專利名稱：雙饋電動(dòng)機(jī)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電氣控制領(lǐng)域，特別是一種雙饋電動(dòng)機(jī)控制裝置。
背景技術(shù)：
電動(dòng)機(jī)的的變頻調(diào)速裝置有許多種，其中以雙饋?zhàn)冾l調(diào)速的節(jié)能效果較好，成本較低，功能較全。但是原有的雙饋?zhàn)冾l調(diào)速電動(dòng)機(jī)有的存在一些不足，例如在理想轉(zhuǎn)速附近有死區(qū)，不能進(jìn)入超同步運(yùn)行，有不穩(wěn)定區(qū)，經(jīng)輕微振動(dòng)后才能進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。在模擬控制裝置中，由于的電動(dòng)機(jī)參數(shù)R2、X20等的差值大，用電位計(jì)整定很困難，其斷續(xù)補(bǔ)償環(huán)節(jié)存在相位滯后而不能正確補(bǔ)償，而必須使之?dāng)?shù)字化。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種功能齊全、成本低、控制效果好的雙饋電動(dòng)機(jī)控制裝置。
按照本實(shí)用新型的雙饋電動(dòng)機(jī)控制裝置，包括連接在此電動(dòng)機(jī)M軸上的脈沖發(fā)生器PG，通過(guò)此電動(dòng)機(jī)M的滑環(huán)與其轉(zhuǎn)子相連接的幅值、相序、相位和頻率都可變的雙饋?zhàn)冾l器SV、變壓器TR，其特征在于所述的雙饋?zhàn)冾l器SV中設(shè)有一個(gè)數(shù)字控制電路，其中包括一個(gè)速度給定積分器，與此速度給定積分器輸出端相連接的比例積分速度調(diào)節(jié)器，其輸出轉(zhuǎn)子有功電流給定i2x*與無(wú)功電流給定i2y*一起連接到第一向量變換器，與此第一向量變換器相連接的2/3變換器，與此2/3變換器相連接的由三個(gè)比例調(diào)節(jié)器所組成的交流電流調(diào)節(jié)器的第一部分，此交流電流調(diào)節(jié)器第一部分的輸出端ΔUR、ΔUS、ΔUT與控制電路核心部分的輸出端UR*、US*、UT*一起連接到交流電流調(diào)節(jié)器的第二部分的三個(gè)比例調(diào)節(jié)器，其輸出VR*、VS*、VT*為控制電路輸出和雙饋?zhàn)冾l器SV相連接，在所述的第一向量變換器的輸入端還接入有功電流給定i2x*和無(wú)功電流給定i2y*以及和脈沖發(fā)生器PG相連接的位置檢測(cè)器的輸出Sin Sω0t、CosSω0t，有功電流給定i2x*和無(wú)功電流給定i2y*還連接到控制電路核心部分，雙饋?zhàn)冾l器SV的電流檢測(cè)器輸出端iR、iS、iT一方面和所述的交流電流調(diào)節(jié)器相連接，另一方面經(jīng)3/2變換器與第二向量變換器及其輸出端i2x、i2y和控制電路核心部分相連接，與所述的脈沖發(fā)生器PG相連接的位置檢測(cè)器分別與第一向量變換器、第二向量變換器、第三向量變換器相連接，第三向量變換器的輸入端Vy*、Vx*與控制電路核心部分相連接，其輸出端Uα*、Uβ*經(jīng)2/3變換器后其輸出端UR*、US*、UT*與交流電流調(diào)節(jié)器相連接，一個(gè)轉(zhuǎn)差率S計(jì)算器的輸入端分別接轉(zhuǎn)速檢測(cè)器n和轉(zhuǎn)速測(cè)算器n0，轉(zhuǎn)速檢測(cè)器n和脈沖發(fā)生器PG相連接，此轉(zhuǎn)差率S計(jì)算器的輸出端接控制電路核心部分，轉(zhuǎn)速檢測(cè)器n的輸出n還與比例積分速度調(diào)節(jié)器相連。
