RU2422979C1 - System of asynchronous motor speed vector control - Google Patents
System of asynchronous motor speed vector control Download PDFInfo
- Publication number
- RU2422979C1 RU2422979C1 RU2010124702/07A RU2010124702A RU2422979C1 RU 2422979 C1 RU2422979 C1 RU 2422979C1 RU 2010124702/07 A RU2010124702/07 A RU 2010124702/07A RU 2010124702 A RU2010124702 A RU 2010124702A RU 2422979 C1 RU2422979 C1 RU 2422979C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- block
- current
- outputs
- inputs
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемым приводам переменного тока, и может использоваться для минимизации потерь электроэнергии при питании асинхронного электродвигателя от преобразователя частоты, а также регулирования момента и скорости асинхронных электродвигателей, применяемых для станков, насосов, вентиляторов и других машин и механизмов.The invention relates to electrical engineering, in particular to variable AC drives, and can be used to minimize power losses when feeding an asynchronous electric motor from a frequency converter, as well as regulating the moment and speed of asynchronous electric motors used for machine tools, pumps, fans and other machines and mechanisms.
Известен «Способ управления многофазным инвертором и устройство для его осуществления» (патент РФ на изобретение №1458951), содержащий инвертор, силовые выходы которого через датчики фазного тока подключены к статорным обмоткам асинхронного электродвигателя, а управляющие входы через блок формирования управляющих импульсов и связанный с датчиками фазного тока блок ШИМ-регулятров тока соединены с выходами прямого преобразователя двухфазно-трехфазных координат, выходы которого подключены к выходам прямого преобразователя декартовых координат, при этом ортофазный и синфазный входы прямого преобразователя декартовых координат соединены с выходами соответственно регулятора ортофазного тока и регулятора синфазного тока, задающий вход регулятора ортофазного тока подключен к выходу регулятора момента, вход которого соединен с выходом регулятора скорости, задающим входом подключенного к блоку задания скорости.The well-known "Method of controlling a multiphase inverter and a device for its implementation" (RF patent for the invention No. 14588951), comprising an inverter, the power outputs of which are connected through phase current sensors to the stator windings of an asynchronous electric motor, and the control inputs are through a control pulse generation unit and connected to sensors phase current block PWM current regulators are connected to the outputs of the direct converter of two-phase-three-phase coordinates, the outputs of which are connected to the outputs of the direct converter of the Cartesian ordinate, while the orthophase and common mode inputs of the direct Cartesian coordinate converter are connected to the outputs of the orthophase current controller and the common mode controller, respectively, the input of the orthophase current controller is connected to the output of the torque controller, the input of which is connected to the output of the speed controller, the input connected to the speed setting unit .
Существенными признаками, общими с заявляемым устройством, являются: преобразователь двухфазно-трехфазных координат (в заявляемом устройстве блок фазных преобразований), преобразователь декартовых координат (в заявляемом устройстве блок координатных преобразований), контуры регулирования токов статора, асинхронный двигатель.The essential features common with the claimed device are: a two-phase-three-phase coordinate converter (a phase transformation block in the claimed device), a Cartesian coordinate converter (a coordinate transformation block in the claimed device), stator current control loops, an induction motor.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются следующие недостатки аналога: высокие потери электроэнергии в асинхронном электродвигателе, низкая точность и узкий диапазон регулирования момента и скорости асинхронного электродвигателя без применения датчиков скорости.The reasons that impede the achievement of the technical result are the following disadvantages of the analogue: high energy losses in the induction motor, low accuracy and a narrow range of regulation of the torque and speed of the asynchronous motor without the use of speed sensors.
Известен «Электропривод переменного тока» (патент РФ на изобретение №2254666), содержащий трехфазный инвертор, два силовых выхода которого через датчики фазного тока подключены к двум статорным обмоткам асинхронного двигателя, а управляющие выходы инвертора соединены с выходом блока ШИМ-регулятора тока, датчик скорости, установленный на валу асинхронного двигателя, выход которого соединен с отрицательным входом блока сравнения, положительный вход которого подключен к блоку задания скорости, а выход блока сравнения подключен к входу пропорционально-интегрального регулятора скорости, третий силовой выход инвертора напрямую соединен с третьей обмоткой статора двигателя, выход регулятора скорости соединен с входом регулятора момента, выход которого подключен к первому входу блока формирования задания мгновенных значений потокосцепления ротора, имеющего три фазных выхода, каждый из которых соединен с положительным входом одного из трех фазных блоков сравнения, отрицательные входы которых соединены с фазными блоками расчета магнитного потока фазы ротора, а выходы трех фазных блоков сравнения магнитного потока соединены с входами регуляторов фазных магнитных потоков ротора электродвигателя, выходы которых поступают на три первые входа блока ШИМ-регулятора тока, шесть выходов которого соединены с шестью управляющими входами трехфазного инвертора, выходы двух датчиков тока соединены с входом сумматора токов, а также соединены с двумя входами блока ШИМ-регулятора тока, а также соединены со входами двух фазных блоков расчета потока фазы ротора двигателя, выход сумматора токов соединен с входом третьего фазного блока расчета потока фазы ротора и входом ШИМ-регулятора тока, выходы блоков расчета потоков фаз ротора соединены с отрицательными входами трех фазных блоков сравнения потоков ротора, выход пропорционально-интегрального регулятора скорости соединен с первым входом блока задания тангенса угла, выход регулятора момента соединен со втором входом блока задания тангенса угла, выход которого соединен с первым входом блока формирования частоты вращения магнитного потока ротора, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости, выход блока формирования частоты вращения магнитного потока ротора соединен со вторым входом блока формирования задания мгновенных значений потокосцепления ротора, а также соединен с первым входом блока расчета скольжения, выход датчика скорости подключен к второму входу блока расчета скольжения, выход которого соединен с входом блока расчета постоянной времени интегрирования, выход которого соединен с тремя блоками регуляторов фазных магнитных потоков ротора и тремя фазными блоками расчета магнитного потока ротора.The well-known "AC electric drive" (RF patent for the invention No. 2254666), containing a three-phase inverter, two power outputs of which are connected through the phase current sensors to two stator windings of an induction motor, and the control outputs of the inverter are connected to the output of the PWM current controller block, speed sensor mounted on the shaft of an induction motor, the output of which is connected to the negative