СПОСОБ ТРЕХУРОВНЕВОГО ПОДАВЛЕНИЯ ПУЛЬСАЦИЙ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ТРЕХФАЗНОГО ВЕНТИЛЬНОГО РЕАКТИВНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2018 года по МПК H02P6/10 H02P25/08 H02P25/86 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу трехуровневого подавления пульсаций крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя и в частности к системе привода трехфазного вентильного реактивного электродвигателя.

Уровень техники

Вентильный реактивный электродвигатель привлекает большое внимание благодаря простоте и прочности своей конструкции, низкой стоимости изготовления и превосходным рабочим характеристикам устройства регулирования скорости. Тем не менее, его особая конструкция с двумя типами выступающих полюсов и коммутационный тип режима возбуждения приводят к тому, что электромагнитный момент на выходе имеет большие пульсации, которые существенно ограничивают использование вентильного реактивного электродвигателя в его областях применения. По этой причине исследователи предложили различные способы для того, чтобы устранить пульсации крутящего момента и при этом обеспечить минимальный расход меди. Эти способы эффективны в определенном диапазоне скоростей. Тем не менее, когда скорость вращения высока, из-за ограниченного напряжения источника постоянного тока, способность системы контролировать и отслеживать ожидаемый ток, ожидаемое потокосцепление и ожидаемый крутящий момент ухудшается, и эффективное устранение пульсаций крутящего момента становится сложным. Более того, из-за ограничения максимального тока обмотки и вольтамперной характеристики (ВАХ) полупроводниковых приборов система вентильного реактивного электродвигателя имеет ограничение сверху по току, и в связи с ограничением по току, плавный крутящий момент вентильного реактивного электродвигателя на выходе может быть обеспечен только в ограниченном диапазоне. Таким образом, все устройства управления плавными крутящими моментами на выходе имеют определенный рабочий диапазон.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема: задачей настоящего изобретения является устранение проблемы, известной из уровня техники, и обеспечение способа трехуровневого подавления пульсаций крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя.

Техническое решение: настоящее изобретение обеспечивает способ трехуровневого подавления пульсаций крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя, при этом способ включает в себя следующие этапы:

а. Установку первой группы пороговых значений (th1_low, th1_zero, th1_up) крутящего момента в интервале [0°, θ_r/3] положений ротора и второй группы пороговых значений (th2_low, th2_zero, th2_up) крутящего момента в интервале [θ_r/3, θ_r/2] положений ротора, при этом указанные шесть пороговых значений крутящего момента удовлетворяют следующим условиям:

в которых положение 0° ротора является положением с минимальной фазовой индуктивностью, положение θ_r ротора является угловым шагом, т.е. одним оборотом ротора, а θ_r/2 является половиной оборота ротора;

б. Установку возбужденного состояния S_A в качестве возбужденного состояния питания фазы А, при этом возбужденное состояние S_A=1 обозначает, что возбуждающее напряжение фазы А положительное, возбужденное состояние S_A=0 обозначает, что возбуждающее напряжение фазы А равно нулю, а возбужденное состояние S_A=-1 обозначает, что возбуждающее напряжение фазы А отрицательное; установка возбужденного состояния S_B в качестве возбужденного состояния питания фазы В, при этом возбужденное состояние S_B=1 обозначает, что возбуждающее напряжение фазы В положительное, возбужденное состояние S_B=0 обозначает, что возбуждающее напряжение фазы В равно нулю, а возбужденное состояние S_B=-1 обозначает, что возбуждающее напряжение фазы В отрицательное, а Т_e - ожидаемый плавный общий крутящий момент.

в. Для смежных сигналов питания возбуждения фазы А и фазы В сигнал питания фазы А опережает на θ_r/3 сигнал питания фазы В. В этот момент фаза А выключена, фаза В включена, и трехуровневое подавление пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя осуществляется путем деления процесса коммутации от фазы А к фазе В на две части.

Процесс коммутации от фазы А к фазе В разделен на две части следующим образом:

(1) В интервале [0°, θ₁] положений ротора фаза А использует вторую группу пороговых значений (th2_low, th2_zero, th2_up) крутящего момента, фаза В использует первую группу пороговых значений (th1_low, th1_zero, th1_up) крутящего момента, критическое положение θ₁ автоматически возникает в процессе коммутации, так что не требуется дополнительных вычислений;

(1.1) цикл переключения фазы В начинается в положении ротора 0°, при этом устанавливается исходное значение возбужденного состояния S_B=1, и ток и крутящий момент фазы В увеличиваются от 0; возбужденное состояние S_A остается в первоначальном состоянии S_A=1, а ток и крутящий момент фазы А увеличиваются. Общий крутящий момент увеличивается;

