Устройство для определения углового положения ротора вентильного двигателя

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (1ц!003263 (6!) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 010481 (21) 3274823/24-07 (И) М. Кп.

Н 02 К 29/00. сприсоедиивииемзаявки ¹â€”

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 070383 Бюллетень. № 9 (33 УДК б 21. 313. .13.014.2:

:621.382 (088.8) Дата опубликования описания 070383

В.Н. Десятнюк, Д.И. Родькин и В.O. Захаров.

>

1

Криворожский ордена Трудового Красново Знамени.:,- ) горнорудный институт (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ

РОТОРА ВЕНТИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания систем управления вен-. тильными двигателями беэ обратной связи-по положению, т.е. беэ датчи-. ка положения ротора.

Известны устройства для определения углового положения ротора вентильного двигателя, в которых в качестве одного из основных элементов выступает датчик положения ротора:, механически связанный с валом или встроенный в корпус двигателя (1).

Недостатком известных устройств является наличие укаэанного датчика положения, установка которого на валу. машины не всегда возможна и усложняет механическую часть привода, что снижает надежность его работы и ограничивает область применения привода с вентильным двигателем.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для определения углового положения ротора синхронной машины, якорной обмоткой подключенную к тиристорному преобразователю частоты со звеном постоянного тока, включающему в себя системы управления выпрямителем и инвертором преобразователя и распределитель импульсов системы управления инвертором, а обмоткои возбуждения — к тиристорному возбудителю, содержит датчики выпрямпенного тока и тока возбуждения, датчики ЭДС и сумматор, соединенный одним входом с функциональным преобразователем, а выходом — с указателем углового поломения ротора. Кроме того, устройство содержит дисковый датчик, связанный с валом ротора машины„ статический генератор опорных. импульсов и еще один функциональный преобразователь (2), Недостатком известного устройства является сложность производства измерения углового положения ротора двигателя, требующая на время измерения подключения обмотки возбуждения двигателя к генератору постоянного напряжения, а якорной

Обмотки — к входам функциональных преобразователей, что вызывает неудобство при эксплуатации, снижает быстродействие устройства и точность определения углового положе ния ротора.

1003261, Кроме того, наличие дискового датчика, связанного с валом ротора машины, снижает надежность ра6оты устройства и ограничивает его применение для механизмов, где невозможна установка таких датчиков (тяжелые условия работы механизма, связанные с влажностью, запыленностью, вибрацией и т.п., а также отсутствие возможности соединения датчика с валом ротора двигателя).

Цель изобретения — повышение быстродействия и надежности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для. определения углового положения ротора вентильного двигателя, содержащее синхронную машину, якорной обмоткой подключенную к тиристорному преобразователю частоты со звеном постоян.ного тока, включающему в себя системы управления выпрямителем и инвертором преобразователя и распределитель импульсов системы управления инвертором, а обмоткой возбуждения — к тиристорному возбудителю, датчики выпрямленного тока и тока возбуждения, датчики ЭДС и сумматор, соединенный одним входом с функциональным преобразователем, а выходом — с указателем углового положения ротора, введены цепь из последовательно соединенных нелинейного преобразователя, служащего для моделирования кривой намагничивания синхронной машины, дифференциатора, пропорционального преобразователя и блока деления, а также вычислительное устройство, выходной сигнал; которого пропорционален значению угла между вектором результирующей ЭДС, наведенной полем вращающегося ротора, и осью одной из фаэных обмоток якоря, трехфазный мостовой выпрямитель, задатчик точки бтсчета положения ротора и нуль-орган, причем вход цепи иэ последовательно соединенных элементов подключен к датчику тока возбуждения, а выход — к функциональному преобразователю, выходной сигнал которого пропорционален арккосинусу входного, второй вход блока деления подключен через трехфазный мостовой выпрямитель к датчикам ЭДС, которые также подключены к трем соответствующим входам вычислительного устройства, четвертый вход которого подсое- дийен к распределителю импульсов, а выход — к второму входу. сумматора, треТий вход которого соединен с задатчиком точки отсчета положения ротора, кроме того, два входа нульоргана подключены соответственно к датчику выпрямленного тока и.к выходу системы управления инвертором, а выход нуль-органа подсоединен к вторым входам датчиков ЭДС и нелиней ного преобразователя.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для определения углового положения ротора вентильного двигателяр на фиг. 2 — векторная диаграмма ЭДС вентильного двигателя.

