УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к управлению асинхронными двигателями.
Известно устройство управления асинхронным электродвигателем, содержащее асинхронный двигатель, ШИМ-инвертор, датчик скорости, преобразователь координат, регулятор тока, интегратор, генератор команд на изменение тока, схемы формирования команд на изменение напряжения, команд на изменение угловой частоты вращения, команд на изменение глубины модуляции, сигналов управления ШИМ-инвертором (RU патент №2193814, МПК 7 Н02Р 21/00, опубл. 27.11.2002 г.).
Недостатком известного устройства управления является то, что для его функционирования необходимо оборудовать двигатель датчиком скорости, что снижает область применения данного устройства управления.
Наиболее близким к предлагаемому является система управления асинхронным двигателем, состоящая из блока ввода заданной частоты вращения асинхронного двигателя, блока рассогласования, регулятора напряжения, блока драйверов, автономного инвертора напряжения, датчика текущей частоты вращения асинхронного двигателя, блока вычисления синхронной частоты вращения асинхронного двигателя, наблюдателя состояния (RU патент №2390091, МПК 8 Н02Р 21/08, Н02Р 21/13, Н02Р 23/08, Н02Р 27/06, опубл. 20.05.2010 г.).
Недостатком известной системы управления является то, что для вычисления электрической частоты вращения ротора двигателя наблюдателем состояния необходимо использование датчика скорости, что снижает надежность данной системы управления.
Задачей полезной модели является повышение надежности управления электродвигателем.
Поставленная задача решена за счет того, что устройство управления асинхронным двигателем также как и в прототипе содержит автономный инвертор напряжения, блок драйверов и наблюдатель состояния.
Согласно полезной модели что силовые выходы автономного инвертора напряжения подключены к датчикам фазных токов, к которым подключены соответственно датчики напряжения, которые параллельно подсоединены к статорным обмоткам асинхронного двигателя. А силовые входы этого инвертора соединены с выходами неуправляемого выпрямителя, входы которого подключены к источнику трехфазного переменного напряжения. В качестве наблюдателя состояния выбран нейроэмулятор. Управляющие входы автономного инвертора напряжения через блок драйверов соединены с выходами ШИМ-генератора. К блоку интерфейса последовательно подключены входной фильтр, первый сумматор, ПИ-регулятор скорости, второй сумматор, первый ПИ-регулятор тока, первый преобразователь координат, ШИМ-генератор. При этом к блоку интерфейса последовательно подключен третий сумматор, ПИ-регулятор потокосцепления, четвертый сумматор, второй ПИ-регулятор тока, первый преобразователь координат, ШИМ-генератор. А датчики тока соединены через второй преобразователь координат с третьим преобразователем координат, который связан со вторым и четвертым сумматором. Причем датчики тока и напряжения соединены с нейроэмулятором, который соединен с первым и третьим сумматорами, первым и третьим преобразователем координат. Блок интерфейса связан с персональным компьютером.
На фиг.1 изображена структурная схема устройства управления асинхронным двигателем.
Устройство управления асинхронным двигателем содержит автономный инвертор напряжения 1 (АИН), силовые выходы которого подключены к датчикам фазных токов 2, 3 (ДТ), к которым подключены датчики напряжений 4, 5 (ДН), которые параллельно подсоединены к статорным обмоткам асинхронного двигателя 6 (М). Силовые входы автономного инвертора напряжения 1 (АИН) соединены с выходами неуправляемого выпрямителя 7 (НВ), входы которого подключены к источнику трехфазного переменного напряжения 8 (ИТПН). Управляющие входы автономного инвертора напряжения 1 (АИН) через блок драйверов 9 (БД) соединены с выходами ШИМ-генератора 10 (ШИМ-Г). К блоку интерфейса 11 (БИ) последовательно подключены входной фильтр 12 (ВФ), первый сумматор 13 (С1), ПИ-регулятор скорости 14 (ПИ-РС), второй сумматор 15 (С2), первый ПИ-регулятор тока 16 (ПИ-РТ 1), первый преобразователь координат 17 (ПК 1), ШИМ-генератор 10 (ШИМ-Г). К силовым выходам датчиков фазных токов 2 и 3 (ДТ) последовательно подсоединены второй преобразователь координат 18 (ПК 2), третий преобразователь координат 19 (ПК 3), четвертый сумматор 20 (С4), второй ПИ-регулятор тока 21 (ПИ-РТ 2), первый преобразователь координат 17 (ПК 1), ШИМ-генератор 10 (ШИМ-Г). Третий преобразователь координат 19 (ПК 3) связан со вторым сумматором 15 (С2). К блоку интерфейса 11 последовательно подключены третий сумматор 22 (С3), Пи-регулятор потокосцепления 23 (ПИ-РП), четвертый сумматор 20 (С4). Силовые выходы датчиков тока 2, 3 (ДТ) и напряжения 4, 5 (ДН) соединены со входами нейроэмулятора 24 (НЭ), выходы которого в свою очередь соединены с первым сумматором 13 (С1), третьим сумматором 22 (С3), первым преобразователем координат 17 (ПК 1), третьим преобразователем координат 19 (ПК 3). Блок интерфейса 11 (БИ) связан с персональным компьютером (не показан на фиг.1).
