SU1064411A1 - Устройство дл регулировани скорости асинхронного двигател - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащее блок задани  скорости, регул тор скорости, элемент сравнени  , формирователь амплитуды тока, статора, формирователь скольжени , блок коррекции фазы -тока статора, два сумматора, два генератора импульсов и преобразователь частоты с входами управлени  амплитудой и частотой тока статора, выходы которого подключены к статорным обмоткам асинхронного двигател , на валу которого установлен датчик скорости вращени , подключенный к первому входу элемента сравнени  и к первому входу первого сумматора, при этом выход блока задани  скорости подключен к второму входу элемента сравнени , выход которого соединен с входом регул тора скорости, подключенного выходом к входам формировател  амплитуды тока статора,, формировател  скольжени  и блока коррекции фазы тока статора, выход : формировател  амплитуды тока стато.- ра подключен к входу управлени  амплитудой тока статора преобразовател  частоты, выход формировател  скольжени  подключен кВторому входу первого суг.1матора, выход которого соединен с первым генератором импульсов, подключенным выходом к первому входу второго сумматора, выход блока коррекции фазы тока статора соединен с вторьи. генератором импульсов, подключенным к второму входу второго сумматора, выход которого.подключён к входу управлени  частотой преобразовател  частоты , отличающеес  .тем, что, с целью повышени  точности регулировани  скорости, в него введены блок определени  направлени  вращени  вектора тока статора, выполненный в виде релейного элемента, (Л блок определени  направлени  сдвига фазы вектора тока статора, выполненн .ый в виде релейного элемента, и третий сумматор, а преобразователь частоты снабжен входом управлени  направлением вращени  вектора тока статора, при этом вход блока определени  направлени  вращени  вектора тока статора подключен к о выходу первого сумматора, а выход к первому входу третьего сумматора, вход блока определени  направлени  li{ сдвига фазы вектора тока статора ;-, подключен к выходу блока коррёкции фазы тока статора, а выход - к второму входу Фретьего сумматора, выход которого подключен к входу управлени  направлением вращени  вектора тока статора преобразовател  частоты.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к регулируемом электроприводу, и может быть исполь зовано дл  прецизионного асинхронно го электропривода с глубоким диапазоном регулировани  скорости и в ел л щих электроприводах переменного тока дл  отработки: перемещени  рабо чих органов промышленных роботов, станков и других машин и механизмов с повышенными требовани  к надежнос ти исполнительных электродвигателей к точности регулировани  скорости и процессов отслеживани  управл ющих воздействий. Известно устройство дл  регулировани  скорости асинхронного двигател  , содержащее блок задани  скорости , регул тор скорости, элемент сравнени , формирователь амплитуды тока статора,формиователь скольжени  , сумматор и силовой преобразователь тска, выходы которого подключены к статорным обмоткам асинхгч ронного двигател , на валу которого установлен датчик скорости вращени  , подключенный к перво входу элемента сравнени  и к первому входу сумматора, при этом выход блока задани  скорости подключен к второму входу элемента сравнени ,выход которого соединен с входом регул тора скорости, подключенного выходом к Входам формировател  амплитуды тока статора, и формировател  скольже НИН, выход формировател  скольжени  подключен к второму входу сумматора , выход которого и выход формировател  амплитуды тока статора подключены соответственно к входам управлени  частоты и амплитуды тока статора силового преобразовател  тока tl. Недостатком данного устройства  вл етс  невысока  точность регулировани  скорости из-за отсутстви  коррекции по фазе вектора тока статора . Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  регулировани  скорости асинхронного двигател , содер сащее блок задани  скорости , регул тор скорости, элемент сравнени , формирователь амплитуды тока статора, формирователь скольжени , блок коррекции фазы тока статора ., два сумматора, преобразователь частоты с входами управлени  амплитудой и частотой тока статора, выходы которого подключены к статорным обмоткам асинхронного двигател , на валу которого установлен датчик скорости вращений, подключенный к пер-. вому входу элемента сравнени  и к первому входу первого сумматора, выход блока задани  скорости подключен к второму входу элемента сравнени , выход которого соединен с входом регул тора скорости, подключенного выходом- к входам формировател  ампли туды тока статора, формировател , скольжени  и блока коррекции фазы тока статора, при этом выход фор 1ировател  амплитуды -тока статора подключен к входу управлени  амплитудой тока статора преобразовател  частоты , выход формировател  скольжени  подключен к второму входу первого сумматора, выход блока коррекции фазы статора подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход подключен к. входу управлени  частотой преобразовател  частотыС2 ;. Недостатком известного устройства  вл етс  невысока  точность регулировани  скорости из-за недостаточг ного быстродействи  по цепи коррекции фазы вектора тока статора асинхронного двигател . Цель изобретени  - повышение точности регулировани  скорости асинхронного двигател  за счет введени  быстродействующей коррекции фазы вектора тока статора. Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  регулировани  скорости асинхронного двигател , содержащее блок задани  скорости, регул тор скорости, элемент сравнени ,- формирователь амплитуды тока .статора, формирователь скольжени , блок коррекции фазы тока статора, два сумматора, два генератора импульсов и преобразователь частоты с входами управлени  амплитудой и частотой тока статора, выходы которого подключены к статорным обмоткам асинхронного двигател , на валу которого установлен датчик скорости вращени , подключенный к первому входу элемента сравнени  и к первому входу первого сумматора, при этом выход блока задани  скорости подключен к второму входу элемента сравнени , выход которого соединен с входом регул тора скорости, подключенного выходом К- входам формировател  амплитуды тока статора, формировател  скольжени  и блока коррекции фазы тока статора, выход формировател  амплитуды тока статора подключен к входу управлени  амплитудой тока статора преобразовател  частоты, выход формировател  скольжени  подключен к второму входу первого сумматора, выход которого соединен с первым генератором импульсов, подключенным выходом к первому входу второго сумматора, выход блока коррекций фазы тока статора Соединен с вторым генератором импульсов, подключенным выходом к второму вхоу второго сумматора, выход которого подключен к входу .управлени  часто-.

