RU2766907C1 - Asynchronous motor extreme control device - Google Patents
Asynchronous motor extreme control device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2766907C1 RU2766907C1 RU2021121608A RU2021121608A RU2766907C1 RU 2766907 C1 RU2766907 C1 RU 2766907C1 RU 2021121608 A RU2021121608 A RU 2021121608A RU 2021121608 A RU2021121608 A RU 2021121608A RU 2766907 C1 RU2766907 C1 RU 2766907C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- calculator
- motor
- input
- output
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/12—Stator flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Description
Устройство относится к электротехнике и предназначено для повышения энергетической эффективности работы асинхронного двигателя.The device relates to electrical engineering and is designed to improve the energy efficiency of the asynchronous motor.
Общеизвестно, что одним из недостатков эксплуатируемых в настоящее время асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором является недостаточно высокая энергетическая эффективность их работы.It is well known that one of the shortcomings of currently operated asynchronous motors with a squirrel-cage rotor is the insufficiently high energy efficiency of their operation.
Наивысшие энергетические показатели асинхронного двигателя достигаются в номинальном режиме работы при постоянной величине номинального потокосцепления ротора и характеризуются наименьшим значением тока статора двигателя. В отличных от номинального режима работы при постоянной величине номинального потокосцепления ротора происходит снижение энергетической эффективности двигателя, сопровождающейся увеличением тока статора двигателя.The highest energy performance of an asynchronous motor is achieved in the nominal operating mode at a constant value of the nominal flux linkage of the rotor and is characterized by the lowest value of the motor stator current. In other than the nominal mode of operation at a constant value of the nominal flux linkage of the rotor, there is a decrease in the energy efficiency of the motor, accompanied by an increase in the motor stator current.
Для снижения тока статора двигателя в отличных от номинального режима работы следует соответствующим образом изменять величину потокосцепления ротора для уменьшения тока статора двигателя и, соответственно, увеличения энергетических показателей асинхронного двигателя.To reduce the motor stator current in operating conditions other than the nominal one, it is necessary to change the value of the rotor flux linkage in order to reduce the motor stator current and, accordingly, increase the energy performance of the asynchronous motor.
Таким образом, энергетическая эффективность работы асинхронного двигателя характеризуется степенью потребления им тока статора, а его уменьшение способствует повышению энергетической эффективности двигателя.Thus, the energy efficiency of an induction motor is characterized by the degree of consumption of the stator current by it, and its reduction contributes to an increase in the energy efficiency of the motor.
Для повышения энергетической эффективности применяются различные устройства управления асинхронным двигателем.To improve energy efficiency, various asynchronous motor control devices are used.
Известно устройство векторного управления асинхронного двигателя с постоянной величиной потокосцепления ротора (Усольцев А.А. Частотное управление асинхронными двигателями/учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТ-МО, 2006, - 94 с.).A device for vector control of an induction motor with a constant value of the rotor flux linkage is known (Usoltsev A.A. Frequency control of asynchronous motors/tutorial. St. Petersburg: St. Petersburg State University IT-MO, 2006, - 94 p.).
Устройство векторного управления асинхронного двигателя содержит преобразователь частоты, первые входы которого подключены к трехфазной сети, а его выходы через датчики тока связаны с входами асинхронного двигателя, первый и второй преобразователи координат, каналы управления потокосцеплением и скоростью, блок модели роторной цепи и датчик скорости.The vector control device of the asynchronous motor contains a frequency converter, the first inputs of which are connected to a three-phase network, and its outputs are connected via current sensors to the inputs of the asynchronous motor, the first and second coordinate converters, flux linkage and speed control channels, a rotor circuit model block and a speed sensor.
Канал управления потокосцеплением состоит из задатчика потока, первого и второго элементов сравнения, регулятора потока, а также первого регулятора тока. При этом выход задатчика потока связан с первым входом первого элемента сравнения, выход которого через регулятор потока соединен с первым входом второго элемента сравнения, выход которого подключен к входу первого регулятора тока, выход которого является выходом канала управления потокосцеплением.The flux linkage control channel consists of a flux generator, first and second comparison elements, a flux controller, and a first current controller. In this case, the output of the flux generator is connected to the first input of the first comparison element, the output of which is connected through the flow regulator to the first input of the second comparison element, the output of which is connected to the input of the first current regulator, the output of which is the output of the flux linkage control channel.
Канал управления скоростью состоит из задатчика скорости, третьего и четвертого элементов сравнения, регулятора скорости, делителя и второго регулятора тока. При этом выход задатчика скорости подключен к первому входу третьего элемента сравнения, выход которого через регулятор скорости связан с первым входом делителя, выход которого соединен с первым входом четвертого элемента сравнения, выход которого подключен к входу второго регулятора тока, выход которого является выходом канала управления скоростью.The speed control channel consists of a speed controller, the third and fourth comparison elements, a speed controller, a divider, and a second current controller. At the same time, the output of the speed controller is connected to the first input of the third comparison element, the output of which is connected through the speed controller to the first input of the divider, the output of which is connected to the first input of the fourth comparison element, the output of which is connected to the input of the second current controller, the output of which is the output of the speed control channel .
Выходы каналов управления потокосцеплением и скоростью через первые входы первого преобразователя координат подключены к вторым входам преобразователя частоты. Выходы второго преобразователя координат соединены с соответствующими вторыми входами второго и четвертого элементов сравнения, а также с первым и вторым входом блока модели роторной цепи, первый и второй выходы которого связаны со вторыми входами первого преобразователя координат и с первыми входами второго преобразователя координат, вторые входы которого подключены к выходам датчиков тока.The outputs of the flux linkage and speed control channels are connected through the first inputs of the first coordinate converter to the second inputs of the frequency converter. The outputs of the second coordinate converter are connected to the corresponding second inputs of the second and fourth comparison elements, as well as to the first and second inputs of the rotor circuit model block, the first and second outputs of which are connected to the second inputs of the first coordinate converter and to the first inputs of the second coordinate converter, the second inputs of which connected to the outputs of current sensors.
Третий выход блока модели роторной цепи соединен со вторым входом первого элемента сравнения и со вторым входом делителя.The third output of the rotor circuit model block is connected to the second input of the first comparison element and to the second input of the divider.
Асинхронный двигатель связан с датчиком скорости, выход которого подключен к третьему входу блока модели роторной цепи и ко второму входу третьего элемента сравнения.The asynchronous motor is connected to a speed sensor, the output of which is connected to the third input of the rotor circuit model block and to the second input of the third comparison element.
Устройство векторного управления асинхронного двигателя работает следующим образом.The vector control device of an induction motor operates as follows.
Система управления асинхронного двигателя построена во вращающейся системе координат d-q, ось d которой ориентирована по направлению потокосцепления ротора ψR. Устройство векторного управления двигателем реализует закон регулирования с постоянной величиной потокосцепления ротора ψR=const. В соответствии с эти законом электромагнитный момент Μem на валу двигателя определяется выражением:The control system of an asynchronous motor is built in a rotating coordinate system dq, the axis d of which is oriented in the direction of the rotor flux linkage ψ R . The motor vector control device implements the control law with a constant value of the rotor flux linkage ψ R =const. In accordance with this law, the electromagnetic moment Μem on the motor shaft is determined by the expression:
где zp - число пар полюсов двигателя;where z p is the number of pairs of motor poles;
KR - коэффициент электромагнитной связи ротора;K R - coefficient of electromagnetic coupling of the rotor;
ψR - потокосцепление ротора;ψ R - rotor flux linkage;
iSq - проекция тока статора на ось q.i Sq - projection of the stator current on the q axis.
