Электропривод переменного тока Советский патент 1990 года по МПК H02P7/42 

ратора 4 команд управления, введены пороговый элемент 18, формирователь 19 импульсов и триггер 20, в дешифратор 4 снабжен дополнительным входом, причем входы порогового элемента 18 подключены к выходу задатчика Ю амплитуды тока намагничивания и к выходу координатного преобразователя 16 с продольной составляющей тока

статора. Это позволяет перестраивать работу дешифратора 4 в зависимости от величины модуля ошибки управления продольным током и изменять алгоритм ориентации вектора напряжения статора, благодаря чему обеспечивается повышение быстродействия vnpaBneHroi моментом и точности управления частотой вращения. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в управляемом электроприводе на базе короткозамкнутого асинхронного или синхронного двигателя, применяемого в промышленных системах воспроизведения движений, где требуется высокая точность отработки заданных параметров управления, в частности в станках с числовым программным управлением. Целью изобретения является повышение точности управления частотой вращения электродвигателя. Цель достигается тем, что в электропривод переменного тока, содержащий асинхронный электродвигатель 1 с короткозамкнутым ротором, обмотки статора которого через датчик 2 фазных токов подключены к выходу силового преобразователя 3, подключенного входом к выходу дешифратора 4 команд управления, введены пороговый элемент 18, формирователь 19 импульсов и триггер 20, а дешифратор 4 снабжен дополнительным входом, причем входы порогового элемента 18 подключены к выходу задатчика 10 амплитуды тока намагничивания и к выходу координатного преобразователя 16 с продольной составляющей тока статора. Это позволяет перестраивать работу дешифратора 4 в зависимости от величины модуля ошибки управления продольным током и изменять алгоритм ориентации вектора напряжения статора, благодаря чему обеспечивается повышение быстродействия управления моментом и точности управления частотой вращения. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в ул- рфвляемых электроприводах на базе асинхронного двигателя с короткозам- кйутыми ротором, применяемых, в про- м тшенных системах воспроизведения движений, где требуется высокая точность отработки заданнв х параметров управления, в частности, в станках с числовым программным управлением.

Целью изобретения является повышение точности управления, частотой вращения асинхронного электродвигателя .

На чертеже представлена функциональная схема электропривода переменного тока .

Электропривод переменного тока содержит асинхронный электродвигатель 1 с короткозамкнутым ротором, обмотки статора которого через датчик 2 фазных токов подключены к выходу силового преобразователя 3, подключенного своим входом к выходу дешифратора 4 команд управления, датчик 5 частоты вращения и датчик 6 положения, механически сочлененные с валом электродвигателя 3, регулятор 7 Частоты вращения, задатчик 8 максимально допустимого тока статора, блок 9 выделения наибольшего по модулю фазного тока статора, задатчик 10 амплитуды тока намагничивания, компараторы 11-14 уровня с нелинейной характеристикой типа гистерезис, модель 15 ротора электродвигателя, координатный преобразователь

16с выходами продольной и поперечной составляющих тока статора и блок

17формирования углового положения вектора потокосцепления ротора с тремя входами и выходом, подключенным к соответствующим входам дешифратора 4 команд управления.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

При этом, выход датчика 5 частоты вращения подключен к одному из входов регулятора 7 частоты вращения, другой вход которого образует вход задания электропривода, а выход регулятора 7 частоты вращения подключен к входу компаратора 13 уровня, Выход задатчика 10 амплитуды тока намагничивания подключен к одному из входов компаратора 12 уровня, соединенного другим входом с первым выходом модели 15 ротора электродвигателя . Выход датчика 8 тока максимально допустимого тока статора подключен к одному из входов компаратора 13 уровня, соединенного другим входом с выходом блока 9 выделения наибольшего по модулю фазного тока статора .

Выход координатного преобразователя 16 с поперечной составляющей тока статора подключен к первому входу блока J7 формирования углового положения вектора потокосцепления ротора и к входу компаратора 14 уровня.

