способ управления синхронным двигателем
Классы МПК: | H02P21/00 Устройства или способы управления электродвигателями управлением вектора, например путем управления ориентацией поля |
Автор(ы): | Иванов Е.С. |
Патентообладатель(и): | Иванов Евгений Серафимович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-07-28 публикация патента:
10.08.1999 |
Изобретение относится к электроприводам на базе синхронных двигателей и может иметь промышленное применение, например, в робототехнике, в устройствах жизнеобеспечения в космосе /центрифугах, сепараторах, компрессорах/. Существо изобретения: в способе управления синхронным двигателем, при котором определяют гармонические функции двойного угла поворота продольной оси ротора, преобразуют указанные функции в опорные гармоничные функции одинарного угла, формируют управляющее напряжение постоянного тока и подают токи в фазные обмотки двигателя в соответствии с упомянутым управляющим напряжением и полученными опорными функциями, в начальный момент управления непосредственно после подачи управляющего напряжения определяют начальное физическое направление вращения, сравнивают его с требуемым и при их несовпадении изменяют знаки опорных гармонических функций одинарного угла поворота продольной оси ротора. Технический результат: обеспечивается точное соответствие задаваемого и истинного направлений вращения двигателя, устраняется неоднозначность управления, определяемая электронным датчиком двойного угла, и расширяется область применения. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Способ управления синхронным двигателем, при котором определяют гармонические функции двойного угла поворота продольной оси ротора, преобразуют указанные функции в опорные гармонические функции одинарного угла поворота продольной оси ротора, формируют управляющее напряжение постоянного тока, полярность которого определяет знак момента и направление вращения синхронного двигателя, и подают токи в фазные обмотки двигателя в соответствии с упомянутыми управляющим напряжением и опорными гармоническими функциями одинарного угла поворота продольной оси ротора, отличающийся тем, что в начальный момент управления непосредственно после подачи управляющего напряжения определяют начальное фактическое направление вращения продольной оси ротора, сравнивают его с требуемым направлением вращения, определяемым полярностью управляющего напряжения, и при несовпадении фактического и требуемого направлений вращения изменяют знаки у опорных гармонических функций одинарного угла поворота продольной оси ротора.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам на базе синхронных двигателей, и может иметь промышленное применение, например, в робототехнике, в устройствах жизнеобеспечения в космосе (центрифугах, сепараторах, компрессорах). Известен способ частотно-токового управления синхронным двигателем (СД), при котором определяют опорные гармонические функции угла поворота продольной оси ротора с помощью электромеханического датчика угла типа СКВТ, установленного на валу СД, формируют управляющее напряжение постоянного тока, полярность которого определяет знак момента и направление вращения СД, подают токи в фазные обмотки СД в соответствии с упомянутыми управляющим напряжением и опорными гармоническими функциями [Авторское свидетельство СССР N186018, МКИ H 02 P 5/34 1962 г.]. Недостатком указанного известного способа является сложность реализации и настройки, связанные с установкой и фазировкой датчика угла (СКВТ) . Известен способ формирования опорных гармонических функций одинарного угла поворота продольной оси ротора с помощью электронной следящей системы, при котором указанные функции получают с помощью управляемого генератора фазы, преобразуют их в гармонические функции двойного угла поворота продольной оси ротора, сравнивают полученные функции двойного угла с измеренными специальным датчиком и по результатам этого сравнения, а также по информации с выходов датчиков фазных ЭДС корректируют выходные функции управляемого генератора фазы [Авторское свидетельство СССР N 1319225, МКИ H 02 P 7/42, 1985 г.]. Электропривод, построенный с использованием указанного известного способа, конструктивно прост, т. к. не содержит электромеханического датчика угла типа СКВТ, однако имеет ограниченную полосу пропускания и большие ошибки регулирования в переходных режимах из-за наличия электронной следящей системы в контуре управления СД. Наиболее близким по технической сущности к предложению является способ частотно-токового управления синхронным двигателем, при котором определяют гармонические функции двойного угла поворота продольной оси ротора, преобразуют указанные функции в опорные гармонические функции одинарного угла поворота продольной оси ротора, формируют управляющее напряжение постоянного тока, полярность которого определяет знак момента и направление вращения синхронного двигателя, и подают токи в фазные обмотки двигателя в соответствии с упомянутыми управляющим напряжением и опорными гармоническими функциями одинарного угла поворота продольной оси ротора. [Авторское свидетельство СССР N 1014117, МКИ H 02 P 5/34, 7/42, 1981 г.]