所述的控制電路核心部分包括分別與所述的比例積分速度調(diào)節(jié)器、及有功電流給定i2x*相連接的直流有功電流調(diào)節(jié)器、第一乘法器、第二乘法器，分別與所述的無(wú)功電流給定i2y*相連接的直流無(wú)功電流調(diào)節(jié)器、第三乘法器、第四乘法器，所述的第二向量變換器的輸出i2x、i2y分別與所述的直流有功電流調(diào)節(jié)器、直流無(wú)功電流調(diào)節(jié)器相連接，所述的第三向量變換器的輸入端Vx*分別與直流有功電流調(diào)節(jié)器、第一乘法器、第四乘法器及第五乘法器相連接，所述的第三向量變換器的輸入端Vy*分別與直流無(wú)功電流調(diào)節(jié)器、第二乘法器、第三乘法器相連接。
有一個(gè)R2整定分別與所述的第一乘法器、第三乘法器相連接。
有一個(gè)X20整定分別與所述的第二乘法器、第四乘法器相連接。
有與-E20整定相連接的第五乘法器的輸出端分別與第四乘法器、第一乘法器、直流有功電流調(diào)節(jié)器相連接后與第三向量變換器的輸入端Vx*相連接，第三乘法器、第二乘法器、直流無(wú)功電流調(diào)節(jié)器三者的輸出端連接在此第三向量變換器的輸入端Vy*，第三向量變換器的輸出端Uα*、Uβ*連接到2/3變換器，其輸出UR*、US*、UT*與交流電流調(diào)節(jié)器相連接，該第五乘法器的另一端與第三乘法器、第四乘法器、轉(zhuǎn)差率S計(jì)算器相連接。
本實(shí)用新型的雙饋電動(dòng)機(jī)控制裝置，由于用變頻器的輸出電壓限制轉(zhuǎn)子電流代替用電阻限制轉(zhuǎn)子電流，因此就沒(méi)有電阻損失，有效地節(jié)約了電能。
按照本實(shí)用新型的雙饋電動(dòng)機(jī)控制裝置，有由一個(gè)積分器分別構(gòu)成的直流有功電流調(diào)節(jié)器及直流無(wú)功電流調(diào)節(jié)器和由三個(gè)比例調(diào)節(jié)器構(gòu)成的交流電流調(diào)節(jié)器。兩個(gè)積分直流電流調(diào)節(jié)器的輸入分別為有功電流給定i2x*和無(wú)功電流給定i2y*，反饋為自雙饋?zhàn)冾l器輸出電流檢測(cè)器檢測(cè)出來(lái)的iA、iB、iC經(jīng)3/2變換器變換為兩相交流iα1、iβ1，再經(jīng)向量變換器變?yōu)檗D(zhuǎn)子直流有功電流i2x和直流無(wú)功電流i2y，將此i2x與i2x*作比較，將i2y與i2y*作比較，就可有效地消除實(shí)際轉(zhuǎn)子有功、無(wú)功電流與有功、無(wú)功電流給定值的偏差，并且可以不受三相電流iA+iB+iC＝0的影響，獨(dú)立完成調(diào)整。三個(gè)比例調(diào)節(jié)器主要在i2x*和i2y*的動(dòng)態(tài)中起加速反應(yīng)作用，它們的輸入是i2x*和i2y*經(jīng)向量變換器變?yōu)閱蜗嘟涣鱥α2、iβ2，再經(jīng)2/3變量器變?yōu)槿嘟涣麟奿R*、iS*、iT*。反饋是來(lái)自變頻器輸出電流檢測(cè)器的電流iR、iS、iT。
本實(shí)用新型的雙饋電動(dòng)機(jī)控制裝置的控制電路核心部分是根據(jù)轉(zhuǎn)子的向量圖，轉(zhuǎn)子有功電流、無(wú)功電流的阻抗壓降向量和，即電動(dòng)機(jī)本身的阻抗壓降為U2∑＝I2xR-I2yX2+j(I2xX2+I2yR2)(1)=(I2xR-I2yx2)2+(I2xx2+I2yR2)2---(2)]]>U0=-SE20+U2Σ=-SE20+i2x*R2-i2y*SX20+j(i2x*SX20+i2y*R2)---(3)]]>應(yīng)加的變頻器電勢(shì)U0的幅值應(yīng)為轉(zhuǎn)子電勢(shì)SE20與轉(zhuǎn)子阻抗壓降U2s之差。