Способ управления вентильным электродвигателем постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК H02K29/06 H02P6/02 

Изобретение 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 управляемый делитель 3 частоты, входом соединенный с выходом генератора высокой частоты, а выходом - с первыми входами широтно-импульсных 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 - выходами блока 1 умножения, подключенные к входам усилителя 7, выходы которого соединены с разными выводами якорной обмотки синхронной машины 8 вентильного двигателя. На валу синхронной машины установлены датчик 9 частоты вращения и датчик 10 положения ротора, выход которого подключен к первому входу арифметического блока 11, второй вход которого соединен с выходом постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 12, а выход - с входом второго постоянного запоминающего устройства 13, выходом подключенного ко второму входу блока 1 умножения, к первому входу которого подключен второй вход ПЗУ 12.

Сущность способа управления вентильным электроприводом заключается в следу- ющем.

Х|

СЛ xj О

СО

чэ

Магнитный поток, создаваемый обмоткой, пропорционален току I, поэтому отставание или опережение тока I от противоЭДС Е (фиг 2), равной Uo , на угол а , приводит к тому, что вектор Фс 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 двигателем, и его КПД, поскольку неперпендикулярность полей ротора и статора вентильного двигателя приводит к появлению ненулевой проекции вектора магнитного поля статора на продольную ось ротора, которая, не создавая вращающего момента, в то же время требует протекания соответствующих составляющих токов обмоток, необ- ходимых для ев поддержания, что и приводит к снижению КПД двигателя вследствие бесполезного рассеяния мощности указанных составляющих фазовых токов на активном сопротивлении R обмоток. Для повышения КПД необходимо выполнить равенство нулю указанного угла а .

Из фиг 2 видно, что

UvsM-UK S

и,соф. Е +а%г.

где Q- afctgfTsoO

Uy KU,

где / - угол установки датчика положения ротора,

О - напряжение источника питания;

Uy - амплитуда напряжения, подводимого к якорной обмотке;

Е - противоЭДС якорной обмотки;

К - коэффициент пропорциональности;

Тэ - электромагнитная постоянная времени синхронной машины;

(а - частота вращения ротора синхронной машины.

Решив совместно приведенные выше уравнения, находим значение угла а

«-

а при а- 0, получим

в -arcsin ( ,.,) +

WV1 + Tiof 4- агс1д()

где (о - частота вращения холостого хода.

Как видно из полученного решения, равенство ft 0 может быть обеспечено только при условии

Тэй/2

,

KftvVTTTfftTl

0

5

0

5

0

5

0

в противном случае угол а должен быть выбран минимальным по абсолютному значению. Угол / , удовлетворяющий указанному требованию, найдем, исследовав на минимум функцию

,)-

Дифференцируя последнее выражение по /5 и приравнивая результат нулю, получаем

а№о

р -arccos ()

Способ в устройстве реализуется следующим образом.

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

В соответствии со способом управления угол /3 установки датчика положения ротора изменяют в зависимости от управляющего воздействия параметра К и частоты вращения ротора, Вследствие сложности зависимости / от К и о , как это видно из формулы изобретения, наиболее простое вычисление угла р осуществляется с помощью ПЗУ 12. При этом на младшие I разрядов ПЗУ 12 поступает код v частоты вращения ротора, а на старшие m-код управляющего воздействия Q, таким образом формируется адрес ячейки В По указанному адресу из ПЗУ 12 извлекается код G угла / установки датчика положения ротора

G

-arcsin(C) + arctg(-b)

JSJj 2jji uiwiM |

npnjc s 1,

et- cos),

при JC 1,

где

C

(2m - 1)

Q(2-1)

Коды 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 +fi. 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 машины, при этом в S(i-1) + 1 SI-1 разрядах

сформированы коды RI длительности в соответствии с законом sin(p{p +

РО-1).е. R, ( 25-фп 2

л(А/Ат + p(i-1)/n. кроме того в Si разрядах указываются соответствующие знаки импульсов, т.е. в ячейке с адресом А содержится код

(28-М) + %1г(2я(А/Ат

У

+

+ p(i-1)/n)} +2si-1 -I. где 3S - разрядность выходного слова ПЗУ 13;

Am - наибольшее значение адреса в ПЗУ 13, определяемое его емкостью;

е 1, при sfn (2л(Д + p(i - 1)/п))0;

я™

е 0, при sin (2л(- + p(i - 1)/п))0

Блок 1 перемножения производит перемножение кода управляющего воздействия Q, формируемого внешним устройством (на фигурах не показано), с кодами тригонометрических функций, поступающих с ПЗУ 13, следующим образом. Код управляющего воздействия Q поступает на вход управляемого делителя частоты, на второй вход кото- рого - выход генератора 2 высокой частоты. импульсы с выхода которого следуют с частотой f. На выходе управляемого делителя 3 частоты будут присутствовать импульсы с частотой f/Q. Длительности импульсов в ей- де кодов RI, 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 RiQ/f. Если коды RI записываются в ШИМ 4 - ШИМ 6 с частотой fi, то для нормальной работы блока 1 необходимо, чтобы 12s 2m. Тогда длительность выходных импульсов будет равна RiQ /(fi2s

или

JK|sln( p(i-1)

Широтно-модулированные импульсные последовательности усиливаются в усилителе 7, который фактически производит перемножение KJsin(p) + 2л p(i-1)/n + fi на напряжение источника питания U, и поступают на фазы якорной обмотки синхронной машины 8. Таким образом, угол установки датчика угла зависит от частоты у вращения ротора синхронной машины и от параметраК,учитывающего неперпендикулярность магнитных полей ста

тора и ротора. Следовательно, исключаются ненулевые проекции вектора магнитного поля статора на продольную ось ротора, что приводит к увеличению вращающего момента.

Формула изобретения Способ управления 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 KUsin{P + (и) + р},

дополнительно по определенному закону изменяют угол установки датчика положения ротора в зависимости от частоты вращения ротора синхронной машины, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, указанное изменение угла установки датчика положения ротора осуществляют по закону

а. fТэОГч .

р -arcsm ( -9-т-) +

WyTTr&ftF

+ агстд(ТэйУ),

при|

Тэй/2

w KvTTrift

rK«x,

&

-arccos

(О

+ ,эс

где К - коэффициент пропорциональности, учитывающий неперпендикулярность магнитных полей статора и ротора синхронной машины;

U - напряжение источника питания;

р - число пар полюсов;

п - число фаз якорной обмотки синхронной машины;

ft - угол установки датчика положения ротора;

L, R - индуктивность и активное сопротивление якорной обмотки;

Тэ ргг - электромагнитная постоянная времени двигателя;

со х - частота вращения холостого хода; со - частота вращения ротора синхронной машины.

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