СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИГНАЛА ОЦЕНКИ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА И СИГНАЛА ОЦЕНКИ МОМЕНТА СОПРОТИВЛЕНИЯ НА ВАЛУ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2024 года по МПК H02P23/14 H02P27/04 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам и измерительной технике и может быть использовано для цифрового управления асинхронным двигателем.

Известен способ определения оценки частоты вращения асинхронного двигателя [RU 2476983 C1, МПК H02P 23/14 (2006.01), H02P 27/04 (2006.01), опубл. 27.02.2013], заключающийся в том, что одновременно проводят измерение мгновенных величин токов и напряжений на двух фазах статора асинхронного двигателя, последовательно выполняют три временные задержки по крайней мере на 6 мс, получая текущие и задержанные единожды, дважды и трижды значения токов и напряжений двух фаз статора двигателя. С помощью предварительно обученной искусственной нейронной сети, по опытным данным работы электродвигателя во всех режимах, используя выявленные искусственной нейронной сетью при обучении зависимости между входными и выходными данными, определяют мгновенную величину оценки частоты вращения ротора асинхронного двигателя по формуле

,

где m = 80 - количество нейронов в скрытом слое,

n = 17 - количество нейронов во входном слое,

- синаптический вес i-го входа j-го нейрона скрытого слоя,

- сдвиг j-го нейрона скрытого слоя,

- синаптический вес j-го входа нейрона выходного слоя,

- сдвиг нейрона выходного слоя,

- входные сигналы искусственной нейронной сети, равные соответственно , , , , , , , , , , , , , , , , задержанную по крайней мере на 6 мс мгновенную величину оценки частоты вращения ротора асинхронного двигателя используют в качестве обратной связи.

Для осуществления данного способа необходима предварительно обученная искусственная нейронная сеть по опытным данным работы асинхронного двигателя во всех режимах работы.

Известен способ определения оценки частоты вращения ротора и оценки момента сопротивления на валу асинхронного двигателя [Афанасьев К.С. Разработка наблюдателя состояния для асинхронного электропривода с повышенной параметрической робастностью: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: спец. 05.09.03 / К.С. Афанасьев; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ); науч. рук. А. С. Глазырин. - Томск, 2015. - С. 30. http://earchive.tpu.ru/handle/11683/30598], выбранный в качестве прототипа, в котором одновременно проводят измерение мгновенных величин токов и напряжений статора на трех фазах статора, оценку угловой частоты вращения ротора и интегральную часть оценки момента сопротивления на валу определяют по формулам

,

где , , , - оценки электромагнитных переменных двигателя,

, - компоненты пространственного вектора тока статора,

- оценка электромагнитного момента на валу асинхронного двигателя,

- оценка момента сопротивления, приведенного к валу асинхронного двигателя,

- эквивалентный момент инерции, приведенный к валу асинхронного двигателя,

, - коэффициенты передачи пропорционально-интегральной отработки,

- коэффициент, учитывающий параметры асинхронного двигателя.

Однако при реализации данного способа необходимо аналоговое устройство, которое не используется при цифровом управлении асинхронным двигателем.

Техническим результатом предложенного изобретения является расширение арсенала средств получения сигнала оценки частоты вращения ротора и сигнала оценки момента сопротивления на валу асинхронного двигателя.

Способ получения сигнала оценки частоты вращения ротора и сигнала оценки момента сопротивления на валу асинхронного двигателя, так же как в прототипе, включает одновременное измерение мгновенных величин токов и напряжений на трех фазах статора в течение пуска и работы асинхронного двигателя.

Согласно изобретению одновременно преобразуют измеренные мгновенные величины токов , , и напряжений , в трехфазной системе координат в величины токов , и напряжений , в прямоугольной стационарной системе координат при заданном периоде дискретизации , выполняют их временную задержку на один период дискретизации. Преобразованные величины токов , и напряжений , и задержанные величины токов , и напряжений , используют для определения величин прогноза оценки токов , в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации согласно следующим выражениям:

где - активное сопротивление обмотки статора, Ом,

- приведенное к статору активное сопротивление обмотки ротора, Ом,

- эквивалентное активное сопротивление асинхронного двигателя, Ом,

- эквивалентная индуктивность обмотки статора, Гн,

- эквивалентная индуктивность обмотки ротора, Гн,

- эквивалентная индуктивность асинхронного двигателя, Гн,

- результирующая индуктивность, обусловленная магнитным потоком в воздушном зазоре машины, Гн,

- число пар полюсов асинхронного двигателя,

- коэффициенты передачи отработки невязки токов статора в стационарной системе координат α, β, Ом.

Корректируют полученные величины прогноза оценки токов , по формулам:

Выполняют временную задержку величин оценки токов , на один период дискретизации, получая величины оценки токов , в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации. Определяют величины прогноза оценок потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации согласно следующим выражениям:

Корректируют полученные значения прогноза оценок потокосцепления ротора , по формулам:

Выполняют временную задержку величин оценок потокосцепления ротора , на один период дискретизации, получая величины оценок потокосцепления ротора , в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации. Затем определяют величину прогноза оценки момента сопротивления на валу в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации согласно следующему выражению:

где - коэффициент интегральной отработки, с.