input of the comparison unit, the positive input of which is connected to the speed setting unit, and the output of the comparison unit is connected to the prop input optional integrated speed controller, the third power output of the inverter is directly connected to the third winding of the motor stator, the output of the speed controller is connected to the input of the torque controller, the output of which is connected to the first input of the unit for setting the instantaneous values of the rotor flux linkage having three phase outputs, each of which is connected with a positive input of one of the three phase comparison blocks, the negative inputs of which are connected to the phase blocks for calculating the magnetic flux of the rotor phase, and the outputs of three A number of magnetic flux comparison blocks are connected to the inputs of the phase magnetic flux regulators of the electric motor rotor, the outputs of which go to the first three inputs of the PWM current regulator block, the six outputs of which are connected to the six control inputs of the three-phase inverter, the outputs of two current sensors are connected to the input of the current adder, and also connected to two inputs of the PWM current controller block, and also connected to the inputs of two phase blocks for calculating the rotor phase flow of the motor, the output of the current adder is connected to the input of the third the main rotor phase flow calculation block and the input of the PWM current controller, the outputs of the rotor phase flow calculation blocks are connected to the negative inputs of the three phase rotor flow comparison blocks, the output of the proportional-integral speed controller is connected to the first input of the angle tangent setting unit, the output of the torque controller is connected to the second input of the unit for setting the tangent of the angle, the output of which is connected to the first input of the unit for forming the frequency of rotation of the magnetic flux of the rotor, the second input of which is connected to the output of the speed sensor and, the output of the rotor magnetic flux frequency forming unit is connected to the second input of the unit for setting the instantaneous values of the rotor flux linkage, and is also connected to the first input of the slip calculation unit, the output of the speed sensor is connected to the second input of the slip calculation unit, the output of which is connected to the input of the calculation unit integration time constant, the output of which is connected to three blocks of rotor phase magnetic flux regulators and three phase blocks of rotor magnetic flux calculation.
Существенными признаками, общими с заявляемым устройством, являются асинхронный двигатель, трехфазный инвертор, датчики фазных токов, датчик скорости, фазные блоки расчета магнитного потока ротора (в заявляемом устройстве блоки фазных и координатных преобразований, блок векторного фильтра), блоки сравнения.The essential features common with the claimed device are an asynchronous motor, a three-phase inverter, phase current sensors, a speed sensor, phase blocks for calculating the rotor magnetic flux (in the claimed device, phase and coordinate transformation blocks, vector filter block), comparison blocks.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются следующие недостатки аналога: снижение динамических и статических свойств системы в связи с тем, что выбранная структура системы и типы регуляторов пропорционально-интегрального типа не учитывают ряд таких свойств двигателя, как наличие перекрестных связей, обусловленных электромагнитным взаимодействием обмоток, а также электродвижущей силы (ЭДС) вращения. Кроме того, минимизация тока статора производится без учета потерь энергии в стали сердечников двигателя.The reasons that impede the achievement of the technical result are the following disadvantages of the analogue: a decrease in the dynamic and static properties of the system due to the fact that the selected system structure and types of proportional-integral type regulators do not take into account a number of motor properties such as the presence of cross-connections due to electromagnetic interaction of the windings as well as electromotive force (EMF) rotation. In addition, the stator current is minimized without taking into account energy losses in the steel of the motor cores.
Из всех известных устройств наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является «Трансвектор» (Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода. - М.: Энергия, 1979, с.431-437, рис.9-19).Of all known devices, the closest in technical essence to the claimed device is "Transvector" (Chilikin MG, Klyuchev VI, Sandler AS Theory of an automated electric drive. - M.: Energy, 1979, p.431- 437, Fig. 9-19).
На фиг.1 изображена структурная схема системы «Трансвектор», содержащая: 1 - блок регулирования переменных; 2 - контур регулирования потокосцепления ротора с подчиненным контуром регулирования намагничивающей составляющей тока (в заявляемом устройстве контур регулирования намагничивающей составляющей тока не является подчиненным); 3 - первый элемент сравнения; 4 - регулятор потокосцепления ротора; 5 - второй элемент сравнения; 6 - первый регулятор тока; 8 - третий элемент сравнения; 7 - контур регулирования скорости с подчиненным контуром регулирования активной составляющей тока (в заявляемом устройстве контур регулирования активной составляющей тока не является подчиненным); 9 - регулятор скорости; 10 - блок деления; 11 - четвертый элемент сравнения; 12 - второй регулятор тока; 13 - блок развязки (в заявляемом устройстве отсутствует); 14 - первый блок координатных преобразований; 15 - второй блок координатных преобразований; 16 - блок векторного фильтра; 17 - первый блок фазных преобразований; 18 - второй блок фазных преобразований; 19 - третий блок фазных преобразований; 20 - преобразователь частоты; 21 - блок датчиков тока фаз статора; 22 - блок датчиков главного потокосцепления двигателя; 23 - датчик угловой скорости двигателя; 24 - асинхронный двигатель.Figure 1 shows the structural diagram of the system "Transvector", containing: 1 - unit control variables; 2 - the control circuit of the flux linkage of the rotor with the slave control loop of the magnetizing component of the current (in the inventive device, the control loop of the magnetizing component of the current is not slave); 3 - the first element of comparison; 4 - regulator flux linkage of the rotor; 5 - the second element of comparison; 6 - the first current regulator; 8 - the third element of comparison; 7 - speed control loop with a slave loop for regulating the active component of the current (in the inventive device, the loop for regulating the active component of the current is not slave); 9 - speed controller; 10 - block division; 11 - the fourth element of comparison; 12 - second current regulator; 13 - isolation unit (in the inventive device is missing); 14 - the first block of coordinate transformations; 15 - the second block of coordinate transformations; 16 - vector filter block; 17 - the first block of phase transformations; 18 - the second block of phase transformations; 19 - the third block of phase transformations; 20 - frequency converter; 21 is a block of current sensors of the stator phases; 22 is a block of sensors of the main engine flux linkage; 23 - engine angular velocity sensor; 24 - asynchronous motor.
