SU1525583A1

SU1525583A1 - Устройство дл определени скольжени асинхронного двигател

Info

Publication number: SU1525583A1
Application number: SU884369616A
Authority: SU
Inventors: Вилий Лукич Соседка; Людмила Федоровна Коломойцева; Давид Исаакович Пружанский; Владимир Борисович Верник
Original assignee: Днепропетровский горный институт им.Артема
Priority date: 1988-02-01
Filing date: 1988-02-01
Publication date: 1989-11-30

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике, а именно к системам управлени частотнорегулируемых электроприводов, и может быть использовано дл определени скольжени асинхронного двигател . Целью изобретени вл етс повышение точности. В устройство дл определени скольжени введены блоки 19, 20 определени действительной и мнимой составл ющих тока, блок 21 преобразовани координат тока, два блока 22, 23 умножени , дифференцирующий блок 24, дополнительный масштабный усилитель 25 и дополнительный вычитатель 26, что обеспечивает возможность более точного определени скольжени не только в стационарных режимах, но и в переходных при измен ющемс модуле тока статора, на основе анализа электромагнитных процессов в двигателе и без применени таходатчика. 3 ил.

Description

Изобретение относитс к электротехнике и системам управлени частотно-регулируемых электроприводов, и может быть использовано дл определе- ни скольжени асинхронного двигатели на основе анализа электромагнитных процессов.

Цель изобретени - повышение точности определени скольжени асинх- ронного двигател .

На фиг.1 представлена функциональна схема устройства дл определени скольжени асинхронного двигател ; на фиг.2 и 3 - векторна диаграмма двигател .

Устройство дл определени скольжени асинхронного двигател содержит блок 1 датчиков фазных токов, блок 2 датчиков фазных напр жений, блоки 3 и ч определени действительной и мнимой составл ющих напр жени , нуль- орган 5, управл емый ключ 6, блок 7 преобразовани координат напр жени с трем входами и двум выходами, че- тыре вычитател 8-11, два блока 12 и 13 делени , два преобразовател 1 и 15, реализующие функцию арктангенса , и три масштабных усилител 16-18.

Два выхода блока 1 датчиков фазных токов подключены к входам нуль-органа 5, соединенного выходом с управл ющим входом управл емого ключа 6. Первый коммутируемый вывод ключа 6 предназначен дл подачи управл ющих импульсов , а второй подключен к первому входу блока 7 преобразовани координат напр жени , второй вход которого соединен с выходом блока 3 определени действительной составл ющей нап- р жени , а третий вход - с выходом блока k определени мнимой составл ющей напр жени . Входы блока пофазно объединены с соответствующими входами блока 3 и подключены к первым доум выходам блока 2 датчиков фазных напр жений , третий выход которого соединен с соответствующим входом блока 3 определени действительной составл ющей напр жени .

Входы масштабных усилителей l6-l8 объединены между собой. Первый выход блока 7 преобразовани координат напр жени соединен с первым входом вы- читател 8, второй вход которого сое- динен с выходом масштабного усилител 1б.

Второй выход блока 7 преобразовани координат напр жени соединен с

первыми входами вычитателей 9 и 10, выходы которых подключены к первым входам блоков 12 и 13 делени соответственно . Выходы последних подключены соответственно через преобразователи 14 и 15, реагирующие функцию арктангенса, к входам вычитател 11, выход которого образует выход устройства .

В устройство дл определени скольжени введены блоки 19 и 20 определени действительной и мнимой составл ющих тока, блок 21 преобразовани координат тока с трем входами два блока 22 и 23 умножени , дифференцирующий блок 2, четвертый масштабный усилитель 25 и п тый вычита- тель 26.

Входы блоков 19 и 20 пофазно объединены между собой и подключены к первым двум выходам блока 1 датчико фазных токов, третий выход которого подключен к соответствующему входу блока 19 определени действительной составл ющей тока.

Первый вход блока 21 преобразовани координат тока объединен с первыми входами блоков 22 и 23 умножени и подключен к второму коммутируемому выводу управл емого ключа 6. Второй и третий входы блока 21 преобразовани координат тока подключены соответственно к выходам блоков 19 и 20 определени действительной и мнимой составл ющих тока, а выход блока 21 соединен с объединенными входами масштабных усилителей l6-l8 и входом дифференцирующего блока 2, подключенного выходом к входу масштабного усилител 25.