Выходы компараторов 11-14 уровня1 включены к соответствующим входам дешифратора 4 команд управления. Бход модели 15 ротора электродвигателя подключен к выходу координатного преобразователя 16 с дродольной. составляющей, тока статора, а второй выход модели 15 подключен к второму входу блока 17, соединенного третьим входом с выходом датчика 6 положения. Выход датчика 2 тока подключен к соответствующему входу координатного преобразователя 36 и к входу блока 9 выделения наибольшего по модулю фазного тока статора.

В электропривод переменного тока введены пороговый элемент 18, формирователь 19 импульсов и RS-триггер 20, а дешифратор 4 команд управления снабжен дополнительным входом. Причем первый вход порогового элемента 18 подключен к выходу задатчи- ка 10 амплитуды тока намагничивания. Второй вход порогового элемента 18 подключен к выходу координатного преобразователя 16 с продольной составляющей тока статора. Выход порогового элемента 18 подключен к Р-входу PS - JQ триггера, S-вход которого подключен к выходу формирователя 19 импульсов, соединенного входом с выходом компартора 12 уровня, а выход RS- триггера 20 подключен к дополнительному входу дешифратора 4 команд управления.

Силовой преобразователь 3 представляет собой полупроводниковый

Модель 15 ротора электродвигателя представляет собой апериодическое звено, постоянная времени которого равна постоянной времени электромагнитной цепи ротора электродвигателя 1 Т и может быть выполнена на базе серийно выпускаемых операционных уси лителей, например, типа К140УД6.

Координатный преобразователь 16 осуществляет проебразбвание фазных составляющих вектора тока статора i-5A SB 5с B проекции тока статора isa, isj во вращающейся системе

15 координат (d,q), ориентированной по вектору потокосцепления ротора электродвигателя 1, и может быть выполнен на базе серийно выпускаемых интегральных ПЗУ, перемножающих цифро- преобразователь, выполненный по трех- 2о аналоговых преобразователей (ЦАР) и фазной мостовой схеме. Дешифратор 4 операционных усилителей, например, команд управления содержит таблицу состояний, описывающую алгоритм функционирования управляющего устройства, и может быть выполнен на базе серийно выпускаемых постоянных запополнен на базе серийно выпускаемых интегральных двоичных реверсивных счетчиках, сумматорах, регистрах, преобразователе напряжение - частота и компаратора, например, соответст25

минающих устройств (ПЗУ), например типа К573ВФ2, при этом входами дешифратора являются входы адреса микросхем ПЗУ,, а выходом - выходы данных ПЗУ.

Регулятор 7 частоты вращения выполнен в виде пропорционально-дифференциального звена и может быть

соответственно типа К573РФ2, К572ПА1А и К140УД6А.

Блок 17 формирует n-разрядный код углового положения вектора потокосцепления ротора Qу и может быть вы30

венно типа К155ИЕ7, К155ИМ1, К531ИР18 К1108ПП1 и К554СаЗА.

Пороговый элемент 18 содержит зону

выполнен на базе серийно выпускаемых «с нечувствительности, величина которой

операционных усилителей, например, типа К140УД6. В качестве задатчиков 8, 10 могут быть использованы любые регулируемые источники напряжения, в простейшем случае это потенциометры, подключенные к шинам питания системы управления электроприводом.

В качестве блока 9 можно исполь-

определяется допустимой ошибкой управления продольной составляюшей вектора тока статора iS(), и может быть выполнен на базе двух серийно-выпуска- 40 емых интегральных компарторов, например, типа К55САЗА.

Формирователь 9 импульсов в момен ты изменения состояния выхода компаратора 12 формирует короткие импульсы

50

зовать трехфазный мостовой полупровод-45 низкого логического уровня, управляю- никовый выпрямитель, собранный, например, на диодах типа КД521.

Компараторы 11, 12, 14 могут быть выполнены на базе серийно выпускаемых операционных усилителей, например, типа КР544УД2А.

Компаратор 13 содержит зону нечувствительности, величина которой определяется значением максимально допустимого тока статора и регулируется с помощью задатчика 8, и може-т быть реализован на базе двух серийно выпускаемых компараторов, например, типа К554САЗА.