Существенные признаки прототипа, общие с заявляемым устройством: блок регулирования переменных; контур регулирования намагничивающей составляющей тока статора и контур регулирования активной составляющей тока статора; первый и второй блоки координатных преобразований; блок векторного фильтра; первый, второй и третий блоки фазных преобразований; преобразователь частоты; блок датчиков тока фаз статора; блок датчиков главного потокосцепления двигателя; датчик угловой скорости; асинхронный двигатель; причем выходы блока регулирования переменных соединены с входами первого блока координатных преобразований, в прототипе через блок развязки, дополнительные входы первого блока координатных преобразований соединены с выходами блока векторного фильтра; выходы первого блока координатных преобразований соединены с входами первого блока фазных преобразований; входы первого блока фазных преобразований соединены с управляющими входами преобразователя частоты, выходы которого соединены с асинхронным двигателем; в воздушном зазоре асинхронного двигателя установлен блок датчиков главного потокосцепления, выходы которого соединены с входами третьего блока фазных преобразований; дополнительные входы третьего блока фазных преобразований соединены с выходами второго блока фазных преобразований, входы которого соединены с выходами блока датчиков тока фаз статора; выходы третьего блока фазных преобразований соединены с входами блока векторного фильтра; выходы второго блока фазных преобразований соединены с входами второго блока координатных преобразований, дополнительные входы которого соединены с дополнительными выходами блока векторного фильтра; выходы блока векторного фильтра, второго блока координатных преобразований и датчика угловой скорости двигателя, механически связанного с валом двигателя, соединены с входами блока регулирования.The essential features of the prototype, common with the claimed device: variable regulation unit; a control loop of the magnetizing component of the stator current and a control loop of the active component of the stator current; the first and second blocks of coordinate transformations; vector filter block; the first, second and third blocks of phase transformations; frequency converter; block of current sensors of the stator phases; sensor block of the main engine flux linkage; angular velocity sensor; induction motor; moreover, the outputs of the variable control unit are connected to the inputs of the first coordinate transformation unit, in the prototype through an isolation unit, the additional inputs of the first coordinate transformation unit are connected to the outputs of the vector filter unit; the outputs of the first block of coordinate transformations are connected to the inputs of the first block of phase transformations; the inputs of the first phase conversion unit are connected to the control inputs of the frequency converter, the outputs of which are connected to an induction motor; a block of sensors of the main flux linkage is installed in the air gap of the induction motor, the outputs of which are connected to the inputs of the third block of phase transformations; additional inputs of the third phase conversion unit are connected to the outputs of the second phase conversion unit, the inputs of which are connected to the outputs of the stator phase current sensors block; the outputs of the third phase conversion unit are connected to the inputs of the vector filter unit; the outputs of the second phase transform block are connected to the inputs of the second coordinate transform block, the additional inputs of which are connected to the additional outputs of the vector filter block; the outputs of the vector filter block, the second block of coordinate transformations and the angular velocity sensor of the engine, mechanically connected with the motor shaft, are connected to the inputs of the control unit.
Недостатками прототипа являются невысокие показатели динамических и статических характеристик асинхронного двигателя в широком диапазоне регулирования скорости, а также снижение коэффициента полезного действия (КПД) асинхронного двигателя при изменении момента нагрузки.The disadvantages of the prototype are the low dynamic and static characteristics of an induction motor in a wide range of speed control, as well as a decrease in the efficiency (efficiency) of the induction motor when the load moment changes.
Задачей предлагаемого изобретения является улучшение динамических и статических характеристик асинхронного двигателя в широком диапазоне регулирования скорости при одновременном поддержании максимального и постоянного КПД двигателя во всем допустимом диапазоне изменения момента нагрузки при заданной угловой скорости.The task of the invention is to improve the dynamic and static characteristics of an induction motor in a wide range of speed control while maintaining maximum and constant motor efficiency in the entire allowable range of changes in load moment at a given angular speed.
