotation frequency and estimating moment of resistance on asynchronous motor shaft
RU2822608C1 (en) * 2023-11-15 2024-07-09 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method of obtaining signal for estimating rotor speed and signal for estimating moment of resistance on asynchronous motor shaft

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7013342B2 (en) Multi-phase motor drive
Paramasivam et al. Real-time verification of AI based rotor position estimation techniques for a 6/4 pole switched reluctance motor drive
CN103650331B (en) For estimating the inductance of motor and/or the method and system of magnetic flux chain
Janiszewski Load torque estimation in sensorless PMSM drive using Unscented Kalmana Filter
Das et al. Observer-based stator-flux-oriented vector control of cycloconverter-fed synchronous motor drive
Ruba et al. FPGA based processor in the loop analysis of variable reluctance machine with speed control
WO1984001063A1 (en) Improved induction motor controller
RU2158472C2 (en) Method for evaluating adjustable signals of three- phase squirrel-cage induction motor
CN114499334A (en) Permanent magnet three-phase alternating current motor and load simulation device and control method thereof
RU2158471C2 (en) Method for evaluating adjustable signals of three- phase squirrel-cage induction motor
CN106992732A (en) A kind of motor magnetic coenergy model sets up system
Bellini et al. A Microcomputer-based optimal control system to reduce the effects of the parametric variations and speed measurement errors in induction motor drives
JP4581470B2 (en) Inverter test equipment
Bechar et al. Real-Time scalar control of induction motor using rt-lab software
French et al. Rapid prototyping of a real time DSP based motor drive controller using Simulink
RU2141720C1 (en) Method and device for vector orientation of electromechanical energy converter current
CN113761819B (en) Control method and system for unequal-length sectionally-powered linear induction motor
CA1192608A (en) Apparatus for the control of a salient-pole machine
Ruba et al. Real-time FPGA model in the loop analysis of Permanent Magnet Synchronous Machine for LEV
Ramirez-Figueroa et al. FPGA implementation of a predictive control for a PMSM with variable switching frequency
US5446363A (en) Method of controlling induction motor
Nicola et al. Real-Time Sensorless Control of PMSM and SCADA Integration
Cossar et al. A general magnetic-energy-based torque estimator: Validation via a permanent-magnet motor drive
Wade et al. Simulation of induction machine vector control and parameter identification
Pereira et al. A simulation framework for flux estimation and vector control of induction machines

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20071113