Определяют величину коррекции оценки момента сопротивления на валу в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации:

.

Выполняют еe временную задержку на один период дискретизации, получая сигнал коррекции оценки момента сопротивления на валу в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации. Далее определяют величину оценки момента сопротивления на валу в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации:

где - коэффициент пропорциональной отработки, о.е.

Определяют величину прогноза оценки частоты вращения ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации:

где - эквивалентный момент инерции, приведенный к валу асинхронного двигателя, кг·м².

Корректируют величину прогноза оценки частоты вращения ротора по формуле:

.

Выполняют временную задержку оценки частоты вращения ротора на один период дискретизации, получая сигнал оценки частоты вращения ротора в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить сигнал оценки частоты вращения ротора и сигнал оценки момента сопротивления на валу асинхронного двигателя, а также величины прогнозов оценок токов и потокосцеплений ротора, момента сопротивления на валу асинхронного двигателя и частоты вращения ротора, которые необходимы для диагностики состояния асинхронного двигателя.

На фиг. 1 представлена схема устройства для осуществления способа получения сигнала оценки частоты вращения ротора и сигнала оценки момента сопротивления на валу асинхронного двигателя.

На фиг. 2 представлена оценка частоты вращения ротора и оценка момента сопротивления на валу асинхронного двигателя.

На фиг. 3 приведено сравнение частоты вращения ротора асинхронного двигателя, полученной с помощью математической модели асинхронного двигателя в неподвижной жестко связанной со статором ортогональной системе координат αβ и оценки частоты вращения ротора асинхронного двигателя, полученной заявленным способом, при «набросе» нагрузки, где красной линией показана частота вращения ротора асинхронного двигателя, синей линией показана оценка частоты вращения ротора асинхронного двигателя.

На фиг. 4 приведено сравнение частоты вращения ротора асинхронного двигателя, полученного с помощью математической модели асинхронного двигателя в неподвижной жестко связанной со статором ортогональной системе координат αβ, и оценки частоты вращения ротора асинхронного двигателя, полученной заявленным способом, при рассогласовании начальных условий, где красной линией показана частота вращения ротора асинхронного двигателя, синей линией показана оценка частоты вращения ротора асинхронного двигателя.

В таблице 1 приведено сравнение частоты вращения ротора и момента сопротивления на валу асинхронного двигателя, полученных с помощью математической модели асинхронного двигателя в неподвижной жестко связанной со статором ортогональной системе координат αβ, и оценки частоты вращения ротора и оценки момента сопротивления на валу асинхронного двигателя в установившемся режиме при номинальной нагрузке.

Способ получения сигнала оценки частоты вращения ротора и сигнала оценки момента сопротивления на валу асинхронного двигателя осуществлен с помощью устройства (фиг. 1), которое содержит три датчика фазных напряжений 1 (ДН1), 2 (ДН2), 3 (ДН3) и три датчика фазных токов 4 (ДТ1), 5 (ДТ2), 6 (ДТ3), которые подключены к фазам питания асинхронного двигателя (не показано на фиг. 1). К датчикам фазных напряжений 1 (ДН1), 2 (ДН2), 3 (ДН3) и датчикам фазных токов 4 (ДТ1), 5 (ДТ2), 6 (ДТ3) подключен преобразователь координат 7 (ПК), выходы которого подключены к первому 8 (БВЗ1), второму 9 (БВЗ2), третьему 10 (БВЗ3), четвертому 11 (БВЗ4) блокам временной задержки, к первому 12 (БПОТ1) и второму 13 (БПОТ2) блокам определения величины прогноза оценки тока, к блоку определения величины прогноза оценки момента сопротивления на валу двигателя 14 (БПОМС) и к блоку определения величины оценки момента сопротивления на валу двигателя 15 (БОМС). Первый блок временной задержки 8 (БВЗ1) подключен к первому блоку определения величины прогноза оценки тока 12 (БПОТ1) и к блоку определения величины прогноза оценки момента сопротивления на валу двигателя 14 (БПОМС). Второй блок временной задержки 9 (БВЗ2) подключен к первому блоку определения величины прогноза оценки тока 12 (БПОТ1). Третий блок временной задержки 10 (БВЗ3) подключен ко второму блоку определения величины прогноза оценки тока 13 (БПОТ2). Четвертый блок временной задержки 11 (БВЗ4) подключен ко второму блоку определения величины прогноза оценки тока 13 (БПОТ2) и к блоку определения величины прогноза оценки момента сопротивления на валу двигателя 14 (БПОМС).