Вторые входы блоков 22 и 23 умножени подключены соответственно к выходам масштабных усилителей 17 и 18, а выходы - соответственно к вторым входам вычитателей 9 и 10.

Выход вычитател 8 подключен к первому входу вычитател 26, соединенного вторым входом с выходом масштабного усилител 25, а выход вычитател 26 соединен с вторыми входами блоков 12 и 13 делени .

В блоке 7 преобразовани координа напр жени из последовательности импульсов f, вырабатываемой системой управлени частотно-регулируемым приводом дл регулировани частотой инвертора (импульсы поступают на вход ключа), синтезируютс гармонические

51

функции и осуществл етс переход измеренных составл ющих напр жени статора во Езращающуюс систему координат , действительна ось которой совпадает с вектором тока статора.

Блок 21 преобразовани координат тока из той же последовательности импульсов f синтезирует те же гармонические функции и осуществл ет переход составл ющих тока статора во вращающуюс систему координат.

На фиг.2 изображена векторна диаграмма асинхронного двигател дл стационарного режима, когда результи- рующий вектор тока совпадает с Действительной осью, а на фиг.З - та же векторна диаграмма, но дл нестационарного режима.

Векторна диаграмма дл стационарного режима построена на основании следующей системы уравнений:

О IR+jun--;

О fR+jwVo-t-jwL J;

(1) (2)

IR + jwi -V/jt Lli. ь

(3)

Дл нестационарного режима эти же системы уравнений имеют следующий вид:

О 1К 4. ;(4)

+ ju)( V + L/I)(,/F) ; (5)

(.;T) tjj-(.;i),(6)

где r,,,,,.,,,/, - индук ивность воздушного зазора, ротора, рассе ни , статора и переходна индуктивность статорл соответственно; , V,, С , потокосцепление воздушного зазора, ротс)|)-:з и статора соответственно .

Использу векторную д.ктграмму на фиг.2 и систему управлений (1)-(3), можно определить сколькение как величину , пропорциональную углу / i дл стационарного режима. Однако в перепо заранее измеренным параметрам

ходных режимах скольжение более точно 50 двигател (активному сопротивлению R

индуктивности рассе ни L,, переходной индуктивности статора L и скоробудет определ тьс по системе уравнений ()-(б).

Дл этого следует определить две составл ющие ЭДС: ЭДС вращени , определ емую составл ющей {ич , и трансфор- , маторную ЭДС, определ емую составл ющей dv/(it . Реша уравнени (5) и (6) относительно этих составл ющих, получим:

dl, сти изменени тока -:-) определить

падение напр жени на соответствующих сопротивлени х двигател ;

подставить полученные значени напр жений в формулу (13) и определить скольжение.

j(.,v,u--iR- JwL,, (7)

( ,V.)0-IR- L i-L ,fi. (8)

Дл момента времени, когда результирующий вектор тока совпадает с действительной осью в выражени х (7) и (8) , перейдем к проекци м на координатные оси.

Re(,V,U,-I, Im( ja)(,))L,5l;

Re

L,

dvi.

dT

(Mv -bu -iR-i.;,

f d dt

LO , , ч ., ,T I т

( j u,v, +) и,-шТ., I,

(9)

(10) (11) (12)

5

0

где Uj,lK - проекци вектора напр жени на координатные оси дл момента времени, когда результирующий вектор тока совпадает с действительной осью.

На основании системы уравнений (9) - (12) и векторной диаграммы на фиг.З получаем выражение дл определени скольжени :

UqO -U) L,;

S g

и.

-iR-i;

isdt

- arctg

ьч.

u..-iR-Ч

(13)

Дл реализации (13) необходимо:

определить момент времени, когда резулыирующий вектор тока совпадает с действительной осью, т.е. займет положение, изображенное на векторной диаграмме;

перейти в этот момент к вращающейс системе координат и дл этого момента определить проекции вектора напр жени на действительную Uj и мнимую I Q

во вращающейс системе координат определить производную тока;

по заранее измеренным параметрам

двигател (активному сопротивлению R

dl, сти изменени тока -:-) определить

Устройство дл определени скольжени асинхронного двигател работает следующим образом.

По шинам А, В, С напр жение подаетс к асинхронному двигателю. Фазные токи измер ютс блоком 1, а фазные напр жени - блоком 2.

Сигналы с выходов блока 2 подаютс в блок 3 определени действительной составл ющей напр жени и в блок определени мнимой составл ющей напр жени .

