Способ регулирования момента тягового индукторного электропривода

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе для управления индукторными электродвигателями, в частности тяговыми вентильно-индукторными электродвигателями. Техническим результатом является улучшение противобоксовочных свойств тягового индукторного электропривода за счет повышения жесткости тяговых характеристик и среднего значения момента двигателя, а также формированием необходимой длительности и ориентации импульса напряжения на фазной обмотке двигателя. В способе регулирования момента в зависимости от знака разности между заданным и средним значениями момента изменяют значение момента на выходе задатчика интенсивности. Определяют ширину импульса питающего напряжения в зависимости от величины момента и формируют импульс на фазной обмотке, начало и конец которого определяют в соответствии с углом поворота ротора индукторного двигателя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области электропривода с тяговыми индукторными двигателями.

Известен способ регулирования момента индукторного двигателя («токовый коридор»), заключающийся в том, что внутри каждого периода датчика положения ротора на фазную обмотку двигателя подают импульсы напряжения так, чтобы ток не выходил за рамки «токового коридора», т.е. был приблизительно постоянным (см. Электровозостроение: Сб. науч. тр. ОАО «Всерос. н.-и. и проектно-конструкт. ин-т электровозостроения» (ОАО «ВЭлНИИ»). - 2000. - Т.42 - 324 с. на С.186 и журнал «Электротехника» №6/98, С.25-26, рис.2в и 4б).

В этом способе регулирования изменение в большом диапазоне при постоянном токе предопределяет большие пульсации момента на валу двигателя, что ведет к преждевременному износу приводного механизма и двигателя, а при использовании индукторного двигателя в качестве тягового провоцирует еще и боксование.

Наиболее близким по технической сущности является способ регулирования индукторного электропривода, заключающийся в том, что формируют токи в двигателе, для чего измеряют периоды датчика положения ротора двигателя, внутри каждого периода датчика положения ротора на фазную обмотку двигателя подают как минимум один импульс напряжения, определяют временной интервал подачи импульсов напряжения, разбивают его на m равных интервалов Δt, соответствующих углу поворота ротора ΔΘ, в начале каждого из которых вводят значение фазного тока in-1, соответствующее началу n-го интервала из m, определяют величину фазного тока in по формуле

где М3n) - заданное значение момента на n-м интервале;

L(Θn, in-1) - значение индуктивности в конце n-го интервала при токе in-1;

L(Θn-1, in-1) - значение индуктивности в конце (n-1)-го интервала при токе in-1;

in-1 - значение фазного тока в конце (n-1)-го интервала, формируют импульс напряжения амплитудой U от начала текущего n-го интервала до момента достижения фазным током величины in, причем если в начале n-го интервала значение фазного тока больше значения in, то импульс напряжения не формируют (см. описание изобретения к патенту Российской Федерации RU 2229194 С2, кл. 7 Н02Р 8/18, опубл. 20.05.2004. Бюл. №14).

Этот способ регулирования момента имеет следующие недостатки. Формирование импульса напряжения от начала n-го интервала до момента превышения фазным током значения in может привести к несоответствию фазного тока значению in в конце n-го интервала, а если в начале n-го интервала при превышении фазным током значения in импульс напряжения не формировать, то значение тока в конце n-го интервала может оказаться меньше in и изменение электромагнитной энергии в конце n-го интервала может не соответствовать поддержанию заданного момента двигателя. Поэтому среднее значение момента на интервале ΔΘ также может не соответствовать заданному, что предопределяет пульсации момента электропривода.

Особенно это сказывается при высоких скоростях электропривода, т.к. число m уменьшается из-за сокращения величины периода датчика положения ротора двигателя при прежнем времени переключения вентилей инвертора электропривода. Эти пульсации момента, а также резкие изменения заданного момента М3 в процессе регулирования в сочетании с присущими индукторному приводу мягкими (см. с.193, рис.1 Электровозостроение: Сб. науч. тр. ОАО "ВЭлНИИ". - 2000. - Т.42 - 324 с.) тяговыми характеристиками приводят к низким противобоксовочным свойствам индукторного тягового электропривода.

Задачей изобретения является улучшение противобоксовочных свойств индукторного электропривода за счет исключения резкого изменения заданного момента двигателя и повышения жесткости тяговых характеристик.

