SU836749A1 - Device for measuring magnetic flux of ac electric motor - Google Patents

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах регулирования частотно-управляемыми электроприводами.The invention relates to electrical engineering and can be used in control systems of frequency-controlled electric drives.

Известно устройство для измерения магнитного потока электродвигателей переменного тока, основанные на косвенном измерении потока машины по напряжению и току статора [Ί ] или с помощью специальных измерительных обмоток, заложенных в пазы статора двигателя переменного тока [2].A device is known for measuring the magnetic flux of AC electric motors, based on indirect measurement of the machine’s flux by stator voltage and current [Ί] or by means of special measuring windings embedded in the stator slots of the AC motor [2].

В указанных устройствах косвенного измерения магнитного потока двигате-⁴ ля имеется общий недостаток - отсутствие достоверной информации о магнитном потоке в машине при нулевой частоте питающего напряжения (режим постоянного тока), что существенно влияет на качество процессов регулирования _м частоты вращения ротора частотно-управляемого электропривода, особенно это сказывается в быстродействующих реверсивных электроприводах.In these devices, an indirect measurement of the magnetic flux dvigate- ⁴ To have a common drawback - the lack of reliable information about the magnetic flux in the machine at zero frequency of the supply voltage (constant current mode), which significantly affects the quality of the regulation processes of rotor speed _m frequency controlled electric drive, This is especially true in high-speed reversing electric drives.

В указанных устройствах используются операционные усилители,поэтому интегратор из-за всегда имеющегося напряжения смещения идет в насыщение. Реально такое устройство выдает постоянный сигнал, равный напряжению насьйцения операционного усилителя. Для исключения этого явления интегратор может быть охвачен дополнительной обратной связью с пропорциональноинтегральным звеном.These devices use operational amplifiers, so the integrator is saturated because of the always present bias voltage. Actually, such a device produces a constant signal equal to the voltage of one-third of the operational amplifier. To eliminate this phenomenon, the integrator can be covered by additional feedback with a proportional-integral link.

В таких устройствах в установившемся режиме поток Ф (р) = 0. Этим устраняется эффект насыщения интегратора, однако поток равен нулю, в то время как в реальной машине он существует и равен где -ц - ток статора;In such devices, in the steady state, the flux Ф (р) = 0. This eliminates the saturation effect of the integrator, but the flux is equal to zero, while in a real machine it exists and is equal to where -t is the stator current;

U_m- индуктивность контура намагничивания машины. _{ Кроме того, при наличии дополнительной обратной связи в интеграторе искажаются фазочастотные характерис тики устройства и не обеспечивается · точное определение пространственного положения вектора потока, что необходимо при построении векторно-матричных систем регулирования.U _m - the inductance of the magnetization circuit of the machine. _{ In addition, if there is additional feedback in the integrator, the phase-frequency characteristics of the device are distorted and the exact determination of the spatial position of the flow vector is not ensured, which is necessary when constructing vector-matrix control systems.

Известно также устройство для измерения магнитного потока электродвиA device for measuring the magnetic flux of an electric motor is also known.

836749 4 включенные в статорные цепи электродвигателя, дифференцирующее звено 5, интеграторы 6 и 7 с ограничителями 8' и 9 напряжения и сумматор 10.836749 4 included in the stator circuit of the electric motor, differentiating element 5, integrators 6 and 7 with voltage limiters 8 'and 9, and an adder 10.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Выражение для потока можно запигателя переменного тока, которое содержит датчики тока и напряжения, интегратор, дифференцирующее звено и ю сумматор Гз^. В нем, кроме охвата интегратора обратной связью, предусмотрены регуляторы нулевого потока, которые подключаются при достижении частоты питающего напряжения нулевого ₁₅ значения и удерживают выходной .сигнал .схемы измерения потока, равным нулю, что устраняет дрейф интеграторов, но одновременно исключает информацию о реальном потоке электродвигателя.При использовании дополнительной измерительной обмотки для измерения магнитного потока электродвигателя очевидно, что в режиме постоянного тока в ней ЭДС от основного напряжения не наводится, в то время как поток в электрической машине существует. ιThe expression for the flow can be an alternator, which contains current and voltage sensors, an integrator, a differentiating element, and an adder Гз ^. It except coverage integrator feedback provides zero flow regulators which are connected when the frequency of the supply voltage ₁₅ of the zero value and hold the output .signal Scheme flow measurements to zero, which eliminates drift integrators, but also eliminates the flow of information about the real motor .When using an additional measuring winding to measure the magnetic flux of the electric motor, it is obvious that in DC mode it does not induce the emf from the main voltage while flowing in an electric machine exists. ι

