СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ РЕАКТИВНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С ШАГОВЫМ СВОБОДНЫМ ХОДОМ И БЕЗ ПОЗИЦИОННОГО ДАТЧИКА Российский патент 2017 года по МПК H02P6/18 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу управления без помощи позиционных датчиков вентильным реактивным электродвигателем, который использует шаговый свободный ход и может применяться в вентильных реактивных электродвигательных системах, имеющих различное количество фаз и использующих на каждой фазе преобразователи мощности с двойным коммутируемым режимом.

Уровень техники

Вентильные реактивные электродвигатели имеют простую и прочную конструкцию и пригодны для использования в неблагоприятных промышленных условиях; тем не менее наличие позиционных датчиков приводит к значительному снижению надежности электродвигателей, увеличению их цены и повышению сложности системы. Кроме того, поскольку позиционные датчики не могут быть установлены в некоторых местах (например, в компрессорном оборудовании), диапазон применения вентильных реактивных электродвигателей жестко ограничен.

Следовательно, насущной необходимостью является реализация управления без позиционных датчиков в вентильных реактивных электродвигателях. Как в Китае, так и за рубежом было предложено множество способов управления без позиционных датчиков.

Например, согласно одному из способов, измеряют характеристику потокосцепления или индуктивную характеристику конкретного электродвигателя в рабочем или автономном режиме, строят модель электродвигателя в форме таблицы, эмпирической функции или нейронной сети, вводят модель электродвигателя в контроллер, измеряют фактическое потокосцепление или индуктивность электродвигателя в реальном времени в процессе работы электродвигателя и делают вывод о позиции ротора в указанной модели во взаимосвязи с током текущей фазы.

Поскольку в данном способе электродвигатель должен быть смоделирован заранее, универсальность способа ограничена; кроме того, для измерения потокосцепления (или индуктивности) в процессе моделирования или работы необходимо выполнение сбора данных и вычислений по множеству переменных, что приводит к накоплению ошибок и снижению точности определения позиции; кроме того, ошибка определения будет повышаться из-за того, что указанная модель является чувствительной к старению двигателя.

Позиция ротора в конечной позиции участка минимальной индуктивности фазы может быть определена способом градиента тока фазы путем определения пикового тока фазы в зоне повышения индуктивности; этот способ не подходит для управления прерыванием тока фазы; диапазон регулирования угла отпирания/запирания ограничен, а диапазон регулирования скорости сокращается во время управления угловым положением.

Раскрытие изобретения

С целью устранения вышеуказанных недостатков существующего уровня техники, в настоящем изобретении предложен способ управления шаговым свободным ходом без использования позиционных датчиков в вентильном реактивном электродвигателе, в котором (способе) определяют позицию ротора в начальной позиции участка минимальной индуктивности фазы, непосредственно используют эту позицию ротора в качестве позиции замыкания основного переключателя фазы в преобразователе мощности вентильного реактивного электродвигателя и в соответствии с этой позицией отпирают верхний и нижний транзисторы основного переключателя фазы в преобразователе мощности.

В способе управления шаговым свободным ходом без использования позиционных датчиков в вентильном реактивном электродвигателе с источником питания, обмоткой вентильного реактивного электродвигателя и преобразователем мощности, состоящим из основного переключателя и диодов, в котором (способе) переключают верхний транзистор S1 и нижний транзистор S2 в преобразователе мощности основного переключателя фазы в запертое состояние, так что обмотка данной фазы в вентильном реактивном электродвигателе переходит в принудительное состояние свободного хода при отрицательном напряжении постоянного тока, дополнительно выполняют следующее:

1) задают пороговый уровень для тока фазы в обмотке и измеряют фактический ток i фазы в обмотке;

2) отпирают нижний транзистор S2 или верхний транзистор S1 в преобразователе мощности основного переключателя фазы, когда ток i фазы в обмотке упал до предварительно заданного порогового уровня, так что обмотка фазы в вентильном реактивном электродвигателе переходит в естественное состояние свободного хода при нулевом напряжении, а ток i фазы начинает расти;

3) задают в качестве начальной позиции b участка минимальной индуктивности фазы позицию ротора вентильного реактивного электродвигателя на момент, когда ток i фазы в обмотке увеличивается до пикового значения, определяют начальную позицию b участка минимальной индуктивности фазы, непосредственно используют эту позицию в качестве позиции θ₁ замыкания основного переключателя фазы в преобразователе мощности вентильного реактивного электродвигателя и отпирают верхний S1 транзистор и нижний транзистор S2 основного переключателя в преобразователе мощности.