Первый блок определения величины прогноза оценки тока 12 (БПОТ1) соединен с первым блоком определения величины коррекции оценки тока 16 (БКОТ1), который соединен с пятым блоком временной задержки 17 (БВ35), с первым блоком определения величины прогноза оценки тока 12 (БПОТ1), с блоком определения величины прогноза оценки момента сопротивления на валу двигателя 14 (БПОМС), с блоком определения величины оценки момента сопротивления на валу двигателя 15 (БОМС), с первым блоком определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 18 (БПОП1) и с блоком определения величины оценки электромагнитного момента 19 (БОЭМ).

Второй блок определения величины прогноза оценки тока 13 (БПОТ2) соединен со вторым блоком определения величины коррекции оценки тока 20 (БКОТ2), который соединен с шестым блоком временной задержки 21 (БВ36), со вторым блоком определения величины прогноза оценки тока 13 (БПОТ2), с блоком определения величины прогноза оценки момента сопротивления на валу двигателя 14 (БПОМС), с блоком определения величины оценки момента сопротивления на валу двигателя 15 (БОМС), со вторым блоком определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 22 (БПОП2) и с блоком определения величины оценки электромагнитного момента 19 (БОЭМ).

Пятый блок временной задержки 17 (БВЗ5) соединен с первым блоком определения величины прогноза оценки тока 12 (БПОТ1), с первым блоком определения величины коррекции оценки тока 16 (БКОТ1), с блоком определения величины прогноза оценки момента сопротивления на валу двигателя 14 (БПОМС) и с первым блоком определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 18 (БПОП1).

Шестой блок временной задержки 21 (БВЗ6) соединен со вторым блоком определения величины прогноза оценки тока 13 (БПОТ2), с блоком определения величины прогноза оценки момента сопротивления на валу двигателя 14 (БПОМС), со вторым блоком определения величины коррекции оценки тока 20 (БКОТ2) и со вторым блоком определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 22 (БПОП2).

Первый блок определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 18 (БПОП1) подключен к первому блоку определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 23 (БКОП1), выход которого подключен к первому блоку определения величины прогноза оценки тока 12 (БПОТ1), ко второму блоку определения величины прогноза оценки тока 13 (БПОТ2), к блоку определения величины прогноза оценки момента сопротивления на валу двигателя 14 (БПОМС), к блоку определения величины оценки момента сопротивления на валу двигателя 15 (БОМС), к первому блоку определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 18 (БПОП1), к блоку определения величины оценки электромагнитного момента 19 (БОЭМ), к седьмому блоку временной задержки 24 (БВЗ7) и ко второму блоку определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 22 (БПОП2).

Второй блок определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 22 (БПОП2) подключен ко второму блоку определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 25 (БКОП2), выход которого подключен к первому блоку определения величины прогноза оценки тока 12 (БПОТ1), ко второму блоку определения величины прогноза оценки тока 13 (БПОТ2), к блоку определения величины прогноза оценки момента сопротивления на валу двигателя 14 (БПОМС), к блоку определения величины оценки момента сопротивления на валу двигателя 15 (БОМС), к блоку определения величины оценки электромагнитного момента 19 (БОЭМ), ко второму блоку определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 22 (БПОП2), к восьмому блоку временной задержки 26 (БВЗ8) и к первому блоку определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 18 (БПОП1).

Седьмой блок временной задержки 24 (БВЗ7) соединен с первым блоком определения величины прогноза оценки тока 12 (БПОТ1), со вторым блоком определения величины прогноза оценки тока 13 (БПОТ2), с блоком определения величины прогноза оценки момента сопротивления на валу двигателя 14 (БПОМС), с первым блоком определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 18 (БПОП1), с первым блоком определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 23 (БКОП1) и со вторым блоком определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 22 (БПОП2).

Восьмой блок временной задержки 26 (БВЗ8) соединен с первым блоком определения величины прогноза оценки тока 12 (БПОТ1), со вторым блоком определения величины прогноза оценки тока 13 (БПОТ2), со вторым блоком определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 22 (БПОП2), со вторым блоком определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 25 (БКОП2), с первым блоком определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 18 (БПОП1) и с блоком определения величины прогноза оценки момента сопротивления на валу двигателя 14 (БПОМС), который подключен к блоку определения величины коррекции оценки момента сопротивления на валу двигателя 27 (БКОМС).

Блок определения величины оценки электромагнитного момента 19 (БОЭМ) соединен с блоком определения величины прогноза оценки частоты вращения ротора 28 (БПОЧВ), с девятым блоком временной задержки 29 (БВЗ9), который соединен с блоком определения величины прогноза оценки частоты вращения ротора 28 (БПОЧВ).

Блок определения величины коррекции оценки момента сопротивления на валу двигателя 27 (БКОМС) соединен с десятым блоком временной задержки 30 (БВЗ10), с блоком определения величины оценки момента сопротивления на валу двигателя 15 (БОМС), который соединен с блоком определения величины прогноза оценки частоты вращения ротора 28 (БПОЧВ), с блоком вывода информации 31 (БВИ), с одиннадцатым блоком временной задержки 32 (БВЗ11), который соединен с блоком определения величины прогноза оценки частоты вращения ротора 28 (БПОЧВ). Десятый блок временной задержки 30 (БВЗ10) подключен к блоку определения величины коррекции оценки момента сопротивления на валу двигателя 27 (БКОМС).