此關(guān)系是根據(jù)對(duì)雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子電路各個(gè)參數(shù)的內(nèi)在向量關(guān)系圖分析所提出的，而本實(shí)用新型的控制電路核心部分完全是按照上述關(guān)系所表達(dá)的數(shù)學(xué)模型組成的，所以不論是調(diào)節(jié)速度引起i2x*變化、調(diào)節(jié)功率因數(shù)i2y*發(fā)生變化，還是改變運(yùn)轉(zhuǎn)方式或電壓、電流、功率因數(shù)、負(fù)載等波動(dòng)時(shí)，向量圖上有關(guān)的量必然發(fā)生相應(yīng)的變化，控制電路的輸出必然按上述向量關(guān)系相應(yīng)地變化，即及時(shí)跟隨準(zhǔn)確地變?yōu)榕c該狀態(tài)相應(yīng)的幅值、相位與頻率的VR*、VS*、VT*，變頻器輸出電壓U0必及時(shí)跟隨控制電路輸出VR*、VS*、VT*變化，保證控制及時(shí)準(zhǔn)確運(yùn)行穩(wěn)定。所以本控制裝置以VR*、VS*、VT*為前饋電壓，直接控制變頻器，而不作補(bǔ)償用。
三個(gè)交流電流比例調(diào)節(jié)器在動(dòng)態(tài)過(guò)程中起加速作用，在三相電流不平衡時(shí)起平衡三相電流的作用。
雙饋電機(jī)能做四象限運(yùn)轉(zhuǎn)，在每個(gè)象限中再分超同步和亞同步區(qū)。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速n＝同步轉(zhuǎn)速n0時(shí)，轉(zhuǎn)差率S＝0，轉(zhuǎn)差電動(dòng)勢(shì)SE2＝0，所以沒(méi)有外力拖動(dòng)不能進(jìn)入超同步。但是雙饋電動(dòng)機(jī)可以由變頻器經(jīng)轉(zhuǎn)子供電，所以象在亞同步區(qū)加速一樣圓滑地進(jìn)入超同步，無(wú)進(jìn)入不了超同步的問(wèn)題。采用本實(shí)用新型的控制裝置完全可以做到這一點(diǎn)，并且在理想空載轉(zhuǎn)速附近無(wú)死區(qū)，無(wú)輕微振動(dòng)，受機(jī)械強(qiáng)度限制可將轉(zhuǎn)速提高30％，在恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輸出功率可提高30％。
由于亞同步可與超同步聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)，在速比同為2∶1的條件下，運(yùn)轉(zhuǎn)速度可提高33％，最高頻率從25Hz下降到16.7Hz。變頻器容量可減少，但是性能卻提高了，雙饋電動(dòng)機(jī)可以提高功率因數(shù)，并且可以作動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償，還可以補(bǔ)償電網(wǎng)功率因數(shù)。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為控制電路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2中的控制電路核心部分結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖說(shuō)明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。
如圖1所示，本實(shí)用新型的雙饋電動(dòng)機(jī)控制裝置，包括連接在此電動(dòng)機(jī)M軸上的脈沖發(fā)生器PG，通過(guò)此電動(dòng)機(jī)M的滑環(huán)與其轉(zhuǎn)子相連接的幅值、相序、相位和頻率都可變的雙饋?zhàn)冾l器SV。