Устройство для определения углово. го положения ротора вентильного двигателя содержит нуль-орган 1, входа10 ми подключенный к системе управления инвертором (СУИ) и к датчику выпрямленного тока (ДВТ.), датчики 2 ЭДС, подключенные к соответствующим фазам

А, В и С якорной обмотки синхронной

15 машины и к выходу нуль-органа 1, выходы датчиков 2 ЭДС подключены к вычислительному устройству 3 и трехфазному мостовому выпрямителю 4, эадатчик точки отсчета положения ротора 5, подключенный к третьему входу сумматора б, второй вход которого подсоединен к выходу вычислитель. ного устройства 3, соединенного одним иэ входов с распределителем импуль-

25 сов (РИ) СУИ,последовательно включенные нелинейный преобразователь 7, входы которого подключены, соответственно к датчику тока возбуждения (ДТВ) и:.к выходу нуль-органа 1, дифференциатор 8, пропорциональный преобразователь 9 и блок 10 деления, второй вход которого подключен к выпрямителю 4, а выход — к функциональному преобразователю 11, выходом подключенного к третьему входу сумматора б, выход которого соединен с указателем углового положения ротора 12.

Устройство для определения углового положения ротора вентильного

40 двигателя предназначено для контро." ля положения ротора при работе двигателя в диапазоне низких частот вращения (до.10% номинальной), т.е. в зоне искусственной коммутации венти45 лей инвертора. Особенность устройства заключается в дискретном режи:ме его работы, при котором производство необходимых измерений по определению углового положения ротора про50 изводится в моменты бестоковых пауз в звене постоянного тока.

Устройство работает следующим образом.

Непосредственно перед пуском двигателя, после его возбуждения, производится установка ротора в исходное положение, при котором продольная ось полюсов ротора совпадает с точкой отсчета его углового

60 положения. установка ротора в исходное положение производится подачей управляющего импульса на вентили выпрямителя,и на выбранную нару вентилей инвертора. После успокое65 ния ротора дается команда на "Пуск"

1003261.двигателя и ротор начинает разворачиваться. После прохождения ротором первого тактового интервала в момент перекоммутации якорных обмоток синхронной машины, работающей в режиме искусственной коммутации вентилей инвертора напряжением выпрямителя, когда .ток в звене постоянного тока становится равным нулю и отсутствует управляющий импульс от СУИ, срабатывает нуль-орган 1, имеющий на 10 . входе логическую схему И, и включает в работу датчики 2 ЭДС и нелинейный преобразователь 7. Сигнал, пропорциональный величине наведенных ЭДС в фазах якорной обмотки 15 двигателя, поступает с датчиков ЭДС на входы вычислительного устройства

3 и трехфазного выпрямителя 4.

Вычислительное устройство 4 по сигналам, поступающим от РИ и СУИ, 2О производит выбор фазы якорной обмотки относительно которой определяется положение ротора и направление тока в ней. Затем, в соответствие с выбранной фазой (например, фаза A 25 (фиг. 2), устройство 3 производит вычисление значения угла (для фазы А) между осью этой фазы и вектором результирующей ЭДС le (фиг. 2), наведенной в якорной обмотке машины полем вращающегося ротора. Вычисление значения угла (для фазы А) в устройстве 3 производится по следующему алгоритму

+3(Us- Ос)

В=о ч —,—,о—, А С где UA, U и Uc — модули векторов

ЭДС, наведенных в соответствующих фазах А, В и С якорной обмотки машины. 40

Сигнал, пропорциональный значению угла » с выхода вычислительного устройства 3 поступает на второй вход сумматора б.

ОдновРеменно с датчиками ЭДС 45 вступает в работу и нелинейный преобразователь 7, -служащий для моделирования кривой намагничивания синх".. ронного двигателя. На вход преобразователя 7 постУпает сигнал пропорциональный току возбуждения двигателя от ДТВ, а с выхода его — сигнал, пропорциональный значению магнитного потока двигателя в момент определения углового положения ротора. Он поступает на вход дифференциатора 8, 55 служащего для определения изменения величины магнитного потока двигателя эа время измерения углового положения ротора. Продифференцированный сигнал с выхода 8 поступает на вход 60 пропорционального преобразователя 9, где он преобразуется в сигнал, пропорциональный модулю вектора ЭДС ф». (совпадающего по направлению с .продольной осью полюсов Ротора 65 (фиг. 2), наводимой в якорныХ обмотках машины при изменении магнитного потока поля ротора.

Сигнал с выхода преобразователя 9 поступает на первый вход блока 10 деления, на второй вход которого с выхода выпрямителя 4 поступает сигнал U, пропорциональный модулю результирующего вектора ЭДС, наводимой в якорных обмотках машины.

Значение модуля Щ полу ается в ре-зультате выпрямления 4-х сигналов, поступающих от датчиков 2 ЭДС.

Результирующий сигнал Щ» /Цд с выхода блока 10 деления поступает на вход функционального преобразователя 11, выходной сигнал которого пропорционален арккосинусу входного.

В результате на выходе преобраэовате ля 11 получается сигнал

t Щ

arccos

1 и< пропорциональный значению угла между вектором результирующей ЭДС и вектором ЭДС индукции, наведенныйи в якорных обмотках машины.

С выхода функционального преобразователя 11 сигнал поступает на первый вход сумматора б. После алгебраического суммирования в блоке б получаем сигналЧ= ч - ф ! пропорциональный углу между осью выбранной фаэной обмотки якоря и продольной осью полюсов ротора.

