Регулятор угла подачи импульсов тока в фазные обмотки реактивного индукторного двигателя

 

Использование: в системах управления реактивными индукторными двигателями. Сущность: регулятор угла подачи импульсов тока в фазные обмотки трехфазного реактивного индукторного двигателя содержит две части: предварительный регулятор и интегральный регулятор. Сигнал задания фазного тока поступает на вход компаратора интегрального регулятора через управляемый или неуправляемый делитель напряжения, что позволяет расширить диапазон работы. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а точнее, к системам управления реактивными индукторными двигателями.

Известна система управления низкоскоростными реактивными индукторными двигателями (см. Патент США N4933620 от 12.05.1990).

В данном источнике заявляется регулятор угла как составная часть системы, он содержит две основные части: предварительный регулятор и интегральный регулятор.

Предварительный регулятор вычисляет предварительно угол подачи тока в обмотку двигателя как функцию заданного значения фазного тока, мгновенных значений частоты вращения ротора двигателя и напряжения в звене постоянного тока силового инвертора, питающего реактивный двигатель.

Интегральный регулятор содержит компаратор, сравнивающий сигналы, составляющие действительному и заданному значениям фазного тока, и формирующий на выходе сигнал в момент достижения током заданного значения, регистр, который в этот момент фиксирует угловое положение ротора двигателя, поступающее непрерывно на его вход как сигнал датчика положения ротора, и на выходе формирует сигнал, соответствующий вышеуказанному положению, сумматор, алгебраически суммирующий этот сигнал с эталонным сигналом, соответствующим угловому положению ротора, при котором ток желательно должен достичь заданного уровня, и на выходе формирующий сигнал ошибки значения угла, и собственно интегральный или пропорционально-интегральный регулятор, обрабатывающий сигнал ошибки и выдающий на выходе сигнал о поправке угла включения тока, сумматор, в котором складываются сигналы с выходов предварительного и интегрального регуляторов и на выходе формируется сигнал, соответствующий окончательному значению сдвига угла включения и выключения тока в обмотке двигателя на общую величину относительно фиксированных угловых положений ротора.

Недостатком данного устройства является то, что интегральный регулятор работает только на низких частотах вращения, так как при повышении частоты вращения двигатель выходит на естественную характеристику, то есть фазный ток не успевает за период включения достичь заданной величины и компаратор не выдает сигнала записи в регистр.

Предлагаемое изобретение направлено на расширение диапазона работы интегрального регулятора.

В регулятор угла подачи импульса тока в фазные обмотки реактивного индукторного двигателя, содержащий две основные части: предварительный регулятор и интегральный регулятор, где предварительный регулятор воспринимает сигналы, соответствующие заданному значению фазного тока, мгновенным значениям частоты вращения ротора двигателя и напряжения в звене постоянного тока силового инвертора, питающего реактивный двигатель, и вырабатывает сигнал, соответствующий предварительному значению угла подачи импульсов тока в обмотку, а интегральный регулятор содержит компаратор, сравнивающий сигналы, соответствующие действительному и пороговому значениям фазного тока и формирующий на выходе сигнал в момент достижения током порогового значения, регистр, который в этот момент фиксирует угловое положение ротора двигателя, поступающего непрерывно на его вход как сигнал датчика положения ротора, и на выходе формирует сигнал, соответствующий вышеуказанному положению, сумматор, алгебраически суммирующий этот сигнал с эталонным сигналом, соответствующим угловому положению ротора, при котором ток желательно должен достичь порогового уровня, и на выходе формирующий сигнал ошибки значения угла, схему обработки сигнала ошибки, сумматор, алгебраически складывающий сигнал ошибки с сигналом, соответствующим величине угла, полученной в предыдущем цикле регулирования, и формирующий на выходе сигнал, соответствующий новому значению величины угла и являющийся выходом интегрального регулятора, амплитудный ограничитель этого сигнала, блок задержки этого сигнала на один цикл регулирования, сигнал с выхода которого суммируется с сигналом ошибки в вышеуказанном сумматоре, сумматор, алгебраически складывающий выходные сигналы предварительного и интегрального регуляторов и формирующий на выходе сигнал, соответствующий окончательному значению угла подачи импульсов тока в обмотке, и двух сумматоров, алгебраически суммирующих этот сигнал с сигналами, соответствующими угловым положениям ротора, принятым за точки отсчета, относительно которых сдвигаются во времени моменты включения и выключения фазных токов двигателя соответственно и формирующие на выходах сигналы включения и выключения токов соответственно, согласно данному заявлению, введен дополнительный элемент управляемый или неуправляемый делитель, на вход которого поступает сигнал, соответствующий величине заданного тока фазы двигателя, а с выхода снимается часть этого сигнала и используется как пороговый сигнал для компаратора.

Данное техническое решение расширяет частотный диапазон работы интегрального регулятора, так как ток фазы успевает достигать этого более низкого порогового значения и сигнал записи в регистр вырабатывается на более высоких частотах или даже во всем диапазоне частот.

В дальнейшем изобретение поясняется примером конкретного выполнения регулятора угла подачи импульсов тока длительностью 180 эл.град. в обмотку фазы трехфазного реактивного индукторного двигателя со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны: фиг. 1а) сигналы трехфазного датчика положения ротора ДП1, ДП2, ДП3 и профиль индуктивности L первой фазной обмотки вдоль расточки ротора при близких угловых соотношениях зубца и паза ротора; фиг. 1б), в), г) кривые токов в первой фазной обмотке двигателя при различных частотах вращения ротора; фиг. 2 функциональная схема регулятора угла.

