способ управления вентильно-индукторным электродвигателем

Формула изобретения

1. Способ управления вентильно-индукторным электродвигателем, в котором после подачи сигнала на отключение фазы замедляют темп спадания тока в ней, отличающийся тем, что дополнительно определяют период собственных колебаний магнитной системы электродвигателя и затягивают процесс спадания тока в фазе на время, соответствующее двум-трем периодам собственных колебаний, при этом затягивание процесса спадания тока осуществляют путем плавного снижения среднего значения напряжения от положительного значения, имеющего место перед отключением фазы, до полного отрицательного напряжения источника питания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно формируют на начальном этапе снижения тока параболическую кривую тока, а затем линейную.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электропривода, а именно к вентильно-индукторным двигателям (ВИД), которые могут найти применение в электроприводах механизмов с высокими требованиями к шумовым характеристикам, например в бытовой технике.

Виброакустические характеристики являются одним из важных потребительских свойств любого электромеханического преобразователя. Однако известно, что для вентильно-индукторного электропривода (ВИП), который выполняется на базе индукторной машины с двойной зубчатостью магнитной системы, вызывающей шум и пульсации момента, проблема уменьшения шумов и вибраций особенно актуальна.

Известен способ управления вентильно-индукторным электродвигателем, согласно которому в качестве средства снижения шума предложено корректировать форму тока в фазе так, чтобы результирующее магнитное притяжение между статором и ротором электродвигателя не содержало гармоник, которые могли бы вызывать резонанс статора [1].

Известен также способ управления вентильно-индукторным электродвигателем, согласно которому для уменьшения шумов обеспечивают опережающее включение фазы электродвигателя и быстрое спадание тока в фазной обмотке после ее отключения [2]. Таким образом обеспечивается снижение радиальных усилий за счет увеличения расстояния между угловым положением ротора, при котором достигается максимальное значение момента, и тем угловым положением ротора, при котором достигается максимальное значение радиальных усилий [2].

Недостаток указанных способов состоит в том, что они борются не с причинами возникновения шумов и вибраций, а создают условия, при которых влияние этих причин будет минимальным, что не обеспечивает достаточной эффективности снижения шумов.

Теоретический и экспериментальный анализ электромагнитных процессов, происходящих в ВИД, показывает, что вибрации возникают в момент скачкообразного изменения наклона в кривой тока (производной тока). Поэтому наиболее сильные вибрации возникают в момент отключения фазы, так как резкое спадание тока вызывает такое же снижение электромагнитной силы.

Ближайшим к предлагаемому является способ управления вентильно-индукторным электродвигателем, согласно которому замедляют темп спадания тока в фазной обмотке после ее отключения, для чего после снятия импульсов напряжения питания прямой полярности на фазную обмотку подают напряжение питания обратной полярности и в процессе спадания тока в фазной обмотке ее периодически закорачивают [3].

В этом способе положительный эффект снижения уровня вибраций и акустического шума может быть достигнут "подбором количества дополнительных импульсов управления ключом и соотношений длительности дополнительных импульсов и пауз между ними".

Недостатком этого способа является то, что он совершенно не определяет параметры процесса замедления спадания тока и их связь с параметрами системы электропривода, поэтому применение его и тем более получение положительного эффекта от его использования затруднительны.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении эффективности снижения шума электродвигателя.

Задача решается за счет того, что в известном способе управления вентильно-индукторным электродвигателем, в котором после подачи сигнала на отключение фазы замедляют темп спадания тока в ней, согласно изобретению дополнительно определяют период собственных колебаний магнитной системы электродвигателя и затягивают процесс спадания тока в фазе на время, соответствующее двум-трем периодам собственных колебаний, при этом затягивание процесса спадания тока осуществляют за счет плавного снижения среднего значения напряжения от положительного значения, имеющего место перед отключением фазы, до полного отрицательного напряжения источника питания.

Дополнительно согласно изобретению формируют на начальном этапе снижения тока параболическую кривую тока, а затем линейную.

На фиг.1 показан пример устройства, реализующего предлагаемый способ, при использовании одного из возможных вариантов выполнения силовой схемы преобразователя, на фиг.2 - диаграммы, показывающие реакцию электропривода на линейное спадание тока в фазной обмотке (п.1 формулы изобретения); на фиг.3 - диаграммы, показывающие реакцию электропривода на параболическую кривую спадания тока; на фиг.4 - осциллограммы токов и уровня вибраций, полученные на реальной установке при использовании изобретения.