Технический результат достигается тем, что система векторного управления скоростью асинхронного двигателя содержит модуль вычисления экстремальных значений проекций тока статора, модуль вычисления электродвижущей силы и перекрестных связей, причем контур регулирования намагничивающей составляющей тока статора, содержащий первый, второй, третий и четвертый элементы сравнения, первое, второе и третье пропорциональное звено, первый сумматор; кроме того, контур регулирования активной составляющей тока статора, содержащий пятый элемент сравнения, четвертое и пятое пропорциональное звено, второй, третий, четвертый и пятый сумматоры, причем на входы модуля вычисления экстремальных значений проекций тока статора поступают сигналы заданной угловой скорости двигателя и момент сопротивления, соответствующего этой скорости, а на входы модуля вычисления электродвижущей силы и перекрестных связей поступают сигналы обратных связей по намагничивающей и активной составляющим тока статора с выходов второго блока координатных преобразований, по угловой скорости с выхода датчика угловой скорости и по потокосцеплению ротора с выхода блока векторного фильтра, кроме того, контур регулирования намагничивающей составляющей тока содержит последовательно соединенные первый элемент сравнения экстремального значения намагничивающей составляющей тока с первого выхода модуля вычисления экстремальных значений проекций тока статора и сигнала обратной связи намагничивающей составляющей тока статора с выхода второго блока координатных преобразований, первое пропорциональное звено, первый сумматор, на второй вход которого через второе пропорциональное звено поступает сигнал обратной связи намагничивающей составляющей тока статора с выхода второго блока координатных преобразований, второй элемент сравнения, на второй вход которого через третье пропорциональное звено поступает сигнал обратной связи потокосцепления ротора с выхода блока векторного фильтра, третий элемент сравнения, второй вход которого соединен с первым выходом модуля вычисления электродвижущей силы и перекрестных связей, четвертый элемент сравнения, второй вход которого соединен со вторым выходом модуля вычисления электродвижущей силы и перекрестных связей, а также контур регулирования активной составляющей тока статора содержит последовательно соединенные пятый элемент сравнения экстремального значения активной составляющей тока со второго выхода модуля вычисления экстремальных значений проекций тока статора и сигнала обратной связи активной составляющей тока с выхода второго блока координатных преобразований, четвертое пропорциональное звено, второй сумматор, на второй вход которого через пятое пропорциональное звено поступает сигнал обратной связи активной составляющей тока с выхода второго блока координатных преобразований, третий сумматор, второй вход которого соединен с третьим выходом модуля вычисления электродвижущей силы и перекрестных связей, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с четвертым выходом модуля вычисления электродвижущей силы и перекрестных связей, пятый сумматор, второй вход которого соединен с пятым выходом модуля вычисления электродвижущей силы и перекрестных связей.The technical result is achieved by the fact that the vector control system for the speed of an induction motor contains a module for calculating the extreme values of the stator current projections, a module for calculating the electromotive force and cross-connections, the control circuit of the magnetizing component of the stator current containing the first, second, third and fourth comparison elements, the first, the second and third proportional link, the first adder; in addition, the control circuit of the active component of the stator current, containing the fifth comparison element, the fourth and fifth proportional link, the second, third, fourth and fifth adders, and the signals of the given angular velocity of the motor and the resistance moment are fed to the inputs of the module for calculating the extreme values of the stator current projections, corresponding to this speed, and feedback signals from the magnetizing and active components of the current st at the outputs of the second block of coordinate transformations, by the angular velocity from the output of the angular velocity sensor and by the rotor flux linkage from the output of the vector filter unit, in addition, the control loop of the magnetizing current component contains the first element for comparing the extreme value of the magnetizing current component from the first output of the calculation module extreme values of the projections of the stator current and the feedback signal of the magnetizing component of the stator current from the output of the second block coordinate transformations, the first proportional link, the first adder, to the second input of which through the second proportional link the feedback signal of the magnetizing component of the stator current from the output of the second block of coordinate transformations is received, the second comparison element, the second input of which through the third proportional link receives the flux link feedback signal the rotor from the output of the vector filter unit, the third comparison element, the second input of which is connected to the first output of the electronic calculation module driving force and cross-connections, the fourth comparison element, the second input of which is connected to the second output of the electromotive force and cross-connection calculation module, as well as the stator current active component control loop, contains the fifth element for comparing the extreme values of the active current component from the second output of the extreme projection values of the stator current and the feedback signal of the active component of the current from the output of the second block of coordinate transformations the fourth, proportional link, the second adder, to the second input of which, through the fifth proportional link, a feedback signal of the active current component from the output of the second block of coordinate transformations is received, the third adder, the second input of which is connected to the third output of the electromotive force and cross-link calculation module, fourth an adder, the second input of which is connected to the fourth output of the module for calculating the electromotive force and cross-connections, the fifth adder, the second input of which is connected from the heel m output module for calculating electromotive force and cross-connections.
Для достижения технического результата систему векторного управления скоростью асинхронного двигателя, содержащую блок регулирования переменных, состоящий из двух контуров: контура регулирования намагничивающей составляющей тока статора и контура регулирования активной составляющей тока статора, первый и второй блоки координатных преобразований, блок векторного фильтра, первый, второй и третий блоки фазных преобразований, преобразователь частоты, блок датчиков тока фаз статора, блок датчиков главного потокосцепления двигателя, установленные в воздушном зазоре асинхронного двигателя, датчик угловой скорости, асинхронный двигатель, причем выходы блока регулирования переменных соединены с входами первого блока координатных преобразований, дополнительные входы первого блока координатных преобразований соединены с выходами блока векторного фильтра, выходы первого блока координатных преобразований соединены с входами первого блока фазных преобразований, выходы первого блока фазных преобразований соединены с управляющими входами преобразователя частоты, выходы которого соединены с асинхронным двигателем, выходы блока датчиков главного потокосцепления соединены с входами третьего блока фазных преобразований, дополнительные входы которого соединены с выходами второго блока фазных преобразований, входы которого соединены с выходами блока датчиков тока фаз статора, выходы третьего блока фазных преобразований соединены с входами блока векторного фильтра, выходы второго блока фазных преобразований соединены с входами второго блока координатных преобразований, дополнительные входы которого соединены с дополнительными выходами блока векторного фильтра; выходы блока векторного фильтра, второго блока координатных преобразований и датчика угловой скорости двигателя, механически связанного с валом двигателя, соединены с входами блока регулирования