Устройство для определения углового положения ротора вентильного двигателя

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(ИМ. Кп. Н 02 К 29/00 с присоединением заявки Нов Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(088.8) Дата опубликования описания 070383 В,Н, Десятнюк, Д.И. Родькин и В.О. ЗахаровКриворожский ордена Трудового КрасноГо Знамени, , )горнорудный институт 1Ъ(71) Заявитель м(54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА ВЕНТИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания систем управления вен-. тильными двигателями беэ обратной связи по положению, т.е. беэ датчика 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.мащины 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 положения ротора. Кроме того, устройство содераит 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 полоаения 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, снимает быстродействие устройства и точность определения углового положе ния ротора.10032 б 1, Кроме того, наличие дискового датчика, связанного с валом ротора машины, снижает надежность работы 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). вторым входам датчиков ЭДС и нелинейного преобразователя.На фиг. 1 изображена блок-схемаустройства для определения угловогоположения ротора вентильного двигателя; на фиг, 2 - векторная диаграмма ЭДС вентильного двигателя.Устройство для определения углового положения ротора вентильного двигателя содержит нуль-орган 1, входа 10 ми подключенный к системе управленияинвертором (СУИ) и к датчику выпрямленного тока (ДВТ.), датчики 2 ЭДС,подключенные к соответствующим фазамА, В и С якорной обмотки синхронной15 машины и к выходу нуль-органа 1, выходы датчиков 2 ЭДС подключены к вычислительному устройству 3 и трехфазному мостовому выпрямителю 4,эадатчик точки отсчета положенияротора 5, подключенный к третьемувходу сумматора б, второй вход которого подсоединен к выходу вычислительного устройства 3, соединенного однимиэ 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 квыпрямителю 4, а выход - к функциональному преобразователю 11, выходомподключенного к третьему входу сумматора б, выход которого соединенс указателем углового положения ротора 12,Устройство для определения углового положения ротора вентильного40 двигателя предназначено для контро."ля положения ротора при работе двигателя в диапазоне низких частот вращения (до.10 номинальной), т.е. взоне искусственной коммутации венти 45 лей инвертора. Особенность устройства заключается в дискретном режи:ме его работы, при котором производство необходимых измерений по определению углового положения ротора про 50 изводится в моменты бестоковых паузв звене постоянного тока.Устройство работает следующимобразом.Непосредственно перед пускомдвигателя, после его возбуждения,производится установка ротора в исходное положение, при котором продольная ось полюсов ротора совпадает с точкой отсчета его углового60 положения. установка ротора в исходное положение производится подачейуправляющего импульса на вентиливыпрямителя,и на выбранную нарувентилей инвертора. После успокое 65 ния ротора дается команда на фПуск".двигателя и ротор начинает разворачиваться. После прохождения рбторомпервого тактового интервала в моментперекоммутации якорных обмоток синхронной машины, работающей в режимеискусственной коммутации вентилейинвертора напряжением выпрямителя,когда .ток в звене постоянного токастановится равным нулю и отсутствует управляющий импульс от СУЙ, сраба.тывает 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 15двигателя, поступает с датчиков ЭДСна входы вычислительного устройства3 и трехфазного выпрямителя 4.Вычислительное устройство 4 посигналам, поступающим от РИ и СУИ, 20производит выбор фазы якорной обмотки относительно которой определяется положение ротора и направлениетока в ней. Затем, в соответствиес выбранной фазой (например, фаза А 25(Фиг. 2), устройство 3 производитвычисление значения угла(для фазы А) между осью этой фазы и вектором результирующей ЭДС Ц (Фиг. 2),наведенной в якорной обмотке машиныполем вращающегося ротора. Вычисление значения угла (для фазы А) вустройстве 3 производится по следующему алгоритмуБ(О- О,)35щ осч -- 0-,д ъ сгде ОА, О) и Ос - модули векторовЭДС, наведенных в соответствующихфазах А, В и С якорной обмотки машины. 40Сигнал, пропорциональный значению углас выхода вычислительногоустройства 3 поступает на второйвход сумматора б.