С целью получения наибольших значений пускового момента двигателя и наименьших его колебаний, перекоммутация фаз якорной обмотки должна осуществляться при положениях ротора, соответствующих точкам пересечения линейных ЭДС холостого

1хода двигателя. А точка пересечения ,линейных ЭДС холостого хода двигате ля сдвинута относительно оси era фаэной обмотки на Г/б электрических градусов. Поэтому для согласования точки :.отсчета углового положения ротора двигателя с точкой пересече- ния его линейных ЭДС холостого хода, введен в схему задатчик точки отсчета углового положения ротора 5.

Кроме того, задатчик 5 может быть использован для задания угла опережения управления инвертором P . С задатчика 5 сигнал, пропорциональный значению угла 7 /б, поступает на третий вход сумматора б. В результате на выходе сумматора б получается скорректированный сигнал углового положения ротора относительно выбранной фазы якоря

»»" = Я- »" „-Ть! 6. Сигнал с:.выхода сумматора б поступает на вход указателя углового положения ротора 12.

1003261

Выходной сигнал с указателя углового положения ротора может быть заведен в систему программного управ ления пуском вентильного двигателя с целью коррекции управляющих сигналов, задаваемых программным устройством на каждый тактовый шаг поворота ротора двигателя, в соответствии с действительным положением ротора.

Это обеспечит надежный пуск и управление вентильным двигателем при работе его в диапазоне частот вращения 0-0,1 номинальной, в пределах которых осуществляется искусственная коммутация вентилей инвертора.

Применение устройства для определения углового положения ротора в вентильных двигателях с синхронными машинами без демпферных обмоток и производство этим устройством необходимых измерений в моменты безтоковых пауз в звене постоянного тока вентильного двигателя снижают влияние реакции якоря на точность определения углового положения вектора результирующей ЭДС машины, что, соответственно, повышает точность определения действительного положения ротора двига-.åëÿ.

Исключение иэ схемы устройства для определения углового положения ротора дисковых датчиков, механически связанных с ротором двигателя„ повышает надежность работы устройства, по сравнению с базовым объектом в качестве которого принят прототип, а измерение параметров двигателя, требуемых для определения углового положения его ротора, без отключения обмоток машины от вентильного преобразователя повышает быстродействие устройства.

Также улучшаются условия эксплуатации вентильных двигателей с устройствами для определения углового положения ротора и расширяется область их применения. В частности, расширяется область применения вентильных двигателей для механизмов, где невозможна установка датчиков положения, связанных с ротором двигателя, а также для механизмов, работающих в сложных усло- . виях эксплуатации (влажность, эапыпенность, вибрация и т.п.), где надежность работы датчиков положения, связанных с ротором двигателя, низкая.

va;;- мула изобретения

Ь стройство для определения углового:-оложения ротора вентильного двигателя, содержащее синхронную машину, якорной обмоткой подключенную к тиристорному преобразователю частоты со звеном постоянного тока, включающему в себя системы управления выпрямителем и инвертором преобразователя и распределитель импульсов системы управления инвертором, а обмоткой возбуждения - к тиристорному возбудителю, датчики выпрямленного тока и тока возбуждения, датчики ЭДС и сумматор, соединенный одним входом с функциональным преобразователем, выходной сигнал которого пропорционален арккосинусу входного, а выходом — c указателем углового положения ротора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности устройства в работе, введены цепь из последовательно соединенных нелинейного преобразователя, служащего для .моделирования кривой намагничивания синхронной машины, дифференциатора, пропорционального преобразователя и блока деления, а также вычислительное устройство, выходной сигнал которого пропорционален значению угла между вектором реэультирующей ЭДС, наведенной полем вращающегося ротора, и осью одной из фазных обмоток якоря, трехфазный мосToDoA выпрямитель, задатчик точки отсчета положения ротора и нуль-орган, причем вход цепи из последовательно соединенных элементов подключен к датчику тока возбуждения, а выход — к функциональному преобразователю, второй вход блока деления подключен через трехфазный мостовой выпрямитель к датчикам ЭДС, которые также псцключены к трем соответствующим входам вычислительного устройства, четвертый вход которого подсоединен к распределителю импульсов, а выход — к второму входу сумматора, третий вход которого соединен с эадатчиком точки отсчета положения ротора, кроме того, два входа нульоргана подключены соответственно к датчику выпрямленного тока и к выходу системы управления инвертором, а выход нуль-органа подсоединен к вторым входам датчиков ЭДС и нелинейного преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Электропривод и автоматизация промышленных установок. T. 4.—

А.N.Мейстель,К.И.Наумычева. Электропривод с вентильными двигателями, ВИНИТИ, N. 1974„ с. 97-103.

2. Патент ФРГ 9 2353594, кл. Н 02 Р 7/б2, 1975.

1003261

1003261

Составитель A. Сапталов

Редактор Е. Кинив Техред A.дч Корректор И. Шулла

Заказ 1583/41 Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., д. 4/5.

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4