переменных, дополняют тем, что она содержит модуль вычисления экстремальных значений проекций тока статора, модуль вычисления электродвижущей силы и перекрестных связей, причем контур регулирования намагничивающей составляющей тока статора, содержащий первый, второй, третий и четвертый элементы сравнения, первое, второе и третье пропорциональное звено, первый сумматор; кроме того, контур регулирования активной составляющей тока статора, содержащий пятый элемент сравнения, четвертое и пятое пропорциональное звено, второй, третий, четвертый и пятый сумматоры, причем на входы модуля вычисления экстремальных значений проекций тока статора поступают сигналы заданной угловой скорости двигателя и момент сопротивления, соответствующего этой скорости, а на входы модуля вычисления электродвижущей силы и перекрестных связей поступают сигналы обратных связей по намагничивающей и активной составляющим тока статора с выходов второго блока координатных преобразований, по угловой скорости с выхода датчика угловой скорости и по потокосцеплению ротора с выхода блока векторного фильтра, кроме того, контур регулирования намагничивающей составляющей тока содержит последовательно соединенные первый элемент сравнения экстремального значения намагничивающей составляющей тока с первого выхода модуля вычисления экстремальных значений проекций тока статора и сигнала обратной связи намагничивающей составляющей тока статора с выхода второго блока координатных преобразований, первое пропорциональное звено, первый сумматор, на второй вход которого через второе пропорциональное звено поступает сигнал обратной связи намагничивающей составляющей тока статора с выхода второго блока координатных преобразований, второй элемент сравнения, на второй вход которого через третье пропорциональное звено поступает сигнал обратной связи потокосцепления ротора с выхода блока векторного фильтра, третий элемент сравнения, второй вход которого соединен с первым выходом модуля вычисления электродвижущей силы и перекрестных связей, четвертый элемент сравнения, второй вход которого соединен со вторым выходом модуля вычисления электродвижущей силы и перекрестных связей, а также контур регулирования активной составляющей тока статора содержит последовательно соединенные пятый элемент сравнения экстремального значения активной составляющей тока со второго выхода модуля вычисления экстремальных значений проекций тока статора и сигнала обратной связи активной составляющей тока с выхода второго блока координатных преобразований, четвертое пропорциональное звено, второй сумматор, на второй вход которого через пятое пропорциональное звено поступает сигнал обратной связи активной составляющей тока с выхода второго блока координатных преобразований, третий сумматор, второй вход которого соединен с третьим выходом модуля вычисления электродвижущей силы и перекрестных связей, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с четвертым выходом модуля вычисления электродвижущей силы и перекрестных связей, пятый сумматор, второй вход которого соединен с пятым выходом модуля вычисления электродвижущей силы и перекрестных связей.To achieve a technical result, a vector control system for the speed of an induction motor containing a variable control unit, consisting of two circuits: a control circuit for the magnetizing component of the stator current and a control circuit for the active component of the stator current, the first and second blocks of coordinate transformations, the vector filter unit, the first, second and third phase conversion blocks, frequency converter, block of current sensors of the stator phases, block of sensors of the main motor flux linkage, us mounted in the air gap of an induction motor, an angular velocity sensor, an induction motor, the outputs of the variable control unit being connected to the inputs of the first coordinate transformation unit, the additional inputs of the first coordinate transformation unit connected to the outputs of the vector filter unit, the outputs of the first coordinate transformation unit connected to the inputs of the first unit phase transformations, the outputs of the first block of phase transformations are connected to the control inputs of the frequency converter, the output s which are connected to an asynchronous motor, the outputs of the main flux linkage sensor unit are connected to the inputs of the third phase conversion unit, the additional inputs of which are connected to the outputs of the second phase conversion unit, the inputs of which are connected to the outputs of the stator phase current sensors, the outputs of the third phase conversion unit are connected to inputs block of the vector filter, the outputs of the second block of phase transformations are connected to the inputs of the second block of coordinate transformations, the additional inputs of which connected to additional outputs of the vector filter block; the outputs of the vector filter unit, the second coordinate transformation unit and the engine angular velocity sensor mechanically coupled to the motor shaft are connected to the inputs of the variable control unit, complemented by the fact that it contains a module for calculating the extreme values of the stator current projections, a module for calculating electromotive force and cross-connections, moreover, the control loop of the magnetizing component of the stator current, containing the first, second, third and fourth elements of comparison, the first, second and third proportional flax link, first adder; in addition, the control circuit of the active component of the stator current, containing the fifth comparison element, the fourth and fifth proportional link, the second, third, fourth and fifth adders, and the signals of the given angular velocity of the motor and the resistance moment are fed to the inputs of the module for calculating the extreme values of the stator current projections, corresponding to this speed, and feedback signals from the magnetizing and active components of the current st at the outputs of the second block of coordinate transformations, by the angular velocity from the output of the angular velocity sensor and by the rotor flux linkage from the output of the vector filter unit, in addition, the control loop of the magnetizing current component contains the first element for comparing the extreme value of the magnetizing current component from the first output of the calculation module extreme values of the projections of the stator current and the feedback signal of the magnetizing component of the stator current from the output of the second block coordinate transformations, the first proportional link, the first adder, to the second input of which through the second proportional link the feedback signal of the magnetizing component of the stator current from the output of the second block of coordinate transformations is received, the second comparison element, the second input of which through the third proportional link receives the flux link feedback signal the rotor from the output of the vector filter unit, the third comparison element, the second input of which is connected to the first output of the electronic calculation module driving force and cross-connections, the fourth comparison element, the second input of which is connected to the second output of the electromotive force and cross-connection calculation module, as well as the stator current active component control loop, contains the fifth element for comparing the extreme values of the active current component from the second output of the extreme projection values of the stator current and the feedback signal of the active component of the current from the output of the second block of coordinate transformations the fourth, proportional link, the second adder, to the second input of which, through the fifth proportional link, a feedback signal of the active current component from the output of the second block of coordinate transformations is received, the third adder, the second input of which is connected to the third output of the electromotive force and cross-link calculation module, fourth an adder, the second input of which is connected to the fourth output of the module for calculating the electromotive force and cross-connections, the fifth adder, the second input of which is connected from the heel m output module for calculating electromotive force and cross-connections.
