УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОЦЕНКИ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к электротехнике, преимущественно к электрическим машинам и измерительной технике, и может быть использовано для цифрового управления асинхронным двигателем.
Известна система оценки частоты вращения асинхронного двигателя [Патент РФ 2385529, МПК 8 H02P 21/14, H02P 23/14, опубл. 27.03.2010], выбранная в качестве прототипа, содержащая блоки прямого и косвенного вычисления реактивной мощности, выходы которых соединены со входами блока сравнения, подключенного к входу блока вычисления оценки, выход которого соединен со вторым входом блока косвенного вычисления реактивной мощности, блок измерения соединен с блоками прямого и косвенного вычисления реактивной мощности через блок преобразования координат, блок оптимизации параметров оценки, выход которого соединен со вторым входом блока вычисления оценки, первый блок задержки, вход которого соединен с выходом блока сравнения и первым входом блока оптимизации параметров оценки, а выход - со вторым входом блока оптимизации параметров оценки, второй блок задержки, вход которого соединен с выходом блока вычисления оценки и третьим входом блока оптимизации параметров оценки, а выход подключен к четвертому входу блока оптимизации параметров оценки и третьему входу блока вычисления оценки.
Недостатком известного устройства является то, что для его функционирования требуются технические данные двигателя.
Задачей полезной модели является расширение арсенала средств аналогичного назначения.
Поставленная задача решена за счет того, что устройство для определения оценки частоты вращения асинхронного двигателя также как и в прототипе содержит датчики фазных токов и фазных напряжений.
Согласно полезной модели к первому датчику тока последовательно подключены первый элемент временной задержки, второй элемент временной задержки, третий элемент временной задержки. Ко второму датчику тока последовательно подключены четвертый элемент временной задержки, пятый элемент временной задержки, шестой элемент временной задержки. К первому датчику напряжения последовательно подключены седьмой элемент временной задержки, восьмой элемент временной задержки, девятый элемент временной задержки. Ко второму датчику напряжения последовательно подключены десятый элемент временной задержки, одиннадцатый элемент временной задержки, двенадцатый элемент временной задержки. Выходы датчиков фазных токов и напряжений и элементов временной задержки соединены с искусственной нейронной сетью, которая связана с дисплеем или ЭВМ. Выход искусственной нейронной сети соединен с тринадцатым элементом временной задержки, который подключен к входу искусственной нейронной сети.
На фиг.1 приведена схема устройства для определения оценки частоты вращения асинхронного двигателя.
Устройство для определения оценки частоты вращения асинхронного двигателя содержит датчики фазных токов 1, 2 (ДТ1, ДТ2), и датчики фазных напряжений 3, 4 (ДН1, ДН2), подключенные к двум фазам питания асинхронного двигателя. К первому датчику тока 1 (ДТ1) последовательно подключены первый элемент временной задержки 5 (ЭВЗ1), второй элемент временной задержки 6 (ЭВЗ2), третий элемент временной задержки 7 (ЭВЗ3). Ко второму датчику тока 2 (ДТ2) последовательно подключены четвертый элемент временной задержки 8 (ЭВЗ4), пятый элемент временной задержки 9 (ЭВЗ5), шестой элемент временной задержки 10 (ЭВЗ6). К первому датчику напряжения 3 (ДН1) последовательно подключены седьмой элемент временной задержки 11 (ЭВЗ7), восьмой элемент временной задержки 12 (ЭВЗ8), девятый элемент временной задержки 13 (ЭВЗ9). Ко второму датчику напряжения 4 (ДН2) последовательно подключены десятый элемент временной задержки 14 (ЭВЗ10), одиннадцатый элемент временной задержки 15 (ЭВЗ11), двенадцатый элемент временной задержки 16 (ЭВ312). Выходы датчиков фазных токов 1, 2 (ДТ1, ДТ2) и напряжений 3, 4 (ДН1, ДН2) и элементов временной задержки 5-16 (ЭВЗ1-ЭВЗ12) соединены с искусственной нейронной сетью 17 (ИНС), которая связана с дисплеем или ЭВМ (не показано на фиг.1). Выход искусственной нейронной сети 17 (ИНС) соединен с тринадцатым элементом временной задержки 18 (ЭВЗ13), который подключен к входу искусственной нейронной сети 17 (ИНС).