Целью изобретения являются расширение диапазона измерения магнитного потока электродвигателя переменного тока до нулевой частоты питающего напряжения включительно, а также увелисать в ввде где - напряжение статора;The aim of the invention is to expand the measuring range of the magnetic flux of an AC motor to zero frequency of the supply voltage inclusive, and also to increase in the field where - the stator voltage;

- активное сопротивление статора;- stator resistance;

Т - постоянная интегрирования;T is the integration constant;

L_| - индуктивность рассеяния статора;L_ | - stator leakage inductance;

4^- потокосцепление намагничивающего контура статора.4 ^ - flux linkage of the magnetizing circuit of the stator.

Согласно этому выражению собрана схема устройства измерения потока двигателя, где на операционном усилителе собран интегратор 6, реализующий зависимость Jll^dt.According to this expression, a diagram of a device for measuring engine flow is assembled, where an integrator 6 is assembled on the operational amplifier, which implements the dependence Jll ^ dt.

В дифференцирующем’ звене 5 осуществляется операция дифференцирования -)--^1, на интеграторе 7, выполненном чение точности определения пространственного положения вектора магнитного потока электродвигателя.In the differentiating link 5, the differentiation operation is performed -) - ^1, on the integrator 7, the accuracy of determining the spatial position of the magnetic flux vector of the electric motor is calculated.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее датчики тока и напряжения, первый интегратор, ‘дифференцирующее звено и сумматор, снабжено вторым интегратором и ограничителями выходных напряжений интег,раторов, каждое из которых подключено параллельно соответствующему интегра на операционном усилителе, реализуется операция суммирования и интегрирования согласно зависимости “(Ц+ dt и наконец в сумматоре 10 реализуется операция суммирования. С помощью ограничителей 8 и 9 величина выходного напряжения интеграторов 6 и 7 выставляется одинаковой как для положительной, так и для отрицательной полярности.This goal is achieved in that the device containing the current and voltage sensors, the first integrator, the differentiating link and the adder, is equipped with a second integrator and integrator output voltage limiters, radiators, each of which is connected in parallel to the corresponding integration on the operational amplifier, the operation of summation and integration according to the dependence “(C + dt and finally the summation operation is implemented in the adder 10. Using the limiters 8 and 9, the output voltage of the integrators 6 and 7 is It appears the same for both positive and negative polarity.

В режиме постоянного тока оба интору, вход первого интегратора соединен с выходом датчика напряжения, вход второго интегратора соединен с выходом датчика тока и выходом дифференцирующего звена, вход которого соединен с выходом датчика тока,, подключенным к выходу сумматора, а выходы интеграторов подключены к вхо- 50 ду сумматора.In DC mode, both are intuitive, the input of the first integrator is connected to the output of the voltage sensor, the input of the second integrator is connected to the output of the current sensor and the output of the differentiating link, the input of which is connected to the output of the current sensor, connected to the output of the adder, and the outputs of the integrators are connected to the input 50 do the adder.

На чертеже изображена схема уст~ тегратора идут в насыщение и величина выходного напряжения определяется ус45 тавкой ограничения. Так как уставки ограничения одинаковые, а полярность напряжений разная, поскольку на входы поступают сигналы противоположной полярности, то эти напряжения взаимно компенсируют друг друга в сумматоре 10, и выходное напряжение сумматора 10 будет пропорционально измеряемо ройства для измерения потока электро му магнитному потоку, Определяемому двигателя.The drawing shows a diagram of the device of the integrator going into saturation and the magnitude of the output voltage is determined by the setting of the limitation. Since the limit settings are the same, and the polarity of the voltages is different, since the signals of opposite polarity arrive at the inputs, these voltages mutually cancel each other in the adder 10, and the output voltage of the adder 10 will be proportionally measured by the device for measuring the flux of the electric magnetic flux, determined by the motor.