Поставленная задача решается способом регулирования момента тягового индукторного электропривода, при котором формируют токи в фазах индукторного двигателя, для чего измеряют периоды датчика положения ротора двигателя, внутри каждого периода датчика положения ротора определяют временной интервал подачи импульсов напряжения на фазную обмотку двигателя, разбивают его на m равных интервалов Δt, соответствующих углу поворота ΔΘ, и определяют среднюю величину момента индукторного двигателя в предыдущем периоде датчика положения ротора по формуле

где Δψn=ψ(in, Θn)-ψ(in-1, Θn-1);

ψ(in-1, Θn-1) - значение потокосцепления в начале n-го интервала угла поворота ротора в предыдущем периоде датчика положения ротора;

ψ(in, Θn) - значение потокосцепления в конце n-го интервала угла поворота ротора в предыдущем периоде датчика положения ротора;

in-1 - значение фазного тока в начале n-го интервала угла поворота ротора в предыдущем периоде датчика положения ротора;

in - значение фазного тока в конце n-го интервала угла поворота ротора в предыдущем периоде датчика положения ротора;

Θn-1 - значение угла поворота ротора индукторного двигателя в начале n-го интервала угла поворота ротора в предыдущем периоде датчика положения ротора;

Θn - значение угла поворота ротора индукторного двигателя в конце n-го интервала угла поворота ротора в предыдущем периоде датчика положения ротора. Затем определяют и вводят в задатчик интенсивности разность между заданным М3 и средним Мср значениями момента, в зависимости от знака этой разности увеличивают или уменьшают значение момента М на выходе задатчика интенсивности, определяют относительную ширину импульса питающего напряжения на n-м интервале текущего периода датчика положения ротора индукторного двигателя по формуле

где UП - напряжение питания;

r - активное сопротивление фазной обмотки;

ω - частота вращения ИД,

и формируют импульс напряжения на фазной обмотке амплитудой UП, начало которого соответствует углу поворота ротора индукторного двигателя от начала n-го интервала а конец -

Заданное значение момента можно не задавать директивно, а формировать регулятором скорости электропривода, что повысит жесткость его тяговых характеристик.

Момент, развиваемый фазной обмоткой индукторного двигателя (ИД), определяется изменением электромагнитной энергии в зависимости от угла поворота ротора

где i - ток фазной обмотки;

ψ - потокосцепление фазной обмотки.

Потокосцепление фазной обмотки определяется уравнением

,

где U - напряжение на фазной обмотке;

r - активное сопротивление фазной обмотки;

ω - частота вращения ИД.

Относительное значение напряжения, равное отношению напряжения на фазной обмотке к напряжению питания ИД Un, равно Имеем

Подставляя (2) в (1),

Для минимизации пульсаций момента тягового индукторного привода (ТИП) необходимо определить управление u(Θ) так, чтобы функционал

где М - заданное значение момента на выходе задатчика интенсивности ТИП;

ΘН - начальное значение угла поворота ротора двигателя;

ΘК - конечное значение угла поворота ротора двигателя,

имел минимальное значение, т.е. М-МД=0 на всем интервале [ΘН, Θк].

Тогда, с учетом (3)

Отсюда имеем соотношение между фазным током и фазным напряжением, обеспечивающее минимальные пульсации момента

Уравнение

описывает параболу, ветви которой направлены вверх.

Координаты вершины параболы

Требование J=0 определяет другую координату вершины: парабола должна касаться вершиной оси i, т.е. дискриминант уравнения (4) должен быть равен нулю:

отсюда получим необходимое управление u (Θ)

Величина соответствует коэффициенту заполнения при импульсном регулировании напряжения и определяет среднее значение напряжения и длительность импульса напряжения питания Un ИД на интервале переключения вентилей инвертора. Так как это среднее напряжение определяет среднее значение тока на интервале переключения вентилей инвертора, то, очевидно, импульс напряжения амплитудой Un необходимо ориентировать симметрично относительно концов этого интервала.

Учитывая, что относительная величина напряжения u соответствует относительной длительности импульса напряжения амплитудой UП на интервале ΔΘ, начало импульса отстоит от начала n-го интервала на , а конец - на .

