способ управления индукторным двигателем

Формула изобретения

Способ управления индукторным двигателем, заключающийся в том, что формируют токи в фазах двигателя, для чего измеряют периоды сигнала датчика положения ротора двигателя, внутри этого периода подают импульсы питающего двигатель напряжения на фазные обмотки двигателя, отличающийся тем, что интервал от 0 до 180 эл.град. разбивают на m равных (например 1 эл.град.) интервалов

где ₀ - начальный угол поворота ротора, соответствующий 0 эл.град.;

_m - угол поворота ротора в конце интервала, соответствующий 180 эл.град.,

в начале интервала подают на входящую в работу фазу напряжение питания таким образом, чтобы ток этой фазы не превышал значения I_{З вх}=const, измеряют в конце каждого интервала ток этой фазы и вычисляют создаваемый электромагнитный момент этой фазы по формуле

где _n - значение тока входящей в работу фазы и угла поворота ротора двигателя в конце текущего интервала;

- потокосцепление фазы,

определяют заданный электромагнитный момент выходящей из работы фазы двигателя по формуле

где М_З - заданное значение электромагнитного момента двигателя на следующем интервале,

определяют заданное значение тока этой фазы по формуле

где _n - значение тока выходящей из работы фазы и угла поворота ротора двигателя в конце текущего интервала;

_n+1 - значение тока выходящей из работы фазы и угла поворота ротора двигателя в конце следующего интервала,

в начале каждого из m интервалов подают напряжение питания на выходящую из работы фазу двигателя и снимают при достижении током этой фазы заданного значения, причем при достижении или превышении или значения М_З, напряжение питания на выходящую из работы фазу двигателя не подается, на входящую в работу фазу подают питающее напряжение и снимают при достижении током этой фазы значения I_{З вх}=const, а на работающую фазу двигателя подают в начале текущего интервала питающее напряжение и снимают при достижении током этой фазы значения

где и _n - значение тока работающей фазы двигателя и угла поворота ротора двигателя в конце текущего интервала,

определяют создаваемый работающей фазой момент по формуле

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам управления индукторными двигателями, в том числе тяговыми, имеющими зубчатый статор и ротор.

Известен способ управления индукторным двигателем, заключающийся в том, что формируют фазные токи, для чего измеряют периоды датчика положения ротора, подают импульсы напряжения в интервале от 0 до 180 эл.град., отслеживая заданное значение фазного тока, например, способом "токовый коридор" (см. журнал "Электротехника" №6/98 на с.25-26, рис.2в и 4б).

При таком способе регулирования в интервалах от нуля эл.град. до 180/m эл.град. и от (180-180/m) эл.град. до 180 эл.град. (m - число фаз двигателя) под током находятся две фазы индукторного двигателя одновременно. Мгновенный электромагнитный момент индукторного двигателя определяется суммой электромагнитных моментов отдельных фаз, находящихся под током одновременно. Момент входящий в работу фазы, складываясь с моментом выходящей из работы фазы, вызывают пульсации суммарного момента (см. журнал "Электричество" №10/2001 на с.34, рис.1б).

Наиболее близким по технической сущности является способ управления индукторным двигателем, заключающийся в том, что формируют токи в фазах двигателя, для чего измеряют периоды датчика положения ротора двигателя и внутри этого периода подают импульсы питающего двигатель напряжения в интервале от 0 до 180 эл.град. на фазные обмотки двигателя (см. Электровозостроение: сб. науч. тр. ОАО "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") - 2000. Т.42 - 324 с. на с.187 рис. и журнал "Электротехника" №6/98 на с.25-26, рис.2в и 4б).

Прямоугольные формы токов и в этом способе управления приводят к большим пульсациям суммарного момента.

Высокая частота и амплитуда пульсации результирующего момента могут стать главной причиной усталостных разрушений элементов тяговой передачи (см. книгу Бирюкова И.В., Беляева А.И., Рыбникова Е.К. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог. - М.: Транспорт. 1986. - 256 с., на с.119).

Кроме того, пульсации момента приводят к вибрациям, шуму, а также могут препятствовать нормальному пуску тягового электропривода.