ТОЙ преобразовател  частоты, введены блок определени  направлени  вращени  вектора тока статора, выполненный в виде релейного элемента блок определени  направлени  сдвига фазы вектора тока статора, выполненный в виде релейного -элемента, и третий сумматор, а преобразователь частоты снабжен входом упраэлени  направлением вращени  вектора тока статора, при этом вход блока определени  направлени  вргицени  вектора тока статора подключен к выходу первого сумматора, а выход - к первому входу третьего сумматора, вход блока определени  направлени  сдвигу фазы вектора тока статора подключен к выходу блока коррекции фазы тока статора, а выход - к второму входу третьего сумматора, выход которого подключен к входу управлени  направлением вращени  вектора тока статора преобразовател  частоты . .

На фиг.,1 представлена структурна  схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - векторна  диаграмма, по сн юща  его работу. ,.

Устройство содержит блок 1 задани  скорости (фиг. 1J , регул тор 2 скорости, элемент 3 сравнени , формирователь 4 амплитуды тока статора формирователь 5 скольжени , блок б коррекции фазы тока статора, сумматоры 7 и 8, генераторы 9 и 10 импульсов , преобразователь 11 частоты с входом 12 управлени  амплитудой тока статора и с входом 13 управлени  частотой тока статора. Выходы преобразовател  11 частоты подключены к статорным обмоткам асинхронного двигател  .14, на валу которого установлен датчик 15 скорости вращени , подключенный к первому входу элемента 3 сравнени  и к первому входу первого сумматора 7. Выход бл ка 1 задани  скорости подключен к второму входу элемента 3 сравнени  выход которого соединен с входом регул тора 2 скорости, подключенного выходом квходам формировател  4 амплитуддл тока статора, формировател  5 скольжени  и блока 6 коррекции фазы-.тока статора.

Выход формировател  4 амплитуды тока статора подключен к входу 12 управлени  амплитудой тока статора преобразовател  11 частогы. Выход формировател  5 скольжени  подключе к второму входу первого сумматора 7, выход которого соединен с первым генератором 9 импульсов, подключенным выходом к первому входу второго сумматора 8. Выход«блока 6 коррекции фазы тока статора соединен с вторым генератором 10 и.мпульсов, подключенным выходом к второму входу второго сумматора 8, выход которого подключен к входу 13 управлени  частотойпреобразовател  11 час:ТОТЫ .

