Способ определения углового положения ротора вращающейся электрической машины

Изобретение относится к области электротехники. Сущность: статорная обмотка, питающаяся от относящегося к ней преобразователя тока, в течение одного оборота ротора при заданной скорости вращения ротора замыкается накоротко, как минимум, в трех фиксированных моментах времени короткого замыкания. В каждый момент короткого замыкания (Т0, Т1, Т2) определяется фазовый угол соответствующего статорного тока. Из соответствующих фазовых углов, определенных для каждого из двух по времени рядом расположенных моментов времени короткого замыкания, строят дифференциальный фазовый угол. Исходя из дифференциальных фазовых углов определяется минимальный дифференциальный фазовый угол. Если минимальный дифференциальный фазовый угол оказывается отрицательным, к определенному последним фазовому углу прибавляют поправочный фазовый угол. Если дифференциальный минимальный фазовый угол оказывается положительным, то из определенного последним фазового угла вычитают поправочный фазовый угол. Технический результат - легкость реализации и надежность. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области электротехники. Изобретение касается определения углового положения ротора или из определения магнитного потокового угла вращающейся электрической машины согласно родовому понятию независимого пункта формулы изобретения.

Уровень техники

Распространенные в настоящее время вращающиеся электрические машины имеют обмотку статора и обмотку ротора, причем обмотка статора обычно питается от относящегося к ней преобразователя тока. Угловое положения ротора такой вращающейся электрической машины определяют в настоящее время в основном с помощью датчика углового положения, который выдает требуемое угловое положение ротора, т.е. угол ротора во время его вращения. Информация о положении ротора или о положении магнитного вектора потока обычно требуется для регулировки машины в качестве одного из нескольких часто используемых входных параметров. Датчики углового положения, однако, очень чувствительны к механическим нагрузкам и поэтому часто выходят из строя или выдают ошибочные данные об угловом положении ротора. К тому же трудоемок монтаж, так как на машине должны быть установлены как сам датчик углового положения, так и кабельная разводка, что требует много затрат труда и средств. К тому же такой датчик углового положения требует постоянного обслуживания, а это также дополнительные затраты.

Описание изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание способа определения углового положения вращающейся электрической машины, который очень легко реализуем и надежен, а также обходится без датчика углового положения. Эта задача решается признаками п.1 формулы изобретения. В зависимых пунктах приведены предпочтительные варианты усовершенствования изобретения.

При применении соответствующего изобретению способа определения углового положения ротора вращающейся электрической машины машина имеет обмотку статора и обмотку ротора, причем питание обмотки статора осуществляется от преобразователя тока. Согласно изобретению обмотка статора в данном случае при заданной скорости вращения ротора в течение одного оборота ротора замыкается накоротко как минимум в трех фиксированных моментах времени короткого замыкания. В каждый момент короткого замыкания определяется фазовый угол соответствующего статорного тока. Затем исходя из фазовых углов, определенных для каждого из двух наиболее близких между собой моментов времени короткого замыкания, строят дифференциальный фазовый угол, а из этих дифференциальных фазовых углов вычисляют минимальный дифференциальный угол. Если минимальный дифференциальный угол оказывается отрицательным, к определенному последним фазовому углу прибавляют поправочный фазовый угол, а если минимальный дифференциальный фазовый угол оказывается положительным, то из определенного последним фазового угла вычитают поправочный фазовый угол. Результат после прибавления поправочного фазового угла или после вычитания поправочного фазового угла и является подлежавшим определению угловым положением ротора. Определение углового положения ротора вращающейся электрической машины соответствующим настоящему изобретению способом с получением преимущества становится возможным, таким образом, без использования датчика углового положения со всеми его недостатками, а следовательно, по существу разработан очень легко реализуемый и надежный способ определения углового положения ротора вращающейся электрической машины.

Эта и другие задачи, преимущества и признаки настоящего изобретения становятся очевидными из нижеследующего детального описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылками на чертеж.