В блоке 3 по фазным напр жени м фаз А, В и С формируетс сигнал и,, а в блоке 4 по фазным напр жени м фаз В и С - сигнал U (проекци результирующего вектора тока на мнимую ось). Выходные сигналы блока 1 фаз В и С подаютс на нуль-орган 5 и блок 20 дл определени мнимой составл ющей тока la (проекции результирующего вектора тока на мнимую ось), л выходные сигналы блока 1 фаз А, F- и Г подаютс на блок 19 дл определс ни действительной составл ющей тока L (проекции результирующего вектора тока на действительную ось).

В момент перехода линейного тока igt через нуль на выходе нуль-органа 5 по вл етс сигнал, который на врем , равное периоду или нескольким периодам, открывают ключ 6 и импульсы , кратные частоте управлени инвертором , начинают поступать на входы блока 7 преобразовани координат напр жени , блока 21 преобразовани координат тока и блоков 22 и 23 умножени . Так как ключ 6 открываетс , когда линейный ток фаз В и С проходит через нуль, осуществл етс синхронизаци работы устройства с положением вращающегос вектора тока. Дл повышени точности синхронизации частота импульсов, поступающий на ключ 6,

должна значительно (два-три пор дка) ( превосходить частоту, подаваемую на

двигатель. Так как блоки 7 и 21 преобразовани координат относительно просто выполнить на функци х Уолша, то между частотой питани двигател fq и частотой f, подаваемой на ключ 6, целесообразно выполнить соотношение:

f 32 -lOf J- 32 .

На первый вход блоков 7 и 21 подаетс последовательность импульсов, на второй вход блока 7 подаетс сигнал и d, а на третий вход - сигнал Ucj,

5

0

5

0

5

(аналогично на второй пход блока 21 подаетс сигнал ij, а па третий вход - сигнал 1„).

В блоках 7 и 21 осуществл етс переход к вращающейс системе координат согласно преобразовани м (1арка:

Uj Ujcos2T t+lJcv sin2 rft;| , .

U -Ujsin2«f:t+U cos2lfft j.

Ha первом выходе блока 7 преобразовани координат по вл етс сигнал и I ,а на втором - сигнал U,, ,

о г

Ьлок /1 осуществл ет переход по вращающуюс систему координат вектора тока. Так как переход осуществл етс тогда, когда вектор тока совпадает с действительной осью, то блок 21 имеет один выход, т.е. (I модуль результирующего вектора тока).

Сигналы с выходов блока 21 преобразовани координат тока подаютс нп масштабные блоки l6-l3 и дифферешш- рующий блок . В первом масштобиом блоке 1б модуль тока, поступающий с выхода блока 21, умножйсгс на активное сопротивление R, во втором масштабном блоке 17 на индуктивность рассе ни статора L,,a в третьем масштабном бпоке 18 - на переходную индуктивность статора Т/,.

В дифференцирующем блоке 2 t осуществл етс дифференцирование модул тока. Выходные сигналы масштабных блоков 17 и 18 подаютс на один из входов блоков 22 и 23 умножени соответственно , другие входы которых подключены к выходу ключа 6.

В блоках 22 и 23 умножени выходной сигнал масштабных усилителей 17 и 18 умножаетс на частоту, что позвол ет на выходе блока 22 получить сигнал, пропорциональный t .,.;, а на выходе блока 23 - сигнал, пропорциональный . Выходной сигнал дифференцирующего блока 24 подаетс на масштабный блок 25, в котором умножаетс на L , что позвол ет получить

0

5

величине

сигнал, пропорциональный

df

На первом выходе блока 7 преобразовани координат по вл етс сигнал Uj., который подаетс на вычитатель 8, на второй вход которого подаетс сигнал IR.

На выходе вычитател 8 по вл етс сигнал (UJ-IR), который подаетс на вычитатеЛь 26, На второй вход которого подаетс сигнал L ,dI./Gt, что позвол ет на выходе вычитатеп 26 сформировать сигнал (UJ -IR-L , dl/dt), который подаетс на вторые входы делителей 12 и 13.

На втором выходе блока 7 преобразовани координат по вл етс сигнал U( , который подаетс на первые входы вычитателей 9 и 10.

На второй вход вычитател 9 подаетс сигнал шЦ, что позвол ет получить на выходе вычитател сигнал () , который подаетс на первый вход первого делител 12.