Таким образом, электромагнитный момент на валу двигателя и, соответственно, скорость вращения ротора определяется постоянным значением потокосцепления ротора ψR и величиной проекции тока статора iSq на вращающуюся систему координат d-q. Кроме этого, для управления двигателем необходимо знать положение вращающегося вектора потокосцепления относительно неподвижной системы координат α-β, которое определяется углом поворота ϑ. В устройстве векторного управления реализован принцип регулирования с непосредственной ориентацией по полю, содержащий контуры регулирования по потокосцеплению и скорости.Thus, the electromagnetic moment on the motor shaft and, accordingly, the rotor speed is determined by the constant value of the rotor flux linkage ψ R and the magnitude of the projection of the stator current i Sq onto the rotating coordinate system dq. In addition, to control the motor, it is necessary to know the position of the rotating flux vector relative to the fixed coordinate system α-β, which is determined by the angle of rotation ϑ. The vector control device implements the principle of regulation with direct field orientation, containing control loops for flux linkage and speed.
В устройстве векторного управления реализован классический принцип регулирования по отклонению (по ошибке). С помощью задатчика потокосцепления и задатчика скорости задаются требуемые значения потокосцепления ψ*R и скорости двигателя ωR. Первый и третий элементы сравнения определяют соответствующие значения ошибок регулирования по потокосцеплению ΔψR и по скорости Δω. Эти сигналы поступают на вход, соответственно, регулятора потока и регулятора скорости. На выходе регулятора потока формируется сигнал заданного значения проекции тока статора на ось d вращающейся системы координат d-q.The vector control device implements the classical principle of regulation by deviation (by error). With the help of the flux linkage generator and the speed controller, the required values of the flux linkage ψ* R and the motor speed ω R are set. The first and third comparison elements determine the corresponding values of control errors for the flux linkage Δψ R and for the speed Δω. These signals are input to the flow controller and speed controller, respectively. At the output of the flux regulator, a signal of the set value of the stator current projection is formed to the d axis of the rotating coordinate system dq.
На выходе делителя вычисляется сигнал заданного значения проекции тока статора на ось q вращающейся системы координат d-q, полученного в результате деления сигналов заданного момента Μ* с выхода регулятора скорости и сигнала фактического значения потокосцепления ψR.At the output of the divider, the signal of the set value of the projection of the stator current is calculated to the q axis of the rotating coordinate system dq, obtained as a result of dividing the signals of the given moment Μ* from the output of the speed controller and the signal of the actual value of the flux linkage ψ R .
Второй и четвертый элементы сравнения вычисляют разности между заданными и фактическими значениями проекций тока статора и на оси d и q вращающейся системы координат d-q. Эти сигналы поступают на входы первого и второго регуляторов тока, в которых формируются сигналы заданных значений проекций напряжений на вращающуюся систему координат d-q.The second and fourth comparison elements calculate the differences between the given and actual values of the stator current projections And on the d and q axes of the rotating coordinate system dq. These signals are fed to the inputs of the first and second current controllers, in which the signals of the specified values of the voltage projections are formed. to the rotating coordinate system dq.
С помощью первого преобразователя координат происходит преобразование заданных значений проекций сигналов из вращающейся системы координат d-q в заданные величины напряжений для неподвижной трехфазной системы координат а-b-с. По величине этих сигналов, а также напряжению сети в преобразователе частоты происходит формирование трехфазной системы напряжений UA-UB-UC для асинхронного двигателя, удовлетворяющих заданным значениям потокосцепления и скорости вращения двигателя With the help of the first coordinate converter, the given values of the signal projections are converted from the rotating coordinate system dq to given stress values for a fixed three-phase coordinate system a-b-c. According to the magnitude of these signals, as well as the mains voltage in the frequency converter, a three-phase voltage system U A -U B -U C is formed for an asynchronous motor that satisfies the specified flux linkage values and engine speed
С помощью второго преобразователя координат происходит преобразование текущих значений токов двигателя из трехфазной неподвижной системы координат а-b-с во вращающуюся d-q. На выходе второго преобразователя координат формируются сигналы фактических значений тока двигателя iSd и iSq в проекциях на вращающиеся оси координат d-q, которые сравниваются с их заданными значениями на входе второго и четвертого элементов сравнения.With the help of the second coordinate converter, the current values of the motor currents are converted from a three-phase fixed coordinate system a-b-c to a rotating dq. At the output of the second coordinate converter, the signals of the actual values of the motor current i Sd and i Sq are generated in projections onto the rotating coordinate axes dq, which are compared with their given values at the input of the second and fourth comparison elements.
Для работы преобразователей координат необходимо знать текущее значение угла поворота ϑ между вращающейся {d-q) и неподвижной {а-b-с) системами координат. Сигналы sinϑ и cosϑ угла ϑ вычисляются с помощью блока модели роторной цепи и поступают на входы преобразователей координат для выполнения процедуры преобразования. Входными сигналами блока модели роторной цепи являются фактические значения токов двигателя iSd и iSq, полученные во втором блоке преобразования координат, а также текущее величина скорости двигателя ωR, измеренная с помощью датчика скорости, установленного на валу асинхронного двигателя.For coordinate converters to work, it is necessary to know the current value of the angle of rotation ϑ between the rotating (dq) and fixed (a-b-c) coordinate systems. The sinϑ and cosϑ signals of the angle ϑ are calculated using the rotor circuit model block and are fed to the inputs of the coordinate converters to perform the transformation procedure. The input signals of the rotor circuit model block are the actual values of the motor currents i Sd and i Sq obtained in the second coordinate transformation block, as well as the current value of the motor speed ω R measured using a speed sensor mounted on the shaft of the asynchronous motor.
Сигнал текущего значения скорости двигателя ωR поступает также на второй вход третьего элемента сравнения, где сравнивается с заданным значением ω*R. С помощью блока модели роторной цепи вычисляется текущее значение потокосцепленияψ ψR для канала управления потокосцеплением, а также для выполнения процедуры деления в делителе. Таким образом, устройство векторного управления обеспечивает требуемые значения электромагнитного момента Мem и скорости двигателя ωR в соответствии с заданными значениями потокосцепления ψ*R и скорости двигателя ω*R.The signal of the current value of the motor speed ω R is also supplied to the second input of the third comparison element, where it is compared with the set value ω* R . Using the rotor chain model block, the current value of the flux linkage ψ ψ R is calculated for the flux linkage control channel, as well as for performing the division procedure in the divider. Thus, the vector control device provides the required values of the electromagnetic torque M em and motor speed ω R in accordance with the given values of flux linkage ψ* R and motor speed ω* R .
Выбор величины потокосцепления ротора ψR определяет энергетическую эффективность работы двигателя. Асинхронные двигатели разрабатываются в соответствии с критерием оптимизации энергетических параметров в номинальном режиме. Если предполагается продолжительная работа двигателя в номинальном режиме, то величина потокосцепления ротора выбирается равной его значению в номинальном режиме: ψ=ψном.The choice of the value of the rotor flux linkage ψ R determines the energy efficiency of the engine. Asynchronous motors are developed in accordance with the criterion of optimizing the energy parameters in the nominal mode. If long-term operation of the engine in nominal mode is assumed, then the value of the rotor flux linkage is chosen equal to its value in nominal mode: ψ=ψ nom .
Достоинством известного устройства с постоянным значением потокосцепления ротора ψR является высокое значение энергетической эффективности, обусловленное минимальным значением потребляемого тока.The advantage of the known device with a constant value of the rotor flux linkage ψ R is the high value of energy efficiency, due to the minimum value of the current consumed.
Однако достижение высокого значения энергетической эффективности асинхронного двигателя обеспечивается лишь при определенном (номинальном) режиме работы двигателя. Это обусловлено применением в известном устройстве системы управления, основанной на работе двигателя с постоянным значением потокосцепления ротора.However, the achievement of a high value of the energy efficiency of an asynchronous motor is ensured only at a certain (nominal) operating mode of the motor. This is due to the use in the known device of a control system based on the operation of the engine with a constant value of the rotor flux linkage.