55

щие по S-входу работой PS-триггера 20, и может быть выполнен на базе серийно выпускаемых интегральных микросхем, например, типа К155ЛН1 и К155ЛП5.

PvS-триггер 20 может быть выполнен на базе серийно выпускаемой микросхемы, например, типа К155ТМ2.

Электропривод переменного тока работает следующим образом.

На входы регулятсфс 7 поступают сигнал задания частоты вращения пг и сигнал отрицательной обратной связи п с выхода датчика 5. На выходе регулятора формируется сигнал S,

Модель 15 ротора электродвигателя представляет собой апериодическое звено, постоянная времени которого равна постоянной времени электромагнитной цепи ротора электродвигателя 1 Т и может быть выполнена на базе серийно выпускаемых операционных усилителей, например, типа К140УД6.

Координатный преобразователь 16 осуществляет проебразбвание фазных составляющих вектора тока статора i-5A SB 5с B проекции тока статора isa, isj во вращающейся системе

координат (d,q), ориентированной по вектору потокосцепления ротора электродвигателя 1, и может быть выполнен на базе серийно выпускаемых интегральных ПЗУ, перемножающих цифро- аналоговых преобразователей (ЦАР) и операционных усилителей, например,

координат (d,q), ориентированной по вектору потокосцепления ротора электродвигателя 1, и может быть выполнен на базе серийно выпускаемых интегральных ПЗУ, перемножающих цифро- аналоговых преобразователей (ЦАР) и операционных усилителей, например,

соответственно типа К573РФ2, К572ПА1А и К140УД6А.

Блок 17 формирует n-разрядный код углового положения вектора потокосцепления ротора Qу и может быть вы30

венно типа К155ИЕ7, К155ИМ1, К531ИР18П К1108ПП1 и К554СаЗА.

Пороговый элемент 18 содержит зону

определяется допустимой ошибкой управления продольной составляюшей вектора тока статора iS(), и может быть выполнен на базе двух серийно-выпуска- емых интегральных компарторов, например, типа К55САЗА.

Формирователь 9 импульсов в моменты изменения состояния выхода компаратора 12 формирует короткие импульсы

низкого логического уровня, управляю-

щие по S-входу работой PS-триггера 20, и может быть выполнен на базе серийно выпускаемых интегральных микросхем, например, типа К155ЛН1 и К155ЛП5.

PvS-триггер 20 может быть выполнен на базе серийно выпускаемой микросхемы, например, типа К155ТМ2.

Электропривод переменного тока работает следующим образом.

На входы регулятсфс 7 поступают сигнал задания частоты вращения пг и сигнал отрицательной обратной связи п с выхода датчика 5. На выходе регулятора формируется сигнал S,

характеризующий, отклонение моменту электродвигателя; 1 от необходимого для стабилизации частоты, вращения значения :

-1

S c,(nz-n) + -jЈ (пг-п),

где с, - некоторая положительная величина.

I Компаратор 11 преобразует величину рассогласования S в сигнал логиче- срого уровня L, , причем

О, S -Л

« ;

,. 1, S, А, ,

где А-. величина зоны гистерезиса КУ(И).

° Ч max г тах l Цй | U SB I 1 Чс | J Чт«г- max f| ieft| , |i5B 1 , |iBcl1 &

Ые

Д - величина зоны гистерезиса

компаратора 13.

На выходах координатного преобра ователя 16 получают

J - - ,-,

1 sd Чл1 cos 0V+JT (ise Јsc ) sinQr5

icn - - icftsin6,,, (i se-iso)$s6s0(+i,1

30

где Т - постоянная времени электромагнитной цепи ротора электродвигателя .

По значениям поперечной составляющей вектора тока статора i . тока намагничивания ротора i mv. и

значению углового положения ротора Q с

п хода датчика 6 в блоке 17 происхогпе 0/1 - значение угла системы коор (d q) относительно 35 Формирование цифрового п-разряд- м« н/ного эквивалента утла 9/о , постуобмотки фазы А статора эле- „п,лтп„п „„„„„ „„Л„„,

ктродвигателя 1 .