В устройство введены блок 16 определени  направлени  вращени  вектора тока статора, выполненный в виде релейного элемента, блок 17 определени  направлени  сдвига фазы вектора тока статора, выполненный в

0 виде релейного элемента, и третий сумматор 18, а преобразователь 11 частоты снабжен входбм 19 управлени  направлением вращени  вектора тока статора. Вход блока 16 определени 

5 направлени  вращени  вектора статора подключен к выходу первого сумматора 7, а выход т к первому входу третьего сумматора 18. Вход блока 17 определени  направлени  сдвига

0 фазь вектора тока статора подключен к выходу блока б.коррекции фазы тока статора, а выход - к второму входу третьего сумматора 18, выход ко-, торого подключен к входу 19 управ5 лени  направлением вращени  вектора тока статора преобразовател  11 частоты.

На фиг. 1 и 2 прин ты следующие обозначени : х, у - оси ортогональ0 ной системы координат, вращающейс  синхронно с вектором потокосцеплени  ротора; Vp - вектор потокосцеплени  ротора; .Lg- вектор тока ста Topa; .ig - проекци  вектора тока

5 статора на ось у, совпадающую с направлением вектора потокосцеплени  ротора; - проекци  вектора тока статора на ось х, ортогональную вектору потокосцеплени  ротора; Ш| - углова  скорости вреицени  сис0 темы координат относительно неподвижной оси статора; Ei - угол между вектором тока статора и вектором потокосцеплени  ротора; Sg уголвектора тока статора относительно

5 неподвижной оси статора; f - угол вектора потокосцеплени  ротора относительно оси вращающегос  ротора;

Vg - угол век.тора потокосцеплени  . относительно неподвижной оси стато0 ра; Д - угол оси ротора относительно неподвижной оси статора ;ia€t,- приращение угла вектора тока статора относительно вектора потокосцеплени  ротора;.и - сигнал задани  скорос5 ти; U|jj- сигнал действительной скорости; сигнал задани  момента; Ujg- сигнал задани  .модул  вектора тока статора; сигнал задани  угла межлу вектором тока статора

0 и вектором потокосцеплени . ротора; лсог сигнал задани  скольжени  относительно ротора; Sf п lUg - сигнал ,знака {направлени ) синхронного пе-г ремещени  векторов тока статора и по5 токосцеплени  ротора относительно йЕЧ неподвижной оси статора; . сигнал знака (.направлени (асинхрон . го перемещени  вектора тока статора относительно вектора потокосцеп лени  ротора; .ш,- сигнал знака (направление ) перемещени  вектора тока статора относительно неподвиж ной оси статора; 1дд ,tgg , i, - мг венные-фазные токи- статора асинхро ного двигател . Устройство работает следующим образом. Дл  безынерционного управлени  моментом асинхронного двигател  14 пропорционально выходному воздействию моментного контура, получаемому с выхода регул тора 2 скорости, ввод т автономный канал управлени  . и J paктичecки безынерционно осущест вл ют фаговый сдвиг t/igj., вектора тока статора ; 2 относительно вектора пото косцеплени  ротора V , как показано на 4щг. 2, согласно уравнению f pi:r rs5 c Я& . , 2р-..,2,..., L, 1..L.; Так,как изменение модул  и углов го положени  вектора потокосцеплени  ротора происходит с большой инерционностью, то дл  безынерционного управлени  моментом необходимо либо, поддерживать посто нным угол EI , обеспечить безынерционное управление модулем вектора тока статора , -либо одновременно с изменение модул  i5 или его поддержанием на определенном уровне обеспечить безынерционно управл емое, в том .числе и скачкообразное, изменение угла Eg). Св зь между изменени ми параметров вектора тока статора i , ёс/ определ ют законом регулировани  из услови  оптимизации энергетических показателей электропривода и ввод т закон регулировани , выраженный, например, функцией 4 Р(лл) , в блоки нелинейного преобразовани  сигнала задани  момента таким образом, чтобы выполн лось условие безынерционного и линейного управлени  моментом двигател  согласно уравнению ,, (2, Согласно векторной диаграмме (фиг. 2 ) фазовый угол вектора тока . статора относительно неподвижной оси статора неподвижной оси статора . равен алгебраической сумме углов Р E+lf -t-g г+Ц +Л+е (31 - д- ( - --1 I - I При. ЭТОМ угол между векторами Т Ч определ етс  уравнением ЕЧ,--С.ГСЧГ Sjf Ортогональные составл ющие вектора тока - статора определ ютс  в функ- ции -сигнала задани  момента- исход из .вь1бранного закона регулировани , согласно уравнени м )-CJbiJk . PL. В св зи с чем требуемый угол Ei д т в фун.кции сигнала задани  момента . Дл  исключени  информации о действительных параметрах в ектора потокосдеплени  ротора Vf , принимают заранее выбранный закон изменени  или поддержани  на определенном уровне модул  вектора потокосцеплени  ротора VP и определ ют скольжение вектора потокосцеплени  ротора относительно оси ротора uWf, j( . С (JJ - ш согласно уравнению dt ( 4 туДл  исключени  информации о действительном положении ротора (угол Д) .суммарный сигнал задани  скольГгсени , определ емый согласно уравнени м {61 - (7) в функции сигнала задани  момента при заданном законе ребГулировани  и сигнала действительной скорости си , преобразуют в непрерывную последовательность стробированных импульсов синхронного вращени  векторов Фр , Т. . Частота импульсов пропорциональна сумме сигналов uu)j,, ии .лл U,- U;,.U;.r,, (в, а стробирующий импульс соответствует знаку сигнала Wg . Полученные импульсы поступают на пересчетную схему, кодируютс  и подаютс  на входы цифро-аналоговых преобразователей, с выходов которых получают ступенчато- синусоидальный трехфазный сигнал задани  мгновенных фазных токов, отрабатываемый быстродействующим импульсным преобразователем тока, в св зи с чем цифро-аналоговое преобразование импульсов синхронного перемещени  (вращени ) векторов ig , Фр обеспечивает дискретное преобразование скоростей вращени  (уравнение 8J в соответствующие им углы. % ± t Л 9) Дл  повышени  быстродействи  и точности управлени  скоростью и моментом преобразуют сигнал задани  угла,€1 в стробированные импульсы