На фиг.2 приведена структурная схема заявляемой «Системы векторного управления скоростью асинхронного двигателя», где:Figure 2 shows the structural diagram of the claimed "Vector control system for the speed of an induction motor", where:
1 - блок регулирования переменных;1 - block regulation of variables;
2 - модуль вычисления экстремальных значений составляющих тока статора;2 - module for calculating the extreme values of the stator current components;
3 - модуль вычисления электродвижущей силы (ЭДС) и перекрестных связей;3 - module for calculating electromotive force (EMF) and cross-links;
4 - контур регулирования намагничивающей составляющей тока статора;4 - control loop of the magnetizing component of the stator current;
5 - первый элемент сравнения;5 - the first element of comparison;
6 - первое пропорциональное звено;6 - the first proportional link;
7 - второе пропорциональное звено;7 - the second proportional link;
8 - первый сумматор;8 - the first adder;
9 - третье пропорциональное звено;9 - the third proportional link;
10 - второй элемент сравнения;10 - the second element of comparison;
11 - третий элемент сравнения;11 - the third element of comparison;
12 - четвертый элемент сравнения;12 - the fourth element of comparison;
13 - контур регулирования активной составляющей тока статора;13 - control loop of the active component of the stator current;
14 - пятый элемент сравнения;14 - the fifth element of comparison;
15 - четвертое пропорциональное звено;15 - the fourth proportional link;
16 - второй сумматор;16 - second adder;
17 - пятое пропорциональное звено;17 - the fifth proportional link;
18 - третий сумматор;18 - the third adder;
19 - четвертый сумматор;19 - fourth adder;
20 - пятый сумматор;20 - fifth adder;
21 - первый блок координатных преобразований;21 - the first block of coordinate transformations;
22 - второй блок координатных преобразований;22 - the second block of coordinate transformations;
23 - блок векторного фильтра;23 - vector filter unit;
24 - первый блок фазных преобразований;24 - the first block of phase transformations;
25 - второй блок фазных преобразований;25 - the second block of phase transformations;
26 - третий блок фазных преобразований;26 - the third block of phase transformations;
27 - преобразователь частоты;27 - frequency converter;
28 - блок датчиков тока фаз статора;28 is a block of current sensors of the stator phases;
29 - блок датчиков главного потокосцепления двигателя;29 is a block of sensors of the main engine flux linkage;
30 - датчик угловой скорости;30 - angular velocity sensor;
31 - асинхронный двигатель.31 - asynchronous motor.
Блок регулирования переменных 1 содержит модуль вычисления экстремальных значений составляющих тока статора 2, на входы которого подаются сигналы заданной угловой скорости двигателя и момента сопротивления, соответствующего этой скорости. На входы модуля вычисления ЭДС и перекрестных связей 3 подаются сигналы обратных связей по намагничивающей и активной составляющим тока статора с выходов второго блока координатных преобразований 22, по угловой скорости с выхода датчика угловой скорости 30 и по потокосцеплению ротора с выхода блока векторного фильтра 23. В контуре регулирования намагничивающего тока 4 последовательно соединены первый элемент сравнения 5 экстремального значения намагничивающей составляющей тока с первого выхода блока 2 и сигнала обратной связи намагничивающей составляющей тока статора с выхода второго блока координатных преобразований 22, первое пропорциональное звено 6, первый сумматор 8, на второй вход которого через второе пропорциональное звено 7 поступает сигнал обратной связи намагничивающей составляющей тока статора с выхода второго блока координатных преобразований 22, второй элемент сравнения 10, на второй вход которого через третье пропорциональное звено 9 поступает сигнал обратной связи потокосцепления ротора с выхода блока векторного фильтра 23, третий элемент сравнения 11, второй вход которого соединен с первым выходом блока 3, четвертый элемент сравнения 12, второй вход которого соединен со вторым выходом блока 3. В контуре регулирования активной составляющей тока 13 последовательно соединены пятый элемент сравнения 14 экстремального значения активной составляющей тока со второго выхода блока 2 и сигнала обратной связи активной составляющей тока с выхода второго блока координатных преобразований 22, четвертое пропорциональное звено 15, второй сумматор 16, на второй вход которого через пятое пропорциональное звено 17 поступает сигнал обратной связи активной составляющей тока с выхода второго блока координатных преобразований 22, третий сумматор 18, второй вход которого соединен с третьим выходом блока 3, четвертый сумматор 19, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока 3, пятый сумматор 20, второй вход которого соединен с пятым выходом блока 3. Выходы блока регулирования переменных 1 соединены со входом первого блока координатных преобразований 21, а дополнительные входы первого блока координатных преобразований 21 соединены с дополнительными выходами блока векторного фильтра 23. Выход первого блока координатных преобразований 21 соединен со входом первого блока фазных преобразований 24, выход которого соединен с управляющими входами преобразователя частоты 27. В зазоре асинхронного двигателя 31 установлен блок датчиков главного потокосцепления 29, выходы которого через второй блок фазных преобразований 26 соединены со входами блока векторного фильтра 23. Дополнительные входы второго блока фазных преобразований 26 соединены с выходами третьего блока фазных преобразований 25, соединенного с выходом блока датчиков тока фаз статора 28. Выходы третьего блока фазных преобразований 25 соединены с входами второго блока координатных преобразований 22, соединенного с входами блока 3 блока регулируемых переменных 1. Дополнительные входы второго блока координатных преобразований 22 подключены к выходам блока векторного фильтра 23.The