(1.2) когда общий крутящий момент увеличивается до значения T_e+th2_up крутящего момента, то возбужденное состояние S_A изменяется со значения 1 в значение -1, и крутящий момент фазы А уменьшается; фаза В сохраняет первоначальное состояние, а крутящий момент фазы В продолжает увеличиваться. Поскольку фазовый ток и скорость изменения индуктивности в фазе В в этот момент малы, то скорость увеличения крутящего момента фазы В меньше, чем скорость уменьшения крутящего момента фазы А, характер изменения общего крутящего момента определяется фазой А, и общий крутящий момент уменьшается;

(1.3) когда общий крутящий момент впервые уменьшается до значения T_e+th1_low крутящего момента, условия изменения состояния фазы А и фазы В не выполняются, возбужденные состояния S_A и S_B сохраняют первоначальные состояния, и общий крутящий момент продолжает уменьшаться;

(1.4) когда общий крутящий момент уменьшается до значения T_e+th2_zero крутящего момента, в фазе А триггеруется (запускается) переход из возбужденного состояния S_A=-1 в возбужденное состояние S_A=0, и крутящий момент фазы А уменьшается, однако скорость уменьшения меньше, чем скорость уменьшения в возбужденном состоянии S_A=-1; фаза В остается в первоначальном возбужденном состоянии, и крутящий момент продолжает увеличиваться. В этот момент при условии, что возбужденное состояние S_A=0 и возбужденное состояние S_B=1, скорость уменьшения крутящего момента фазы А больше, чем скорость увеличения крутящего момента фазы В, и общий крутящий момент уменьшается;

(1.5) когда общий крутящий момент уменьшается до значения T_e+th2_low крутящего момента, выполняются условия для изменения состояния фазы А, состояние в фазе А переходит из возбужденного состояния S_A=0 в возбужденное состояние S_A=1, и крутящий момент фазы А увеличивается; фаза В остается в первоначальном состоянии и крутящий момент продолжает увеличиваться; общий крутящий момент увеличивается;

(1.6) когда общий крутящий момент увеличивается до значения T_e+th2_zero крутящего момента и, в свою очередь, до значения T_e+th1_low, условия изменения состояния фазы А и фазы В не выполняются в обоих случаях, и общий крутящий момент продолжает увеличиваться;

(1.7) когда общий крутящий момент увеличивается до значения T_e+th2_up крутящего момента, этапы (1.2)-(1.6) повторяются, и состояние в фазе В не триггеруется, не изменяется и сохраняет возбужденное состояние S_B=1; возбужденное состояние в фазе А переключается между значениями 1, 0 и -1, и общий крутящий момент управляется в диапазоне [T_e+th2_low, Т_е+th2_up], тем самым подавляя пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя в интервале [0°, θ₁] положения ротора;

(1.8) с увеличением положения ротора, скорость изменения индуктивности и ток в фазе В увеличиваются до определенного уровня. После того, как достигнуто определенное критическое положение, при возбужденном состоянии S_A=0 и возбужденном состоянии S_B=1 скорость уменьшения крутящего момента в фазе А меньше, чем скорость увеличения крутящего момента в фазе В, и общий крутящий момент увеличивается;

(2) в интервале [θ₁, θ_r/3] положений ротора, фаза А продолжает использовать вторую группу пороговых значений (th2_low, th2_zero, th2_up) крутящего момента, а фаза В продолжает использовать первую группу пороговых значений (th2_low, th2_zero, th2_up) крутящего момента;

(2.1) в положении θ₁ ротора, общий крутящий момент достигает значения T_e+th2_up крутящего момента и состояние фазы А переключается в возбужденное состояние S_A=-1; фаза В остается в возбужденном состоянии S_B=1, и в этом положении скорость уменьшения крутящего момента в фазе А при возбуждении отрицательного напряжения питания больше, чем скорость увеличения крутящего момента в фазе В при возбуждении положительного напряжения питания, так что общий крутящий момент уменьшается. Однако, эта ситуация изменяется впоследствии. Вслед за увеличением положения ротора, несмотря на то, что возбужденные состояния фазы А и фазы В остаются неизменными, скорость уменьшения крутящего момента в фазе А в возбужденном состоянии S_A=-1 меньше, чем скорость увеличения крутящего момента в фазе В в возбужденном состоянии S_B=1, тем самым общий крутящий момент увеличивается;

(2.2) когда общий крутящий момент увеличивается до значения T_e+th2_up крутящего момента, ни возбужденное состояние S_A, ни возбужденное состояние S_B не триггеруются и не изменяются, и общий крутящий момент продолжает увеличиваться;

(2.3) когда общий крутящий момент достигает значения T_e+th1_zero крутящего момента, выполняются условия изменения состояния в фазе В, возбужденное состояние S_B переходит в 0, и крутящий момент фазы В уменьшается; фаза А остается в исходном возбужденном состоянии S_A=-1, и общий крутящий момент уменьшается;

(2.4) когда общий крутящий момент уменьшается до значения T_e+th2_up крутящего момента, ни возбужденное состояние S_A, ни возбужденное состояние S_B не триггеруются и не изменяются, и общий крутящий момент продолжает уменьшаться;