Отклонение режима работы двигателя от номинального вызывает увеличение потребляемого тока и снижение энергетической эффективности, что является недостатком известного устройства.Deviation of the engine operating mode from the nominal one causes an increase in the consumed current and a decrease in energy efficiency, which is a disadvantage of the known device.
Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков является устройство векторного управления асинхронного двигателя, основанное на работе с различной величиной потокосцепления, обеспечивающего повышение энергетической эффективности асинхронного двигателя в номинальном и отличном от номинального режимах работы [Калачев Ю.Н. SimInTex: моделирование в электроприводе. - М.: ДМК Пресс, 2019. - 93 с]. В устройстве векторного управления реализован принцип регулирования с косвенной ориентацией по полю, не содержащий контур стабилизации потокосцепления.Closest to the claimed solution in terms of the essential features is a vector control device for an induction motor, based on working with different values of flux linkage, providing an increase in the energy efficiency of an induction motor in nominal and other than nominal operating modes [Kalachev Yu.N. SimInTex: simulation in the electric drive. - M.: DMK Press, 2019. - 93 s]. The vector control device implements the principle of regulation with indirect field orientation, which does not contain a flux linkage stabilization circuit.
Устройство векторного управления асинхронного двигателя содержит преобразователь частоты, первые входы которого подключены к трехфазной сети, а его выходы через датчики тока связаны с входами асинхронного двигателя, два преобразователя координат, задатчик скорости, первый и второй регуляторы тока, первый, второй и третий элементы сравнения, регулятор скорости, вычислитель потокосцепления, вычислитель d - составляющей тока двигателя, вычислитель g - составляющей тока двигателя, вычислитель скольжения, вычислитель угла поворота и датчик скорости.The vector control device of the asynchronous motor contains a frequency converter, the first inputs of which are connected to a three-phase network, and its outputs are connected to the inputs of the asynchronous motor through current sensors, two coordinate converters, a speed controller, the first and second current regulators, the first, second and third comparison elements, a speed controller, a flux linkage calculator, a d-component of the motor current calculator, a calculator of the g-component of the motor current, a slip calculator, a rotation angle calculator and a speed sensor.
Задатчик скорости соединен с первым входом первого элемента сравнения, выход которого через регулятор скорости связан с первыми входами вычислителя q - составляющей тока двигателя и вычислителя скольжения, а также с входом вычислителя потокосцепления, выход которого подключен к вторым входам вычислителя q - составляющей тока двигателя и вычислителя скольжения, а также к входу вычислителя d - составляющей тока двигателя, выход которого соединен с первым входом второго элемента сравнения, выход которого через первый регулятор тока связан с первым входом первого преобразователя координат, выход вычислителя q - составляющей тока двигателя подключен к первому входу третьего элемента сравнения, выход которого через второй регулятор тока соединен со вторым входом первого преобразователя координат, выходы которого связаны со вторыми входами преобразователя частоты, выходы датчиков тока подключены к первым входам второго преобразователя координат, выходы которого соединены со вторыми входами второго и третьего элементов сравнения, выход вычислителя скольжения связан с первым входом вычислителя угла поворота, выходы которого подключены к вторым входам второго преобразователя координат и к третьим входам первого преобразователя координат, асинхронный двигатель связан с датчиком скорости, выход которого подключен к вторым входам вычислителя угла потока и первого элемента сравнения.The speed controller is connected to the first input of the first comparison element, the output of which is connected through the speed controller to the first inputs of the calculator q - the component of the motor current and the slip calculator, as well as to the input of the flux linkage calculator, the output of which is connected to the second inputs of the calculator q - the component of the motor current and the calculator slip, as well as to the input of the calculator d - component of the motor current, the output of which is connected to the first input of the second comparison element, the output of which is connected through the first current regulator to the first input of the first coordinate converter, the output of the calculator q - component of the motor current is connected to the first input of the third element comparison, the output of which is connected through the second current controller to the second input of the first coordinate converter, the outputs of which are connected to the second inputs of the frequency converter, the outputs of the current sensors are connected to the first inputs of the second coordinate converter, the outputs of which are connected to the second inputs of the inverter second and third comparison elements, the output of the slip calculator is connected to the first input of the rotation angle calculator, the outputs of which are connected to the second inputs of the second coordinate converter and to the third inputs of the first coordinate converter, the asynchronous motor is connected to the speed sensor, the output of which is connected to the second inputs of the flow angle calculator and the first comparison element.
Устройство векторного управления асинхронного двигателя работает следующим образом.The vector control device of an induction motor operates as follows.
Задатчик скорости задает сигнал заданной скорости вращения асинхронного двигателя ω*R, который с помощью первого элемента сравнения сравнивается с фактической скоростью двигателя ωR. Сигнал рассогласования (ошибки) по скорости Δω=ω*R-ωR с выхода первого элемента сравнения поступает на вход регулятора скорости, где из сигнала рассогласования по скорости Δω вырабатывается сигнал заданного значения электромагнитного момента на валу двигателя. Сигнал поступает на вход вычислителя потокосцепления, выполняющего функцию задатчика оптимального значения потокосцепления ротора ψR_опт по критерию минимального тока статора двигателя. Значение ψR_опт рассчитывается в соответствии с выражением:The speed controller sets the signal of the specified rotation speed of the asynchronous motor ω* R , which is compared with the actual motor speed ω R using the first comparison element. The speed mismatch (error) signal Δω=ω* R -ω R from the output of the first comparison element is fed to the input of the speed controller, where the electromagnetic torque setpoint signal is generated from the speed mismatch signal Δω on the motor shaft. Signal enters the input of the flux linkage calculator, which performs the function of the setter of the optimal value of the rotor flux linkage ψ R_opt according to the criterion of the minimum motor stator current. The value of ψ R_opt is calculated according to the expression:
где LR - индуктивность цепи ротора асинхронного двигателя.where L R is the inductance of the rotor circuit of the induction motor.
Сигнал ψR_опт поступает на вход вычислителя d - составляющей тока двигателя, а также на вторые входы вычислителя q - составляющей тока двигателя и вычислителя скольжения. В устройствах d- и q- составляющих тока двигателя рассчитываются заданные значения проекций тока статора двигателя на оси d-q вращающейся системы координат, обеспечивающие оптимальную величину потокосцепления ψR_опт по формулам:The signal ψ R_opt is fed to the input of the calculator d - the motor current component, as well as to the second inputs of the calculator q - the motor current component and the slip calculator. In devices d- and q-components of the motor current, the given values of the projections of the motor stator current on the dq axis of the rotating coordinate system are calculated, providing the optimal value of the flux linkage ψ R_opt according to the formulas:
где Lm - индуктивность намагничивания двигателя.where L m is the magnetizing inductance of the motor.
Формулы (3) получены при допущении линейной зависимости индуктивности намагничивания Lm от тока двигателя, а также без учета индуктивности рассеяния ротора LσR.Formulas (3) are obtained under the assumption of a linear dependence of the magnetization inductance L m on the motor current, and also without taking into account the leakage inductance of the rotor L σR .