Подача и прекращение импульса напряжения в определенные моменты времени обеспечивает изменение электромагнитной энергии для поддержания необходимого момента М на всех интервалах ΔΘ, а наличие задатчика интенсивности изменения необходимого момента и регулятора скорости повышает жесткость тяговых характеристик привода, что улучшает его противобоксовочные свойства.

На фиг.1 представлено устройство для реализации способа; на фиг.2 - алгоритм работы устройства; на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие определение моментов времени подачи напряжения на фазную обмотку.

Способ осуществляется микропроцессорной системой, состоящей из блока таймеров 1, процессора 2, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 3, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 4, аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) 5, блока драйверов 6, транзисторного блока 7, управляющего индукторным двигателем 8, имеющим датчики положения ротора (ДПР) 9. Входы-выходы процессора 2, ОЗУ 3, ПЗУ 4, входы блока таймеров 1, блока драйверов 6 и выход АЦП 5 объединены шиной адресов-данных 10. Выходы блока таймеров 1 и ДПР 9 соединены с шинами прерывания процессора 2. Ток i двигателя 8 поступает на вход АЦП 5. Выходы транзисторного блока 7, запитанного постоянным напряжением u, нагружены на обмотки индукторного двигателя 8.

Процессор, ОЗУ, ПЗУ, блок таймеров, АЦП могут быть интегрированы в специализированный контроллер, например М167-1С (см. каталог продукции «Бортовая промышленная электроника» АО «Каскод», 105037, Москва, Измайловская пл., 7).

Способ реализуется в соответствии с алгоритмом на фиг.2.

Алгоритм состоит их 4-х подпрограмм, которые запускают сигналами прерываний от ДПР 9 и блока таймеров 1-t1, t2, tm.

Первая подпрограмма начинается по сигналу ДПР. Вводят значение кода из таймера Т, соответствующее периоду сигнала ДПР (блок 11), и снова запускают таймер Т (блок 12). Затем определяют временной интервал [t1, t2] (блок 13) и запускают таймеры t1 и t2 в блоке таймеров 1 (блок 14). В блоке 15 определяется количество интервалов m умножением временного интервала [t1, t2] на значение максимально допустимой частоты переключения транзисторов транзисторного блока 7. Затем в блоке 16 определяют величину интервала Δt повторения определения необходимого импульса напряжения и соответствующий Δt угол поворота ротора ΔΘ.

Вторая подпрограмма начинается по приходу сигнала таймера t1, запущенного в первой подпрограмме.

В этой подпрограмме запускают таймер m интервала повторения вычислений (блок 17) и номеру интервала повторения вычислений присваивается значение единицы (блок 18).

Таймер m периодически выдает сигналы прерываний, по которым выполняется третья подпрограмма, в которой определяют необходимые моменты времени подачи импульса напряжения питания на фазную обмотку индукторного двигателя на каждом n-м интервале из m. Для этого в блоке 19 вводят значение тока in, соответствующее началу n-го интервала, и заданное значение момента электропривода. Затем в блоке 20 определяют разность ΔM между заданным М3 и средним моментом Мср и вводят в задатчик интенсивности, реализованный в блоках 21, 22, 23. Коэффициенты K1 и К2 определяют интенсивность нарастания и спада момента индукторного двигателя. В блоке 24 определяют изменение потокосцепления за интервал угла поворота ротора ΔΘ, а в блоке 25 определяют необходимую относительную величину u напряжения на n-м интервале. Блоки 26, 27 предназначены для определения моментов времени подачи τр и спада τs импульса напряжения питания UП, после чего запускают таймеры отсчета этих времен (блок 28). По истечении времени τр транзисторы транзисторного блока 7 включают, подавая на фазную обмотку двигателя напряжение питания UП (блока 29), а в момент времени τs транзисторы блока 7 выключают, снимая с фазной обмотки UП (блока 30), после чего подпрограмма заканчивается.

Подачу импульсов управления прекращают четвертой подпрограммой с приходом сигнала прерывания от таймера t2, при этом осуществляют сброс всех таймеров (блок 31), выключают транзисторный блок 7 (блок 32) и определяют среднее за период ДПР значение момента по формуле

для регулирования в следующем периоде ДПР.

