Способ регулирования углового положения ротора двигателя двойного питания

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в следящих системах. Целью изобретения является повышение точности регулирования углового положения ротора двигателя лво11НО1 о питания . Цель достигается тем, что р. способе регулирования углового положения ротора двигателя двойного питания (ЩП) частоты питающих напряжений устанавливают одинаковыми, обеспечивая режим начального стояния ЛДП, в начале регулирования в качестве регулируемого параметра одного из питающих напряжений используют фазовый сдвиг в пределах одного электрического периода. Величину фазового сдвига изменяют пропорционально требуемому углу поворота ротора и коэффициенту электрической редукции ДЛП, а режим синхронного стояния для ДДП обеспечивают установкой частот питающих напряжений равными. Цри данном способе регулируется само угловое перемещение ротора и исключаются промежуточные операции задания частоты вращения, частоты питания, измерения углового положения ротора, а вместе с тем и о1Ш1бки. ДДП все время находится в режиме синхронного стояния, что гарантирует фиксацию ротора именно в заданном положении . 1 з.п. ф-лы, 1 ил. с (Л 00 vj кэ ел 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1

„„SU„„1372582 (51) 4 Н 02 P 7/46

, 3

ЬМ«.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4085386/2 -07 (22) 03.07.86 (46) 07.02.88. 11юп. 1Ф (71) Красноярский политехнический институт (72) С.Л.Бронов, В.Л.З,.буга, В.И.Пантелеев и Б.П.Соустин (53) 621.316 ° 718(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1310991, кл. H 02 Р 7/46, 1985.

Лнторское свидетельство СССР

N 1100702, кп. Н 02 Р 7/46, 1982. (54) СПОСОБ РГ! У:1ИРОВАНИЯ УГПОВОГО

ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА, )ВИГАТ1 .1И 1В011НОГ 1

ПИТАНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в следящих системах. Целью иэобречения является повышение точности регулирования углового положения ротора двигателя двойного питания. Цель достигает".ÿ тем, т, в < †.особе регулирования углового положения ротора двигателя двойного питания (ДП) частоты питающих напряжений устанавливают динаковыми, сбеспечивая режим начального стояния ДДП, в начале pervлирования в качестве регулируемого параметра одного иэ питающих напряжений используют фазовый сдвиг в пределах одного электрического периода.

Величину фазового сдвига изменяют пропорционально требуемому углу поворота ротора и коэффициенту электрической редукции ДПП, а режим синхронного стояния для 1ДП обеспечинают установкой частот питающих напряжений равными. При данном способе регулируется само угловое перемещение ротора и исключаются промежуточные операции задания частоты вращения, частоты питания, измерения углового положения ротора, а вместе с тем и ошибки. ДДП все время находится в режиме синхронного стояния, что гарантирует фиксацию ротора именно в заданном положении. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1372582

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управляемому электроприводу переменного тока, и может быть использовано, в частности, при созданиии низкоскоростных следящих систем с исполнительными двигателями двойного питания.

Цель изобретения — повышение точности регулирования углового положе- 10 ния ротора двигателя двойного питания.

На чертеже представлена функциональная схема электропривода с двигателем двойного питания.

Электро»»ривод содержит двигатель 1 1г двойного питания обмоткой 2 возбуждения и обмоткой 3 управления, подключенными к выходам инверторов 4 и 5 соответственно. Выход задающего генератора 6 подключен к входам задания 20 частоты инверторов 4 и 5 и к входу блока 7 задания приращения угла поворота. Выход блока 7 задания приращения угла поворота соединен с входом блока 8 регулирования фазового сдвига, подключенного выходом к входу регулирования фазы инвертора 5.

Способ регулирования углового положения ротора осуществляют следующим образом. 30

Каждую из двух многофаэных обмоток двигателя двойного питания запитывают от отдельного источника питающего переменного напряжения. Задают частоты указанных питающих переменных напряжений одинаковыми, устанавливая тем самым режим синхронного стояния двигателя двойного питания.

В начале регулирования углового положения ро1ора в пределах одного 40 электрического периода устанавливают фазовый сдвиг между питающими переменными напряжениями, величина которого пропорциональна требуемому углу поворота ротора и коэффициенту элек- 45 трической редукции.