На второй вход вычитател 10 подаетс сигнал u, l/,I, что позвол ет получить на выходе вычитател сигнал (и (, -td/j I), который подаетс на первый вход второго делител 13.

В первом блоке 12 делени осуществл етс деление согласно первому члену выражени (13), а во втором блоке 13 делени - согласно второму члену выражени (13).

В блоках 14 и 15 осуществл етс функциональное преобразование функции арктангенса.

Блок 12 позвол ет определить фазовый сдвиг вектора jwy, а блок 13 - фазовый сдвиг вектора j w ч относительно вектора тока. Выходные сигналы функциональных преобразователей k и 15 подаютс на входы вычитател 11, которы11 позвол ет определить фазовый сдвиг вектора jaji,i относительно вектора jwvj.

На выходе вычитател 11 по вл етс сигнал, пропорциональный скольжению.

Таким образом, введение в устройство дл определени скольжени асинхронного двигател блоков определени действительной и мнимой составл ющих тока, блока преобразов;тни координат тока, двух блоков умножени , диффе- ренцирукзцего блока дополнительного масштабного усилител и дополнительного вычитател обеспечивает в сравнении с известным решением возможность более точного опрелелеии скольжени не только в стационарных режимах , но и 3 переходных при измен ющемс модуле тока статора на основе анализа электромагнитных процессов в двигателе и без применени таходат- чика.

Claims

Формула изобретени Устройство дл определени скольжени асинхронного двигател , содержа

5

0

5

0

5

0

5

0

5

щее блок датчиков фазных токов, блок датчиков фазных напр жений, блоки определени действительной и мнимой составл ющих напр жени , нуль-орган, управл емый ключ, блок преобразовани координат напр жени с трем входами и двум выходами, четыре вычитател , два блока делений, два преобразовател , реализующие функцию арктангенса, и три масштабных усилител , при этом первые два выхода блока датчиков фаз-, ных токов подключены к входам нуль- органа, соединенного выходом с управл ющим входом управл емого ключа, первый коммутируемый вывод которого предназначен дл подачи управл ющих импульсов, а второй подключен к первому входу блока преобразовани координат напр жени , второй вход которого соединен с выходом блока определени действительной составл ющей напр жени , третий вход которого соединен с выходом блока определени мнимой составл ющей напр жени , входы которого пофазно объединены с соответствующими входами блока определени действительно составл ющей напр жени и подключены к первым двум выходам блока датчиков, фазных напр жений , третий выход которого соединен с соответствующим входом блока определени действительной составл ющей напр жени , входы масштабных усилителей объединены между собой, первый выход блока преобразовани координат напр жени соединен с первым входом первого вычитател , второй вход которого соединен с выходом первого масштабного усилител , второй выход блока преобразовани координат напр жени соединен с первыми входами второго и третьего вычитателей, выходы которых подключены к первым входам первого и второго блоков делени соответственно , выходы первого и второго блоков делени подключены соответственно через первый и второй преобразователи , реализующие функцию арктангенса , к входам четвертого вычитател , выход которого образует выход устройства дл определени скольжени асинхронного двигател , отличающеес тем, что, с целью повышени точности, в него введены блоки определени действительной и мнимой составл ющих тока, блок преобразовани координат тока с трем входами, два блока умножени , дифференцирующий

11

блок, четвертый масштабный усилитель и п тый вычитатель, при этом входы блоков определени действительной и мнимой составл ющих тока пофазно объ единены между собой и подключены к первым двум выходам блока датчиков фазных токов, третий выход которого подключен к соответствующему входу блока определени действительной сое тавл ющей тока, первый вход блока преобразовани координат тока объеди ней с первыми входами блоков умножени и подключен к второму коммутируе мому выводу управл емого ключа, второй и третий входы блока преобразова ни координат тока подключены соответственно к выходам блоков определе ни действительной и мнимой составл Ю(цих тока, а выход блока преобразова

J/n

10

2558312

ни координат тока соединен с объединенными входами первых трех масштабных усилителей и входом дифференцирующего блока, подключенного выходом к входу четвертого масштабного усилител , вторые входы первого и второго блоков умножени подключены соответственно к выходу второго и третьего масштабных усилителей, выходы первого и второго блоков умножени подключены соответственно к вторым входам второго и третьего вычитателей, выход первого вычитател подключен к первому входу п того вычитател , соединенного вторым входом с выходом четвертого масштабного усилител , а выход п того вычитател соединен с вторыми входами блоков делени .

15

If