(2.5) когда общий крутящий момент уменьшается до значения T_e+th1_low крутящего момента, выполняются условия изменения состояния в фазе В, возбужденное состояние S_B переходит в 1 и крутящий момент фазы В увеличивается; фаза А остается в исходном возбужденном состоянии S_A=-1 и общий крутящий момент увеличивается;

(2.6) этапы (2.2)-(2.5) повторяются, возбужденное состояние S_A остается равным -1 и крутящий момент и ток фазы А продолжают уменьшаться; возбужденное состояние S_B переключается между 0 и 1, и общий крутящий момент управляется в интервале [T_e+th1_low, T_e+th1_zero], тем самым подавляя пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя в интервале [θ₁, θ_r/3] положения ротора;

(2.7) когда ротор находится в критическом положении, крутящий момент фазы В увеличивается в возбужденном состоянии S_B=0, причем скорость увеличения больше, чем скорость уменьшения крутящего момента в фазе А в возбужденном состоянии S_A=-1. В этот момент общий крутящий момент увеличивается;

(2.8) когда общий крутящий момент достигает значения T_e+th1_up крутящего момента, состояние фазы В триггеруется и изменяется, возбужденное состояние S_B переходит из 0 в -1 и крутящий момент фазы В уменьшается; крутящий момент фазы А продолжает уменьшаться и общий крутящий момент уменьшается;

(2.9) когда общий крутящий момент уменьшается до значения T_e+th1_zero крутящего момента и, в свою очередь, до значения T_e+th2_up, ни возбужденное состояние S_A, ни возбужденное состояние S_B не триггеруются и не изменяются, и общий крутящий момент продолжает уменьшаться;

(2.10) когда общий крутящий момент уменьшается до значения T_e+th1_low крутящего момента, возбужденное состояние S_B триггеруется и изменяется на 1 и крутящий момент фазы В увеличивается; фаза А остается в исходном состоянии, крутящий момент фазы А продолжает уменьшаться, и общий крутящий момент увеличивается;

(2.11) когда общий крутящий момент увеличивается до значения T_e+th1_zero крутящего момента, возбужденное состояние S_B триггеруется и изменяется на 0, а возбужденное состояние S_A остается равным -1. Ситуация в этот момент такая же, как на этапе (2.7). Этапы (2.7)~(2.11) повторяются, возбужденное состояние S_A остается равным -1, возбужденное состояние S_B переключается между значениями -1, 0 и 1, и общий крутящий момент управляется в интервале [T_e+th1_low, T_e+th1_up], тем самым подавляя пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя в интервале [θ₁, θ_r/3] положения ротора;

(2.12) когда ротор находится в критическом положении, и крутящий момент фазы В находится в возбужденном состоянии S_B=0, а возбужденное состояние S_A=-1, общий крутящий момент более не увеличивается, а, наоборот, уменьшается. Этапы (2.2)-(2.5) повторяются с этого момента, и общий крутящий момент управляется в интервале [T_e+th1_low, T_e+th1_zero], тем самым подавляя пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя в интервале [θ₁, θ_r/3] положения ротора.

Положительный эффект

Благодаря применению упомянутого выше технического решения, путем установки двух групп пороговых значений крутящего момента и смежных возбужденных состояний фазы А и фазы В настоящее изобретение обеспечивает переключение между тремя возбужденным состояниями в фазе А и фазе В, в которых возбуждающее напряжение питания является положительным, нулевым и отрицательным соответственно, управляет общим крутящим моментом в интервале между двумя группами пороговых значений крутящего момента, подавляет пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя и осуществляет плавное управление прямым и переходным крутящим моментом трехфазного вентильного реактивного электродвигателя. Характеристики формы сигнала возбуждающего напряжения, подаваемого на обмотки электродвигателя, и формы сигнала ожидаемого напряжения совпадают. Действующее значение тока фазы полностью идентично ожидаемому значению тока фазы, так что вентильный реактивный электродвигатель выдает плавный крутящий момент в максимальном диапазоне. Настоящее изобретение имеет высокую универсальность, желаемый практический эффект и широкие перспективы применения, а также применимо к различным типам систем привода трехфазных вентильных реактивных электродвигателей различных конструкций.

Краткое описание чертежей

На ФИГ. 1 представлена схематичная диаграмма установки трехуровневых пороговых значений крутящего момента вентильного реактивного электродвигателя, обеспечиваемого настоящим изобретением.

На ФИГ. 2(a) представлена схематичная диаграмма переключения возбужденного состояния фазы В питания вентильного реактивного электродвигателя, обеспечиваемого настоящим изобретением.

На ФИГ. 2(б) представлена схематичная диаграмма переключения возбужденного состояния фазы А питания вентильного реактивного электродвигателя, обеспечиваемого настоящим изобретением.