Регулятор угла подачи импульсов тока в фазные обмотки трехфазного реактивного индукторного двигателя (фиг.2) содержит две основные части: предварительный регулятор и интегральный регулятор. На вход предварительного регулятора 1 поступают сигналы, соответствующие заданному значению фазного тока I_*, мгновенным значениям частоты вращения ротора двигателя W_r и напряжения U_d в звене постоянного тока силового инвертора, питающего реактивный двигатель. Интегральный регулятор содержит вновь введенный делитель 2, на вход которого поступает сигнал I_*, компаратор 3, на входы которого поступают сигналы с выхода делителя 2 и с датчика тока обрабатываемой в этот момент фазы I_x (на схеме не показан), регистр 4, на вход которого поступают сигналы датчика положения обрабатываемой фазы ДП_х и сигнал с выхода компаратора 3, сумматор 5, на вход которого поступают сигналы с выхода регистра 4 и сигнал о величине желаемого угла (0 эл.град.) прохождения тока I_x через фиксированную точку, а на выходе формируется сигнал ошибки угла включения d, схему обработки сигнала q d6, замкнутый контур регулирования, состоящий из сумматора 7, ограничителя 8, сумматора 9 и блока задержки 10, причем сигнал с блока 6 поступает вместе с выходным сигналом блока 10 на вход сумматор 7, а выходной сигнал поступает через ограничитель 8 на вход сумматора 9. Сюда же поступает сигнал с выхода блока 1, а на выходе сумматора 9 формируется сигнал углового сдвига включения Dq, поступающий на вход блока 10.

Сигнал Dq поступает также на сумматоры 11 и 12, где складывается с сигналами, соответствующими главным положениям точек отсчета сдвига угла включения тока 0 эл.град. и выключения тока 180 эл.град. соответственно. В качестве этих сигналов можно использовать передний и задний фронты сигнала датчика положения ДП_x. На выходе сумматоров 11 и 12 формируются сигналы, соответствующие углам включения тока и выключения тока соответственно.

Схема работает следующим образом. Предварительный регулятор 1 вычисляет предварительное, заведомо заниженное значение угла как и в прототипе, где I_m минимальная индуктивность фазной обмотки двигателя. Интегральный регулятор, как и в прототипе, корректирует сигнал таким образом, чтобы ток фазы двигателя достигал порогового значения при фиксированном угловом положении ротора (0 эл.град.). При этом сигнал qd93007741 принимает нулевое значение. Отличие состоит в том, что пороговое значение I_пор принимается равным не I_*, а его части, полученной в результате деления сигнала I_* в управляемом или неуправляемом делителе 2 (в примере деление на 2). Следует отметить, что закон регулирования такого регулятора отличается от реализуемого в прототипе, но, как показано на фиг.1в), в случае конфигурации расточки ротора, когда дуги зубца и паза близки по длине, и 180- градусном управлении он реализует более правильный закон регулирования угла, так как при кривой тока в виде трапеции соотношение зон отрицательного (-) и положительного (+) моментов под кривой тока в этом случае оптимально.

Применяя управляемый делитель, можно реализовывать различные законы регулирования, в том числе и как в прототипе.

Как показано на фиг. 1г), данное техническое решение дает то преимущество, что интегральный регулятор продолжает работу и при высоких скоростях вращения, так как ток успевает достичь уровня I_пор. Таким образом, частотный диапазон эффективной работы регулятора угла расширяется.

Формула изобретения

Регулятор угла подачи импульсов тока в фазные обмотки реактивного индукторного двигателя, содержащий две основные части: предварительный регулятор, первый вход которого предназначен для подключения к выходу задатчика установки фазного тока, второй и третий входы для подключения к выходам датчика мгновенного значения частоты вращения ротора двигателя и датчика напряжения в звене постоянного тока силового инвертора, питающего реактивный двигатель соответственно, и интегральный регулятор, содержащий компаратор, первый вход которого предназначен для подключения к выходу датчика фазного тока, регистр, первый вход которого подключен к выходу компаратора, второй вход к выходу датчика положения ротора, первый сумматор, первый вход которого соединен с выходом регистра, а второй предназначен для подключения к задатчику величины требуемого угла прохождения фазного тока через фиксированную точку, схему обработки сигнала ошибки, вход которой соединен с выходом первого сумматора, второй сумматор, первый вход которого подключен к выходу схемы обработки сигнала ошибки, ограничитель, вход которого подключен к выходу второго сумматора, третий сумматор, первый вход которого соединен с выходом предварительного регулятора, второй с выходом ограничителя, блок задержки, вход которого подключен к первому выходу третьего сумматора, а выход подключен к второму входу второго сумматора, четвертый сумматор, первый вход которого соединен с вторым выходом третьего сумматора, второй с выходом задатчика точки отсчета сдвига угла включения тока, пятый сумматор, первый вход которого соединен с вторым выходом третьего сумматора, второй с выходом задатчика точки отсчета сдвига угла отключения тока, причем выходы четвертого и пятого сумматоров предназначены для подключения к первому и второму входам формирователя сдвинутых на величину угла импульсов подачи тока в обмотки соответственно, отличающийся тем, что регулятор снабжен делителем, вход которого предназначен для подключения к выходу задатчика уставки фазного тока, а выход подключен к второму входу компаратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2