Задачей изобретения является снижение пульсаций момента за счет формирования фазных токов входящей в работу фазу (0°÷60° - фаза "А", 120°÷180° - фаза "В"), находящуюся в работе фазе (60°÷120° - фаза "А") и выходящую из работы фазы (0°÷60° - фаза "С", 120°÷180° - фаза "А"), таким образом, чтобы сумма моментов, развиваемых этими фазами была постоянной и равна моменту индукторного двигателя, задаваемого директивно или регулятором скорости.

Поставленная задача решается способом управления индукторным двигателем за счет формирования фазных токов путем подачи импульсов напряжения в течение каждого периода датчика положения ротора (ДПР) двигателя, отличающийся тем, что период сигнала ДПР измеряют и интервал от нуля до 180 эл.град. (двигательный режим) разбивают на m равных интервалов

₀ - начальный угол поворота ротора, соответствующий нулю эл.град.

_m - угол поворота ротора в конце интервала, соответствующий 180 эл.град.

В начале интервала подают на входящую в работу фазу напряжение питания таким образом, чтобы ток этой фазы не превышал значения I_Звх =const, измеряют в конце каждого интервала ток этой фазы и вычисляют создаваемый момент.

Создаваемый входящей в работу фазой двигателя момент определяют по формуле

где _n - значение тока входящей в работу фазы и угла поворота ротора двигателя в конце текущего интервала;

- потокосцепление фазы.

Тогда заданный момент выходящей из работы фазы определяют по формуле

где М_З - заданное значение электромагнитного момента двигателя на следующем интервале.

Заданное значение тока этой фазы определяют по формуле

где _n - значение тока выходящей из работы фазы и угла поворота ротора двигателя в конце текущего интервала;

_n+1 - значение тока выходящей из работы фазы и угла поворота ротора двигателя в конце следующего интервала.

В начале каждого из m интервалов подают напряжение питания на выходящую из работы фазу двигателя и снимают при достижении током этой фазы заданного значения, причем при достижении или превышении или значения М_З, напряжение питания на выходящую из работы фазу двигателя не подается, на входящую в работу фазу подают питающее напряжение и снимают при достижении током этой фазы значения I_{З вх}=const, а на работающую фазу двигателя в начале текущего интервала подают питающее напряжение и снимают при достижении током этой фазы значения

где и _n - значение тока работающей фазы двигателя и угла поворота ротора двигателя в конце текущего интервала.

Создаваемый работающей фазой момент определяется по формуле

Предлагаемый способ управления индукторным двигателем путем формирования согласованного изменения токов во входящей, работающей и выходящей фазах двигателя на интервалах коммутации от нуля до 180 эл.град. позволяет снизить пульсации электромагнитного момента на валу двигателя.

На фиг.1 показаны осциллограммы фазных значений тока, напряжения, электромагнитного момента и результирующего электромагнитного момента индукторного двигателя, а на фиг.2 показаны осциллограммы моментов и токов двигателя НТИ-350 при способе управления близким по технической сущности, рассчитанные на математической модели; на фиг.3 изображено устройство для реализации предлагаемого способа; на фиг.4 - алгоритм функционирования устройства; на фиг.5 показаны осциллограммы фазных значений тока, напряжения, электромагнитного момента и результирующего электромагнитного момента индукторного двигателя, а на фиг.6 показаны осциллограммы моментов и токов двигателя при реализации предлагаемого способа.

Способ осуществляют микропроцессорной системой, состоящей из блока таймеров 1, процессора 2, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 3, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 4, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 5, блока драйверов 6, транзисторного блока 7, управляющего индукторным двигателем 8, имеющего датчики положения ротора (ДПР) 9. Входы-выходы процессора 2, ОЗУ 3, ПЗУ 4, входы блока таймеров 1, блока драйверов 6 и выход АЦП 5 объединены шиной адресов-данных 10. Выход блока таймеров 1 и ДПР 9 соединены с шинами прерывания процессора 2. Токи двигателя 8 i поступают на вход АЦП 5. Выходы транзисторного блока 7, запитанного постоянным напряжением U, нагружены на обмотки индукторного двигателя 8.