В устройстве вычисления скольжения рассчитывается скорость скольжения ротора Δω при оптимальном значении потокосцепления ψR_опт и заданном значении электромагнитного момента The slip calculation device calculates the rotor slip speed Δω at the optimum value of the flux linkage ψ R_opt and a given value of the electromagnetic torque
где RR - активное сопротивление роторной цепи двигателя. Второй и третий элементы сравнения вычисляют разности между заданными и фактическими значениями проекций тока статора на оси d и q вращающейся системы координат d-q. Эти сигналы поступают на входы первого и второго регуляторов тока, в которых формируются сигналы пропорциональные заданным значениям проекций токов на вращающуюся систему координат d-q.where R R is the active resistance of the rotor circuit of the engine. The second and third comparison elements calculate the differences between the given and actual values of the stator current projections on the d and q axes of the rotating coordinate system dq. These signals are fed to the inputs of the first and second current controllers, in which signals are formed proportional to the given values of the current projections on the rotating coordinate system dq.
С помощью первого преобразователя координат происходит преобразование заданных значений сигналов из вращающейся системы координат d-q в заданные величины сигналов для неподвижной трехфазной системы координат а-b-с. По величине этих сигналов, а также напряжению сети в преобразователе частоты происходит формирование трехфазной системы напряжений UA-UB-UC для асинхронного двигателя, удовлетворяющих заданным оптимальным значениям потокосцепления ψR_опт и скорости вращения двигателя ω*R.With the help of the first coordinate converter, the given signal values are converted from the rotating coordinate system dq to given signal values for a fixed three-phase coordinate system a-b-c. According to the magnitude of these signals, as well as the mains voltage in the frequency converter, a three-phase voltage system U A -U B -U C is formed for an asynchronous motor that satisfies the specified optimal values of the flux linkage ψ R_opt and the motor speed ω* R .
С помощью второго преобразователя координат происходит преобразование текущих значений токов двигателя из трехфазной неподвижной системы координат а-b-с во вращающуюся d-q. На выходе второго преобразователя координат формируются сигналы фактических значений тока двигателя iSd и iSq в проекциях на вращающиеся оси координат d-q, которые сравниваются с их заданными значениями на входе второго и третьего элементов сравнения.With the help of the second coordinate converter, the current values of the motor currents are converted from a three-phase fixed coordinate system a-b-c to a rotating dq. At the output of the second coordinate converter, the signals of the actual values of the motor current i Sd and i Sq are generated in projections onto the rotating coordinate axes dq, which are compared with their given values at the input of the second and third comparison elements.
Для работы преобразователей координат необходимо знать текущее значение угла поворота ϑ между вращающейся (d-q) и неподвижной (а-b-с) системами координат. Сигналы sinϑ и cosϑ угла ϑ вычисляются с помощью вычислителя угла потокосцепления и поступают на входы преобразователей координат для выполнения процедуры преобразования.For coordinate converters to work, it is necessary to know the current value of the angle of rotation ϑ between the rotating (d-q) and fixed (a-b-c) coordinate systems. The sinϑ and cosϑ signals of the angle ϑ are calculated using the flux linkage angle calculator and are fed to the inputs of the coordinate converters to perform the conversion procedure.
Входными сигналами вычислителя угла потокосцепления являются скорость скольжения ротора Δω, рассчитанная в вычислителе скольжения, а также текущее значение скорости двигателя ωR, измеренное с помощью датчика скорости, установленного на валу асинхронного двигателя. Угол положения потокосцепления ротора ϑ относительно неподвижной системы координат определяется как результат интегрирования входных сигналов:The input signals of the flux linkage calculator are the rotor slip speed Δω calculated in the slip calculator, as well as the current value of the motor speed ω R measured using a speed sensor mounted on the shaft of the asynchronous motor. The position angle of the rotor flux linkage ϑ relative to the fixed coordinate system is determined as the result of integrating the input signals:
Сигнал текущего значения скорости двигателя ωR поступает также на второй вход первого элемента сравнения, где сравнивается с заданным значением ω*R. Таким образом, устройство векторного управления обеспечивает требуемые значения электромагнитного момента Мem и скорости двигателя ωR в соответствии с оптимальными значениями потокосцепления ψR_опт.The signal of the current value of the motor speed ω R is also supplied to the second input of the first comparison element, where it is compared with the set value ω* R . Thus, the vector control device provides the required values of the electromagnetic torque M em and motor speed ω R in accordance with the optimal values of the flux linkage ψ R_opt .
Достоинством известного устройства с оптимальным значением потокосцепления ротора ψR_опт является высокое значение энергетической эффективности, обусловленное минимальным значением потребляемого тока. При этом высокая эффективность устройства обеспечивается не только в номинальном, но и отличных от номинального режимах работы двигателя.The advantage of the known device with the optimal value of the rotor flux linkage ψ R_opt is the high value of energy efficiency, due to the minimum value of the current consumed. At the same time, the high efficiency of the device is ensured not only in the nominal, but also in other than the nominal operating modes of the engine.
Однако достижение высокого значения энергетической эффективности асинхронного двигателя обеспечивается в предположении о линейной зависимости индуктивности намагничивания Lm от тока статора двигателя, а также без учета индуктивности рассеяния ротора LσR. Однако индуктивность намагничивания Lm является линейной лишь на ограниченном отрезке кривой намагничивания. Кроме того, при определении величины оптимального значениями потокосцепления ψR_опт предполагается постоянство электрических характеристик и параметров асинхронного двигателя. На практике параметры двигателя, входящие в выражения для определения ψR_опт не являются постоянными, а зависят от многих факторов, например, тока статора двигателя или температуры окружающей среды. Эти обстоятельства вносят погрешность в процесс регулирования и снижают энергетическую эффективность двигателя, что является недостатком известного устройства.However, the achievement of a high value of the energy efficiency of an induction motor is ensured on the assumption of a linear dependence of the magnetization inductance L m on the motor stator current, and also without taking into account the leakage inductance of the rotor L σR . However, the magnetization inductance L m is linear only on a limited segment of the magnetization curve. In addition, when determining the value of the optimal flux linkage values ψ R_opt , the constancy of the electrical characteristics and parameters of the induction motor is assumed. In practice, the motor parameters included in the expressions for determining ψ R_opt are not constant, but depend on many factors, for example, the motor stator current or ambient temperature. These circumstances introduce an error into the regulation process and reduce the energy efficiency of the engine, which is a disadvantage of the known device.
Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке устройства экстремального управления асинхронного двигателя, обеспечивающего повышение энергетической эффективности путем уменьшения тока статора двигателя до экстремально низких значений за счет управления величиной потокосцепления ротора.The problem solved by the invention is to develop an extreme control device for an asynchronous motor, which provides an increase in energy efficiency by reducing the motor stator current to extremely low values by controlling the rotor flux linkage.