Технические результаты, обеспечиваемые изобретением

Способ согласно настоящему изобретению не требует никакой дополнительной внешней аппаратуры, а также не требует хранения данных о потокосцеплении в электродвигателе. В вентильной реактивной электродвигательной системе, которая использует на каждой фазе преобразователи мощности с двойным коммутируемым режимом, после запирания верхнего и нижнего транзисторов основного переключателя фазы в преобразователе мощности устанавливают эту фазу в принудительное состояние свободного хода при отрицательном напряжении в вентильном реактивном электродвигателе; измеряют ток фазы; отпирают верхний или нижний транзисторы основного переключателя фазы в преобразователе мощности, когда ток фазы падает до предварительно заданного порогового уровня, и устанавливают данную фазу вентильного реактивного электродвигателя в естественное состояние свободного хода при нулевом напряжении, при этом ток фазы начинает расти; когда ток фазы достигает пикового значения, в качестве позиции ротора задают начальную позицию участка минимальной индуктивности фазы и, непосредственно используя эту позицию в качестве позиции замыкания основного переключателя фазы в преобразователе мощности вентильного реактивного электродвигателя, отпирают верхний и нижний транзисторы основного переключателя фазы в преобразователе мощности. Таким образом, датчики позиции ротора не требуются.

Также не существует никаких ограничений на тип управления, в частности могут быть применены управление прерыванием тока фазы, управление угловым положением и ШИМ-управление (PWM, широтно-импульсная модуляция).

Способ согласно настоящему изобретению обеспечивает высокие характеристики в реальном времени, высокие характеристики по динамическому отклику и стабильности, а также высокую практичность и универсальность.

Таким образом, настоящее изобретение имеет широкий спектр применения, огромную важность с точки зрения расширения области применения вентильных реактивных электродвигательных систем и улучшения рабочей надежности вентильных реактивных электродвигателей.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение тракта тока фазы в вентильной реактивной электродвигательной системе при использовании способа согласно настоящему изобретению после того, как фаза перешла в принудительное состояние свободного хода при отрицательном напряжении.

Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение тракта тока фазы в вентильной реактивной электродвигательной системе при использовании способа согласно настоящему изобретению после того, как нижний транзистор S2 основного переключателя фазы был открыт и фаза перешла в естественное состояние свободного хода при нулевом напряжении.

Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение характеристик индуктивности L и тока i фазы в способе согласно настоящему изобретению.

Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение тракта свободного хода фазы тока в вентильной реактивной электродвигательной системе при использовании способа согласно настоящему изобретению после того, как верхний транзистор S1 основного переключателя фазы был отперт и фаза перешла в естественное состояние свободного хода при нулевом напряжении.

Осуществление изобретения

Ниже будут подробно описаны варианты реализации настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи.

Вариант 1.

Вентильная реактивная электродвигательная система, которая использует на каждой фазе преобразователи мощности с двойным коммутируемым режимом.

Данная система использует источник питания, обмотки вентильного реактивного электродвигателя и преобразователь мощности, состоящий из основного переключателя и диодов, при этом верхний транзистор (tube) S1 и нижний транзистор S2 основного переключателя фазы в преобразователе мощности заперты, и фаза вентильного реактивного электродвигателя переходит в принудительное состояние свободного хода при отрицательном напряжении; задают пороговый уровень для тока фазы в обмотке и измеряют фактический ток i фазы. Тракт тока i фазы показан на фиг. 1.

Когда ток i фазы падает до предварительно заданного порогового уровня, отпирают нижний транзистор S2 основного переключателя фазы в преобразователе мощности, так что фаза вентильного реактивного электродвигателя переходит в естественное состояние свободного хода при нулевом напряжении и при этом ток i фазы начинает расти. Тракт свободного хода тока i фазы показан на фиг. 2.

Принимают позицию ротора вентильного реактивного электродвигателя в момент, когда ток i фазы в обмотке достигает пикового значения, в качестве начальной позиции b участка минимальной индуктивности фазы; определяют начальную позицию b участка минимальной индуктивности фазы и используют ее непосредственно в качестве позиции θ₁ замыкания основного переключателя фазы в преобразователе мощности вентильного реактивного электродвигателя без использования каких-либо датчиков позиции ротора; отпирают верхний транзистор S1 и нижний транзистор S2 основного переключателя фазы в преобразователе мощности.