Блок определения величины прогноза оценки частоты вращения ротора 28 (БПОЧВ) подключен к блоку определения величины коррекции оценки частоты вращения ротора 33 (БКОЧВ), который подключен к первому 12 (БПОТ1) и второму 13 (БПОТ2) блокам определения величины прогноза оценки тока, к первому 18 (БПОП1) и второму 22 (БПОП2) блокам определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора, к блоку вывода информации 31 (БВИ) и к двенадцатому блоку временной задержки 34 (БВЗ12).

Двенадцатый блок временной задержки 34 (БВЗ12) подключен к блоку определения величины коррекции оценки частоты вращения ротора 33 (БКОЧВ), к первому 12 (БПОТ1) и второму 13 (БПОТ2) блокам определения величины прогноза оценки тока и к первому 18 (БПОП1) и второму 22 (БПОП2) блокам определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора.

В качестве датчиков фазных напряжений 1 (ДН1), 2 (ДН2), 3 (ДН3) использованы датчики напряжения LEM. Датчики фазных токов 4 (ДТ1), 5 (ДТ2), 6 (ДТ3) - датчики тока КЭИ - 0,1. Преобразователь координат 7 (ПК), блоки временной задержки 8 (БВЗ1), 9 (БВЗ2), 10 (БВЗ3), 11 (БВЗ4), 17 (БВЗ5), 21 (БВЗ6), 24 (БВЗ7), 26 (БВЗ8), 29 (БВЗ9), 30 (БВЗ10), 32 (БВЗ11), 34 (БВЗ12), блоки определения величины прогноза оценки тока 12 (БПОТ1) и 13 (БПОТ2), блок определения величины прогноза оценки момента сопротивления на валу 14 (БПОМС), блок определения оценки момента сопротивления на валу 15 (БОМС), блок определения величины оценки электромагнитного момента 19 (БОЭМ), блоки определения величины коррекции оценки тока 16 (БКОТ1) и 20 (БКОТ2), первый и второй блоки определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 18 (БПОП1) и 22 (БПОП2), первый и второй блоки определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 23 (БКОП1) и 25 (БКОП2), блок определения коррекции оценки момента сопротивления на валу 27 (БКОМС), блок определения прогноза оценки частоты вращения ротора 28 (БПОЧВ), блок вывода информации 31 (БВИ), блок определения коррекции оценки частоты вращения ротора 33 (БКОЧВ) выполнены на базе микроконтроллера типа STM32F405RGT6 фирмы STMicroelectronics.

Для проверки работоспособности предложенного способа получения сигнала оценки частоты вращения ротора и сигнала оценки момента сопротивления на валу асинхронного двигателя статорные обмотки асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором АИР90L4 (мощность двигателя 2,2 кВт, номинальная скорость 1420 об/мин, номинальное напряжение 380 В, номинальный ток 4,96 А) подключили к трехфазному источнику питания. При подключении к фазам питания датчиков фазных напряжений 1 (ДН1), 2 (ДН2), 3 (ДН3) и датчиков фазных токов 4 (ДТ1), 5 (ДТ2), 6 (ДТ3) в течение пуска и работы асинхронного двигателя одновременно измеряли мгновенные величины фазных токов , , и напряжений , , на трех фазах статора, которые передали в преобразователь координат 7 (ПК), где их преобразовали в величины токов , и напряжений , в прямоугольной стационарной системе координат в текущий момент времени при заданном периоде дискретизации 100 мкс.

Одновременно величины напряжений , в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации передали соответственно во второй и третий блоки временной задержки 9 (БВЗ2) и 10 (БВЗ3), а величины токов , в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации передали соответственно в первый и четвертый блоки временной задержки 8 (БВЗ1) и 11 (БВЗ4), в которых соответственно выполнили их временную задержку на один период дискретизации 100 мкс и получили величины токов , и напряжений , в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации.

Одновременно в первый блок определения величины прогноза оценки тока 12 (БПОТ1) для определения величины прогноза оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации одновременно поступали:

из преобразователя координат 7 (ПК) - величины тока и напряжения в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из первого блока временной задержки 8 (БВЗ1) - величины тока в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации,

из второго блока временной задержки 9 (БВЗ2) - величина напряжения в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации,

из первого блока определения величины коррекции оценки тока 16 (БКОТ1) - величина оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из пятого блока временной задержки 17 (БВЗ5) - величина оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации,

из первого блока определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 23 (БКОП1) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из седьмого блока временной задержки 24 (БВЗ7) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации,

из второго блока определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 25 (БКОП2) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из восьмого блока временной задержки 26 (БВЗ8) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации,

из блока определения величины коррекции оценки частоты вращения ротора 33 (БКОЧВ) - величина оценки частоты вращения ротора на текущем шаге дискретизации,

из двенадцатого блока временной задержки 34 (БВЗ12) - величина оценки частоты вращения ротора на предыдущем шаге дискретизации.