Устройство подключено к выходу преобразователя 1 частоты, питающего асинхронный электродвигатель 2, содержит датчики напряжения 3 и тока 4,j в соответствии с выражением ⁵⁵ ' ^ψπΓ Чк Ц ·The device is connected to the output of the frequency converter 1 supplying an asynchronous electric motor 2, contains voltage sensors 3 and current 4, j in accordance with the expression ⁵⁵ ' ^ψ πΓ Chk C ·

Для подавления высокочастотных гар моник, присутствующих в токе статора электродвигателей при питании от преTo suppress high-frequency harmonics present in the stator current of electric motors when powered by

836749 6 о§разователя частоты, дифференцирующее звено 5, выполненное на усилителе, должно иметь фильтр.для исключения погрешности для основной составляющей тока. Дифференциальный усилитель можно не ставить, а дифференцирование выполнять установкой в цепь датчика тока дросселя. Однако при современном уровне электроники установка дифференцирующего усилителя является 1 технологичной и экономичной, позволяет легко производить подстройку на различные параметры двигателей.836749 6 of the frequency converter, the differentiating element 5, made on the amplifier, must have a filter. To eliminate errors for the main component of the current. A differential amplifier can be omitted, and differentiation is performed by installing a choke current sensor in the circuit. However, at the current level of electronics, the installation of a differentiating amplifier is 1 technological and economical, making it easy to adjust to various parameters of the engines.

Таким образом, введение дополнительных блоков интегратора и ограни- 1 чителя, а так&е выполнение указанных связей позволили получить информацию о потоке во всем диапазоне изменения скорости, что обеспечивает повышение качества регулирования ассинхронных ι двигателей, а именно обеспечение задающего момента на низких скоростях вращения.Thus, the introduction of additional integrator and limiter units, as well as the implementation of the indicated connections, made it possible to obtain information on the flow over the entire range of speed changes, which ensures an increase in the quality of regulation of asynchronous ι motors, namely, providing a driving torque at low rotational speeds.

Claims (3)