На ФИГ. 3 представлена форма колебаний крутящего момента вентильного реактивного электродвигателя, обеспечиваемого настоящим изобретением.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение описано ниже посредством представленных примеров со ссылками на сопутствующие графические материалы:

Согласно ФИГ. 1 для одного трехфазного вентильного реактивного электродвигателя осуществляют следующие подробные этапы:

А) Установка первой группы пороговых значений (th1_low, th1_zero, th1_up) крутящего момента в интервале [0°, θ_r/3] положений ротора и второй группы пороговых значений (th2_low, th2_zero, th2_up) крутящего момента в интервале [θ_r/3, θ_r/2] положений ротора, при этом указанные шесть пороговых значений крутящего момента удовлетворяют следующим условиям:

в которых положение 0° ротора является положением с минимальной фазовой индуктивностью, положение θ_r ротора является угловым шагом, т.е. одним оборотом ротора, а θ_r/2 является половиной оборота ротора;

б) На Фиг. 2 (а, б) показана установка возбужденного состояния S_A в качестве возбужденного состояния питания фазы А, при этом возбужденное состояние S_A=1 обозначает, что возбуждающее напряжение фазы А положительное, возбужденное состояние S_A=0 обозначает, что возбуждающее напряжение фазы А равно нулю, а возбужденное состояние S_A=-1 обозначает, что возбуждающее напряжение фазы А отрицательное; установка возбужденного состояния S_B в качестве возбужденного состояния питания фазы В, при этом возбужденное состояние S_B=1 обозначает, что возбуждающее напряжение фазы В положительное, возбужденное состояние S_B=0 обозначает, что возбуждающее напряжение фазы В равно нулю, а возбужденное состояние S_B=-1 обозначает, что возбуждающее напряжение фазы В отрицательное, а Т_е - ожидаемый плавный крутящий момент.

В) Для смежных сигналов питания возбуждения фазы А и фазы В сигнал питания фазы А опережает на θ_r/3 сигнал питания фазы В. В этот момент фаза А выключена, фаза В включена, и трехуровневое подавление пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя осуществляется путем деления процесса коммутации от фазы А к фазе В на две части, как показано на Фиг. 1.

Процесс коммутации от фазы А к фазе В разделен на две части следующим образом:

(1) В интервале положений [0°, θ₁] ротора фаза А использует вторую группу пороговых значений (th2_low, th2_zero, th2_up) крутящего момента, фаза В использует первую группу пороговых значений (th1_low, th1_zero, th1_up) крутящего момента, при этом критическое положение θ₁ автоматически возникает в процессе коммутации, так что не требуется дополнительных вычислений;

(1.1) цикл переключения фазы В начинается в положении 0° ротора, при этом устанавливается исходное значение возбужденного состояния S_B=1, и ток и крутящий момент фазы В увеличиваются от 0; возбужденное состояние S_A остается в первоначальном состоянии S_A=1, а ток и крутящий момент фазы А увеличиваются, общий крутящий момент увеличивается;

(1.2) когда общий крутящий момент увеличивается до значения T_e+th2_up крутящего момента, то возбужденное состояние S_A переводится из значения 1 в значение -1, и крутящий момент фазы А уменьшается; фаза В остается в первоначальном состоянии, а крутящий момент фазы В продолжает увеличиваться; поскольку фазовый ток и скорость изменения индуктивности в фазе В в этот момент малы, то скорость увеличения крутящего момента фазы В меньше, чем скорость уменьшения крутящего момента фазы А, характер изменения общего крутящего момента определяется фазой А, и общий крутящий момент уменьшается;

(1.3) когда общий крутящий момент впервые уменьшается до значения T_e+th1_low крутящего момента, условия изменения состояния фазы А и фазы В не выполняются, возбужденные состояния S_A и S_B сохраняют первоначальные состояния, и общий крутящий момент продолжает уменьшаться;

(1.4) когда общий крутящий момент уменьшается до значения T_e+th2_zero крутящего момента, триггеруется переход состояния фазы А из возбужденного состояния S_A=-1 в возбужденное состояние S_A=0, и крутящий момент фазы А уменьшается, однако скорость уменьшения меньше, чем скорость уменьшения в возбужденном состоянии S_A=-1; фаза В остается в первоначальном возбужденном состоянии и крутящий момент продолжает увеличиваться. В этот момент, при условии, что возбужденное состояние S_A=0 и возбужденное состояние S_B=1, скорость уменьшения крутящего момента фазы А больше чем скорость увеличения крутящего момента фазы В, и общий крутящий момент уменьшается;

(1.5) когда общий крутящий момент уменьшается до значения T_e+th2_low крутящего момента, выполняются условия для изменения состояния в фазе А, состояние в фазе А переходит из возбужденного состояния S_A=0 в возбужденное состояние S_A=1, и крутящий момент фазы А увеличивается; фаза В остается в первоначальном состоянии, и крутящий момент продолжает увеличиваться; общий крутящий момент увеличивается;