Для решения поставленной задачи в устройство векторного управления асинхронного двигателя, содержащее преобразователь частоты, первые входы которого подключены к трехфазной сети, а его выходы через датчики тока связаны с входами асинхронного двигателя, два преобразователя координат, задатчик скорости, первый и второй регуляторы тока, первый, второй и третий элементы сравнения, регулятор скорости, вычислитель d - составляющей тока двигателя, вычислитель q - составляющей тока двигателя, вычислитель скольжения, вычислитель угла поворота и датчик скорости, при этом задатчик скорости соединен с первым входом первого элемента сравнения, выход которого через регулятор скорости связан с первыми входами вычислителя q-составляющей тока двигателя и вычислителя скольжения, вторые входы вычислителя q - составляющей тока двигателя и вычислителя скольжения, а также вход вычислителя d - составляющей тока двигателя соединены между собой, выход вычислителя d - составляющей тока двигателя соединен с первым входом второго элемента сравнения, выход которого через первый регулятор тока связан с первым входом первого преобразователя координат, выход вычислителя q - составляющей тока двигателя подключен к первому входу третьего элемента сравнения, выход которого через второй регулятор тока соединен со вторым входом первого преобразователя координат, выходы которого связаны со вторыми входами преобразователя частоты, выходы датчиков тока подключены к первым входам второго преобразователя координат, выходы которого соединены со вторыми входами второго и третьего элементов сравнения, выход вычислителя скольжения связан с первым входом вычислителя угла поворота, выходы которого подключены к вторым входам второго преобразователя координат и к третьим входам первого преобразователя координат, асинхронный двигатель связан с датчиком скорости, выход которого подключен к вторым входам вычислителя угла потока и первого элемента сравнения, введены блок вычисления тока статора и блок экстремального регулирования, предназначенные для получения экстремально низких значений тока статора двигателя методом шагового поиска, блок экстремального регулирования содержит блок линии задержки, представляющий собой элемент памяти, блок задатчика зоны нечувствительности, представляющий собой источник напряжения, сигнал которого определяет зону нечувствительности δ тока двигателя при его регулировании, четвертый и пятый элементы сравнения, сигнум-реле и блок управления потокосцеплением, причем в блоке экстремального регулирования объединенные вход блока линии задержки и первый вход четвертого элемента сравнения являются его входом, выход блока линии задержки подключен к второму входу четвертого элемента сравнения, выход которого связан с первым входом пятого элемента сравнения, второй вход пятого элемента сравнения связан с выходом блока задатчика зоны нечувствительности, выход пятого элемента сравнения через сигнум-реле связан с входом блока управления потокосцеплением, выход которого является выходом блока экстремального регулирования, блок вычисления тока статора предназначен для вычисления действующего значения тока статора двигателя и содержит первый и второй умножители, сумматор и вычислитель квадратного корня, причем в блоке вычисления тока статора объединенные входы первого и второго умножителей являются его входами, выходы умножителей соединены с входами сумматора, выход которого связан с входом вычислителя квадратного корня, выход которого является выходом блока вычисления тока статора, выходы первого и второго регуляторов тока подключены к первому и второму входам блока вычисления тока статора, выход которого через блок экстремального регулирования связан с входом вычислителя d - составляющей тока двигателя, вторыми входами вычислителя q - составляющей тока двигателя и вычислителя скольжения, а работа сигнум реле осуществляется в соответствии с выражением:To solve the problem in a vector control device of an asynchronous motor containing a frequency converter, the first inputs of which are connected to a three-phase network, and its outputs are connected through current sensors to the inputs of an asynchronous motor, two coordinate converters, a speed controller, the first and second current controllers, the first, the second and third comparison elements, the speed controller, the calculator d - component of the motor current, the calculator q - the component of the motor current, the slip calculator, the calculator of the angle of rotation and the speed sensor, while the speed adjuster is connected to the first input of the first comparison element, the output of which is through the speed controller is connected to the first inputs of the calculator of the q-component of the motor current and the slip calculator, the second inputs of the calculator of the q-component of the motor current and the slip calculator, as well as the input of the calculator d - component of the motor current are connected to each other, the output of the calculator d - component of the motor current is connected to the first th input of the second comparison element, the output of which is connected through the first current regulator to the first input of the first coordinate converter, the output of the calculator q - component of the motor current is connected to the first input of the third comparison element, the output of which is connected through the second current regulator to the second input of the first coordinate converter, outputs which is connected to the second inputs of the frequency converter, the outputs of the current sensors are connected to the first inputs of the second coordinate converter, the outputs of which are connected to the second inputs of the second and third comparison elements, the output of the slip calculator is connected to the first input of the rotation angle calculator, the outputs of which are connected to the second inputs of the second converter coordinates and to the third inputs of the first coordinate converter, the asynchronous motor is connected to a speed sensor, the output of which is connected to the second inputs of the flow angle calculator and the first comparison element, a stator current calculation unit and an extreme re control, designed to obtain extremely low values of the motor stator current by the step search method, the extreme control unit contains a delay line unit, which is a memory element, a dead zone setter unit, which is a voltage source, the signal of which determines the dead zone δ of the motor current during its regulation, the fourth and fifth comparison elements, a signum relay and a flux linkage control unit, wherein in the extreme regulation unit the combined input of the delay line block and the first input of the fourth comparison element are its input, the output of the delay line block is connected to the second input of the fourth comparison element, the output of which is connected to the first input of the fifth comparison element, the second input of the fifth comparison element is connected to the output of the block of the dead zone setter, the output of the fifth element of comparison through the signum relay is connected to the input of the flux linkage control unit, the output of which is during the course of the extreme control unit, the stator current calculation unit is designed to calculate the effective value of the motor stator current and contains the first and second multipliers, an adder and a square root calculator, and in the stator current calculation unit, the combined inputs of the first and second multipliers are its inputs, the outputs of the multipliers are connected to the inputs of the adder, the output of which is connected to the input of the square root calculator, the output of which is the output of the stator current calculation unit, the outputs of the first and second current regulators are connected to the first and second inputs of the stator current calculation unit, the output of which is connected through the extreme control unit to the calculator input d - component of the motor current, the second inputs of the calculator q - the component of the motor current and the slip calculator, and the operation of the signal relay is carried out in accordance with the expression:
где z - сигнал на входе сигнум-реле, а ±1 - сигнал на его выходе;where z is the signal at the input of the signum relay, and ±1 is the signal at its output;
ΔQi-1 - приращение тока двигателя на (i-1) - м периоде вычисления;ΔQ i-1 - motor current increment on (i-1) - m calculation period;
δ - величина зоны нечувствительности;δ - the value of the dead zone;
Q(xi-1) и Q(xi-2) - значения тока двигателя, соответственно, на (i-1)-м и (i-2) - м периоде вычисления.Q(x i-1 ) and Q(x i-2 ) - values of the motor current, respectively, on the (i-1)-m and (i-2) - m calculation period.
Введение в устройство векторного управления асинхронного двигателя блока вычисления тока статора и блока экстремального регулирования, предназначенных для получения экстремально низких значений тока двигателя методом шагового поиска, блок экстремального регулирования содержит блок линии задержки, представляющий собой элемент памяти, блок задатчика зоны нечувствительности, представляющий собой источник напряжения, сигнал которого определяет зону нечувствительности δ тока статора двигателя при его регулировании, четвертый и пятый элементы сравнения, сигнум-реле и блок управления потокосцеплением, блок вычисления тока статора, предназначенный для вычисления действующего значения тока статора, содержит первый и второй умножители, сумматор и вычислитель квадратного корня и образование новых взаимосвязей между элементами устройства отличает заявляемое решение от прототипа. Наличие существенных отличительных признаков в заявляемом решении свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «новизна».Introduction to the vector control device of an asynchronous motor of a block for calculating the stator current and an extreme regulation block designed to obtain extremely low values of the motor current using the step search method, the extreme regulation block contains a delay line block, which is a memory element, a dead zone setter block, which is a voltage source , the signal of which determines the dead zone δ of the motor stator current during its regulation, the fourth and fifth comparison elements, the signum relay and the flux linkage control unit, the stator current calculation unit, designed to calculate the effective value of the stator current, contains the first and second multipliers, an adder and a calculator square root and the formation of new relationships between the elements of the device distinguishes the proposed solution from the prototype. The presence of significant distinctive features in the claimed solution indicates its compliance with the criterion of patentability "novelty".
