устройство для 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 заключается в том, что в устройство для частотно-токарного управления синхронным двигателем, содержащее блок управления, формирователь опорных гармонических функций одинарного угла поворота продольной оси ротора и датчик гармонических функций двойного угла поворота, введены блок датчиков фазных ЭДС, блок апериодических звеньев, и блок нормирования, при этом выходы упомянутого формирователя и выходы блока датчиков фазных ЭДС подключены к соответствующим входам блока апериодических звеньев, подключенного выходами к входам блока нормирования, выходы которого соединены с соответствующими входами для опорных функций блока управления и с дополнительными управляющими входами формирователя опорных гармонических функций одинарного угла поворота. Технический результат: в электроприводе устраняется начальная неоднозначность управления (несоответствие заданного и фактического направления вращения) и расширяется область его возможного применения. 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
Устройство для управления синхронным двигателем, содержащее блок управления с формирователем управляющего напряжения, регулируемым источником питания, подключенным к фазным обмоткам синхронного двигателя, и входами для опорных гармонических функций, формирователь опорных гармонических функций одинарного угла поворота продольной оси ротора и датчик гармонических функций двойного угла поворота продольной оси ротора, выходы которого подключены к соответствующим входам упомянутого формирователя опорных гармонических функций, отличающееся тем, что введены блок датчиков фазных ЭДС, блок апериодических звеньев и блок нормирования, а формирователь опорных гармонических функций одинарного угла поворота продольной оси ротора снабжен дополнительными управляющими входами, при этом выходы упомянутого формирователя и выходы блока датчиков фазных ЭДС подключены к соответствующим входам блока апериодических звеньев, подключенного выходами к входам блока нормирования, выходы которого соединены с соответствующими входами для опорных функций блока управления и с дополнительными управляющими входами формирователя опорных гармонических функций одинарного угла поворота продольной оси ротора.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электротехнике, в частности к управляемым электроприводам на базе синхронных двигателей, и может иметь промышленное применение, например, в робототехнике, в устройствах жизнеобеспечения в космосе (центрифугах, сепараторах, компрессорах). Известно устройство для частотно-токового управления синхронным двигателем (СД), содержащее усилители фазных токов, координатный преобразователь, формирователь управляющего напряжения и электромеханический датчик угла типа СКВТ, установленный на валу двигателя [Авторское свидетельство СССР N 186019, МКИ H 02 P 5/34, 1963 г.]. Недостатком указанного известного устройства является сложность конструкции и настройки, связанные с размещением датчика угла (СКВТ) на валу и необходимостью специальной фазировки магнитных систем датчика и СД. Известно устройство для формирования опорных сигналов управления СД, содержащее управляемый генератор фазы, датчик фазных ЭДС и датчик двойного угла поворота продольной оси ротора СД. Напряжения с указанных датчиков поступают для управления генератором фазы, выходные напряжения которого используют в качестве опорных гармонических функций при формировании фазных токов СД [Авторское свидетельство СССР N 1319225, МКИ H 02 P 7/42, 1985 г.]. Электропривод, построенный с использованием указанного известного устройства, 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 устройство для частотно-токового управления синхронным двигателем, содержащее блок управления с формирователем управляющего напряжения, регулируемым источником питания, подключенным к фазным обмоткам синхронного двигателя, и входами для опорных гармонических функций, формирователь опорных гармонических функций одинарного угла поворота продольной оси ротора и датчик гармонических функций двойного угла поворота продольной оси ротора, выходы которого подключены к соответствующим входам упомянутого формирователя опорных гармонических функций [Авторское свидетельство СССР N 1014117, МКИ H 02 P 5/34, 7/42, 1981 г.]Недостатком указанного известного устройства, выбранного за прототип, является ограниченная область применения, связанная с неоднозначностью характеристики управления, при которой одной и той же полярности управляющего напряжения может соответствовать различный знак момента на валу СД. Это связано с тем, что получение требуемых опорных гармонических функций, соответствующих одинарному углу поворота продольной оси ротора непосредственно из выходных сигналов датчика двойного угла поворота, осуществляется с точностью до
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134006/960.gif)
Целью изобретения является расширение области применения устройства за счет получения в нем жесткого соответствия между заданным и фактическим направлениями вращения. Указанная цель достигается тем, что в устройство для управления синхронным двигателем, содержащее блок управления с формирователем управляющего напряжения регулируемым источником питания, подключенным к фазным обмоткам синхронного двигателя, и входами для опорных гармонических функций, формирователь опорных гармонических функций одинарного угла поворота продольной оси ротора и датчик гармонических функций двойного угла поворота продольной оси ротора, выходы которого подключены к соответствующим входам упомянутого формирователя опорных гармонических функций, введены блок датчиков фазных ЭДС, блок апериодических звеньев, и блок нормирования, а формирователь опорных гармонических функций одинарного угла поворота продольной оси ротора снабжен дополнительными управляющими входами, при этом выходы упомянутого формирователя и выходы блока датчиков фазных ЭДС подключены к соответствующим входам блока апериодических звеньев, подключенного выходами к входам блока нормирования, выходы которого соединены с соответствующими входами для опорных функций блока управления и с дополнительными управляющими входами формирователя опорных гармонических функций одинарного угла поворота продольной оси ротора. На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного устройства; на фиг. 2 - пример выполнения формирователя опорных гармонических функций одинарного угла поворота продольной оси ротора; на фиг. 3 - пример выполнения блока апериодических звеньев; на фиг. 4 - пример выполнения блока нормирования. Устройство для управления синхронным двигателем 1 (фиг.1) содержит блок управления 2 с формирователем 3 управляющего напряжения Uy, регулируемым источником питания 4, подключенным к фазным обмоткам синхронного двигателя 1, и входами 6 для опорных гармонических функций sin
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134481/2134481-2t.gif)
где ki - коэффициент преобразования. Постоянное переключение силовых ключей в управляемом источнике токов 4 определяет кроме того наличие в фазных обмотках СД высокочастотных пульсирующих составляющих токов с небольшой амплитудой. Указанные составляющие токов используются в датчике 8 гармонических функций двойного угла 2
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
На выходах датчика 9 фазных ЭДС получают
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134481/2134481-3t.gif)
где Фв - поток возбуждения СД 1, при этом фазные потоки в СД определяются
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134481/2134481-4t.gif)
На выходах блока 10 апериодических звеньев при соответствующем выборе коэффициентов передачи для входных функций sin
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134481/2134481-5t.gif)
где kA - коэффициент передачи блока 10 апериодических звеньев. Блок 11 нормирования реализует соотношения
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134481/2134481-6t.gif)
Полученные на выходах блока 11 функции sin
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
sin2
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
cos2
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
Из (5), (6) следует, что функции на выходах формирователя 7 совпадают с функциями на его дополнительных входах, поступающих с блока 11 нормирования. Это означает, что если по каким-либо причинам на выходах блока 11 нормирования будут сформированы функции -sin
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134006/960.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
С этого момента поддержание требуемых функций sin
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![устройство для управления синхронным двигателем, патент № 2134481](/images/patents/337/2134007/920.gif)
Класс H02P21/00 Устройства или способы управления электродвигателями управлением вектора, например путем управления ориентацией поля