асинхронного перемещени  вектора ig относительно , в направлении, соответствующему знаку производной этоtJEu , го угла ---Д- , при этом стробирующий импульс на каждой дискрете соответствует зйаку производной (приращени  ) угла +лёц) на этой дискрете . Согласно уравнению (1)знак

61

производной однозначно определ ет знак приращени  момента.

Последовательность преобразовани  сигналов согласно приведенным аналитическим выражени м по сн етс  Схемой на фиг. 1. Сигнал рассогласова-. ни  заданной и действительной скорости U -Uijy подаетс  на вход регул тора 2 скорости с пропорционально-интегральным законом регулировани . С выхода регул тора 2 скорости сигнал и задани  момента двигател  поступает на вход формировател  4 амплитуды.тоха статора, на выходе которого получают сигнал U,-g нелинейным преобразованием сигнала задани  момента U/y

и- l)u +и

(и«)

Ь I s:/

5Л

Сигнал С/дд также поступает на вход блока б коррекции фазы тока статора (относительно вектора потокосцеплени  ротора ) и на вход формировател  5 скольжени , в которых сигнал нелинейно преобразуетс  согласно уравнени м (4 - 7 К

Сигнал задани  угла ( с выхода блока 6 подаетс  на вход генератора 10 импульсов и на вход блока 17 определени  направлени  сдвига фазы вектора тока статора.

В соответствии с изменением сигнала Ugi на выходе генератора 10 импульсов образуетс  последовательность импульсов, число которых строto ограничено величиной изменени  сигнала.-лUgi. На выходе блока 17.. образуетс  сигнал 1 или О в зависимости от знака изменени  сигнала Частота импульсов на выходе генератора 10 имдульсоь. посто нна и находитс  в мегагерцовой зоне, в св зи с чем число-импульсна  отработка изменени  сигнала4ир1;происходит за несколько микросекунд, что позвол ет практически мгновенно сдвигать по фазе сигнал задани  мгновенных фазных токов статора на угол , необходимый дл  скачка момента согласно уравнению (1).