Процессор, ОЗУ, ПЗУ, блок таймеров, АЦП могут быть, интегрированы в специализированный контроллер, например M167-1С (см. каталог продукции "Бортовая промышленная электроника" АО "Каскод", 105037 Москва, Измайловская пл., 7).

Способ реализуют алгоритмом, приведенным на фиг.4.

Алгоритм состоит из двух подпрограмм, которые запускают сигналами прерываний от ДПР 9 и блока таймеров 1-t_m.

Первая подпрограмма ДПР (фиг.4) начинается по переднему фронту сигнала от ДПР 9. Считывают значения кода Кт из таймера Т (блок 11), соответствующее периоду сигнала ДПР и снова запускают таймер Т (блок 12). В блоке 13 определяют величину дискреты повторения вычислений значений токов и моментов делением содержимого таймера Кт на количество интервалов m- =Кт/m, после чего вводят заданное значение момента, например через АЦП 5 (блок 14), и транзисторный блок ТБ (блок 7) подает напряжение на входящую в работу фазу (блок 15).

В блоке 16 запускают таймер "m" интервала повторения вычислений, и номеру текущего интервала присваивается значение единицы (блок 17), после чего осуществляют выход из подпрограммы ДПР (блок 18).

Таймер "m" периодически выдает сигналы прерываний t_m, по которым выполняется вторая подпрограмма, в которой определяют необходимые значения токов и моментов входящей и выходящей из работы фаз двигателя. Для этого вводится ток, входящий в работу фазы i_{вх n} (блок 19), определяют значение этой фазы (блок 20), определяют значение момента входящей в работу фазы по выражению (1) (блок 21)

где _n - значение тока входящей в работу фазы и угла поворота ротора двигателя в конце текущего интервала;

- потокосцепление фазы,

или работающей фазы по выражению (5) (блок 21)

В блоке 22 определяют заданное значение момента выходящей из работы фазы, как разность между заданным моментом и моментом, развиваемым входящей в работу фазы двигателя

где М_З - заданное значение электромагнитного момента двигателя на следующем интервале.

Если момент выходящей из работы фазы меньше или равен нулю (блок 23), то транзисторный блок ТБ (блок 7) снимает напряжение с выходящей из работы фазы и подает на работающую (блок 29), определяют заданное значение тока работающей фазы по формуле (4) (блок 28)

где и _n - значение тока работающей фазы двигателя и угла поворота ротора двигателя в конце текущего интервала,

иначе определяют по формуле (3) заданное значение тока выходящей из работы фазы (блок 24)

где _n - значение тока выходящей из работы фазы и угла поворота ротора двигателя в конце текущего интервала;

_n+1 - значение тока выходящей из работы фазы и угла поворота ротора двигателя в конце следующего интервала.

После чего осуществляют подачу напряжения на входящую и выходящую из работы фазы (блок 25).

В блоках 26 и 30 проверяется достижение заданных значений токами выходящей, входящей и работающей фазами соответственно и, в случае достижения, ТБ (блок 7) снимает напряжение с входящей или работающей фазы и подает отрицательное напряжение на выходящую фазу (блок 27). В блоке 31 значение "n" увеличивается на единицу, и осуществляется выход из подпрограммы (блок 32).

В начале каждого из m интервалов подают напряжение питания на выходящую из работы фазу двигателя и снимают при достижении током этой фазы заданного значения, причем при достижении или превышении или значения М_З напряжение питания на выходящую из работы фазу двигателя не подают, а на входящую в работу фазу двигателя в начале текущего интервала подают питающее напряжение и снимают при достижении током фазы значения I _{max вх}=const.

Величина "m" (количество интервалов повторения вычислений) ограничена сверху быстродействием процессора.

Быстродействие современных микропроцессорных контроллеров позволяет реализовать значения m>200 при максимальной скорости вращения ротора, что обеспечивает необходимую точность регулирования тока индукторного двигателя.

Пульсации момента тягового трехфазного реактивного индукторного двигателя снижены при реализации заявляемого способа управления с 15% до 1% за счет формирования фазных токов входящей и выходящей в работу фаз таким образом, чтобы сумма моментов развиваемых этими фазами была постоянной и равна моменту индукторного двигателя, задаваемого директивно или регулятором скорости.