Введение в устройство векторного управления асинхронного двигателя блока вычисления тока статора и блока экстремального регулирования, предназначенных для получения экстремально низких значений тока двигателя методом шагового поиска, блок экстремального регулирования содержит блок линии задержки, представляющий собой элемент памяти, блок задатчика зоны нечувствительности, представляющий собой источник напряжения, сигнал которого определяет зону нечувствительности δ тока статора двигателя при его регулировании, четвертый и пятый элементы сравнения, сигнум-реле и блок управления потокосцеплением, блок вычисления тока статора, предназначенный для вычисления действующего значения тока статора, содержит первый и второй умножители, сумматор и вычислитель квадратного корня и образование новых взаимосвязей между элементами устройства приводит к снижению тока статора двигателя до экстремально низких значений за счет управления величиной потокосцепления ротора.Introduction to the vector control device of an asynchronous motor of a block for calculating the stator current and an extreme regulation block designed to obtain extremely low values of the motor current using the step search method, the extreme regulation block contains a delay line block, which is a memory element, a dead zone setter block, which is a voltage source , the signal of which determines the dead zone δ of the motor stator current during its regulation, the fourth and fifth comparison elements, the signum relay and the flux linkage control unit, the stator current calculation unit, designed to calculate the effective value of the stator current, contains the first and second multipliers, an adder and a calculator square root and the formation of new relationships between the elements of the device leads to a decrease in the motor stator current to extremely low values by controlling the value of the rotor flux linkage.
Это обусловлено тем, что в заявляемом устройстве экстремальная низкая величина тока статора двигателя определяется не при фиксированном (например, номинальном) значении потокосцепления, а при его варьированных значениях. Такое воздействие приводит к регулированию с экстремальным значением потокосцепления ротора в зависимости от режима работы двигателя, и, как следствие, к экстремально низкому значению тока статора. Кроме того, достижение экстремально низкого значения тока двигателя приводит к снижению электрических потерь и повышению коэффициента полезного действия устройства экстремального управления асинхронного двигателя.This is due to the fact that in the claimed device, the extreme low value of the motor stator current is determined not at a fixed (for example, nominal) value of the flux linkage, but at its varied values. Such an action leads to regulation with an extreme value of the rotor flux linkage, depending on the operating mode of the engine, and, as a result, to an extremely low value of the stator current. In addition, achieving an extremely low value of the motor current leads to a decrease in electrical losses and an increase in the efficiency of the device for extreme control of an induction motor.
Причинно-следственная связь «Введение в устройство векторного управления асинхронного двигателя блока вычисления тока статора и блока экстремального регулирования, предназначенных для получения экстремально низких значений тока статора двигателя методом шагового поиска, блок экстремального регулирования содержит блок линии задержки, представляющий собой элемент памяти, блок задатчика зоны нечувствительности, представляющий собой источник напряжения, сигнал которого определяет зону нечувствительности δ тока двигателя при его регулировании, четвертый и пятый элементы сравнения, сигнум-реле и блок управления потокосцеплением, блок вычисления тока статора, предназначенный для вычисления действующего значения тока статора, содержит первый и второй умножители, сумматор и вычислитель квадратного корня и образование новых взаимосвязей между элементами устройства приводит к снижению тока статора двигателя до экстремально низких значений за счет управления величиной потокосцепления ротора двигателя» не обнаружена в уровне техники и явным образом не следует из него, что свидетельствует о ее новизне. Наличие новой причинно-следственной связи, проявляемой в заявляемом устройстве, свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».Cause-and-effect relationship “Introduction into the vector control device of an asynchronous motor of a stator current calculation unit and an extreme control unit designed to obtain extremely low values of the motor stator current using the step search method, the extreme control unit contains a delay line block, which is a memory element, a zone setter unit insensitivity, which is a voltage source, the signal of which determines the dead zone δ of the motor current during its regulation, the fourth and fifth comparison elements, the signum relay and the flux linkage control unit, the stator current calculation unit, designed to calculate the effective value of the stator current, contains the first and second multipliers, adder and square root calculator and the formation of new relationships between the elements of the device leads to a decrease in the motor stator current to extremely low values by controlling the value of the motor rotor flux linkage elya" was not found in the prior art and does not explicitly follow from it, which indicates its novelty. The presence of a new causal relationship, manifested in the claimed device, indicates the compliance of the proposed solution with the criterion of patentability of the invention "inventive step".
На фиг. 1 представлена схема устройства экстремального управления асинхронного двигателя, позволяющая раскрыть работоспособность и «промышленную применимость» заявляемого решения.In FIG. 1 shows a diagram of the device for extreme control of an asynchronous motor, which makes it possible to reveal the operability and "industrial applicability" of the proposed solution.
Устройство экстремального управления асинхронного двигателя содержит преобразователь частоты 1, асинхронный двигатель 2, задатчик скорости 3, регулятор скорости 4, блок экстремального регулирования 5, блок вычисления тока статора 6, вычислитель d - составляющей тока двигателя 7, вычислитель q - составляющей тока двигателя 8, первый 9 и второй 10 регуляторы тока, вычислитель скольжения 11, вычислитель угла поворота 12, первый преобразователь координат 13, второй преобразователь координат 14, первый элемент сравнения 15, второй элемент сравнения 16, третий элемент сравнения 17, датчики тока 18 и датчик скорости 19.The device for extreme control of an asynchronous motor contains a
Блок экстремального регулирования 5 предназначен для получения экстремально низких значений тока двигателя методом шагового поиска и содержит блок линии задержки 20, блок задатчика зоны нечувствительности 21, четвертый элемент сравнения 22, пятый элемент сравнения 23, сигнум-реле 24 и блок управления потокосцеплением 25.The
Блок линии задержки 20, представлет собой элемент памяти. Блок задатчика зоны нечувствительности 21 является источником напряжения, сигнал которого определяет зону нечувствительности δ тока статора двигателя при его регулировании, т.е. диапазон его возможных значений.The
Объединенные вход блока линии задержки 20 и первый вход четвертого элемента сравнения 22 являются входом блока экстремального регулирования 5. Выход блока линии задержки 20 подключен к второму входу четвертого элемента сравнения 22, выход которого связан с первым входом второго элемента сравнения 23. Второй вход пятого элемента сравнения 23 связан с выходом блока задатчика зоны нечувствительности 21. Выход пятого элемента сравнения 23 через сигнум-реле 24 связан с входом блока управления потокосцеплением 25, выход которого является выходом блока экстремального регулирования 5.The combined input of the
В блоке вычисления тока статора 6, предназначенного для вычисления действующего значения тока статора, первые и вторые входы первого и второго умножителей 26, 27 объединены между собой и являются его первым и вторым входами. Выходы умножителей 26, 27 соединены с входами сумматора 28, выход которого связан с входом вычислителя квадратного корня 29, выход которого является выходом блока вычисления тока статора 6. Вход преобразователя частоты 1 подключены к трехфазной сети, а его выходы через датчики тока 18 связаны с входами асинхронного двигателя 2.In the block for calculating the stator current 6, designed to calculate the effective value of the stator current, the first and second inputs of the first and
Задатчик скорости 3 соединен с первым входом первого элемента сравнения 15, выход которого через регулятор скорости 4 связан с первыми входами вычислителя q - составляющей тока двигателя 8 и вычислителя скольжения 11.The
Выход блока экстремального регулирования 5 подключен к вторым входам вычислителя q - составляющей тока двигателя 8 и вычислителя скольжения 11, а также к входу вычислителя d - составляющей тока двигателя 7.The output of the
Выход вычислителя d - составляющей тока двигателя 7 соединен с первым входом второго элемента сравнения 16, выход которого через первый регулятор тока 9 связан с первым входом первого преобразователя координат 13.The output of the calculator d - component of the motor current 7 is connected to the first input of the
Выход вычислителя q - составляющей тока двигателя 8 подключен к первому входу третьего элемента сравнения 17, выход которого через второй регулятор тока 10 соединен со вторым входом первого преобразователя координат 13, выходы которого связаны со вторыми входами преобразователя частоты 1.The output of the calculator q - component of the motor current 8 is connected to the first input of the
Выходы датчиков тока 18 подключены к первым входам второго преобразователя координат 14, выходы которого соединены со вторыми входами второго 16 и третьего 17 элементов сравнения.The outputs of the
Выход вычислителя скольжения 11 связан с первым входом вычислителя угла поворота 12, выходы которого подключены ко вторым входам второго преобразователя координат 14 и к третьим входам первого преобразователя координат 13.The output of the
Выходы первого 9 и второго 10 регуляторов тока соединены со входами блока вычисления тока статора 6, выход которого подключен к входу блока экстремального регулирования 5.The outputs of the first 9 and second 10 current regulators are connected to the inputs of the stator
Асинхронный двигатель 2 связан с датчиком скорости 19, выход которого подключен к вторым входам вычислителя угла потока 12 и первого элемента сравнения 15.The
Устройство оптимального управления асинхронного двигателя работает следующим образом.The optimal control device for an induction motor operates as follows.