圖如2所示，其特征在于所述的雙饋?zhàn)冾l器SV中設(shè)有一個(gè)數(shù)字控制電路，其中包括一個(gè)速度給定積分器1，與此速度給定積分器1輸出端相連接的比例積分速度調(diào)節(jié)器2，其輸出轉(zhuǎn)子有功電流給定i2x*與無(wú)功電流給定i2y*一起連接到第一向量變換器3，與此第一向量變換器3相連接的2/3變換器4，與此2/3變換器4相連接的由三個(gè)比例調(diào)節(jié)器所組成的交流電流調(diào)節(jié)器5的第一部分，此交流電流調(diào)節(jié)器5第一部分的輸出端ΔUR、ΔUS、ΔUT與控制電路核心部分的輸出端UR*、US*、UT*一起連接到交流電流調(diào)節(jié)器5第二部分的三個(gè)比例調(diào)節(jié)器，其輸出VR*、VS*、VT*和雙饋?zhàn)冾l器SV相連接，在所述的第一向量變換器3的輸入端還接入有功電流給定i2x*和無(wú)功電流給定i2y*以及和脈沖發(fā)生器PG相連接的位置檢測(cè)器9的輸出SinSω0t、CosSω0t，有功電流給定i2x*和無(wú)功電流給定i2y*還連接到控制電路核心部分6，雙饋?zhàn)冾l器SV的電流檢測(cè)器輸出端iR、iS、iT一方面和所述的交流電流調(diào)節(jié)器5相連接，另一方面經(jīng)3/2變換器8與第二向量變換器7及其輸出端i2x、i2y和控制電路核心部分6相連接，與所述的脈沖發(fā)生器PG相連接的位置檢測(cè)器9分別與第一向量變換器3、第二向量變換器7、第三向量變換器10相連接，第三向量變換器10的輸入端Vy*、Vx*與控制電路核心部分6相連接，其輸出端Uα*、Uβ*經(jīng)2/3變換器及其輸出端UR*、US*、UT*與交流電流調(diào)節(jié)器5相連接，一個(gè)轉(zhuǎn)差率S計(jì)算器12的輸入端分別接轉(zhuǎn)速檢測(cè)器13和轉(zhuǎn)速測(cè)算器n0，轉(zhuǎn)速檢測(cè)器13和脈沖發(fā)生器PG相連接，此轉(zhuǎn)差率S計(jì)算器12的輸出端接控制電路核心部分6，轉(zhuǎn)速檢測(cè)器13的輸出n還與比例積分速度調(diào)節(jié)器2相連。
如圖3所示，所述的控制電路核心部分6包括分別與所述的比例積分速度調(diào)節(jié)器2、有功電流給定i2x*相連接的直流有功電流調(diào)節(jié)器14、第一乘法器16、第二乘法器17，分別與所述的無(wú)功電流給定i2y*相連接的直流無(wú)功電流調(diào)節(jié)器15、第三乘法器18、第四乘法器19，所述的第二向量變換器7的輸出i2x、i2y分別與所述的直流有功電流調(diào)節(jié)器14、直流無(wú)功電流調(diào)節(jié)器15相連接，所述的第三向量變換器10的輸入端vx*分別與直流有功電流調(diào)節(jié)器14、第一乘法器16、第四乘法器19及第五乘法器20相連接，所述的第三向量變換器10的輸入端vy*分別與直流無(wú)功電流調(diào)節(jié)器15、第二乘法器17、第三乘法器18相連接。
如圖3所示，有一個(gè)R2整定21分別與所述的第一乘法器16、第三乘法器18相連接。虛線框?yàn)閳D2中標(biāo)號(hào)6的放大明細(xì)圖。
有一個(gè)X20整定22分別與所述的第二乘法器17、第四乘法器19相連接。
有與-E20整定相連接的第五乘法器20的輸出端分別與第四乘法器19、第一乘法器16、直流有功電流調(diào)節(jié)器14相連接后與第三向量變換器10的輸入端Vx*相連接，第三乘法器18、第二乘法器17、直流無(wú)功電流調(diào)節(jié)器15三者的輸出端連接在此第三向量變換器10的輸入端Vy*，第三向量變換器10的輸出端Uα*、Uβ*連接到2/3變換器11，其輸出UR*、US*、UT*與交流電流調(diào)節(jié)器5相連接，該第五乘法器20的另一端與第二乘法器17、第四乘法器19、轉(zhuǎn)差率S計(jì)算器12相連接。
