Способ управления вентильным электродвигателем постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является повышение КПД с этой целью в способе управления вентильным электроприводом одновременно с изменением напряжения, подводимого к фазе якорной обмотки синхронной машины , в функции частоты вращения ротора синхронного машины и угла установки датчика положения ротора изменяют и угол установки датчика положения ротора в функции частоты вращения ротора синхронной машины и параметра, определяемого конструкцией синхронной машины, учитывающего неперпендикулярность магнитных полей статора и ротора синхронной машины . 3 ил е

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„5U„„1757039 А1 (я)э Н 02 К 29/06, Н 02 P 6/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

« от,кгч «fig р От г» D g.тст» ;,)»:, g а 1 л к т» . г ...й(, к, а а; ы . а»т

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .

1 (21) 4700166/07 (57) Изобретение относится к злектротехни(22) 27.04.89 ке. Целью изобретения является повыше(46) 23.08.92. Бюл. М 31 . we КПД с этой целью в способе управления . (71) Белорусский государственный универ.- вентильным электроприводом одновременситет им, В.И.Ленина но с изменением напряжения, подводимого (72) О.С,Лукьянец, А.С.Михалев и С.Н,Сидо:- ., к фазе якорной обмотки синхронной маширук .. ".. ны, в функции частоты вращения ротора (56) Овчйнников И.Е., Лебедь Н.И. Бескон- . синхронного машины и угла установки даттактные двигатели постоянного тока. Л;: чика положения ротора изменяют и угол усНаука,с. 113-117, с, 130-131.. тановки датчика положения ротора в

Электронная техника в автоматике. Под функции частоты вращения ротора синхронред. Ю.И.Конева, вып. 16, М.: Радио и связь,: ной машины и параметра, определя

1985, с. 216-219. конструкцией синхронной машины, Известия Вузов. Электромеханика, вающегонеперпендикулярностьмагн

1986, М 6, с, 63-66.. - -.: полей статора и ротора синхронной (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬ- ны; 3 ил.

НЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА емого учитыитных машиИзобретение относится к электротехнике.

Целью изобретения является повышение КПД.

На фиг; 1 приведена функциональная схема устройства. реализующего способ; на фиг. 2, 3 — векторные диаграммы, поясняющие сущность способа.

Устройство; реализующее способ управления вентильным двигателем постоянного тока. содержит блок 1 умножения; включающий генератор 2 высокой частоты и управляемыйделитель 3 частоты, входомсоединенный с выходом генератора высокой частоты, а выходом — с первыми входами широтно-имйульсных модуляторов (ШИМ)

4-6, Кодовый вход управляемого делителя 3 частоты служит первым входом блока 1 умножения, вторые входы ШИМ 4-6 — вторым входом блока 1 умножения, а выходы ШИМ вЂ” выходами блока 1 умножения, подключенные к входам усилителя 7, выходы которого (Я соединены с разнйми»выводами якорной обмотки синхронной машины 8 вентильного двигателя, На валу синхронной машины установлены датчик 9 частоты вращения и датчик 10 лоло»галиа .ротора. выход которо го подключен к первому входу арифметичеСкого блока 11, второй вход которого соединен с выходом постоянного запомина- ъ ющего устройства (ПЗУ) 12, а выход — с входом второго постоянногчо запоминающего устройства 13. вйходом подключенного ко второму входу блока 1 умножения, к первому входу которого подклЮчен второй вход

ПЗУ 12.

Сущность способагуправления вентильным электроприводом заключается в следу-. ющем.

1757039

Т,аР

Kw+v1 + Tr »

30 (2 — 1))тэгсь ?

<,р, „, ...»" (2 — 1)

Магнитный поток. создаваемый обмоткой, пропорционален току I, поэтому отставание или опережение тока 1 от противоЭДС Е (фиг. 2), равной Uop lа, на угол а, приводит к тому, что вектор Ф 5 суммарного магнитного потока статора (фиг. 3) также будет отклоняться от перпендикулярного положения по отношению к вектору Фр магнитного потока ротора на угол а, что снижает момент, развиваемый 10 двигателем, и его КПД, поскольку неперпендикулярность полей ротора и статора вентильного двигателя приводит к появлению ненулевой проекцйи вектора магнитного поля статора на продольчую ось ротора, ко- l5 торая. не создавая вращающего момента, в то же время требует протекания соответствующих составляющих токов обмоток, необходимых для ее поддержания, что и приводит к снижению КПД двигателя вслед- 20 ствие бесполезного рассеяния мощности указанных составляющих фазовых токов нэ активном сопротивлении R обмоток. Для повышения КПД необходимо выполнить равенство нулю указанного угла а . 25

Из фиг. 2 видно, что

uyilni3= uB sSQ+, UzcosP - Е+ где 0= а ctgPm>)

Uy= KU, где j3 — угол установки датчика положения ро гора;

О - напряжение источника питания; 35

Uy — амплитуда напряжения, подводимого к якорной обмотке;

E — противоЭДС якорной обмотки;

К вЂ” коэффициент пропорциональности; . Тэ — электромагнитная постоянная вре- 40 мени синхронной машины;

ы — частота вращения ротора синхронной машины.

Решив совместно приведенные выше уравнения, находим значение угла а

45 а - arcing () — О, sin

Uyco — Е а при а = б, получим

P = -arcsin () + т, Щ„КЛ +ТТээ(6?

+ агстд(Т в) где в х — частота вращения холостого хода.

Как видно из полученного решения, равенство c= 0 может быть обеспечено толь ко прй условии в противном случае угол а должен быть выбран минимальным по абсолютному значению. Угол Р, удовлетворяющий указанному требованию, найдем, исследовав на минимум функцию а = farctg() - 8F.