Краткое описание чертежей

Чертеж - временная динамика фазового угла статорного тока вращающейся электрической машины при применении соответствующего изобретению способа.

Принципиально, одинаковые элементы на чертеже снабжены одинаковыми сносками.

Варианты осуществления изобретения

Чертеж отображает временную динамику фазового угла статорного тока вращающейся электрической машины, которая проявляется при применении соответствующего изобретению способа. Фазовый угол статорного тока согласно чертежу увеличивается от 0 до 2π, затем вновь начинается с 0 и увеличивается до 2π и так далее. Машина имеет статорную обмотку и роторную обмотку, причем статорная обмотка согласно изобретению питается относящимся к ней преобразователем тока. Вращающаяся электрическая машина исполнена обычно в виде синхронной машины или асинхронной машины.

Согласно соответствующему изобретению способу теперь статорная обмотка в течение одного оборота ротора замыкается накоротко преобразователем тока по меньшей мере в трех фиксированных моментах времени короткого замыкания Т0, T1, T2. На чертеже представлен, например, временной интервал, соответствующий одному обороту ротора при принятой скорости вращения ротора. В течение этого оборота статорная обмотка замыкается преобразователем тока накоротко как минимум в трех фиксированных моментах короткого замыкания Т0, T1, T2. В каждый момент времени короткого замыкания Т0, T1, T2, как показано на чертеже, определяется фазовый угол α_T0; α_T1; α_T2 соответствующего статорного тока i_ST0; i_ST1, i_ST2. Предпочтительно соответствующий статорный ток i_ST0, i_ST1, i_ST2 можно определить, в частности, путем измерения, например, с помощью датчиков тока, причем определяют амплитуды , , соответствующего статорного тока i_ST0, i_ST1, i_ST2 и фазовый угол α_T0; α_T1; α_T2 соответствующего статорного тока i_ST0, i_ST1, i_ST2. Из фазовых углов α_T0, α_T1, α_T2, определенных для каждого из двух наиболее близких между собой по времени моментов времени короткого замыкания Т0, T1, T2, строят дифференциальный фазовый угол Δ_i1, Δ_i2. При этом для принятых трех фазовых углов α_T0, α_T1, α_T2 в процессе одного оборота ротора используют следующие формулы:

Δi₁=α_T1-α_T0

Δi₂=α_T2-α_T1

Затем исходя из дифференциальных фазовых углов Δi₁, Δi₂, в частности, путем простого сравнения величин строят минимальный дифференциальный фазовый угол Δi_min. Если минимальный дифференциальный фазовый угол Δi_min оказывается отрицательным, к определенному последним фазовому углу α_T2 прибавляют поправочный фазовый угол Δi_k, а если минимальный дифференциальный фазовый угол Δi_min оказывается положительным, то из определенного последним фазового угла α_T2 вычитают поправочный фазовый угол Δi_k. Предпочтительно корректурный фазовый угол Δi_k равен π/2. Преимущество обеспечивается, если статорный ток вращающейся электрической машины, как правило, отстает от магнитного статорного потока вращающейся электрической машины на π/2 и если направление, т.е. угол, вектора магнитного статорного потока в случае отсутствия нагрузки на вращающуюся электрическую машину соответствует угловому положению ротора (в случае синхронной машины) или положению магнитного потокового вектора (в случае асинхронной машины). Результат после упомянутого выше прибавления поправочного фазового угла Δi_k к определенному последним фазовому углу α_T2 или после вычитания поправочного фазового угла Δi_k из определенного последним фазового угла α_T2 и является подлежавшим определению угловым положением ротора. Является ли минимальный дифференциальный фазовый угол Δi_min отрицательным, и, следовательно, поправочный фазовый угол Δi_k прибавляют, или же минимальный дифференциальный фазовый угол Δi_min является положительным, и, следовательно, поправочный фазовый угол Δi_k вычитают, зависит от направления вращения ротора. Определение углового положения ротора вращающейся электрической машины соответствующим настоящему изобретению способом с получением преимущества становится возможным, таким образом, без использования датчика углового положения со всеми его недостатками, а следовательно, по существу разработан очень легко реализуемый и надежный способ определения углового положения ротора вращающейся электрической машины.