Устройство (фиг.1) содержит фазные обмотки электродвигателя 1, включенные в диагонали вентильных мостов (число которых N соответствует числу фаз электродвигателя), каждый из которых образован двумя управляемыми ключами 2 и 3 и двумя диодами 4 и 5, и выпрямитель 6. Система управления ключами содержит коммутаторы 7, 8 так называемых верхних 2 и нижних 3 ключей, выходы которых порознь подключены к управляющим входам соответствующих ключей. Входы коммутаторов 7 и 8 подключены к выходам соответствующих широтно-импульсных модуляторов (ШИМ) 9 и 10, на первые входы которых через задатчик 11 интенсивности подан сигнал задания напряжения, а вторые входы подключены к выходу коммутатора 12 фаз, соединенного своим входом с датчиком положения ротора.

Работает устройство следующим образом.

При работе электродвигателя система управления управляемыми ключами 2 и 3 посредством ШИМ 9 и коммутатора 7 "верхних" ключей обеспечивает периодическую подачу импульсов напряжения на верхние ключи 2, нижние ключи 3 при этом открыты. При отключении фазной обмотки 1 от источника напряжения (размыкание обоих ключей 2 и 3) посредством диодов 4 и 5 к обмотке 1 прикладывается напряжение обратной полярности, начинается процесс спадания тока. Если этим процессом не управлять, то спадание тока будет происходить быстро, что, как правило, приводит к возникновению вибраций магнитной системы и акустических шумов. Согласно изобретению, этот процесс предложено сделать управляемым. Для этого предварительно определяют период собственных колебаний магнитной системы, вводят этот параметр в задатчик 11 интенсивности, который и обеспечивает плавное снижение среднего напряжения питания фазной обмотки электродвигателя от положительного значения, имеющего место перед отключением фазы, до полного отрицательного напряжения источника питания. Обеспечивается это сначала за счет уменьшения скважности "верхнего" ключа 2, а затем за счет уменьшения скважности "нижнего" ключа 3.

Однако при линейном спадании тока в начальный момент времени после отключения напряжения питания производная тока изменяется скачком, что при определенных соотношениях параметров не позволяет существенно уменьшить колебания в системе. Для устранения этого недостатка задатчик интенсивности может быть выполнен таким образом, чтобы обеспечить параболическую кривую тока при управлении "верхним" ключом 2.

На фиг.2 и 3 показаны кривые изменения электромагнитных усилий F_эм и уровня вибраций a_вибр при различных темпах спадания тока: кривые А соответствуют практически мгновенному спаданию тока, уровень вибраций при этом принят за базовый.

При линейном спадании тока (фиг.2) и затягивании времени спадания тока до полутора периодов собственных колебаний (Т_соб._кол.) амплитуда колебаний (кривые В) составляет 20% от базовой. Увеличение длительности фронта до трех периодов колебаний (кривые С) уменьшает амплитуду до 10%.

Применение на начальном участке параболического закона спадания тока (фиг.3) и длительности спадания тока в полутора периода собственных колебаний (кривые В) амплитуда колебаний составляет 7% от базовой, а при увеличении длительности фронта до двух периодов (кривые С) амплитуда колебаний уменьшается до 5%.

На фиг.4 приведены осциллограммы работы реального вентильно-индукторного двигателя при затянутом заднем фронте тока.

При современном уровне развития микропроцессорной техники система управления электродвигателем может быть выполнена программным образом, чаще всего именно так в настоящее время и делается.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Cameron D., Lang J., Umans S. The Origin and Reduction of Acoustic Noise in Doubly Salient Variable-Reluctance Motors. - IEEE Transactions on Industry Application, Vol. 28, No. 6, Nov./Dec. 1992.

2. Pulle D., Lai J., Milthopre J., Huynh N. Quantification and Analysis of Acoustic Noise in Switched Reluctance Drives. - EPE-93, Brigton, 13-16.09.1993, p.65-70.

3. Способ снижения шума реактивного индукторного двигателя. Патент РФ №2166228, кл. Н 02 Р 6/00, 8/00. заявл. 06.01.99, опубл. 27.04.2001 - прототип.