Одновременно во второй блок определения величины прогноза оценки тока 13 (БПОТ2) для определения величины прогноза оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации одновременно поступали:

из преобразователя координат 7 (ПК) - величины тока и напряжения в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из третьего блока временной задержки 10 (БВЗ3) - величина напряжения в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации,

из четвертого блока временной задержки 11 (БВЗ4) - величина тока в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации,

из второго блока определения величины коррекции оценки тока 20 (БКОТ2) - величина оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из шестого блока временной задержки 21 (БВЗ6) - величина оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации,

из первого блока определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 23 (БКОП1) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из седьмого блока временной задержки 24 (БВЗ7) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации,

из второго блока определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 25 (БКОП2) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из восьмого блока временной задержки 26 (БВЗ8) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации,

из блока определения величины коррекции оценки частоты вращения ротора 33 (БКОЧВ) - величина оценки частоты вращения ротора на текущем шаге дискретизации,

из двенадцатого блока временной задержки 34 (БВЗ12) - величина оценки частоты вращения ротора на предыдущем шаге дискретизации.

Определение величин прогноза оценки тока и в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации происходило соответственно в первом и втором блоках определения величины коррекции оценки тока 12 (БПОТ1) и 13 (БПОТ2) согласно следующим выражениям:

где Ом - активное сопротивление обмотки статора;

Ом - приведенное к статору активное сопротивление обмотки ротора;

Ом - эквивалентное активное сопротивление асинхронного двигателя;

Гн - эквивалентная индуктивность обмотки статора;

Гн - эквивалентная индуктивность обмотки ротора;

Гн - эквивалентная индуктивность асинхронного двигателя;

Гн - результирующая индуктивность, обусловленная магнитным потоком в воздушном зазоре машины;

Ом - коэффициенты передачи отработки невязки токов статора в системе координат ;

о.е. - число пар полюсов асинхронного двигателя;

мкс - период дискретизации.

Величину прогноза оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации из первого блока определения величины прогноза оценки тока 12 (БПОТ1) и величину оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации из пятого блока временной задержки 17 (БВЗ5) передали в первый блок определения величины коррекции оценки тока 16 (БКОТ1), где одновременно определили величину оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации, который передали в пятый блок временной задержки 17 (БВЗ5), где одновременно выполнили его временную задержку на один период дискретизации и получили величину оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации.

Величину прогноза оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации из второго блока определения величины прогноза оценки тока 13 (БПОТ2) и величину оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации из шестого блока временной задержки 21 (БВЗ6) передали во второй блок определения величины коррекции оценки тока 20 (БКОТ2), где одновременно определили величину оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации, который передали в шестой блок временной задержки 21 (БВЗ6), где одновременно выполнили его временную задержку и получили величину оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации.

Определение величин оценки тока и в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации осуществляли соответственно в первом и втором блоках определения величины коррекции оценки тока 16 (БКОТ1) и 20 (БКОТ2) согласно следующим выражениям:

,

.

Затем одновременно в первый блок определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 18 (БПОП1) для определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации одновременно поступали:

из первого блока определения величины коррекции оценки тока 16 (БКОТ1) - величина оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из пятого блока временной задержки 17 (БВЗ5) - величина оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации,

из первого блока определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 23 (БКОП1) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из седьмого блока временной задержки 24 (БВЗ7) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации,

из блока определения величины оценки частоты вращения ротора 33 (БКОЧВ) - величина оценки частоты вращения ротора на текущем шаге дискретизации,

из двенадцатого блока временной задержки 34 (БВЗ12) - величина оценки частоты вращения ротора на предыдущем шаге дискретизации,

из второго блока определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 25 (БКОП2) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из восьмого блока временной задержки 26 (БВЗ8) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации.

Во второй блок определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 22 (БПОП2) для определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации одновременно передавали:

из второго блока определения величины коррекции оценки тока 20 (БКОТ2) - величина оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из шестого блока временной задержки 21 (БВЗ6) - величина оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации,

из второго блока определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 25 (БКОП2) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из восьмого блока временной задержки 26 (БВЗ8) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации,

из блока определения величины оценки частоты вращения ротора 33 (БКОЧВ) - величина оценки частоты вращения ротора на текущем шаге дискретизации,

из двенадцатого блока временной задержки 34 (БВЗ12) - величина оценки частоты вращения ротора на предыдущем шаге дискретизации,

из первого блока определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 23 (БКОП1) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из седьмого блока временной задержки 24 (БВЗ7) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации.