0усоз — Е

Дифференцируя последнее выражение по Р и приравнивая результат нулю, получаем

P =-агссоз (— )

Кв х

Способ в устройстве реализуется следующим образом.

Угол р положения ротора синхронной машины 8 и его частота вращения преобразуются в коды;

S соответствии со способом управления угол j3 установки датчика положения ротора изменяют в зависимости от управляющего воздействия параметра К и частоты вращения ротора, Вследствие сложности зависимости Р от K и м, как зто видно из формулы изобретения, наиболее простое вычисление угла,В осуществляется с помощью ПЗУ 12, При этом на младшие! разрядов ПЗУ 12 поступает код v частоты вращения ротора, а на старшие rn-код управляющего воздействия Q, таким образом формируется аДрес ячейки В. По указанному адресу из ПЗУ 12 извлекается код G угла

/3 установки датчика положения ротора

6 = — ф — arcsin(C) + Эгсйц(, )) при(С < 1, N

G = — — агс cos()) (2 пч — )р при С > 1, где

Кодй датчика 10.положения ротора и

ПЗУ 12 обрабатЫваются в арифметическом блоке 11 в соответствии со способом управления, т.е, осуществляется операция вычисления адреса А ячейки ПЗУ 13 А = pF + G.

Таким образом определяется аргумент гармонических функций р p + j3. Выходной код арифметического блока 11 является входным для ПЗУ 13, в котором записаны коды длительности и знаки импульсов для каждой из фаз якорной обмоток синхронной маши1757039 ны, при этом в S(i-1) + 1, ..., Si-1 разрядах сформированы коды R(длительности s соответствии с законом sin((pp+

p(i — 1) — +()),т.е. Ri - (2 -1/in (2

2л л(А/А() + p(i-1)/nj, кроме того в Si раз-. рядах указываются соответствующиезнаки импульсов, т.е, в ячейке с адресом А содержится код

10 (2 — 1) g 2 ((ф1 (2л(А/Ат +

i -=3

+ р(! — 1)/и) + P 1, где 3S — разряднос ь выходного слова ПЗУ

13;

Am — наибольшее значение адреса в

ПЗУ 13. определяемое его емкостью; е = 1, при sin (2 + р(> — 1)/п))<О;

А

20 е = О, при sin (2л(— + p(i — 1)/n))>0

Блок 1 перемножения производит перемножение кода управляющего воздействия

Q, формируемого внешним устройством {нв 25 фигурах не показано), с кодами тригономвтрических функций, поступающих с ПЗУ 13, следующим образом. Код управляющего воздействия Q поступает на вход упрввлммого делителя частоты, на второй вход кото- 30 рого — выход генератора 2 высокой частоты, импульсы с выхода которого следуют с чвстотой f. На выходе управляемого делителя Э частоты будут присутствовать импульсы с частотой f/Q. Длительности импульсов е ви" 35 де кодов R;, поступающих с ПЗУ 13, записываются в ШИМ 4 — ШИМ 6, на вычитающие входы которых поступает частота f/Q, при этом длительность выходных импульсов будет равн R(Q/f. Если коды R(записываютсЯ 40 в ШИМ 4 — ШИМ 6 с частотой f>, то для нормальной работы блока 1 необходимо, чтобы f= f12 2 . Тогда длительность выходS m ных импульсов будет равна R(Q /(fi2 2(") или 45 — К)в1п (рр + — р(Н ) + ф

1 2m

Широтна-модулированные импульсные последовательности усиливаются в усйлителе 7, который фактически производит пе- 50 ремножение Kfsin(p(p+ 2л р(Н)/n + Pj на напряжение источника питания U, и поступают на фазы якорной обмотки синхронной машины 8, Таким образом, угол установки датчика угла зависит ат частоты а враще- 55 ния ротора синхронной машины и от параметра К, учитывающего неперпендикулярность магнитных полей статора и ротора. Следовательно, исключаются

1 ненулевые проекции вектора магнитного поля статора на продольную ось ротора, что приводит к увеличению вращающего момента.

Формула изобретения

Способ уп равления вентильным электродвигателем постоянного тока.с датчиком положения ротора на валу его синхронной машины, при котором измеряют угол положения ротора синхронной машины вентильного электродвигателя и его частоту вращения и подводимое к одной из фаз якорной обмотки синхронной машины напряжения изменяют в функции указанных измеренных параметров и угла установки датчика положения ротора по закону

Ui=KUsln(p(rp+ (1-1) — ) - ))), .

2к

ТэО)2

P = -arcsin (+ arcing в, T,àÐ cu,êË +ò Р ф- -arccos (® }, при

ТР 1 г) К/1 +Т,< где К вЂ” коэффициент пропорциональности, учитывающий неперпендикулярность магнитных полей статора и ротора синхронной машины;

U — напряжение источника питания; р — число пар полюсов;

n — число фаз якорной обмотки синхронной машины;

P — угол установки датчика положения ротора;

L, R — индуктивность и активное сопротивление якорной обмотки;

Тэ - р — — электромагнитная постоянR ная времени двигателя; в )(— частота вращения холостого хада; а — частота вращения ротора синх-. ронной машины. дополнительно по определенному закону изменяют угол установки датчика положения ротора в зависимости ат частоты вращения ротора синхронной машины, о т л и ч ающи и с я тем,,что; ;с целью повышения

КПД, указанное изменение угла установки датчика положения ротора осуществляют па закону

1 f57039

Составитель А,Головченко

Редактор Н.Лазаренко Техред М.Моргентал Корректор M.Òêà÷

Заказ 3096 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101