(1.6) когда общий крутящий момент увеличивается до значения T_e+th2_zero крутящего момента и, в свою очередь, до T_e+th1_low, условия изменения состояния в фазе А и фазе В не выполняются в обоих случаях, и общий крутящий момент продолжает увеличиваться;

(1.7) когда общий крутящий момент увеличивается до значения T_e+th2_up крутящего момента, этапы (1.2)~(1.6) повторяются, и состояние в фазе В не триггеруется, не изменяется и остается возбужденным состоянием S_B=1; возбужденное состояние в фазе А переключается между значениями 1, 0 и -1, и общий крутящий момент управляется в диапазоне [T_e+th2_low, T_e+th2_up], тем самым подавляя пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя в интервале [0°, θ₁] положения ротора;

(1.8) с увеличением положения ротора, скорость изменения индуктивности и ток в фазе В увеличиваются до определенного уровня. После того, как достигнуто определенное критическое положение, когда возбужденное состояние S_A=0 и возбужденное состояние S_B=1, скорость уменьшения крутящего момента в фазе А меньше, чем скорость увеличения крутящего момента в фазе В и общий крутящий момент увеличивается.

(2) В интервале [θ₁, θ_r/3] положений ротора фаза А продолжает использовать вторую группу пороговых значений (th2_low, th2_zero, th2_up) крутящего момента, а фаза В продолжает использовать первую группу пороговых значений (th1_low, th1_zero, th1_up) крутящего момента;

(2.1) В положении θ₁ ротора общий крутящий момент достигает значения T_e+th2_up крутящего момента и состояние в фазе А переключается в возбужденное состояние S_A=-1; фаза В остается в возбужденном состоянии S_B=1, и в этом положении скорость уменьшения крутящего момента в фазе А при возбуждении отрицательного напряжения питания больше, чем скорость увеличения крутящего момента в фазе В при возбуждении положительного напряжения питания, так что общий крутящий момент уменьшается. Однако, эта ситуация изменяется в дальнейшем. Следуя за увеличением положения ротора, несмотря на то, что возбужденные состояния фазы А и фазы В остаются неизменными, скорость уменьшения крутящего момента в фазе А в возбужденном состоянии S_A=-1 меньше, чем скорость увеличения крутящего момента в фазе В в возбужденном состоянии S_B=1, тем самым общий крутящий момент увеличивается;

(2.2) когда общий крутящий момент увеличивается до значения T_e+th2_up крутящего момента, ни возбужденное состояние S_A, ни возбужденное состояние S_B не триггеруются и не изменяются, и общий крутящий момент продолжает увеличиваться;

(2.3) когда общий крутящий момент достигает значения T_e+th_1zero крутящего момента, выполняются условия изменения состояния в фазе В и возбужденное состояние S_B переходит в 0 и крутящий момент фазы В уменьшается; фаза А остается в исходном возбужденном состоянии S_A=-1 и общий крутящий момент уменьшается;

(2.4) когда общий крутящий момент уменьшается до значения T_e+th2_up крутящего момента, ни возбужденное состояние S_A, ни возбужденное состояние S_B не триггеруются и не изменяются, и общий крутящий момент продолжает уменьшаться;

(2.5) когда общий крутящий момент уменьшается до значения T_e+th1_low крутящего момента, выполняются условия изменения состояния в фазе В и возбужденное состояние S_B переходит в 1 и крутящий момент фазы В увеличивается; фаза А остается в исходном возбужденном состоянии S_A=-1 и общий крутящий момент увеличивается.

(2.6) Этапы (2.2)~(2.5) повторяются, возбужденное состояние S_A остается равным -1 и крутящий момент и ток фазы А продолжают уменьшаться; возбужденное состояние S_B переключается между 0 и 1, и общий крутящий момент управляется в интервале [T_e+th1_low,, T_e+th1_zero], тем самым подавляя пульсации трехфазного вентильного реактивного электродвигателя в интервале [θ₁, θ_r/3] положения ротора;

(2.7) когда ротор находится в критическом положении, крутящий момент фазы В увеличивается в возбужденном состоянии S_B=0, и скорость увеличения больше, чем скорость уменьшения крутящего момента в фазе А в возбужденном состоянии S_A=-1. В этот момент общий крутящий момент увеличивается;

(2.8) кгда общий крутящий момент достигает значения T_e+th1_up крутящего момента, состояние фазы В триггеруется и изменяется, возбужденное состояние S_B переходит из 0 в -1, и крутящий момент фазы В уменьшается; крутящий момент фазы А продолжает уменьшаться, и общий крутящий момент уменьшается;

(2.9) когда общий крутящий момент уменьшается до значения T_e+th1_zero крутящего момента и, в свою очередь, до значения T_e+th2_up ни возбужденное состояние S_A, ни возбужденное состояние S_B не триггеруются и не изменяются, и общий крутящий момент продолжает уменьшаться;