Определение величин прогноза оценки потокосцепления ротора и в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации осуществляли соответственно в первом и втором блоках определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 18 (БПОП1) и 22 (БПОП2) согласно следующим выражениям:

Величину прогноза оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации из первого блока определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 18 (БПОП1) и величину оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации из седьмого блока временной задержки 24 (БВЗ7) одновременно передали в первый блок определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 23 (БКОП1), где определили величину оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации, который передали в седьмой блок временной задержки 24 (БВЗ7), где одновременно выполнили его временную задержку на один период дискретизации и получили величину оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации.

Величину прогноза оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации из второго блока определения величины прогноза оценки потокосцепления ротора 22 (БПОП2) и величину оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации из восьмого блока временной задержки 26 (БВЗ8) одновременно передали на второй блок определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 25 (БКОП2), где определили величину оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации, который передали в восьмой блок временной задержки 26 (БВЗ8), где одновременно выполнили его временную задержку и получили величину оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации.

Определение величин оценки потокосцепления ротора и в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации осуществляли соответственно в первом и втором блоках определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 23 (БКОП1) и 25 (БКОП2) согласно следующим выражениям:

Из первого блока определения величины коррекции оценки тока 16 (БКОТ1) передали величину оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации, из второго блока определения величины коррекции оценки тока 20 (БКОТ2) передали величину оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации, из первого блока определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 23 (БКОП1) передали величину оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации, из второго блока определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 25 (БКОП2) передали величину оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации в блок оценки электромагнитного момента 19 (БОЭМ), где одновременно определили величину оценки электромагнитного момента на текущем шаге дискретизации, который передали в девятый блок временной задержки 29 (БВЗ9), где одновременно выполнили его временную задержку и получили величину оценки электромагнитного момента на предыдущем шаге дискретизации.

Определение величины оценки электромагнитного момента на текущем шаге дискретизации в блоке определения величины оценки электромагнитного момента 19 (БОЭМ) происходило согласно следующему выражению:

Одновременно в блок определения величины прогноза оценки момента сопротивления на валу двигателя 14 (БПОМС) для определения величины прогноза оценки момента сопротивления на валу на текущем шаге дискретизации одновременно поступали:

из преобразователя координат 7 (ПК) - величины тока и в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из первого блока временной задержки 8 (БВЗ1) величина тока в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации,

из четвертого блока временной задержки 11 (БВЗ4) - величина тока в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации,

из первого блока определения величины коррекции оценки тока 16 (БКОТ1) - величина оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из второго блока определения величины коррекции оценки тока 20 (БКОТ2) - величина оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из пятого блока временной задержки 17 (БВЗ5) - величина оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации,

из шестого блока временной задержки 21 (БВЗ6) - величина оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации,

из первого блока определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 23 (БКОП1) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из седьмого блока временной задержки 24 (БВЗ7) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации,

из второго блока определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 25 (БКОП2) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из восьмого блока временной задержки 26 (БВЗ8) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации.

Определение величины прогноза оценки момента сопротивления на валу на текущем шаге дискретизации в блоке определения величины прогноза оценки момента сопротивления на валу двигателя 14 (БПОМС) осуществляли согласно следующему выражению:

где с - коэффициент интегральной отработки.

Из блока определения величины прогноза оценки момента сопротивления на валу двигателя 14 (БПОМС) передали величину прогноза оценки момента сопротивления на валу на текущем шаге дискретизации, из десятого блока временной задержки 30 (БВЗ10) передали величину коррекции оценки момента сопротивления на валу на предыдущем шаге дискретизации в блок определения величины коррекции оценки момента сопротивления на валу двигателя 27 (БКОМС), где одновременно определили величину коррекции оценки момента сопротивления на валу на текущем шаге дискретизации.

Из блока определения величины коррекции оценки момента сопротивления на валу двигателя 27 (БКОМС) передали величину коррекции оценки момента сопротивления на валу в десятый блок временной задержки 30 (БВЗ10), где одновременно выполнили его временную задержку на один период дискретизации и получили величину коррекции оценки момента сопротивления на валу на предыдущем шаге дискретизации.

Определение величины коррекции оценки момента сопротивления на валу на текущем шаге дискретизации в блоке определения величины коррекции оценки момента сопротивления на валу двигателя 27 (БКОМС) осуществляли согласно следующему выражению:

.

Одновременно в блок определения величины оценки момента сопротивления на валу 15 (БОМС) для определения величины оценки момента сопротивления на валу на текущем шаге дискретизации одновременно поступали:

из преобразователя координат 7 (ПК) - величины тока и в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из первого блока определения величины коррекции оценки тока 16 (БКОТ1) - величина оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из второго блока определения величины коррекции оценки тока 20 (БКОТ2) - величина оценки тока в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из первого блока определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 23 (БКОП1) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из второго блока определения величины коррекции оценки потокосцепления ротора 25 (БКОП2) - величина оценки потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации,

из блока определения величины коррекции оценки момента сопротивления на валу двигателя 27 (БКОМС) - величина коррекции оценки момента сопротивления на валу на текущем шаге дискретизации.