По значению продольной составляющей вектора тока статора isj модель Q 15 формирует значение тока намагничивания ротора i my, , при этом уравнение, описывающее модель 15, имеет вид:

45

d dt

т -г + т

i r 3T Lmr -mr

пающего далее на соответствующие входы дешифратора 4 и координатного преобразователя 16. Компаратор сравнивает сигнал задания амплитуды тока намагничивания imrz с выхода за- датчика 30 и сигнал с выхода модели 15, при этом на выходе компаратора 12 сигнал рассогласования преобразуется в сигнал логического уровня Ь„

mrz. C24ci -O-CzHmr йа; - c2iS(j -(l-c2)imr A

ъ )

где сг - некоторая положительная величина, определяющая темп изменения i mt, , сг 1 i

Ад,- величина зоны гистерезиса компаратора 12.

Обмотки статора электродвигателя 1 подключены к выходу силового преобразователя 3 через датчик 2 тока, при этом сигналы i5ft, i5B, isg с выхода датчика образуют трехфазную систему, т.е.

ЧА + ЧВ +

Чс О

Задатчик 8 формирует сигнал ния максимально допустимого значения тока статора , который с целью токоограничения сравнивается компаратором 13 с выделяемым в блоке 9 наибольшим по модулю фазным током статора max {|ЦА| , Usel , При этом на выходе компаратора I3 фор мируется сигнал логического уровня L3 причем

&

--Л

з

5

где Т - постоянная времени электромагнитной цепи ротора электродвигателя .

По значениям поперечной составляющей вектора тока статора i . тока намагничивания ротора i mv. и

„п,лтп„п „„„„„ „„Л„„,

пающего далее на соответствующие входы дешифратора 4 и координатного преобразователя 16. Компаратор сравнивает сигнал задания амплитуды тока намагничивания imrz с выхода за- датчика 30 и сигнал с выхода модели 15, при этом на выходе компаратора 12 сигнал рассогласования преобразуется в сигнал логического уровня Ь„

йа

ъ )

55

Компаратор 14 преобразует значение составляющей i вектора тока статора в сигнал логического уровня L

О, i в(у - 64 i 1, i6C 4 5

где & , - величина зоны гистерезиса

компаратора 14.

Логический сигнал L х на выходе порогового элемента 18 характеризует величину ошибки управления продольной составляющей вектора тока статора i9j

- HJ )U 05

sd 0,

- i

где А„ - величина допустимой ошибки управления составляющей .

Наличие низкого логического уровня на выходе порогового элемента 18 свидетельствует о превышении модулем ошибки управления составляющей i6cj вектора тока статора допустимого значения Д и по R-входу устанавливает RS-триггер 20 в состояние логического нуля, соответствующее LЈ 0. После снижения ошибки управления составляющей величины, не превышающей по модулю й, сигнал Lx вернется в состояние высокого логи. . Ч,, , ье, LC

.., L%I:I

, I. , It, Lj

f , 4,, L, Ia

ч, , ч. Li

2bV5| Ц. L.. , Lt. Li

, ц, , L. L

,1. , It, Lt

, IT, , Ц, L4

«f eV 3fCLt. 4. . L, L,

, Lt, 4, Li

4, I,, , ч.ьТЗ

, L4,, L,Lt

Li0I

Примечание :L L,L3 + LSL

ческого уровня, одняко это не повлияет на изменение LЈ до тех пор, пока значение логического сигнала L2 с выхода компаратора 12 не изменится на противоположное тому, при котором- значение Ц в последний раз имело низкий уровень. В момент изменения значения сигнала L4 на противоположное с помощью формирователя 19 импульсов формируется короткий импульс низкого логического уровня, устанавливающий по S-входу RS- Триггер 20 в состояние логической г единицы, соответствующее I 1. Логические сигналы L(, LZ, L2,

0

L, L и сигнал 0,,

0

5

поступающий в

цифровом виде с выхода блока 17, подаются на соответствующие входы дешифратора 4, при этом на его выходе определенным образом формируются сигналы Ьд, LB, Lc, управляющие работой силового преобразователя 3. Алгоритм формирования логических сигналов управления ключевыми элементами силового преобразователя 3 задается следующей таблицей состояний:

11J534737

Логические сигналы управления L, Ь„,и Ц, приводят к формированию на выходе преобразователя 3 соответствующих фазных напряжений

U

5А

U

58

10

U

6С

где V - величина питающего напряжения .