Недостатком указанного известного способа, выбранного за прототип, является ограниченная область применения, связанная с неоднозначностью управления, из-за которой фактическое направление вращения СД может не совпадать с направлением вращения, заданным полярностью управляющего напряжения (определяется наличием датчика двойного, а не одинарного угла). Целью изобретения является получения жесткого соответствия между заданным и фактическим направлениями вращения и за счет этого расширение области применения. Указанная цель достигается тем, что в способе управления синхронным двигателем, при котором определяют гармонические функции двойного угла поворота продольной оси ротора, преобразуют указанные функции в опорные гармонические функции одинарного угла поворота продольной оси ротора, формируют управляющее напряжение постоянного тока, полярность которого определяет знак момента и направление вращения синхронного двигателя, и подают токи в фазные обмотки двигателя в соответствии с упомянутыми управляющим напряжением и опорными гармоническими функциями одинарного угла поворота продольной оси ротора, дополнительно в начальный момент управления непосредственно после подачи управляющего напряжения определяют начальное фактическое направление вращения продольной оси ротора, сравнивают его с требуемым направлением вращения, определяемым полярностью управляющего напряжения, и при несовпадении фактического и требуемого направлений вращения изменяют знаки у опорных гармонических функций одинарного угла поворота продольной оси ротора. На чертеже представлен пример реализации предложенного способа управления с использованием элементов цифровой техники. Электропривод, реализующий предложенный способ управления, содержит синхронный двигатель 1, фазные обмотки Wg, Wf которого подключены к выходам соответствующих усилителей токов 2, 3. Управляющие входы усилителей токов подключены к выходам микропроцессора 4. Первый вход микропроцессора 4 соединен через коммутатор 5 с выходом задающего устройства 6, а второй подключен к выходу датчика 7 двойного угла 2
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
Входы датчика 7 подключены к выходам датчиков 8,9 фазных токов ig, if и датчиков 10,11 фазных напряжений Ug, Uf синхронного двигателя 1. Микропроцессор 4 содержит координатный преобразователь 12, управляющий вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя 13 с кодом управляющего напряжения Uy*, а входы для опорных функций - к выходам преобразователя кодов 14 с кодами опорных гармонических функций sin
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
Вход аналого-цифрового преобразователя 13, на который поступает аналоговое управляющее напряжение Uy, образует первый вход микропроцессора 4, второй вход которого образует вход аналого-цифрового преобразователя 15, подключенного выходом к входу формирователя 16 кода одинарного угла
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
В формирователе 16 код двойного угла 2
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134006/960.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134006/960.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
ig* = Uy*
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
if* = -Uy*
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
где ig*, if* - коды заданных фазных токов,
Uy* - код управляющего напряжения. Полученные коды ig*, if* заданных фазных токов преобразуются с помощью цифроаналогового преобразователя 17 в аналоговые задания ig**, if** фазных токов. Т.к. коммутатор 5 в исходном состоянии разомкнут, то на входе преобразователя 13 управляющее напряжение Uy отсутствует и, следовательно:
ig* = O; if* = O; ig** = O; if** = O
При этом в фазных обмотках синхронного двигателя 1 протекают только пульсирующие токи с высокой частотой, определяемые переключением силовых ключей в усилителях токов 2,3, а напряжения Ug, Uf имеют прямоугольную форму. Непосредственно после подачи питания от внешнего источника 24, через 1-2 сек замыкают контактор 5 и управляющее напряжение и Uy поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 13, с помощью которого преобразуется в код Uy* со знаком, соответствующим полярности Uy и заданному направлению вращения двигателя 1. После преобразований в координатном преобразователе 12 в соответствии с (1) и цифроаналоговом преобразователе 17 получают аналоговые задания ig**, if** фазных токов, которые поступают на управляющие входы соответствующих усилителей токов 2, 3. В фазных обмотках двигателя при этом формируются токи ig, if, которые создают вращающий момент, и ротор двигателя 1 начинает вращение. Код угла
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134006/960.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
При отключении внешнего источника питания 24 описанный процесс восстановления в схеме управления истинного угла
![способ управления синхронным двигателем, патент № 2134480](/images/patents/337/2134007/920.gif)
Класс H02P21/00 Устройства или способы управления электродвигателями управлением вектора, например путем управления ориентацией поля