Из блока определения величины оценки момента сопротивления на валу двигателя 15 (БОМС) передали величину оценки момента сопротивления на валу на текущем шаге дискретизации в одиннадцатый блок временной задержки 32 (БВЗ11), где одновременно выполнили его временную задержку на один период дискретизации и получили величину оценки момента сопротивления на валу на предыдущем шаге дискретизации.

Определение величины оценки момента сопротивления на валу на текущем шаге дискретизации в блоке определения величины оценки момента сопротивления на валу двигателя 15 (БОМС) осуществляли согласно следующему выражению:

где о.е. - коэффициент пропорциональной отработки.

Из блока определения величины электромагнитного момента 19 (БОЭМ) передали величину оценки электромагнитного момента на текущем шаге дискретизации, из девятого блока временной задержки 29 (БВЗ9) передали величину оценки электромагнитного момента на предыдущем шаге дискретизации, из блока определения величины оценки момента сопротивления на валу двигателя 15 (БОМС) передали величину оценки момента сопротивления на валу на текущем шаге дискретизации, из одиннадцатого блока временной задержки 32 (БВЗ11) передали величину оценки момента сопротивления на валу на предыдущем шаге дискретизации в блок определения величины прогноза оценки частоты вращения ротора 28 (БПОЧВ), где одновременно определили величину прогноза оценки частоты вращения ротора на текущем шаге дискретизации.

Определение величины прогноза оценки частоты вращения ротора на текущем шаге дискретизации в блоке определения величины прогноза оценки частоты вращения ротора 28 (БПОЧВ) осуществляли по выражению:

где кг·м² - эквивалентный момент инерции, приведенный к валу асинхронного двигателя.

Величину прогноза оценки частоты вращения ротора из блока определения прогноза оценки частоты вращения ротора 28 (БПОЧВ) и величину оценки частоты вращения ротора на предыдущем шаге дискретизации из двенадцатого блока временной задержки 34 (БВЗ12) передали в блок определения величины коррекции оценки частоты вращения ротора 33 (БКОЧВ), где одновременно определили величину оценки частоты вращения ротора на текущем шаге дискретизации, который передали на двенадцатый блок временной задержки 34 (БВЗ12), где одновременно выполнили его временную задержку на один период дискретизации и получили величину оценки частоты вращения ротора на предыдущем шаге дискретизации.

Определение величины оценки частоты вращения ротора на текущем шаге дискретизации в блоке определения величины коррекции оценки частоты вращения ротора 33 (БКОЧВ) осуществляли по выражению:

Результаты получения за период времени с (фиг. 2) сигнала оценки частоты вращения ротора из блока определения величины коррекции оценки частоты вращения ротора 33 (БКОЧВ) и сигнала оценки момента сопротивления на валу из блока определения величины оценки момента сопротивления на валу двигателя 15 (БОМС) передали в блок вывода информации 31 (БВИ).

Проверку правильности определения сигнала оценки частоты вращения ротора асинхронного двигателя и сигнала оценки момента сопротивления на его валу осуществляли:

1. Путем сравнения в момент времени 3,2 с установившихся значений оценки частоты вращения ротора и оценки момента сопротивления на валу , полученные заявленным способом, с установившимися значениями частоты вращения ротора и момента сопротивления на валу (таблица 1), полученные с помощью математической модели асинхронного двигателя в неподвижной жестко связанной со статором ортогональной системе координат αβ [Проектирование и исследование автоматизированных электроприводов. Часть 8. Асинхронный частотно-регулируемый электропривод/ Л.С. Удут, О.П. Мальцева, Н.В. Кояин. - Томск: Изд. ТПУ, 2000. - С. 21-25]. Из приведенного сравнения установившихся значений (таблица 1), полученные заявленным способом и с помощью математической модели асинхронного двигателя в неподвижной жестко связанной со статором ортогональной системе координат αβ наблюдается, что ошибка оценки частоты вращения и оценки момента сопротивления незначительна.