Задатчик скорости 3 задает сигнал заданной скорости вращения асинхронного двигателя ωR, который с помощью первого элемента сравнения 15 сравнивается с фактической скоростью двигателя ωR. Сигнал рассогласования (ошибки) по скорости Δω=ω*R-ωR с выхода первого элемента сравнения 15 поступает на вход регулятора скорости 4, где из сигнала рассогласования по скорости Δω вырабатывается сигнал заданного значения электромагнитного момента на валу двигателя.The
Сигнал экстремального значения потокосцепления с выхода блока экстремального регулирования 5 поступает на вход вычислителя d - составляющей тока двигателя 7 и на второй вход вычислителя q - составляющей тока двигателя 8, а также на второй вход вычислителя скольжения 11. В вычислителях тока двигателя 7, 8 рассчитываются заданные значения проекций тока статора двигателя на оси d-q вращающейся системы координат, обеспечивающие экстремальную величину потокосцепления по формулам:Flux extreme value signal from the output of the
где Lm - индуктивность намагничивания двигателя.where L m is the magnetizing inductance of the motor.
В устройстве вычисления скольжения 11 рассчитывается скорость скольжения ротора Δω при экстремальном значении потокосцепления и заданном значении электромагнитного момента In the
где RR - активное сопротивление роторной цепи двигателя.where R R is the active resistance of the rotor circuit of the engine.
Второй 16 и третий 17 элементы сравнения вычисляют разности между заданными и фактическими значениями проекций тока статора на оси d и q вращающейся системы координат d-q. Эти сигналы поступают на входы первого 9 и второго 10 регуляторов тока, в которых формируются сигналы заданных значений проекций на вращающуюся систему координат d-q.The second 16 and third 17 comparison elements calculate the difference between the given and actual values of the stator current projections on the d and q axes of the rotating coordinate system dq. These signals are fed to the inputs of the first 9 and second 10 current controllers, in which the signals of the set values of the projections are formed to the rotating coordinate system dq.
С помощью первого преобразователя координат 13 происходит преобразование заданных значений сигналов из вращающейся системы координат d-q в заданные величины напряжений для неподвижной трехфазной системы координат а-b-с. По величине этих сигналов, а также напряжению сети в преобразователе частоты 1 происходит формирование трехфазной системы напряжений UA-UB-UC для асинхронного двигателя 2, удовлетворяющих заданным экстремальным значениям потокосцепления и скорости вращения двигателя With the help of the first coordinate
С помощью второго преобразователя координат 14 происходит преобразование текущих значений токов асинхронного двигателя 2 из трехфазной неподвижной системы координат а-b-с во вращающуюся d-q. На выходе второго преобразователя координат 14 формируются сигналы фактических значений тока двигателя iSd и iSq в проекциях на вращающиеся оси координат d-q, которые сравниваются с их заданными значениями на входе второго 16 и третьего 17 элементов сравнения.With the help of the second coordinate
Для работы преобразователей координат необходимо знать текущее значение угла поворота ϑ между вращающейся (d-q) и неподвижной (а-b-с) системами координат. Сигналы sinϑ и coϑ угла ϑ вычисляются с помощью вычислителя угла потокосцепления 12 и поступают на входы преобразователей координат 13, 14 для выполнения процедуры преобразования координат.For coordinate converters to work, it is necessary to know the current value of the angle of rotation ϑ between the rotating (d-q) and fixed (a-b-c) coordinate systems. The signals sinϑ and coϑ of the angle ϑ are calculated using the flux
Входными сигналами вычислителя угла потокосцепления 12 являются скорость скольжения ротора Δω, рассчитанная в вычислителе скольжения 11, а также текущее значение скорости двигателя ωR, измеренное с помощью датчика скорости 19, установленного на роторе асинхронного двигателя 2. Угол положения потокосцепления ротора ϑ относительно неподвижной системы координат определяется как результат интегрирования входных сигналов:The input signals of the
Сигнал текущего значения скорости двигателя ωR поступает также на второй вход первого элемента сравнения 15, где сравнивается с заданным значением ω*R.The signal of the current value of the engine speed ω R is also supplied to the second input of the
В блоке вычислителя тока статора происходит вычисление текущего значения сигнала тока статора по текущим значениям сигналов проекций этого тока на оси координат d-q по формуле:In the stator current calculator block, the current value of the stator current signal is calculated according to the current values of the projection signals of this current on the coordinate axis dq according to the formula:
В соответствии с формулой (9), возведение во вторую степень сигналов осуществляется с помощью умножителей 26 и 27, а сложение - с помощью сумматора 28, сигнал формируется на выходе вычислителя квадратного корня 29.In accordance with formula (9), raising to the second power of signals carried out using
Текущее значение тока статора iSi определяет величину сигнала потокосцепления ротора ψR(i-1) за предшествующий период времени. Полученное значение потокосцепления характеризует показатель качества регулирования Q(xi-1) системы управления на предыдущем i-1 периоде вычисления.The current value of the stator current i Si determines the value of the rotor flux linkage signal ψ R (i-1) for the previous period of time. The obtained value of the flux linkage characterizes the indicator of the quality of regulation Q(x i-1 ) of the control system in the previous i-1 calculation period.
Сигнал Q(xi-1), пропорциональный току статора двигателя, рассчитывается в блоке вычисления тока статора 6 и поступает на вход блока экстремального регулирования 5, осуществляющего поиск потокосцепления ψR вблизи его экстремальных значений и поддерживает его вблизи этих начений. Поиск осуществляется за счет ступенчатого изменения сигнала на выходе блока экстремального регулирования на величину Δψ как в сторону увеличения, так и уменьшения.The signal Q(x i-1 ), proportional to the motor stator current, is calculated in the stator
Алгоритм поиска экстремального значения заключается в следующем: при уменьшении тока статора iS двигателя сохраняется приращение потокосцепления ΔψR, выбранное на предыдущем шаге вычисления, а при увеличении iS приращение -ΔψR выбирается с противоположным знаком.Extreme value search algorithm is as follows: when the stator current i S of the motor decreases, the flux linkage increment Δψ R selected at the previous calculation step is preserved, and when i S increases, the increment -Δψ R is selected with the opposite sign.