Характеристики индуктивности L фазы и тока i фазы показаны на фиг. 3. Также на фиг. 3 показана позиция «с» ротора в конечной позиции участка минимальной индуктивности фазы.

Вариант 2.

Вентильная реактивная электродвигательная система, которая использует на каждой фазе преобразователи мощности с двойным коммутируемым режимом.

Данная система содержит источник питания, обмотки вентильного реактивного электродвигателя и преобразователь мощности, состоящий из основного переключателя и диодов, при этом верхний транзистор S1 и нижний транзистор S2 основного переключателя фазы в преобразователе мощности заперты, и фаза вентильного реактивного электродвигателя переходит в принудительное состояние свободного хода при отрицательном напряжении; задают пороговый уровень для тока фазы в обмотке и измеряют фактический ток i фазы в обмотке. Тракт свободного хода тока i фазы показан на фиг. 1.

Когда ток i фазы в обмотке падает до предварительно заданного порогового уровня, отпирают верхний транзистор S1 основного переключателя фазы в преобразователе мощности, так что фаза вентильного реактивного электродвигателя переходит в естественное состояние свободного хода при нулевом напряжении, при этом ток i фазы начинает расти. Трак свободного хода тока i фазы показан на фиг. 4.

Задают позицию ротора вентильного реактивного электродвигателя на момент, когда ток i фазы в обмотке достигает пикового значения, в качестве начальной позиции b участка минимальной индуктивности фазы; определяют начальную позицию b участка минимальной индуктивности фазы и используют ее непосредственно в качестве позиции θ₁ замыкания основного переключателя фазы в преобразователе мощности вентильного реактивного электродвигателя без использования каких-либо датчиков позиции ротора; отпирают верхний транзистор S1 и нижний транзистор S2 основного переключателя фазы в преобразователе мощности.

Характеристики индуктивности L фазы и тока i фазы показаны на фиг. 3. Также на фиг. 3 показана позиция «с» ротора в конечной позиции участка минимальной индуктивности фазы.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу управления вентильным реактивным электродвигателем с шаговым свободным ходом и без позиционных датчиков. Способ предназначен для вентильного реактивного электродвигателя с двумя переключателями на каждую фазу. Когда верхний транзистор (S1) и нижний транзистор (S2) основного переключателя фазы в преобразователе мощности заперты, фаза переходит в принудительное состояние свободного хода при отрицательном напряжении, и измеряют фактический ток (i) фазы, отпирают нижний или верхний транзистор в момент, когда ток фазы снижается до предварительно заданного порогового уровня, в результате чего фаза переходит в естественное состояние свободного хода при нулевом напряжении, а ток фазы начинает расти. В момент, когда ток фазы вырос до пиковой величины, определяют, что ротор находится в начальной позиции (b) участка минимальной индуктивности фазы, и отпирают верхний и нижний транзисторы переключателя фазы. Технический результат состоит в улучшении характеристик управления вентильным реактивным электродвигателем без позиционных датчиков. 4 ил.

Способ управления без помощи позиционных датчиков шаговым свободным ходом вентильного реактивного электродвигателя, содержащего источник питания, обмотку вентильного реактивного электродвигателя и преобразователь мощности, состоящий из основного переключателя и диодов, с верхним транзистором S1 и нижним транзистором S2 в преобразователе мощности основного переключателя фазы в запертом состоянии и обмоткой фазы в вентильном реактивном электродвигателе в принудительном состоянии свободного хода при отрицательном напряжении, при этом согласно способу:

1) задают пороговый уровень тока фазы в обмотке и измеряют фактический ток i фазы в обмотке;

2) отпирают нижний транзистор S2 или верхний транзистор S1 в преобразователе мощности основного переключателя фазы в момент, когда ток i фазы в обмотке упал до предварительного заданного порогового уровня, так что обмотка фазы в вентильном реактивном электродвигателе переходит в естественное состояние свободного хода при нулевом напряжении, а ток i фазы в обмотке начинает расти;

3) задают в качестве начальной позиции b участка минимальной индуктивности фазы позицию ротора вентильного реактивного электродвигателя на момент, когда ток i фазы в обмотке повысился до пиковой величины, определяют начальную позицию b участка минимальной индуктивности фазы и, используя эту позицию в качестве позиции θ₁ замыкания основного переключателя фазы в преобразователе мощности вентильного реактивного электродвигателя, отпирают верхний транзистор S1 и нижний транзистор S2 основного переключателя в преобразователе мощности.