(2.10) когда общий крутящий момент уменьшается до значения T_e+th1_low крутящего момента, возбужденное состояние S_B триггеруется и изменяется на 1 и крутящий момент фазы В увеличивается; фаза А остается в исходном состоянии, крутящий момент фазы А продолжает уменьшаться и общий крутящий момент увеличивается;

(2.11) когда общий крутящий момент увеличивается до значения T_e+th1_zero крутящего момента, возбужденное состояние S_B триггеруется и изменяется на 0, а возбужденное состояние S_A остается равным -1. Ситуация в этот момент такая же, как на этапе (2.7). Этапы (2.7)~(2.11) повторяются, возбужденное состояние S_A остается равным -1, возбужденное состояние S_B переключается между значениями -1, 0 и 1, и общий крутящий момент управляется в интервале [T_e+th1_low, T_e+th1_up], тем самым подавляя пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя в интервале [θ₁, θ_r/3] положения ротора;

(2.12) когда ротор находится в критическом положении и крутящий момент фазы В в возбужденном состоянии S_B=0, а возбужденное состояние S_A=-1, общий крутящий момент более не увеличивается, а, наоборот, уменьшается. (2.2)~(2.5) повторяются с этого момента и общий крутящий момент управляется в интервале [T_e+th1_low, T_e+th1_zero], тем самым подавляя пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя в интервале [θ₁, θ_r/3] положения ротора.

Для смежных сигналов питания возбуждения фазы В и фазы С, когда сигнал питания фазы В опережает на θ_r/3 сигнал питания фазы С, установка пороговых значений крутящего момента, процесс коммутации, и способы переключения и перехода возбужденных состояний фазы В и фазы С аналогичны предыдущему случаю.

Для смежных сигналов питания возбуждения фазы С и фазы А, когда сигнал питания фазы С опережает на θ_r/3 сигнал питания фазы А, установка пороговых значений крутящего момента, процесс коммутации и способы переключения и перехода возбужденных состояний фазы С и фазы А аналогичны предыдущему случаю.

Экспериментально измеренный сигнал крутящего момента вентильного реактивного электродвигателя представлен на ФИГ. 3.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах привода трехфазного вентильного реактивного электродвигателя. Техническим результатом является расширение диапазона подавления пульсаций крутящего момента вентильного реактивного электродвигателя. Предложен способ трехуровневого подавления пульсаций крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя. Первый набор пороговых значений (th1_low, th1_zero, и th1_up) крутящего момента устанавливается в интервале [0°, θ_r/3] положений ротора. Второй набор пороговых значений (th2_low, th2_zero, и th2_up) крутящего момента устанавливается в интервале [θ_r/3, θ_r/2] положений ротора. Питание подается на смежные фазу А и фазу В для возбуждения. Сигнал питания, подаваемый для возбуждения на фазу А, опережает сигнал питания, подаваемый для возбуждения на фазу В, на θ_r/3. Весь процесс коммутации от фазы А к фазе В разделен на два интервала. В интервале [0°, θ₁] положений ротора фаза А использует второй набор пороговых значений (th2_low,, th2_zero, и th2_up) крутящего момента, в то время как фаза В использует первый набор пороговых значений (th1_low, th1_zero, th1_up) крутящего момента. Критическое положение θ₁ автоматически возникает в процессе коммутации, тем самым устраняя необходимость для дополнительных вычислений. Общий крутящий момент управляется в интервале [T_e+th2_low, T_e+th2_up]. В интервале [θ₁, θ_r/3] положений ротора фаза А продолжает использовать второй набор пороговых значений (th2_low, th2_zero, и th2_up) крутящего момента фаза В продолжает использовать первый набор пороговых значений (th1_low, th1_zero, и th1_up) крутящего момента, и общий крутящий момент управляется в интервале [T_e+th1_low, T_e+th1_up]. Это подавляет пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя и обеспечивает высокую ценность для технического применения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ трехуровневого подавления пульсаций крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя, включающий в себя:

а) установку первой группы пороговых значений (th1_low, th1_zero, th1_up) крутящего момента в интервале [0°, θ_r/3] положений ротора и второй группы пороговых значений (th2_low, th2_zero, th2_up) крутящего момента в интервале [θ_r/3, θ_r/2] положений ротора, при этом указанные шесть пороговых значений крутящего момента удовлетворяют следующим условиям:

причем положение 0° ротора является положением с минимальной фазовой индуктивностью, положение θ_r ротора является угловым шагом, т.е. одним оборотом ротора, а θ_r/2 является половиной оборота ротора;

б) установку возбужденного состояния S_A в качестве возбужденного состояния питания фазы А, при этом возбужденное состояние S_A=1 обозначает, что возбуждающее напряжение фазы А положительное, возбужденное состояние S_A=0 обозначает, что возбуждающее напряжение фазы А равно нулю, а возбужденное состояние S_A=-1 обозначает, что возбуждающее напряжение фазы А отрицательное; установку возбужденного состояния S_B в качестве возбужденного состояния питания фазы В, при этом возбужденное состояние S_B=1 обозначает, что возбуждающее напряжение фазы В положительное, возбужденное состояние S_B=0 обозначает, что возбуждающее напряжение фазы В равно нулю, а возбужденное состояние S_B=-1 обозначает, что возбуждающее напряжение фазы В отрицательное, а ожидаемый плавный общий крутящий момент равен Т_е;

в) для смежных сигналов возбуждения питания фазы А и фазы В сигнал возбуждения питания фазы А опережает на θ_r/3 сигнал возбуждения питания фазы В; в этот момент фаза А выключена, фаза В включена, и трехуровневое подавление пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя осуществляется путем деления процесса коммутации от фазы А к фазе В на две части.