Поступающий с выхода формировател  5 скольжени  сигнал CJKOЛьжeни  вектора потокосцеплени  ротс ра. Vp относительно ротора (J суммируетс  с сигналом действительной скорое-, ти ротора и их сумма.поступает на

вход генератора 9 импульсов и на вход блока 16 определени  направлени  вращени  вектора тока статора, с выхода которых поступает импульсна  информаци  об угле и направ5 лении синхронного вращени  siij-n о) . С выхода генератора 9 импульсов сни маетс  непрерывна  последовательность импульсов, дискретно перемещающих сигнал задани  вектора тока

0 статора синхронно с дискретным изменением фазового угла вектора потокосцёплени  ротора относительно оси статора Vg(t). С выхода блока 16 поступает сигнал 1 или ,0 в за5 висимости от пол рности суммы сигналов , что дл  каждого импульса с выхода генератора 9 импульсов определ ет направление сдвига фазового угла Ч на каждой дискрете.

0 Частота импульсов с выхода генератора 9 иг.1пульсов примерно на два пор дка ниже частоты импульсов с выхода генератора 10 импульсов, что, обеспечивает отработку число-импульс

5 ной динамической коррекции по углу ёц)(1 (асинхронное перемещение) за весьма малый промежуток синхронного перемещени  (за один-четыре периода импульсов синхронного перемещени  - с выхода генератора 9 импулвсовА

0 Импульсы с выходов генераторов 9 и 10 импульсов поступают на сумматор 8, на выходе которого образуетс  последовательность импульсов дискретного перемещени  вектора то5 ка статора на фазовый (1)согласно уравнению (3).

На вход сумматора 18 поступают сигналы 1 или О направлени  асинхронного (с выхода блока 17/ и

0 синхронного (с выхода блока 16 перемещени  вектора тока статора относительно потокосцеплени  ротора, причем логика сумматора 18 строитс  таким образом, что каждому импульсу

5 с выхода сумматора 8 соответствует знак 1 или О на выходе сумматора 18, который определ етс  б юком 17, если этот импульс на выходе сумматора 8  вл етс  импульсом асинхQ ронного перемещени . В промежутках между импульсами асинхронного переме щени  или при их отсутствии (в статике ) сигнал на выходе сумматора 18

г2 Р 5t(rn-- определ етс  сигналом 1

cl-t

5

или О с выхода блока 16, т.е. соответствует направлению синхронного перемещени . С помощью выходного сиг нала сумматора 18 создаетс  быстродействующа  коррекци  перемещени 

0 вектора тока статора в обратном направлении относительно синхронного перемещени  при необходимости сброса момента двигател .

Быстродействующий преобразователь

5 частоты (преобразователь 11 тока )

Claims (1)

1. (.54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащее блок задания скорости, регулятор скорости, элемент сравнения , формирователь амплитуды тока, статора, формирователь скольжения, блок коррекции фазы -тока статора, два сумматора, два генератора импульсов и преобразователь частоты с входами управления амплитудой и частотой тока статора, выходы которого подключены к статорным обмоткам асинхронного двигателя, на валу которого установлен датчик скорости вращения, подключенный к первому входу элемента сравнения и к первому входу первого сумматора, при этом выход блока задания скорости подключен к второму входу элемента сравнения, выход которого соединен с входом регулятора скорости, подключенного выходом к входам формирователя амплитуды тока статора,, формирователя скольжения и блока . коррекции фазы тока статора, выход , формирователя амплитуды тока стато.-₄ ра подключен к входу управления амплитудой тока статора преобразо вателя частоты, выход формирователя скольжения подключен к /второму входу первого сумматора, выход которого соединен с первым генератором импульсов, подключенным выходом к первому входу второго сумматора, выход блока коррекции фазы тока статора соединен с вторым генератором импульсов, подключенным к второму входу второго сумматора, выход которого'подключён к входу управления частотой преобразователя часто ты, отличающееся .тем, что, с целью повышения точности регулирования скорости, в него введены блок определения направления вращения вектора тока статора, выпол- § ненный в виде релейного элемента, блок определения направления сдвига фазы вектора тока статора, выполненный в виде релейного элемента, и третий сумматор, а преобразователь частоты снабжен входом управления направлением вращения вектора тока статора, при этом вход блока определения направления вращения вектора тока статора подключен к выходу первого сумматора, а выход 'к первому входу третьего сумматора, вход блока определения направления сдвига фазы вектора тока статора,;, подключен к выходу блока коррекции фазы тока статора, а выход - к второму входу Третьего сумматора, выход которого подключен к входу управлеSU ,„1064411 ния направлением вращения вектора тока статора преобразователя частоты.