Одновременно с датчиками ЭДС 45вступает 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 магнитногопотока двигателя в момент определения углового положения ротора. Онпоступает на вход дифференциатора 8, 55служащего для определения изменениявеличины магнитного потока двигателя эа время измерения углового положения ротора. Продифференцированныйсигнал с выхода 8 поступает на вход 60пропорционального преобразователя 9,где он преобразуется в сигнал, пропорциональный модулю вектора ЭДСО, (совпадающего по направлениюс .прОдольнОй Осью пОлюсОв ро ора . 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 О,), пропорциональный модулю результирующего вектора ЭДС, наво-димой в якорных обмотках машины.Значение модуля Щ полу тается в результате выпрямления 4-х сигналов, поступающих от датчиков 2 ЭДС.Результирующий сигнал Щ /Од 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/ Одагссовв,пропорциональный значению угла меж" ду 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 сигнал.Ю= ч- Фпропорциональный 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 1 хода двигателя. А точка пересечения ,линейных ЭДС холостого хода двигателя сдвинута относительно оси его 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 Р, С задатчика 5 сигнал, пропорциональный значению угла 796, поступает на третий вход сумматора б. В результате на выходе сумматора б получается скорректированный сигнал углового положения ротора относительно выбранной фазы якоря" =Ч-Ть 6.Сигнал с:.выхода сумматора б поступает на вход указателя углового положения ротора 12.Выходной сигнал с указателя углового положения ротора может быть заведен в систему программного упрар 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 пределахкоторых осуществляется искусственнаякоммутация вентилей инвертора,Применение устройства для определения углового положения ротора в вентильных двигателях с синхронными машинами без демпферных обмотоки производство этим устройством необходимых измерений в моменты безтоковых пауз в звене постоянного токавентильного двигателя снижают влияние реакции якоря на точность определения углового положения векторарезультирующей ЭДС машины, что,соответственно, повышает точностьопределения действительного положения ротора двигателя,Исключение иэ схемы устройствадля определения углового положенияротора дисковых датчиков, механически связанных с ротором двигателяповышает надежность работы устройства, по сравнению с базовым объектом в качестве которого принят прототип, а измерение параметров двигателя, требуемых для определенияуглового положения его ротора, безотключения обмоток машины от вентильного преобразователя повышаетбыстродействие устройства.,Также улучшаются условия эксплуатации вентильных двигателейс устройствами для определения углового положения ротора и расширяется область их применения. В частности, расширяется область применения вентильных двигателей для механизмов, где невозможна установкадатчиков положения, связанных с ротором двигателя, а также для механизмов, работающих в сложных усло- .виях эксплуатации 1 влажность, эапыпенность, вибрация и т.п.), гденадежность работы датчиков положения, связанных с ротором двигателя,низкая.о.мула изобретенияУстройство 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 возбужде" ния, датчики ЭДС и сумматор, соединенный одним входом с функциональным преобразователем, выходной сигналкоторого пропорционален арккосинусувходного, а выходом - с 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 пропорционалензначению угла между вектором реэультирующей ЭДС, наведенной полем вращающегося ротора, и осью одной из фазных обмоток якоря, трехфазный мостовой выпрямитель, задатчик точки отсчета положения ротора и нуль-орган,причем вход цепи из последовательносоединенных элементов подключен к датчику тока возбуждения, а выход - кФункциональному преобразователю,второй вход блока деления подключенчерез трехфазный мостовой выпрямитель к датчикам ЭДС, которые такжепсцключены к трем соответствующимвходам вычислительного устройства,четвертый вход которого подсоединен к распределителю импульсов, авыход - к второму входу сумматора,третий вход которого соединен сэадатчиком точки отсчета положенияротора, кроме того, два входа нульоргана подключены соответственнок датчику выпрямленного тока и квыходу системы управления инвертором, а выход нуль-органа подсоединен к вторым входам датчиков ЭДСи нелинейного преобразователя,Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Электропривод и автоматизацияпромышленных установок. Т. 4, -А.М.Мейстель,К,И.НауМыЧева. Электропривод с вентильными двигателями,ВИНИТИ, М., 1974 с. 97-103.2. Патент ФРГ 9 2353594,кл, Н 02 Р 7/б 2, 1975.1003261 Составитель А. СапталовКинив Техред А.Ач Корректор И. Шулл Редакто илиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 1583/41 Тираж 685 ВНИИПИ Государственного по делам изобретены 113035, Москва, Ж; РаПодписное митета СССР открытий кая наб., д. 4/5