В качестве датчиков фазных токов 2, 3 (ДТ) могут быть использованы датчики тока - промышленный прибор КЭИ-0,1, а датчики напряжения 4, 5 (ДН) - LEM. Неуправляемый выпрямитель 7 (НВ) и автономный инвертор напряжения 1 (АИН) конструктивно выполнены в одном устройстве - преобразователе частоты, в качестве которого может быть использован преобразователь частоты VLT FC 300 фирмы Danfoss. Блок драйверов 9 (БД) может быть выполнен на драйверах типа ДРИ 11-10-12-1 ОМ1К-1 для управления IGBT модулями. ПИ-регулятор скорости 14 (ПИ-РС), ПИ-регулятор потокосцепления 23 (ПИ-РП), первый ПИ-регулятор тока 16 (ПИ-РТ 1) и второй ПИ-регулятор тока 21 (ПИ-РТ 2) могут быть выполнены на операционных усилителях типа 157УД4 с конденсатором в цепи обратной связи. Сумматоры 13 (С1), 15 (С2), 22 (С3) и 20 (С4) могут быть выполнены на операционных усилителях типа 157УД4. Входной фильтр 12 (ВФ) представляет собой апериодическое звено первого порядка и может быть выполнен на базе RC-цепочки. Первый преобразователь координат 17 (ПК 1), второй преобразователь координат 18 (ПК 2), третий преобразователь координат 19 (ПК 3), нейроэмулятор 24 (НЭ) и ШИМ-генератор 10 (ШИМ-Г) могут быть выполнены на базе микроконтроллера типа TMS320F2812 фирмы Texas Instruments. Блок интерфейса 11 (БИ) может быть реализован на базе последовательного преобразователя интерфейса RS-232.
При включении устройства с персонального компьютера поступает сигнал управления на блок интерфейса 11 (БИ), от которого одновременно подаются команды задания на потокосцепление и на скорость вращения асинхронного двигателя 6 (М), на третий сумматор 22 (С3) и входной фильтр 12 (ВФ) соответственно. От входного фильтра 12 (ВФ) сигнал поступает на первый сумматор 13 (С1), в котором суммируется с отрицательным значением сигнала оценки скорости от нейроэмулятора 24 (НЭ). От первого сумматора 13 (С1) сигнал поступает на ПИ-регулятор скорости 14 (ПИ-РС). Далее сигнал идет на второй сумматор 15 (С2), где суммируется с отрицательным значением сигнала проекции вектора тока статора на ось ординат вращающейся системы координат от третьего преобразователя координат 19 (ПК 3). Со второго сумматора 15 (С2) сигнал поступает на первый ПИ-регулятор тока 16 (ПИ-РТ 1). В третьем сумматоре 22 (С3) происходит суммирование команды задания на потокосцепление и отрицательного значения сигнала оценки потокосцепления с нейроэмулятора 24 (НЭ). Далее сигнал поступает на ПИ-регулятор потокосцепления 23 (ПИ-РП), с которого идет на четвертый сумматор 20 (С4), где суммируется с отрицательным значением сигнала проекции вектора тока статора на ось абсцисс вращающейся системы координат с третьего преобразователя координат 15 (ПК 3). С четвертого сумматора 20 (С4) сигнал поступает на второй ПИ-регулятор тока 21 (ПИ-РТ 2). На первый преобразователь координат 17 (ПК 1) одновременно поступают сигналы с первого ПИ-регулятора тока 16 (ПИ-РТ 1), второго ПИ-регулятора тока 21 (ПИ-РТ 2) и сигнал оценки угла поворота вектора потокосцепления с нейроэмулятора 24 (НЭ). С первого преобразователя координат 17 (ПК 1) сигналы фазных напряжений поступают на ШИМ-генератор 10 (ШИМ-Г). С ШИМ-генератора 10 (ШИМ-Г) сигналы идут на блок драйверов 9 (БД). На второй преобразователь координат 18 (ПК 2) поступают сигналы с датчиков фазных токов 2, 3 (ДТ). Сигналы с фазных датчиков тока 2, 3 (ДТ) и датчиков напряжения 4, 5 (ДН) поступают на нейроэмулятор 24 (НЭ). На третий преобразователь координат 19 (ПК 3) одновременно поступают сигналы проекций вектора тока статора на оси неподвижной системы координат со второго преобразователя координат 18 (ПК 2) и сигнал оценки угла поворота вектора потокосцепления с нейроэмулятора 24 (НЭ). С источника трехфазного переменного напряжения 8 (ИТПН) сигналы поступают на неуправляемый выпрямитель 7 (НВ). На автономный инвертор напряжения 1 (АИН) одновременно поступают сигнал выпрямленного напряжения с неуправляемого выпрямителя 7 (НВ) и сигналы управления силовыми ключами инвертора с блока драйверов 9. (БД). С автономного инвертора напряжения 1 (АИН) сигналы поступают на датчики фазных токов 2, 3 (ДТ) и напряжений 4, 5 (ДН) и далее на статорные обмотки асинхронного двигателя 6 (М). Таким образом заявляемое устройство позволяет регулировать скорость и потокосцепление асинхронного двигателя 6 (М).