2. Способ трехуровневого подавления пульсаций крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя по п. 1, в котором процесс коммутации от фазы А к фазе В разделен на две части:

(1) в интервале [0°, θ₁] положений ротора фаза А использует вторую группу пороговых значений (th2_low, th2_zero, th2_up) крутящего момента, фаза В использует первую группу пороговых значений (th1_low, th1_zero, th1_up) крутящего момента, критическое положение θ₁ автоматически возникает в процессе коммутации, так что не требуется дополнительных вычислений;

(1.1) цикл переключения фазы В начинается в положении 0° ротора, при этом устанавливается исходное значение возбужденного состояния S_B=1, и ток и крутящий момент фазы В увеличиваются от 0; возбужденное состояние S_A остается в первоначальном состоянии S_A=1, а ток и крутящий момент фазы А увеличиваются, и общий крутящий момент увеличивается;

(1.2) когда общий крутящий момент увеличивается до значения T_e+th2_up крутящего момента, то возбужденное состояние S_A изменяется со значения 1 в значение -1, и крутящий момент фазы А уменьшается; фаза В сохраняет первоначальное состояние, а крутящий момент фазы В продолжает увеличиваться; поскольку фазовый ток и скорость изменения индуктивности в фазе В в этот момент малы, то скорость увеличения крутящего момента фазы В меньше, чем скорость уменьшения крутящего момента фазы А, характер изменения общего крутящего момента определяется фазой А, и общий крутящий момент уменьшается;

(1.3) когда общий крутящий момент впервые уменьшается до значения T_e+th1_low крутящего момента, условия изменения состояния фазы А и фазы В не выполняются, возбужденные состояния S_A и S_B сохраняют первоначальные состояния, и общий крутящий момент продолжает уменьшаться;

(1.4) когда общий крутящий момент уменьшается до значения T_e+th2_zero крутящего момента, триггеруется переход состояния фазы А из возбужденного состояния S_A=-1 в возбужденное состояние S_A=0, и крутящий момент фазы А уменьшается, однако скорость уменьшения меньше, чем скорость уменьшения в возбужденном состоянии S_A=-1; фаза В остается в первоначальном возбужденном состоянии, и крутящий момент продолжает увеличиваться; в этот момент при условии, что возбужденное состояние S_A=0 и возбужденное состояние S_B=1, скорость уменьшения крутящего момента фазы А больше, чем скорость увеличения крутящего момента фазы В, и общий крутящий момент уменьшается;

(1.5) когда общий крутящий момент уменьшается до значения T_e+th2_low крутящего момента, выполняются условия для изменения состояния фазы А, состояние фазы А переходит из возбужденного состояния S_A=0 в возбужденное состояние S_A=1, и крутящий момент фазы А увеличивается; фаза В остается в первоначальном состоянии, и крутящий момент продолжает увеличиваться; общий крутящий момент увеличивается;

(1.6) когда общий крутящий момент увеличивается до значения T_e+th2_zero крутящего момента и, в свою очередь, до значения T_e+th1_low, условия изменения состояния фазы А и фазы В не выполняются в обоих случаях, и общий крутящий момент продолжает увеличиваться;

(1.7) когда общий крутящий момент увеличивается до значения T_e+th2_up крутящего момента, этапы (1.2)-(1.6) повторяются и состояние фазы В не триггеруется, не изменяется и сохраняет возбужденное состояние S_B=1; возбужденное состояние фазы А переключается между значениями 1, 0 и -1, и общий крутящий момент управляется в диапазоне [T_e+th2_low, T_e+th2_up], тем самым подавляют пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя в интервале [0°, θ₁] положения ротора;

(1.8) с увеличением положения ротора скорость изменения индуктивности и ток в фазе В увеличиваются до определенного уровня; после того, как достигнуто определенное критическое положение, при возбужденном состоянии S_A=0 и возбужденном состоянии S_B=1 скорость уменьшения крутящего момента в фазе А меньше, чем скорость увеличения крутящего момента в фазе В, и общий крутящий момент увеличивается;

(2) в интервале [θ₁, θ_r/3] положений ротора фаза А продолжает использовать вторую группу пороговых значений (th2_low, th2_zero, th2_up) крутящего момента, а фаза В продолжает использовать первую группу пороговых значений (th1_low, th1_zero, th1_up) крутящего момента;