После этого вновь устанавливают режим синхронного стояния двигателя двойного питания, устанавливая частоты обитающих переменных напряжений одинаковыми.

Рассмотрег»нь»й способ позиционирования двигателя двойного питания фактически реализует шаговый режим работы с шагом, кратным задаваемому фазовому сдвигу. В начале и в конце регулирования двигатель двойного питания находится в режиме синхронного стояния за счет равенства частот питания обеих обмоток. При изменении фазового сдвига возникает мгновенный импульс момента, приводящий к появлению ускорения частоты вращения и повороту ротора на заданный угол. Изменение фазового сдвига означает фактически разовое изменение одного периода регулируемого напряжения, т.е. изменение его частоты на этом периоде. Однако уже на следующем периоде значение частоты восстанавливается, а при равенстве частот двигатель находится в режиме синхронного стояния, поэтому ротор останавливается и фиксируется в новом положении.

Таким образом достигается точное позиционирование двигателя без введения обратной связи по углу пово»рота.

В частном случае при питании двигателя широтно-модулированным напряжением фазовый сдвиг изменяют дискретно через фиксированные интервалы между тактовыми импульсами (т.е., через интервалы, кратные периоду тактового генератора широтно-импульсного модулятора). В этом случае по своим характеристикам электропривод двигателя двойного питания оказывается похож на дискретный электропривод с шаговым двигателем.

Вынужденная составляющая частоты вращения в двигателе в общем виде при различных частотах питающих напряжений определяется следующим выражением:

ы,(t) — ы»(а) (u (t) к

P где t — время; частота вращения ротора;

ы, и ы, — круговые частоты напряжений возбуждения и управления соответственно;

К вЂ” коэффициент электрической редукции (для двигателя на основе асинхронного двигателя с фазным ротором коэффициент электрической редукции равен числу пар полюсов обмотки статора, а для двигателя с электромагнитной редукцией скорости — числу зубцов ротора).

Частоты питающих напряжений задают одинаковыми, т.е. и,= ы„, поэтому в соответствии с (1) ротор двигателя неподвижен (режим синхронного стоя1372582 ния). Формулу для угла поворота ротора получают, интегрируя выражение (1):

u,(t) о — ьэ (t))dt +

1 5 ((t)dt = -- (,() а К

Р О

1 1 (t) = -- ч (t) — -- iy (t) + g (2) к к а P а 1p где — начальный угол поворота

Р. о ротора, и — текущие значения фаз напряжений возбуждения и управления соответственно - 15 (измерение всех углов ведется относительно общей оси координат, связанной со статором).

В процессе работы иэ-за изменения .2О параметров инверторов фазовые сдвиги

Lp,(t) и Ю,(t) могут меняться, но при жесткой синхронизации частот возбуждения и управления закон изменения фаэ во времени всегда один и тот же: 25

Ч„(t) = V (t) = II (t). Поэтому обеспечивается неподвижное состояние ротора — режим синхронного стояния.

Если одному из фазовых сдвигов, например „, придать некоторое допол- 3р нительное йриращение 4 ц(воздействуют только на напряжение управления, оставляя параметры напряжения возбуждения неизменными), т.е. законы изменения фаз во времени становятся следующими:

v„(t) = v(t) г,() = 9(t) + ач, (3) то в соответствии с выражением (2) происходит перемещение ротора на 4р угол, пропорциональный этому приращению фазового сдвига и обратно пропорциональный коэффициенту электрической редукции. Это означает, что задаваемое приращение фазового сдвига долж- 45 но быть пропорционально требуемому углу поворота и коэффициенту электрической редукции.

Поскольку частоты возбуждения и управления всегда поддерживаются одинаковыми, сразу после окончания поворота двигатель вновь переходит в режим синхронного стояния. Приращение фазы фактически является приращением одного из периодов напряжения управ55 ления, т.е. изменением его частоты.