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНГЛ МАГНИТНОГО ПОТОКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 38 тики устройства и не обеспечиваетс  точное определение пространст;венного положени  вектора потока, что необходимо при построении векторно-матричных систем регулировани , Известно также устройство дл  измерени  магнитного потока электродвигател  переменного тока, которое содержит датчики тока и напр жени , интегратор , дифференцирующее звено и сумматор Гз. В нем, .кроме охвата интегратора обратной св зью, предусмотрены регул торы нулевого потока, которые подключаютс  при достижении частоты питающего напр жени  нулевого значени  и удерживают выходной .сигнал .схемы измерени  потока, равным нулю, что устран ет дрейф интеграторов, но одновременно исключает информацию о реальном потоке электродвигател .При использовании дополнительной измерительной обмотки дл  измерени  магнитного потока электродвигател  очевидно что в режиме посто нного тока в ней ЭДС от основного напр жени  не наводитс , в то врем  как поток в электри т еской машине существует, i Целью изобретени   вл ютс  расширение диапазона измерени  магнитного потока электродвигател  переменного тока до нулевой частоты питающего напр жени  включительно, а также увеличение точности Определени  пространст венного положени  вектора магнитного потока электродвигател . : Поставленна  цель достигаетс  тем что устройство, содержащее датчики тока и напр жени , первый интегратор дифференцирующее звено и сумматор, снабжено вторым интегратором и ограничител ми выходных напр жений интег , раторов, каждое из которых подключен параллельно соответствующему интегра тору, вход первого интегратора соеди нен с выходом датчика напр жени , вход второго интегратора соединен с выходом датчика тока и выходом дифференцирующего звена, вход которого соединен с выходом датчика тока,. подключенным к выходу сумматора, а выходы интеграторов подключены к вхо ду сзт матора. На чертеже изображена схема устройства дл  измерени  пото|са электро . двигател . Устройство подключено к выходу преобразовател  1 частоты, питающего асинхронный электродвигатель 2, содержит датчики напр жени  3 и тока 4 ключенные в статорные цепи электровигател , дифференцирующее звено 5, нтеграторы 6 и 7 с ограничител ми 8 9 напрщсени  и сумматор 10. Устройство работает следующим обазом . Выражение дл  потока можно запиать в вцде Vf-J(V,.,i)« fh«-fй -ц$-. 4K ft4SfW4 .,s. ДР и - напр жение статора; R. - активное сопротивление статора; Т - посто нна  интегрировани ; L. - индуктивность рассе ни  статора; потокосцепление намагничивающего контура статора. Согласно этому выражению собрана хема устройства измерени  потока вигател , где на операционном усилиеле собран интегратор 6, реализующий зависимость dt. В дифференцирующем звене 5 осу1ествл етс  операци  дифференцировани  d i. на интеграторе 7, выполненном на операционном усилителе, реализуетс  операци  суммировани  и интегрировани  согласно зависимости fi .j R - ( dt и наконец в сумматоре 10 реализуетс  операци  суммировани . С по.мощью ограничителей 8 и 9 величина выходного напр жени  интеграторов 6 и 7 выставл етс  одинаковой как дл  положительной, так и дл  отрицательной пол рности. В режиме посто нного тока оба интегратора идут в насьщение и величина выходного напр жени  определ етс  уставкой ограничени . Так как уставки ограничени  одинаковые, а пол рность напр жений разна , поскольку на входы поступают сигналы противоположной пол рности , то эти напр жени  взаимно компенсируют друг друга в сумматоре 10, и выходное напр жение сумматора 10 будет пропорционально измер емому магнитному потоку. Определ емому в соответствии с выражением in W ц Дл  подавлени  высокочастотных гармоник , присутствующих в токе статора электродвигателей при питании от прео§разовател  частоты, дифференцирующее звено 5, выполненное на усилителе , должно иметь фильтр.дл  исключени  погрешности дл  основной составл ющей тока. Дифференциальный усилитель можно не ставить, а дифференцирование выполн ть установкой в цепь датчика тока дроссел . Однако при со ременном уровне электроники установк дифференцирующего усилител   вл етс  технологичной и экономичной, позвол  ет легко производить подстройку на различные параметры двигателей. Таким образом, введение дополнительных блоков интегратора и ограничител , а выполнение указанных св зей позволили получить информацию о потоке во всем диапазоне изменени  скорости, что обеспечивает повышение качества регулировани  ассинхронних двигателей, а именно обеспечение задающего момента на низких скорост х вращени . Формула изобретени  Устройство дл  измерени  магнитно го потока электродвигател  переменно го тока, содержащее датчики тока и напр жени , первый интегратор, дифференцирующее звено и сумматор, отличающеес  тем, что, с целью расширени  диапазона измерени  магнитного потока и повышени  точности определени  пространственного положени  вектора магнитного потока, оно снабжено вторым интегратором и двум  ограничител ми выходного напр жени  , каждый из которых, подключен параллельно соответствующему интегра-. тору,вход второго интегратора подключен к выходу датчика тока и выходу дифференцирующего звена, входом соединенного с выходом датчика тока, подключенного к выходу сумматора, вход которого соединен с выходами интеграторов , а вход первого интегратора соединен с выходом датчика напр жени . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе i; Патент ФРГ В 1806769, кл. Н 07 Р 7/58, 1972. (54) DEVICE FOR MEASURENGL OF MAGNETIC FLOW OF ELECTRIC MOTOR MOTOR 38 ticks device and does not provide accurate determination of the spatial position of the flux vector, which is necessary when building a vector-matrix control systems. current and voltage, integrator, differentiating link and Gz adder. In addition to integrator coverage, zero flow controllers are provided, which are connected when the supply voltage frequency reaches zero and keep the output signal of the flow measurement circuit equal to zero, which eliminates the drift of the integrators, but at the same time eliminates information about the real flow of an electric motor. When using an additional measuring winding to measure the magnetic flux of an electric motor, it is obvious that in the DC mode, the emf from the main voltage does not induce The aim of the invention is to expand the magnetic flux measurement range of an AC motor to zero frequency of the supply voltage inclusive, as well as to increase the accuracy of determining the spatial position of the magnetic flux vector of the electric motor. : The goal is achieved by the fact that the device containing current and voltage sensors, the first integrator differentiating element and the adder, is equipped with a second integrator and limiters of the output integra voltages, rators, each connected in parallel to the corresponding integrator, the input of the first integrator is connected to the output of the voltage sensor, the input of the second integrator is connected to the output of the current sensor and the output of the differentiating element, the input of which is connected to the output of the current sensor. connected to the output of the adder, and the outputs of the integrators are connected to the input of the north-west power system. The drawing shows a diagram of a device for measuring the flow of electricity. engine The device is connected to the output of frequency converter 1 supplying induction motor 2, contains voltage sensors 3 and current 4 connected to the electric motor of the stator, differentiator 5, integrators 6 and 7 with limiters 8 9 napravleni and adder 10. The device operates in the following way. The expression for the stream can be written in the Vf-J (V,., I) “fh” -fй -c $ -. 4K ft4SfW4., S. DR and - stator voltage; R. - active resistance of the stator; T is the integration constant; L. is the stator inductance of the stator; flux linkage of the stator magnetizing circuit. According to this expression, a heme of a wigatel flow measurement device is assembled, where an integrator 6 is assembled on an operational force, implementing the dependence dt. In differentiating link 5, a differentiation operation d i is performed. on integrator 7, performed on the operational amplifier, the operation of summation and integration is performed according to the dependence fi .j R - (dt and finally in the adder 10, the operation of summation is performed. With the help of limiters 8 and 9, the output voltage of the integrators 6 and 7 is set the same for both positive and negative polarity. In the DC mode, both integrators go on saturation and the value of the output voltage is determined by the limit setting. Since the limit settings are the same, and the polarity is voltages are different, because the inputs of signals of opposite polarity, these voltages mutually compensate each other in the adder 10. The output voltage of the adder 10 will be proportional to the measured magnetic flux. Determined according to the expression in W c To suppress high-frequency the harmonics present in the stator current of the electric motors when powered from a frequency converter, differentiating link 5, performed on the amplifier, must have a filter.dl exclude errors for the main component rail current. The differential amplifier can be not set, and differentiation can be performed by installing a throttle current sensor in the circuit. However, with a variable electronics level, the settings of the differentiating amplifier are technologically advanced and economical, making it possible to easily adjust to different engine parameters. Thus, the introduction of additional integrator and limiter units, and the implementation of these links, allowed us to obtain information about the flow over the entire range of speed variations, which provides improved control of asynchronous motors, namely, providing the driving moment at low rotational speeds. Apparatus of the Invention A device for measuring the magnetic flux of an alternating current electric motor, comprising current and voltage sensors, a first integrator, a differentiating link and an adder, characterized in that, in order to expand the range of magnetic flux measurement and improve the accuracy of determining the spatial position of the magnetic flux vector, it is equipped with a second integrator and two output voltage limiters, each of which is connected in parallel to the corresponding integrator. The second integrator input is connected to the output of the current sensor and the output of the differentiating link, the input connected to the output of the current sensor connected to the output of the adder, the input of which is connected to the outputs of the integrators, and the input of the first integrator connected to the output of the voltage sensor. Sources of information taken into account in examination i; The patent of Germany In 1806769, cl. H 07 R 7/58, 1972. 2.Патент США № 4023083, кл. 318-227, 1977. 2. US patent number 4023083, cl. 318-227,1977. 3.За вка ФРГ № 2635965, кл. Н 02 Р 1/00, 1978.3. Forward Germany No. 2635965, cl. H 02 R 1/00, 1978.