Формирование заданного момента легко можно реализовать регулятором скорости, имея сигнал датчика положения ротора ДПР, что дополнительно повысит жесткость тяговых характеристик электропривода.

Предлагаемый способ за счет снижения пульсаций момента тягового индукторного двигателя и повышения жесткости тяговых характеристик электропривода повышает противобоксовочные свойства привода, в том числе и от синхронного боксования. Кроме того, реализация способом обратной связи по моменту двигателя позволяет легко осуществить выравнивание нагрузок в групповом тяговом приводе.

1. Способ регулирования момента тягового индукторного электропривода, заключающийся в том, что формируют токи в фазах индукторного двигателя, для чего измеряют периоды датчика положения ротора двигателя, внутри каждого периода датчика положения ротора определяют временной интервал подачи импульсов напряжения на фазную обмотку двигателя, разбивают его на m равных интервалов Δt, соответсвующих углу поворота ΔΘ, отличающийся тем, что определяют среднюю величину момента индукторного двигателя в предыдущем периоде датчика положения ротора по формуле

где Δψn=ψ(in, Θn)-ψ(in-1, Θn-1);

ψ(in-1, Θn-1) - значение потокосцепления в начале n-го интервала угла поворота ротора в предыдущем периоде датчика положения ротора;

ψ(in, Θn) - значение потокосцепления в конце n-го интервала угла поворота ротора в предыдущем периоде датчика положения ротора;

in-1 - значение фазного тока в начале n-го интервала угла поворота ротора в предыдущем периоде датчика положения ротора;

in - значение фазного тока в конце n-го интервала угла поворота ротора в предыдущем периоде датчика положения ротора;

Θn-1 - значение угла поворота ротора индукторного двигателя в начале n-го интервала угла поворота ротора в предыдущем периоде датчика положения ротора;

Θn - значение угла поворота ротора индукторного двигателя в конце n-го интервала угла поворота ротора в предыдущем периоде датчика положения ротора, определяют и вводят в задатчик интенсивности разность между заданным М3 и средним Мср значениями момента, в зависимости от знака этой разности увеличивают или уменьшают значение момента М на выходе задатчика интенсивности, определяют относительную ширину импульса питающего напряжения на n-м интервале текущего периода датчика положения ротора индукторного двигателя по формуле

где UП - напряжение питания;

r - активное сопротивление фазной обмотки;

ω - частота вращения ИД,

и формируют импульс напряжения на фазной обмотке амплитудой UП, начало которого соответствует углу поворота ротора индукторного двигателя от начала n-го интервала а конец -

2. Способ регулирования момента тягового индукторного двигателя по п.1, отличающийся тем, что заданное значение момента М3 определяется регулятором скорости тягового индукторного электропривода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в тяговых электродвигателях, в электрических машинах, предназначенных для работы в широком диапазоне изменения частоты вращения, в устройствах, в которых необходим большой пусковой момент.

Изобретение относится к электротехнике, а точнее, к системам управления реактивными индукторными двигателями. .

Изобретение относится к электрп-ел- .- ке, а именно к управлению электрически-. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приборостроении, робототехнических системах, гибких автоматизированных производствах. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в дискретном электроприводе с изменяемой скоростью движения. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам электрического привода, и может быть использовано для дискретного управления M-фазным шаговым двигателем с перестраиваемыми режимами коммутации.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулированию электродвигателей с шаговым вращением якоря, и может быть использовано при программном управлении координатными приводами подач металлорежущих станков.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления шаговыми двигателями в системах автоматического управления. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического управления с шаговыми электродвигателями, в частности, в системах программного управления.

Изобретение относится к области электротехники и может быть ислользовано в дискретном электроприводе металлорежущих станков. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в исполнительных устройствах различного назначения

Изобретение относится к области электротехники

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов, исполнительных устройствах автоматических систем и др

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих электроприводах с исполнительными двигателями постоянного тока или с синхронными машинами, работающими в режимах вентильного двигателя или бесколлекторного двигателя постоянного тока. Следящий электропривод (фиг.1) содержит блок (1) задания, сумматоры (2) и (3), блоки (4) и (5) дифференцирования, пропорциональное звено (6), интегральный регулятор (7), пропорциональный регулятор (8), пропорционально-дифференциальный регулятор (9), силовой преобразователь (10), электродвигатель (11) с исполнительным механизмом (12) и датчик (13) положения. Предлагаемый следящий электропривод позволяет получить технический результат - увеличить полосу пропускания частот при отработке гармонического сигнала. 4 ил.