Оказалось приносящим преимущество то, что моменты времени короткого замыкания Т0, T1, T2 в процессе одного поворота ротора при принятой скорости вращения ротора являются равноотстоящими.

Как уже было упомянуто выше, в каждый момент времени короткого замыкания Т0, T1, Т2 определяется амплитуда , , соответствующего статорного тока i_ST0, i_ST1, i_ST2. Каждая определенная амплитуда i_ST0, i_ST1, i_ST2 контролируется в течение заданного контрольного периода на регулируемое пороговое значение амплитуды. Затем из определенных в течение одного оборота ротора фазовых углов α_T0, α_T1, α_Т2 образуют суммарный фазовый дифференциальный угол Δi, в частности, путем образования разности определенных фазовых углов α_T0, α_T1, α_T2. Суммарный фазовый дифференциальный угол Δi контролируется затем на регулируемое пороговое значение суммарного фазового дифференциального угла. Если машина фактически вращается с меньшей, чем принятая, скоростью, то зарегистрированное значение амплитуды или суммарного фазового дифференциального угла будет ниже соответствующего ему регулируемого порогового значения. Поэтому принятая скорость вращения ротора при меньшей, чем регулируемое пороговое значение, амплитуде или при меньшем, чем регулируемое пороговое значение, суммарном фазовом дифференциальном угле уменьшается с достижением преимущества. Путем уменьшения требуемой скорости вращения ротора угловое положение ротора может вновь определяться правильно и однозначно согласно вышеизложенным этапам.

1. Способ определения углового положения вращающейся электрической машины, в частности машины, имеющей статорную обмотку и роторную обмотку, при котором статорная обмотка питается от относящегося к ней преобразователя тока, отличающийся тем, что статорная обмотка в течение одного оборота ротора при заданной скорости вращения ротора замыкается накоротко как минимум в трех фиксированных моментах времени короткого замыкания (Т0, Т1, Т2), причем в каждый момент короткого замыкания (Т0, Т1, Т2) определяют фазовый угол (α_T0, α_T1, α_T2) соответствующего статорного тока (i_ST0; i_ST1; i_ST2); при этом из соответствующих фазовых углов (α_T0, α_T1, α_T2), определенных для каждого из двух по времени наиболее близких между собой моментов времени короткого замыкания (Т0, T1, T2), строят дифференциальный фазовый угол (Δi₁, Δi₂), при этом минимальный дифференциальный фазовый угол (Δi_min) определяют исходя из дифференциальных фазовых углов (Δi₁, Δi₂) и, если минимальный дифференциальный фазовый угол (Δi_min) оказывается отрицательным, к определенному последним фазовому углу (α_T2) поправочный фазовый угол (Δi_k) прибавляют, а если дифференциальный минимальный фазовый угол (Δi_min) оказывается положительным, то из определенного последним фазового угла (α_T2) его вычитают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поправочный фазовый угол (Δi_k) равен π/2.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что моменты времени короткого замыкания (Т0, Т1, Т2) в течение одного поворота ротора при принятой скорости вращения ротора являются равноотстоящими.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в каждый момент времени короткого замыкания (Т0, Т1, Т2) определяют амплитуду соответствующего статорного тока (i_ST0, i_ST1, i_ST2), причем каждую определенную амплитуду (i_ST0, i_ST1, i_ST2) контролируют в течение заданного контрольного периода на регулируемое пороговое значение амплитуды, и из определенных в течение одного оборота ротора фазовых углов (α_T0, α_T1, α_T2) образуют суммарный фазовый дифференциальный угол (Δi), при этом суммарный фазовый дифференциальный угол (Δi) контролируют на регулируемое пороговое значение суммарного фазового дифференциального угла, причем если зарегистрированное значение амплитуды или суммарного фазового дифференциального угла будет ниже соответствующего ему регулируемого порогового значения, принятую скорость вращения ротора уменьшают.