В процессе регулирования диапазон возможных значений тока статора iS отличается от экстремального на заданную величину зоны нечувствительности δ и находится в диапазоне значений от In the process of regulation, the range of possible values of the stator current i S differs from the extreme by a given value of the dead zone δ and is in the range of values from
Сигнал Q(xi-1), пропорциональный току статора двигателя iS, поступает в блок экстремального регулирования 5 на вход линии задержки 20 и на первый вход четвертого элемента сравнения 22. В блоке задержки 20 сигнал Q(xi-1) сохраняется на весь период времени Т, а на следующем периоде вычисления принимает значение Q(xi-2), которое поступает на вход пятого элемента сравнения 23. Четвертый элемент сравнения 22 выполняет сравнение сигналов Q(xi-1) и Q(xi-2), разность которых определяет величину приращения тока статора ΔQi-1 на i-1 интервале (периоде) вычисления.The signal Q(x i-1 ), proportional to the motor stator current i S , is supplied to the
Пятый элемент сравнения 23 производит вычисление разности сигналов:The
Если полученная разность z меньше величины зоны нечувствительности δ, задаваемой блоком задатчика зоны нечувствительности 21 экстремального регулятора 5, то величина тока статора двигателя находится в заданном диапазоне экстремальных значений Принцип работы экстремального регулирования основан на том, что после попадания значения тока статора двигателя в зону нечувствительности δ блок экстремального регулирования 5 поддерживает его значение в этом диапазоне, т.е. поисковая система начинает циклическое движение в области экстремальных значений тока статора двигателя If the resulting difference z is less than the value of the dead zone δ, set by the dead
Разностный сигнал z поступает на вход сигнум-реле 24, где анализируется его значение. Выходной сигнал сигнум-реле принимает одно из двух возможных значений (+1 или -1), которые формируются в зависимости от величины разности z в соответствии с выражением:The difference signal z is input to the
При значении sign z=+1 на i -м шаге поиска выбирается тоже значение приращения величины потокосцепления ΔψR (направление поиска), что и на предыдущем (i-1)-м шаге, а при значении sign z=-1 на i-м шаге поиска выбирается противоположное по знаку приращение потокосцепления -ΔψR.When the value sgn z=+1 at the i-th step of the search, the same value of the increment of the value of the flux linkage Δψ R (search direction) is selected as at the previous (i-1)-th step, and at the value sgn z=-1 at the i- In the search step, the flux linkage increment opposite in sign -Δψ R is selected.
Сигнал с выхода сигнум-реле 24 поступает на вход блока управления потокосцеплением 25, в котором происходит формирование сигнала управлением потокосцеплением ±Δψупр(i) на i-м шаге управления в зависимости от знака сигнала signz. В случае, если sign z=+1 приращение сигнала потокосцепления ΔψR не изменяется по сравнению с предыдущим (i-1)-м шагом поиска, если же signz=-1, то приращение сигнала потокосцепления -ΔψR выбирается с противоположным знаком.The signal from the output of the
Управление каналом потокосцепления осуществляется в соответствии с алгоритмом:The flow linkage channel is controlled in accordance with the following algorithm:
Таким образом, устройство экстремального управления асинхронного двигателя обеспечивает экстремально низкие значения тока двигателя в диапазоне значений от в соответствии с экстремальными значениями потокосцепления Thus, the device for extreme control of an asynchronous motor provides extremely low values of the motor current in the range of values from according to flux linkage extremes
На фиг. 2 представлены результаты математического моделирования устройства экстремального управления асинхронного двигателя АНЭ 225 L4 мощностью 55 кВт при электромагнитном моменте Мem=60 Н⋅м. Устройство выполняет пошаговое изменение величины потокосцепления ротора ψR. В соответствии с изменением ψR происходит уменьшение тока статора IS до экстремально низкого значения IS=38,06 А. При t>50 с происходит стабилизация работы устройства управления, после которого значение потокосцепления поддерживается на уровне оптимального значении определяемое сигналом экстремального регулятора.In FIG. 2 shows the results of mathematical modeling of the extreme control device for an asynchronous motor ANE 225 L4 with a power of 55 kW at an electromagnetic moment Mem=60 N⋅m. The device performs a step-by-step change in the value of the rotor flux linkage ψR. In accordance with the change in ψR there is a decrease in stator current IS to extremely low IS\u003d 38.06 A. At t> 50 s, the operation of the control device stabilizes, after which the value of the flux linkage is maintained at the level of the optimal value determined by the signal extreme controller.
Результаты математического моделирования показывают, что использование заявляемого устройства уменьшает ток статора асинхронного двигателя, одновременно с этим повышается коэффициент полезного действия.The results of mathematical modeling show that the use of the proposed device reduces the stator current of the induction motor, while at the same time increasing the efficiency.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021121608A RU2766907C1 (en) | 2021-07-20 | 2021-07-20 | Asynchronous motor extreme control device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021121608A RU2766907C1 (en) | 2021-07-20 | 2021-07-20 | Asynchronous motor extreme control device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2766907C1 true RU2766907C1 (en) | 2022-03-16 |
Family
ID=80736912
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021121608A RU2766907C1 (en) | 2021-07-20 | 2021-07-20 | Asynchronous motor extreme control device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2766907C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2819147C1 (en) * | 2023-01-10 | 2024-05-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Induction motor control device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2254666C1 (en) * | 2004-01-26 | 2005-06-20 | Липецкий Государственный Технический Университет (Лгту) | Alternating-current drive |
RU2447573C1 (en) * | 2010-11-02 | 2012-04-10 | Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ГОУ ВПО ЛГТУ) | Alternating current electric drive |
CN102594250A (en) * | 2012-02-17 | 2012-07-18 | 哈尔滨工业大学 | Maximum torque per ampere vector control system and control method for position sensor-free internal permanent magnet synchronous motor |
RU2459345C2 (en) * | 2010-10-07 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Method of vector control of induction motor torque and device for its realisation |
-
2021
- 2021-07-20 RU RU2021121608A patent/RU2766907C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2254666C1 (en) * | 2004-01-26 | 2005-06-20 | Липецкий Государственный Технический Университет (Лгту) | Alternating-current drive |
RU2459345C2 (en) * | 2010-10-07 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Method of vector control of induction motor torque and device for its realisation |
RU2447573C1 (en) * | 2010-11-02 | 2012-04-10 | Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ГОУ ВПО ЛГТУ) | Alternating current electric drive |
CN102594250A (en) * | 2012-02-17 | 2012-07-18 | 哈尔滨工业大学 | Maximum torque per ampere vector control system and control method for position sensor-free internal permanent magnet synchronous motor |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2819147C1 (en) * | 2023-01-10 | 2024-05-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Induction motor control device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103931096B (en) | Method and system with function of temperature compensation control motor | |
JP3226253B2 (en) | Control device for permanent magnet synchronous motor | |
EP2678937B1 (en) | Method and system for controlling an electric motor with variable switching frequency at variable operating speeds | |
US6639377B2 (en) | Driving device for synchronous motor | |
JP2004048868A (en) | Speed controller for synchronous motor | |
CN109600085B (en) | Permanent magnet synchronous motor direct prediction duty ratio control method based on variable control set | |
Peter et al. | A simplified DTC-SVPWM scheme for induction motor drives using a single PI controller | |
CN103427738A (en) | Optimal predictive direct power control method of doubly fed induction generator | |
US9369078B2 (en) | Method of current reference generation for a motor | |
CN112953329B (en) | Copper consumption minimum control system and method for non-salient pole type hybrid excitation motor | |
RU2396696C2 (en) | Alternating current drive | |
US6121748A (en) | Method and apparatus for controlling an induction motor | |
RU2313895C1 (en) | Alternating current motor | |
RU2766907C1 (en) | Asynchronous motor extreme control device | |
CN104779878B (en) | Realize the induction machine full speed degree domain current distribution method of torque and efficiency optimization | |
RU180979U1 (en) | AC ELECTRIC DRIVE | |
CN104901598A (en) | Motor drive device, motor drive method and motor | |
RU2819147C1 (en) | Induction motor control device | |
Ammar et al. | Implementation of sliding mode based-direct flux and torque control for induction motor drive with efficiency optimization | |
RU2528612C2 (en) | Alternating current electric drive | |
Sergaki | Motor flux minimization controller based on fuzzy logic control for DTC AC drives | |
CN110224653B (en) | Novel direct torque control method for three-phase asynchronous motor | |
RU2254666C1 (en) | Alternating-current drive | |
RU2625720C1 (en) | Device for controlling double-fed motor | |
CN104901593A (en) | Motor drive device, motor drive method and motor |