Это приводит к появлению мгновенного импульса частоты вращения. Однако уже на следующем периоде частота напряжения управления восстанавливается и вновь становится равной частоте напряжения возбуждения. Если импульс частоты вращения был таким, что двигатель не выпал из синхронизма (a это всегда может быть обеспечено выбором элементарного приращения флзы), то ротор поворачивается на угол dy/К а и останавливается. Если продолжать постоянно изменять фазовый сдвиг ц в соответствии с (3), то это означает фактически изменение частоты напряжения управления „ и возникает постоянное вращение ротора в соответствии с (1), что соответствует обычному режиму работы двигателя с разными частотами питания.

Регулирование с помощью изменения фазового сдвига имеет то преимущество перед обычным регулированием (путем изменения частоты питания), что наиболее точно соответствует требованиям следящих систем, в которых требуется управлять непосредственно углом поворота, а не частотой вращения (управление частотой вращения также бывает необходимо в переходных режимах, но имеет подчиненный характер).

Предлагаемый способ обеспечивает прямое управление именно углом поворота, минуя операции задания частоты вращения изменения частоты, измерения углового положения и выдачи команды на стопорение двигателя (перевод его в режим синхронного стояния). Закон изменения фазового сдвига во времени может быть самым разнообразным в зависимости от заданного угла поворота, требований к динамическим и энергетическим характеристикам в переходных режимах (в том числе и требований относительно скорости отработки, если таковые имеются). Так как частоты питания обеих обмоток всегда одинаковы, то двигатель двойного питания практически всегда находится в режиме синхронного стояния (за исключением кратких моментов перехода в новое положение), что гарантирует достижение точно заданного углового положения.

Если система управления электроприводом с двигателем двойного питания, реализующая способ позиционирования, аналоговая, то изменение фазового сдвига необходимо делать столь же малым, как и требуемое приращение угла. Однако точное задание малого

) 372582 приращения фазы средствами аналоговой техники иногда бывает затруднительно. В этом случае некоторые преимущества имеют двигатели с электро5

"„агнитной редукцией частоты вращения, так как для поворота на тот же угол им требуется задавать в К раз большее приращение фазы (К, в таких

ДДП достигает нескольких десятков). 1О

В случае систем с дискретным широтно-импульсным формированием напряжения по закону синуса задают приращение фазового сдвига кратным периоду тактовых импульсов широтно-импульсного модулятора. Это обеспечипает гарантированную точность воспроизведения шага, свойственную дискретным системам, причем величина элементарного шага может быть получена 2р весьма малой.

Например, для двигателя электро— магнитной редукцией частоты вращения при коэффициенте электрической рецукции К = 42 и числе тактовых им- 25 а пульсов n = 24 на периоде питающих напряжений элементарный шаг

360 — 0,35 а К и

Особенность способа позициониро- 3р вания заключается также в том, что величина углового перемещения не зазисит от частот питания двигателя, а определяется только приращением фазо— ного сдвига. Это можно показать следующим образом. Изменение фазового

35 сдвига фактически означает разовое изменение периода напряжения и может. быть выражено как в долях периода (т.е., в фазовых единицах), так и во временных единицах ° Обозначим такое изменение, периода во временных единицах через 4Т. Тогда скорость ротора в соответствии с (1) будет

2 | 1 1 2 .! 45 () = — (— — — ) = — (-К; Т, Т К Т

1 — -- — --) (4)

Т+ 1Т где Т вЂ” период напряжения питания до задания приращения по фазе, 50

Т вЂ” период напряжения возбуждения;

Т вЂ” период напряжения управления.

Перемещение ротора двигателя в новое угловое положение произойдет с частотой вращения, определяемой выражением (u), за время Т + 4Т, так как на следующем периоде частоты вновь будут равными, и ротор останов

Поэтому приращение угла равно:

Т гт TidT

2й

ы (t)dt = — (P P К о Р ится.

Т о

----- )

Т+ г

+дТ

1 2 1

------) dT = --(-t

Т+ 1Т К Т

2 Т+4Т

--(--- — —— 1);

К T

2I 4Т

d U

Ка T

Из выражения (5) следует, что приращение угла поворота пропорционально доле периода, т.е. именно приращению фазы. Это обеспечивает высокую точность позиционирования даже при колебаниях частоты питающих напряжений и облегчает построение практических систем управления электропривода.