圖中的R2為電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻，X20為電機(jī)靜止時(shí)的轉(zhuǎn)子電感，-E20為轉(zhuǎn)子開口電勢(shì)，ΔUR、ΔUS、ΔUT為R、S、T三相給定電流iR*、iS*、iT*與三相實(shí)際電流iR、iS、iT之差經(jīng)比例系數(shù)不大的比例調(diào)節(jié)器放大后之值。A#為脈沖發(fā)生器PG的輸出量，VD為向量變換器，N0#為同步轉(zhuǎn)速給定值。
權(quán)利要求1.一種雙饋電動(dòng)機(jī)控制裝置，包括連接在此電動(dòng)機(jī)M軸上的脈沖發(fā)生器PG，通過(guò)此電動(dòng)機(jī)M的滑環(huán)與其轉(zhuǎn)子相連接的幅值、相序、相位和頻率都可變的雙饋?zhàn)冾l器SV、變壓器TR，其特征在于所述的雙饋?zhàn)冾l器SV中設(shè)有一個(gè)數(shù)字控制電路，其中包括一個(gè)速度給定積分器(1)，與此速度給定積分器(1)輸出端相連接的比例積分速度調(diào)節(jié)器(2)，其輸出轉(zhuǎn)子有功電流給定i2x*與無(wú)功電流給定i2y*一起連接到第一向量變換器(3)，與此第一向量變換器(3)相連接的2/3變換器(4)，與此2/3變換器(4)相連接的由三個(gè)比例調(diào)節(jié)器所組成的交流電流調(diào)節(jié)器(5)的第一部分，此交流電流調(diào)節(jié)器(5)第一部分的輸出端ΔUR、ΔUS、ΔUT與控制電路核心部分(6)的輸出端UR*、US*、UT*一起連接到交流電流調(diào)節(jié)器(5)的第二部分的三個(gè)比例調(diào)節(jié)器，其輸出VR*、VS*、VT*和雙饋?zhàn)冾l器SV相連接，在所述的第一向量變換器(3)的輸入端還接入有功電流給定i2λ*和無(wú)功電流給定i2y*以及和脈沖發(fā)生器PG相連接的位置檢測(cè)器(9)的輸出SinSω0t、CosSω0t，有功電流給定i2x*和無(wú)功電流給定i2y*還連接到控制電路核心部分(6)，雙饋?zhàn)冾l器SV的電流檢測(cè)器輸出端iR、iS、iT一方面和所述的交流電流調(diào)節(jié)器(5)相連接，另一方面經(jīng)3/2變換器(8)與第二向量變換器(7)及其輸出端i2x、i2y和控制電路核心部分(6)相連接，與所述的脈沖發(fā)生器PG相連接的位置檢測(cè)器(9)分別與第一向量變換器(3)、第二向量變換器(7)、第三向量變換器(10)相連接，第三向量變換器(10)的輸入端Vy*、Vx*與控制電路核心部分(6)相連接，其輸出端Uα*、Uβ*經(jīng)2/3變換器后其輸出端UR*、US*、UT*與交流電流調(diào)節(jié)器(5)相連接，一個(gè)轉(zhuǎn)差率S計(jì)算器(12)的輸入端分別接轉(zhuǎn)速檢測(cè)器(13)和轉(zhuǎn)速測(cè)算器n0，轉(zhuǎn)速檢測(cè)器(13)和脈沖發(fā)生器PG相連接，此轉(zhuǎn)差率S計(jì)算器(12)的輸出端接控制電路核心部分(6)，轉(zhuǎn)速檢測(cè)器(13)的輸出n還與比例積分速度調(diào)節(jié)器(2)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于所述的控制電路核心部分(6)包括分別與所述的比例積分速度調(diào)節(jié)器(2)、及有功電流給定i2x*相連接直流有功電流調(diào)節(jié)器(14)、第一乘法