Работа заявляемого устройства может быть описана следующим образом. Блок датчиков главного потокосцепления двигателя 29, блок датчиков тока фаз статора двигателя 28 и датчик угловой скорости 30 измеряют значения соответствующих физических переменных асинхронного двигателя 31. Третий блок фазных преобразований 25, второй блок фазных преобразований 26, второй блок координатных преобразований 22 и блок векторного фильтра 23 осуществляют трехфазно-двухфазное преобразование токов статора, пересчет значений токов из неподвижной системы координат (α, β), связанной со статором электродвигателя, в систему координат (x, y), вращающуюся синхронно с магнитным полем электродвигателя и ориентированную по вектору потокосцепления ротора, а также вычисляют значение модуля вектора потокосцепления ротора. Вычисленные значения isx, isy, ψr и измеренное значение ω являются сигналами обратных связей, поступающими на вход блока регулирования переменных 1. Блок регулирования переменных 1 на основании сигналов обратных связей и заданного значения скорости формирует на своих выходах сигналы, соответствующие заданным значениям проекций напряжения статора usx и usy. Эти сигналы, проходя через первый блок координатных преобразований 21 и первый блок фазных преобразований 24, преобразуются в фазные напряжения, поступающие на входы преобразователя частоты 27, тем самым задавая необходимый режим работы двигателя.The operation of the claimed device can be described as follows. The sensor block of the main flux linkage of the engine 29, the block of current sensors of the phases of the stator of the motor 28 and the angular velocity sensor 30 measure the values of the corresponding physical variables of the induction motor 31. The third block of phase transformations 25, the second block of phase transformations 26, the second block of
Поясним работу блока регулирования переменных. Блок регулирования переменных 1 включает в себя модуль вычисления экстремальных значений проекций тока статора 2 
Модуль вычисления экстремальных значений проекций тока статора 2, имеющий два входа и два выхода, по заданному значению угловой скорости ω* и значению момента сопротивления 
где 
Приведенные выражения для экстремальных значений составляющих тока статора получены аналитическим образом путем решения задачи минимизации функции электромагнитных потерь энергии асинхронного двигателя. Можно показать, что при выполнении этих соотношений КПД асинхронного двигателя определяется выражением:The above expressions for the extreme values of the stator current components are obtained analytically by solving the problem of minimizing the function of electromagnetic energy losses of an induction motor. It can be shown that when these relations are fulfilled, the efficiency of an induction motor is determined by the expression:
Выходы модуля 2 формируют заданные значения намагничивающей и активной составляющих тока статора для соответствующих контуров регулирования токов.The outputs of
Контуры регулирования 4 и 13 реализуют алгоритм векторного управления асинхронного двигателя, полученный методом аналитического конструирования агрегированных регуляторов на основании нелинейной математической модели асинхронного электродвигателя во вращающейся с синхронной скоростью координатной системе xy, ориентированной по вектору потокосцепления обмотки ротора. Математически этот алгоритм записывается следующим образом:
Модуль вычисления ЭДС и перекрестных связей 3 имеет четыре входа и пять выходов. На вход модуля подаются сигналы, соответствующие текущим значениям составляющих тока статора isx и isy, потокосцепления ротора ψr и угловой скорости ω, т.е. сигналы обратных связей. Выходные сигналы модуля формируются согласно следующим формулам:The module for calculating EMF and
где Ls - индуктивность обмотки статора.where L s is the stator winding inductance.
На вход контура регулирования намагничивающей составляющей тока 4 isx поступает сигнал с первого выхода модуля 2, соответствующий экстремальному значению намагничивающей составляющей тока, который сравнивается с текущим значением намагничивающей составляющей тока с помощью первого элемента сравнения 5. Сигнал ошибки с выхода первого элемента сравнения 5 поступает на вход первого пропорционального звена 6, коэффициент пропорциональности этого звена является параметром настройки контура регулирования. Сигнал с выхода первого пропорционального звена 6 с помощью первого сумматора 8 складывается с выходным сигналом пропорционального звена с коэффициентом 
На вход контура регулирования активной составляющей тока 13 isy поступает сигнал со второго выхода модуля 2, соответствующий экстремальному значению активной составляющей тока, который сравнивается с текущим значением активной составляющей тока с помощью пятого элемента сравнения 14. Сигнал ошибки с выхода пятого элемента сравнения 14 поступает на вход четвертого пропорционального звена 15, коэффициент пропорциональности этого звена является параметром настройки контура регулирования. Сигнал с выхода четвертого пропорционального звена 15 с помощью второго сумматора 16 складывается с выходным сигналом пятого пропорционального звена 17 с коэффициентом 
Введение в структуру системы управления модуля вычисления ЭДС и перекрестных связей позволяет избежать основных недостатков систем подчиненного регулирования, используемых в прототипе, а следовательно, улучшить динамические и статические свойства системы в широком диапазоне регулирования скорости. Введение в структуру системы модуля вычисления экстремальных значений составляющих тока статора приводит к поддержанию максимального и постоянного КПД электродвигателя во всем допустимом диапазоне изменения момента нагрузки при заданной угловой скорости.Introduction to the structure of the control system of the module for calculating the EMF and cross-links allows you to avoid the main disadvantages of the slave control systems used in the prototype, and therefore, improve the dynamic and static properties of the system in a wide range of speed control. Introduction to the structure of the system of the module for calculating the extreme values of the stator current components leads to maintaining the maximum and constant efficiency of the electric motor in the entire allowable range of changes in the load moment at a given angular velocity.