Электропривод, реализующий предлагаемый способ, работает следующим образом. При подаче напряжений с инверторов 4 и 5 на обмотки возбуждения и управления ротор двигателя 1 устанавливается в некоторое начальное положение. Так как задание частоты обоих инверторов происходит от одного задающего генератора 6, то частоты их абсолютно одинаковы и двигатель работает в режиме синхронного стояния. Если необходимо повернуть ротор на некоторый угол, то блок 7 задания приращения угла поворота формирует соответствующий сигнал (например, в цифровой системе), блок 8 регулирования фазового сдвига преобразует этот сигнал в сигнал, изменяющий фазовый сдвиг напряжения инвертора 5 (напряжения управления) относительно первоначального состояния (или, что то же, — относительно напряжения возбуждения инвертора 4).

Происходит мгновенное, на один период изменение частоты напряжения управления, возникает импульс момента, ускорения и частоты вращения, но с началом следующего периода напряжения управления его частота вновь становится равной частоте напряжения возбуждения и двигатель переходит в режим синхронного стояния. Его ротор тормозится и фиксируется в новом положении. Далее процесс продолжается аналогично.

Блок 8 регулирования фазового сдвига выполняется в зависимости от

1372582

10 отклониться от заданного положения, если сигнал о стопорении двигателя

40 придет с некоторым неизбежным запаздыванием.

Кроме того, применение предлагаемого способа позволяет создавать точные следящие системы без специальнотого, как регулируется фазовый сдвиг в инверторе 5. В частности, если инвертор 5 выполнен с использованием широтно-импульсной модуляции котоЭ

5 рая осуществляется путем сравнения некоторого напряжения постоянного то— ка с опорным синусоидальным, то можно менять фазу этого опорного синусоидального напряжения с помощью обычных фазосдвигающих устройств.

Таким образом, в сравнении с известным предлагаемый способ позиционирования обеспечивает повышенную точность позиционирования, так как регулируется само угловое перемещение ротора и исключаются промежуточные операции задания частоты вращения, частоты питания, измерения углового перемещения и формирования сигнала о стопорении двигателя, а вместе с тем и соответствующие ошибки. Угол поворота согласно предлагаемому способу не зависит от частот питания обмоток (единственным условием являет- 25 ся равенство этих частот, которое легко обеспечивается), а лишь от приращения фазы, которое в дискретных системах может быть фиксированным.

Этим обеспечивается хорошая повторяемость шага двигателя при отработке перемещений. Двигатель двойного питания все время находится в режиме синхронного стояния (кроме хрустких моментов перехода на новый шаг), что гарантирует фиксацию ротора именно в заданном положении, в то время, как при известном способе ротор может го датчика обратной связи по углу, что уменьшает массу и габариты всей установки.

Фор мул аизобретени я

1. Способ регулирования углового положения ротора двигателя двойного питания с двумя многофазными обмотками, при котором на укаэанные многофазные обмотки подают отдельные питающие переменные напряжения, в начале регулирования изменяют регулируемый параметр одного из этих напряжений в соответствии с требуемым углом поворота ротора, а в конце регулирования переводят двигатель двойного питания в режим синхронного стояния, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, устанавливают частоты питающих переменных напряжения одинаковыми, обеспечивая первоначальный режим синхронного стояния двигателя двойного питания, в начале регулирования в качестве регулируемого параметра одного из питающих переменных напряжений используют фазовый сдвиг в пределах одного электрического периода, величину которого изменяют пропорционально требуемому углу поворота ротора и коэффициенту электрической редукции, а режим синхронного стояния для двигателя двойного питания в конце регулирования обеспечивают, устанавливая частоты питающих переменных напряжений одинаковыми.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что при широтно-модулированных питающих напряжениях фазовый сдвиг изменяют дискретно через фиксированные интервалы, кратные тактовому периоду широтно-импульсной модуляции.

1372582

Составитель А.Жилин

Техред М.Дидык

Корректор H. Гпрняк

Редактор H. Тупица

Заказ 498/54

Тираж 583 Подписное

ВШЯ1ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Пр< ектная, 4