器(16)、第二乘法器(17)，分別與所述的無(wú)功電流給定i2y*相連接的直流無(wú)功電流調(diào)節(jié)器(15)、第三乘法器(18)、第四乘法器(19)，所述的第二向量變換器(7)的輸出i2x、i2y分別與所述的直流有功電流調(diào)節(jié)器(14)、直流無(wú)功電流調(diào)節(jié)器(15)相連接，所述的第三向量變換器(10)的輸入端Vx*分別與直流有功電流調(diào)節(jié)器(14)、第一乘法器(16)、第四乘法器(19)及第五乘法器(20)相連接，所述的第三向量變換器(10)的輸入端Vy*分別與直流無(wú)功電流調(diào)節(jié)器(15)、第二乘法器(17)、第三乘法器(18)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙饋電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于有一個(gè)R2整定(21)分別與所述的第一乘法器(16)、第三乘法器(18)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙饋電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于有一個(gè)X20整定(22)分別與所述的第二乘法器(17)、第四乘法器(19)相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙饋電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于有與-E20整定相連接的第五乘法器(20)的輸出端分別與第四乘法器(19)、第一乘法器(16)、直流有功電流調(diào)節(jié)器(14)相連接后與第三向量變換器(10)的輸入端Vx*相連接，第三乘法器(18)、第二乘法器(17)、直流無(wú)功電流調(diào)節(jié)器(15)三者的輸出端連接在此第三向量變換器(10)的輸入端Vy*，第三向量變換器(10)的輸出端Uα*、Uβ*連接到2/3變換器(11)，其輸出UR*、US*、UT*與交流電流調(diào)節(jié)器(5)相連接，該第五乘法器(20)的另一端與第三乘法器(18)、第四乘法器(19)、轉(zhuǎn)差率S計(jì)算器(12)相連接。
專利摘要本實(shí)用新型屬于電氣控制領(lǐng)域，特別是一種雙饋電動(dòng)機(jī)控制裝置，包括脈沖發(fā)生器、雙饋?zhàn)冾l器，該雙饋?zhàn)冾l器中設(shè)有一個(gè)數(shù)字控制電路，包括速度給定積分器、比例積分速度調(diào)節(jié)器、三個(gè)向量變換器、相應(yīng)的2/3變換器和3/2變換器，比例調(diào)整器、交流電流調(diào)節(jié)器、控制電路核心部分、與脈沖發(fā)生器相連接的位置檢測(cè)器和速度檢測(cè)器，控制電路核心部分包括直流有功電流調(diào)節(jié)器、直流無(wú)功電流調(diào)節(jié)器、五個(gè)乘法器及相應(yīng)的整定輸入。設(shè)置本實(shí)用新型的控制裝置的雙饋電動(dòng)機(jī)有很大的消除誤差的功能，能圓滑地進(jìn)入超同步區(qū)，無(wú)死區(qū)、無(wú)輕微振動(dòng)，速度可提高30％，如為恒定功率運(yùn)轉(zhuǎn)輸出功率可提高30％。
文檔編號(hào)H02P27/06GK2760852SQ20042012082
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2004年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月31日
發(fā)明者李則民, 吳錚 申請(qǐng)人:李則民