В качестве датчиков фазных токов 1, 2 (ДТ1, ДТ2) могут быть использованы датчики тока - промышленный прибор КЭИ-0,1, а датчики напряжения 3, 4 (ДН1, ДН2) - LEM. Элементы временной задержки 5-16, 18 (ЭВЗ1-ЭВЗ13), искусственная нейронная сеть 17 (ИНС) могут быть выполнены на базе микроконтроллера типа TMS320F2812 фирмы Texas Instruments.
Для определения оценки частоты вращения асинхронного двигателя использовали трехслойную рекуррентную искусственную нейронную сеть [Осовский С. Нейронные сети для обработки информации: пер. с польск. - М.: Финансы и статистика, 2002. - 200 с.], которая состоит из входного слоя, скрытого слоя и выходного слоя. Количество нейронов во входном слое равно 17, в скрытом слое - 80, в выходном слое - 1. Функция активации всех нейронов скрытого слоя - гиперболический тангенс, выходного слоя - линейная. Нейроны входного слоя ретранслируют входные сигналы на скрытый слой, не преобразуя их.
Перед началом работы обучили искусственную нейронную сеть на выборке, сформированной по опытным данным работы электродвигателя во всех режимах. Период дискретизации - 1 мс. Для обучения искусственной нейронной сети использовали алгоритм обратного распространения ошибки [Осовский С. Нейронные сети для обработки информации: пер. с польск. - М.: Финансы и статистика, 2002. - 51 с.].
Процесс обучения искусственной нейронной сети выглядит следующим образом: все коэффициенты связей между нейронами инициализируются случайными числами, затем сети предъявляется обучающая выборка, и с помощью алгоритма обучения коэффициенты синаптических связей подстраиваются при выполнении циклической процедуры так, чтобы расхождение между обучающей выборкой и реакцией сети на соответствующие входные данные было минимальным.
Датчики фазных токов 1, 2, и (ДТ1, ДТ2), и датчики фазных напряжении 3, 4 (ДН1, ДН2) подключают к любым двум фазам асинхронного двигателя. С выходов датчиков фазных токов 1, 2 (ДТ1, ДТ2), и датчиков фазных напряжения 3, 4 (ДН1, ДН2) сигналы поступают на элементы временной задержки 5-16 (ЭВЗ1-ЭВЗ12), затем сигналы с выходов датчиков фазных токов 1, 2 (ДТ1, ДТ2) и напряжений 3, 4 (ДН1, ДН2) и элементов временной задержки 5-16 (ЭВЗ1-ЭВЗ12) подаются на входы искусственной нейронной сети 17 (ИНС), определяющей мгновенную величину оценки частоты вращения ротора двигателя, используя выявленные при обучении зависимости между входными и выходными данными, по формуле
,
где m=80 - количество нейронов в скрытом слое,
n=17 - количество нейронов во входном слое,
1ji
w - синаптический вес i-го входа j-го нейрона скрытого слоя,
1j0
w - сдвигу j-го нейрона скрытого слоя,
2j
w - синаптический весу j-го входа нейрона выходного слоя,
20
w -  сдвиг нейрона выходного слоя,
i
A(k)
A(k-l)
A(k-2)
A(k-3)
B(k)
B(k-l)
B(k-2)
B(k-3)
A(k)
A(k-l)
A(k-2)
A(k-3)
B(k)
B(k-l)
B(k-2)
B(k-3)
х - входные сигналы искусственной нейронной сети, равные соответственно i, i, i, i, i, i, i, i, u, u, u, u, u, u, u, u, .
Величина оценки частоты вращения ротора асинхронного двигателя поступает на тринадцатый элемент временной задержки 18 (ЭВЗ13), где происходит ее задержка. Задержанную величину оценки частоты вращения ротора асинхронного двигателя подают на вход искусственной нейронной сети 17 (ИНС) для создания обратной связи, придающей искусственной нейронной сети собственные нелинейные динамические свойства.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет определять оценку частоты вращения ротора асинхронного двигателя, используя данные, полученные от датчиков фазных токов и напряжений.