(2.1) в положении θ₁ ротора общий крутящий момент достигает значения Т_е+th2_up крутящего момента и состояние фазы А переключается в возбужденное состояние S_A=-1; фаза В остается в возбужденном состоянии S_B=1, и в этом положении скорость уменьшения крутящего момента в фазе А при возбуждении отрицательного напряжения питания больше, чем скорость увеличения крутящего момента в фазе В при возбуждении положительного напряжения питания, так что общий крутящий момент уменьшается; однако эта ситуация впоследствии изменяется; вслед за увеличением положения ротора, несмотря на то, что возбужденные состояния фазы А и фазы В остаются неизменными, скорость уменьшения крутящего момента в фазе А в возбужденном состоянии S_A=-1 меньше, чем скорость увеличения крутящего момента в фазе В в возбужденном состоянии S_B=1, тем самым общий крутящий момент увеличивается;

(2.2) когда общий крутящий момент увеличивается до значения T_e+th2_up крутящего момента, ни возбужденное состояние S_A, ни возбужденное состояние S_B не триггеруются и не изменяются, и общий крутящий момент продолжает увеличиваться;

(2.3) когда общий крутящий момент достигает значения T_e+th1_zero крутящего момента, выполняются условия изменения состояния в фазе В, и возбужденное состояние S_B переходит в 0, и крутящий момент фазы В уменьшается; фаза А остается в исходном возбужденном состоянии S_A=-1, и общий крутящий момент уменьшается;

(2.4) когда общий крутящий момент уменьшается до значения T_e+th2_up крутящего момента, ни возбужденное состояние S_A, ни возбужденное состояние S_B не триггеруются и не изменяются, и общий крутящий момент продолжает уменьшаться;

(2.5) когда общий крутящий момент уменьшается до значения T_e+th1_low крутящего момента, выполняются условия изменения состояния в фазе В, и возбужденное состояние S_B переходит в 1, и крутящий момент фазы В увеличивается; фаза А остается в исходном возбужденном состоянии S_A=-1, и общий крутящий момент увеличивается;

(2.6) этапы (2.2)-(2.5) повторяют, возбужденное состояние S_A остается равным -1, и крутящий момент и ток фазы А продолжают уменьшаться; возбужденное состояние S_B переключается между 0 и 1, и общий крутящий момент управляется в интервале [T_e+th1_low, T_e+th1_zero], тем самым подавляют пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя в интервале [θ₁, θ_r/3] положения ротора;

(2.7) когда ротор находится в критическом положении, крутящий момент фазы В увеличивается в возбужденном состоянии S_B=0, причем скорость увеличения больше, чем скорость уменьшения крутящего момента в фазе А в возбужденном состоянии S_A=-1, и в этот момент общий крутящий момент увеличивается;

(2.8) когда общий крутящий момент достигает значения T_e+th1_up крутящего момента, состояние фазы В триггеруется и изменяется, возбужденное состояние S_B переходит из 0 в -1 и крутящий момент фазы В уменьшается; крутящий момент фазы А продолжает уменьшаться, и общий крутящий момент уменьшается;

(2.9) когда общий крутящий момент уменьшается до значения T_e+th1_zero крутящего момента и, в свою очередь, до значения T_e+th2_up, ни возбужденное состояние S_A, ни возбужденное состояние S_B не триггеруются и не изменяются, и общий крутящий момент продолжает уменьшаться;

(2.10) когда общий крутящий момент уменьшается до значения T_e+th1_low крутящего момента, возбужденное состояние S_B триггеруется и изменяется на 1, и крутящий момент фазы В увеличивается; фаза А остается в исходном состоянии, крутящий момент фазы А продолжает уменьшаться, и общий крутящий момент увеличивается;

(2.11) когда общий крутящий момент увеличивается до значения T_e+th1_zero крутящего момента, возбужденное состояние S_B триггеруется и изменяется на 0, а возбужденное состояние S_A остается равным -1; при этом ситуация в этот момент такая же, как на этапе (2.7); этапы (2.7)-(2.11) повторяют, возбужденное состояние S_A остается равным -1, возбужденное состояние S_B переключается между значениями -1, 0 и 1, и общий крутящий момент управляется в интервале [T_e+th1_low, T_e+th1_up], тем самым подавляют пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя в интервале [θ₁, θ_r/3] положения ротора;

(2.12) когда ротор находится в критическом положении и крутящий момент фазы В находится в возбужденном состоянии S_B=0, а возбужденное состояние S_A=-1, общий крутящий момент более не увеличивается, а, наоборот, уменьшается, с этого момента этапы (2.2)-(2.5) повторяют, и общий крутящий момент управляется в интервале [T_e+th1_low, T_e+th1_zero], тем самым подавляют пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя в интервале [θ₁, θ_r/3] положения ротора.