На фиг.3 и 4 представлены полученные в ходе компьютерного моделирования сравнительные диаграммы КПД асинхронного электродвигателя типа 4A200L4 при управлении с помощью системы «Трансвектор» (светлые колонки) и при управлении с помощью заявляемого устройства (черные колонки). В первом случае варьировалось значение момента сопротивления при номинальной скорости, а во втором изменялось установившееся значение скорости, момент оставался номинальным.Figures 3 and 4 show comparative diagrams of the efficiency of an asynchronous electric motor of type 4A200L4 obtained during computer simulation when controlled by the Transvector system (light speakers) and when controlled by the inventive device (black columns). In the first case, the value of the moment of resistance was varied at rated speed, and in the second, the steady-state value of speed was changed, the moment remained nominal.
Результаты вычислительного эксперимента в полной мере подтверждают аналитические выкладки и позволяют сделать следующие выводы. В условиях вариации внешнего момента Mc КПД электродвигателя η при управлении посредством заявляемого устройства постоянен и максимален. В традиционных системах управления КПД зависит от значения момента и достигает максимума при Mc≈0,5Мном, когда равны постоянные и переменные потери. При управлении с помощью заявляемого устройства указанное равенство выдерживается при любом допустимом значении Mc. При изменении скоростного режима КПД электродвигателя падает, но эффект уменьшения потерь энергии также имеет место.The results of the computational experiment fully confirm the analytical calculations and allow us to draw the following conclusions. Under conditions of variation of the external moment M c, the efficiency of the electric motor η is constant and maximum when controlled by the inventive device. In traditional control systems, the efficiency depends on the moment value and reaches a maximum at M c ≈0.5 M nom , when constant and variable losses are equal. When controlled using the inventive device, this equality is maintained at any permissible value of M c . When the speed regime changes, the efficiency of the electric motor drops, but the effect of reducing energy losses also takes place.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010124702/07A RU2422979C1 (en) | 2010-06-16 | 2010-06-16 | System of asynchronous motor speed vector control |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010124702/07A RU2422979C1 (en) | 2010-06-16 | 2010-06-16 | System of asynchronous motor speed vector control |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2422979C1 true RU2422979C1 (en) | 2011-06-27 |
Family
ID=44739441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010124702/07A RU2422979C1 (en) | 2010-06-16 | 2010-06-16 | System of asynchronous motor speed vector control |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2422979C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2498496C1 (en) * | 2012-06-19 | 2013-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Energy-saving system for control of asynchronous drive |
| RU2524507C1 (en) * | 2013-02-12 | 2014-07-27 | Анатолий Игоревич Суховерхов | Vector control device of asynchronous motor speed |
| RU2798499C1 (en) * | 2022-10-31 | 2023-06-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый центр "Русэлпром" | Method for optimizing the operation of an asynchronous machine in terms of the minimum stator current and the maximum efficiency with field-oriented vector control |
-
2010
- 2010-06-16 RU RU2010124702/07A patent/RU2422979C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2498496C1 (en) * | 2012-06-19 | 2013-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Energy-saving system for control of asynchronous drive |
| RU2524507C1 (en) * | 2013-02-12 | 2014-07-27 | Анатолий Игоревич Суховерхов | Vector control device of asynchronous motor speed |
| RU2798499C1 (en) * | 2022-10-31 | 2023-06-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый центр "Русэлпром" | Method for optimizing the operation of an asynchronous machine in terms of the minimum stator current and the maximum efficiency with field-oriented vector control |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104796050B (en) | A kind of delay control method for suppressing torque pulsation of brushless DC motor | |
| Waheedabeevi et al. | New online loss-minimization-based control of scalar and vector-controlled induction motor drives | |
| CN103501149A (en) | Multi-phase induction motor-specific subharmonic current suppression method | |
| CN104410341A (en) | Low-speed torque ripple restraining device and restraining method based on direct current voltage adjustment | |
| CN106602950B (en) | Electric current loop decoupling control method and system based on complex vector | |
| RU2422979C1 (en) | System of asynchronous motor speed vector control | |
| El Daoudi et al. | Upgraded sensorless direct torque control using MRAS-sliding mode observer for asynchronous motor | |
| RU100688U1 (en) | VECTOR CONTROL SYSTEM FOR SPEED OF ASYNCHRONOUS MOTOR | |
| Sergaki et al. | Online search based fuzzy optimum efficiency operation in steady and transient states for DC and AC vector controlled motors | |
| RU2313895C1 (en) | Alternating current motor | |
| Mishra et al. | Speed control of PMSM drives by using neural network controller | |
| Sergaki et al. | Fuzzy logic based online electromagnetic loss minimization of permanent magnet synchronous motor drives | |
| RU180979U1 (en) | AC ELECTRIC DRIVE | |
| Comanescu | Implementation of time-varying observers used in direct field orientation of motor drives by trapezoidal integration | |
| RU2477562C1 (en) | Device for control of double-fed motors | |
| JP2008167630A (en) | Control unit for electric power converter | |
| Scherer et al. | Frequency and voltage control of micro hydro power stations based on hydraulic turbine's linear model applied on induction generators | |
| CN105075105A (en) | Motor control device | |
| RU2254666C1 (en) | Alternating-current drive | |
| RU143466U1 (en) | VECTOR CONTROL DEVICE FOR ASYNCHRONOUS ENGINE SPEED | |
| RU2524507C1 (en) | Vector control device of asynchronous motor speed | |
| Kim et al. | A study on a new sensorless control method for an induction motor using a non-linear speed observer and hybrid V/f control method | |
| Zhao et al. | Research of fuzzy two degree of freedom PID control for permanent magnet synchronous linear motor | |
| RU2498497C1 (en) | Highly dynamic sensorless asynchronous drive with direct control of torque | |
| Ismail | Direct torque control of induction machine based on fuzzy logic algorithm |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120617 |