Синхронно-шаговый двигатель повышенного момента относится к электрическим машинам и может быть использован в регулируемом электроприводе. Технический результат заключается в увеличении развиваемого двигателем момента при том же значении питающего напряжения, а также регулировании величины момента, развиваемого двигателем. Каждый полупроводниковый ключ блока управления содержит четыре транзистора, по две пары последовательно-параллельно соединенных. При этом в каждом из полупроводниковых ключей общая точка соединения эмиттера одного транзистора и коллектора другого транзистора одной пары последовательно соединенных транзисторов подключена к началу соответствующей обмотки управления и общая точка соединения эмиттера одного транзистора и коллектора другого транзистора второй пары последовательно соединенных транзисторов подключена к концу соответствующей обмотки управления. Эмиттеры остальных транзисторов подключены к плюсу источника постоянного тока, и коллекторы остальных транзисторов подключены к минусу источника постоянного тока. На каждом такте включены все обмотки управления. 15 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам управления электродвигателем. Устройство приведения в действие электродвигателя содержит ротор, первое ярмо статора с первой магнитной частью и катушкой возбуждения, второе ярмо статора со второй магнитной частью и катушкой возбуждения, узел обнаружения с четырьмя обнаруживающими элементами для обнаружения положений ротора и контроллер управления переключением катушек возбуждения магнитных частей электродвигателя. Обнаруживающие элементы размещены в положения, обеспечивающие соответствующие углы опережения по фазе от момента времени переключения катушек возбуждения по сигналам определенного обнаруживающего элемента в зависимости от направления вращения. Технический результат состоит в обеспечении устройства управления электродвигателем возможностью устанавливать множество углов опережения по фазе без запаздывания для сохранения синхронизации. 5 з.п. ф-лы, 20 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к позиционным электроприводам постоянного тока, и может быть использовано для автоматизации металлорежущих станков, электромеханических роботов, управления рулями ракетных снарядов и в других механизмах систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники. Задачей изобретения является повышение надежности управления шаговым электродвигателем при воздействии большого количества помех, возникающих в моменты коммутации обмоток электродвигателя. Шаговый электропривод содержит шаговый электродвигатель, каждая фазная обмотка которого подключена к выходным выводам мостового полупроводникового преобразователя, верхние силовые ключи которого, шунтированные возвратными диодами, подключены к первому выводу постоянного напряжения питания, а нижние силовые ключи подключены к первому выводу датчика тока, второй вывод которого соединен со вторым выводом постоянного напряжения питания и с первыми выводами возвратных диодов, вторые выводы которых присоединены соответственно к первому и второму выходным выводам мостового полупроводникового преобразователя, входы управления силовых ключей которого подключены к выходам блока управления, содержащего логический распределитель импульсов управления мостовым преобразователем и узел ШИМ стабилизации тока фазы шагового электродвигателя, состоящий из триггера, на вход синхронизации которого подаются импульсы синхронизации, и компаратора, выход которого подключен к входу сброса триггера, первый вход - к первому выводу датчика тока, а второй вход - к источнику опорного напряжения, при этом в компаратор введен вход стробирования, соединенный с входом синхронизации триггера. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматизации металлорежущих станков, электромеханических роботов и в других механизмах систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники. Техническим результатом является повышение надежности электропривода при помощи введения средств телеметрического, удаленного, объективного контроля работы, что снижает безаварийность работы объекта, на котором установлен электропривод. В шаговый электропривод, содержащий двухфазный шаговый электродвигатель, первая и вторая фазная обмотка которого подключена к первому и второму выходным выводам соответственно первого и второго мостового полупроводникового преобразователя, введено устройство телеметрического контроля, позволяющее дистанционно оценить скорость, направление вращения и угол поворота шагового двигателя, а следовательно, оценить работоспособность электродвигателя без непосредственного контакта. 2 ил.
Наверх