Заложенный в дешифратор 4 алгоритм формирования составляющих 11 , U,B Use вектора напряжения статора Vg U,5А, U5e, и5с1обеспечи- вдет функционирование электропривода переменного тока с скользящем режиме П$и этом обеспечивается высокая точность стабилизации частоты вращения

25

L5A - -SB 1

Lsc

Ф4зных составляющих

ве ктора тока статора и управление ампЛитудой тока намагничивания ротора

Лг

Таким образом, введение в состав электропривода переменного тока поро- гс}вого элемента 18, формирователя 19 импульсов и RS-триггера 20 обеспечивает формирование логического сигна л LЈ , перестраивающего работу дешифратора и команд управления в зависимости от величины модуля ошибки управления продольной составляющей Виктора статора i5jH изменяющего алгоритм ориентации вектора напряжения статора в системе координат Cd,q) что определяет при ограничении питающих напряжениях электродвигателя 1 повышение точности управления частотой вращения за счет повышения быстродействия управления моментом двигателя, Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, обмотки статора которого через датчик фазных токов подключен к выходу силового преобразователя, соединенного управляющим входом с выходом дешифратора команд управления, датчик частоты вращения и датчик положения , механически сочлененные с валом электродвигателя, регулятор частоты

12

5

0

о

5

0

5

вращения, задатчик максимально допустимого тока статора, блок выделения наибольшего по модулю фазного тока статора, задатчик амплитуды тока намагничивания, первый, второй, третий и четвертый компараторы уровня с нелинейной характеристикой типа гистерезис, модель ротора электродвигателя с вдумя выходами, координатный преобразователь с выходами продольной и поперечной составляющих тока статора, в блок формирования углового положения вектора потокосцепления ротора с тремя входами и выходом, подключенным к соответствующим входам дешифратора команд управления и координатного преобразователя, при этом выход датчика частоты вращения подключен к одному из входов регулятора частоты вращения, другой вход которого образует вход задания электропривода, а выход регулятора частоты вращения подключен к входу первого компаратора уровня, выход задатчика амплитуды тока намагничивания подключен к одному из входов второго компаратора уровня, соединенного другим входом с первым выходом модели ротора электродвигателя, выход задатчика максимально допустимого тока статора подключен к одному из входов третьего компаратора уровня, соединенного другим входом с выходом блока выделения наибольшего по модулю фазного тока статора, выход поперечной доставляющей тока статора координатного преобразователя подключен к первому входу блока формирования углового положения вектора потокосцепления ротора и к входу четвертого компаратора уровня, выходы компараторов уровня подключены к соответствующим входам дешифра- ратора команд управления, вход модели ротора электродвигателя подключен к выходу продольной, составляющей тока статора координатного преобразователя,

а второй выход указанной модели подключен к второму входу блока формирования углового положения вектора потокосцепления ротора, соединенного третьим входом с выходом датчику положения ротора, выход датчика тока подключен к соответствующему входу координатного преобразователя и к входу блока выделения наибольшего по модулю фазного тока статора, отличающийся тем, что с целью повышения точности управления

131534737I

частотой вращения электродвигателя,тока статора координатного преобрав него введены пороговый элемент,зователя, а выход порогового элеменформирователь импульсов и RS-триг-та подключен к Р-входу VJRS-триггегер, а дешифратор команд управления ра, S-вход которого подключен к вы.снабжен дополнительным входом, при-ходу формирователя импульсов, соедичем входы порогового элемента подклю-ненного входом с выходом второго комчены соответственно к выходу задат-паратора уровня, а выход RS-триггера

чика амплитуды тока намагничиванияподключен к дополнительному входу к выходу продольной составляющейшифратора команд управления.