2. Путем сравнения переходных процессов оценки частоты вращения ротора и расчетной частоты вращения ротора , полученные заявленным способом и с помощью математической модели асинхронного двигателя в неподвижной, жестко связанной со статором, ортогональной системе координат αβ [Проектирование и исследование автоматизированных электроприводов. Часть 8. Асинхронный частотно-регулируемый электропривод/ Л.С. Удут, О.П. Мальцева, Н.В. Кояин. - Томск: Изд. ТПУ, 2000. - С. 21-25] в различных режимах работы: «набросе» нагрузки (фиг. 3) за период времени 0,066 с, пуске при рассогласовании начальных условий за период времени 0,085 с (фиг. 4). Из приведенных сравнений при «набросе» нагрузки видно, что кривая (фиг. 3) соответствует расчетному , а интегральная погрешность составляет %, следовательно, погрешность оценки частоты вращения незначительна. Из приведенных сравнений при рассогласовании начальных условий видно, что кривая (фиг. 4) соответствует расчетному после отработки рассогласования с интегральной погрешностью % и временем отработки рассогласования с, меньшим чем время переходного процесса частоты вращения ротора асинхронного двигателя с.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам и измерительной технике, и может быть использовано для цифрового управления асинхронным двигателем. Технический результат: расширение арсенала средств получения сигнала оценки частоты вращения ротора и сигнала оценки момента сопротивления на валу асинхронного двигателя. Способ получения сигнала оценки частоты вращения ротора и сигнала оценки момента сопротивления на валу асинхронного двигателя заключается в том, что одновременно измеряют мгновенные величины токов и напряжений на трех фазах статора в течение пуска и работы асинхронного двигателя, одновременно преобразуют измеренные мгновенные величины токов и напряжений в трехфазной системе координат в величины токов и напряжений в прямоугольной стационарной системе координат при заданном периоде дискретизации, выполняют их временную задержку на один период дискретизации. Преобразованные и задержанные величины токов и напряжений используют для определения величин прогноза оценки токов в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации, корректируют полученные величины прогноза оценки токов. Затем выполняют временную задержку величин оценки токов на один период дискретизации, получая величины оценки токов в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации, и определяют величины прогноза оценок потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации. Корректируют полученные значения прогноза оценок потокосцепления ротора и выполняют временную задержку величин оценок потокосцепления ротора на один период дискретизации, получая величины оценок потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации. Далее определяют величину прогноза оценки момента сопротивления на валу асинхронного двигателя в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации и определяют величину коррекции оценки момента сопротивления на валу асинхронного двигателя в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации, выполняют временную задержку на один период дискретизации, получая сигнал коррекции оценки момента сопротивления на валу асинхронного двигателя в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации. После этого определяют величину оценки момента сопротивления на валу асинхронного двигателя в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации и определяют величину прогноза оценки частоты вращения ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации. Корректируют величину прогноза оценки частоты вращения ротора и выполняют временную задержку оценки частоты вращения ротора на один период дискретизации, получая сигнал оценки частоты вращения ротора в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации. 4 ил., 1 табл.

Способ получения сигнала оценки частоты вращения ротора и сигнала оценки момента сопротивления на валу асинхронного двигателя, включающий одновременное измерение мгновенных величин токов и напряжений на трех фазах статора в течение пуска и работы асинхронного двигателя, отличающийся тем, что одновременно преобразуют измеренные мгновенные величины токов , , и напряжений , в трехфазной системе координат в величины токов , и напряжений , в прямоугольной стационарной системе координат при заданном периоде дискретизации , выполняют их временную задержку на один период дискретизации, преобразованные величины токов , и напряжений , и задержанные величины токов , и напряжений , используют для определения величин прогноза оценки токов , в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации согласно следующим выражениям:

где - активное сопротивление обмотки статора, Ом,

- приведенное к статору активное сопротивление обмотки ротора, Ом,

- эквивалентное активное сопротивление асинхронного двигателя, Ом,

- эквивалентная индуктивность обмотки статора, Гн,

- эквивалентная индуктивность обмотки ротора, Гн,

- эквивалентная индуктивность асинхронного двигателя, Гн,

– результирующая индуктивность, обусловленная магнитным потоком в воздушном зазоре машины, Гн,

- число пар полюсов асинхронного двигателя,

- коэффициенты передачи отработки невязки токов статора в стационарной системе координат α, β, Ом,

корректируют полученные величины прогноза оценки токов , по формулам:

выполняют временную задержку величин оценки токов , на один период дискретизации, получая величины оценки токов , в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации, определяют величины прогноза оценок потокосцепления ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации согласно следующим выражениям:

корректируют полученные значения прогноза оценок потокосцепления ротора , по формулам:

выполняют временную задержку величин оценок потокосцепления ротора , на один период дискретизации, получая величины оценок потокосцепления ротора , в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации, определяют величину прогноза оценки момента сопротивления на валу в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации согласно следующему выражению:

где - коэффициент интегральной отработки, с,

определяют величину коррекции оценки момента сопротивления на валу в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации:

,

выполняют временную задержку на один период дискретизации, получая сигнал коррекции оценки момента сопротивления на валу в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации, определяют величину оценки момента сопротивления на валу в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации:

где - коэффициент пропорциональной отработки, о.е.,

определяют величину прогноза оценки частоты вращения ротора в прямоугольной стационарной системе координат на текущем шаге дискретизации:

где - эквивалентный момент инерции, приведенный к валу асинхронного двигателя, кг⋅м²,

корректируют величину прогноза оценки частоты вращения ротора по формуле:

и выполняют временную задержку оценки частоты вращения ротора на один период дискретизации, получая сигнал оценки частоты вращения ротора в прямоугольной стационарной системе координат на предыдущем шаге дискретизации.