Способ компенсации пульсаций вращающего момента вентильного электродвигателя

(21) 41 (22)7 (46) 15 (7) Вс ский иь (72) Р. (53) 62 (56) Ве менение елью изобретени шение.пульсаций двигателя (ВД),являетсяомепта вентильасширение обкже улучшение умен ного 1 енения, а ас вательоения в пр став раис Под ред порт, 1СопГ ппсопд . Вцепа 7 1977, с СеЕа 1 се гас,54) СПОСОБРАШАЮШЕ ГО ТРОДВИГАТЕ 57) Изобре ехнике, аашинам раз абсте их о КОМПЕОМЕНТЯение САЦИИ ПУЛЪСАЦИ ВЕНТИЛЬНОГОносится к элек именно ичног прео к электрическим назначения при разователей частИзобретехнике,электриченазначенираэовател ЭМП ВД ние относитс электрон их от преобо поперечн грамма т устройстЭлект деляется астоть является уменьта вентильногорасширение также улучше- массогабаритлью и обретения аций моме ателя (ВД ение пулектродбласти именения, аических иелей ВД.приведенражающих вии тока воеского пре(4 РЕ +-14 РЕ) ь ие эне ых показа На фиг,рамма изогд а ве ая диаД при екторовзбуждениобра зова ован г нич ктром ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬ 1 ТИПРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗОБ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 46937/24-07.05.89, Бюл. Ф 8есоюзный научно-исследститут электромашиностК. Евсеев и А,С. Сазон.313,292(088.8)нтильные двигатели и ина электроподвижном сБ.Н. Тихменева. М.:976, с. 18 2,Рес. Рар. 1 ЕЕЕ 1 ав 1 пРозг СопЕег. СопГ.1 зта, Г 1 а,977, Меч Уо320-326,нкретно к регулируемымим машинам различного энергетических и массогабаритных по -казателей ВД. Способ осуществляетсяследующим образом. Определяют величину и фазу основной составляющейвектора результирующего потокосцепления и вычисляют требуемую величинупеременной составляющей потокосцепления возбуждения и пропорциональ -ную ей переменную составляющую токавозбуждения из условий обеспеченияпостоянства значения проекции вектора результирующего потокосцепленияна направление, ортогональное вектору тока якоря, равного среднемузначению для заданного момента нагрузки. Приводятся варианты способа,отличающиеся характером регулирования тока возбуждения. 6 з.п .ф-лы,5 ил,по предельной оси, на то же, по поперечной оси, 3 - то же, по продольйой и ой осям; на фиг. 4 - диаоков и ЭДС ЭМП ВД; на фиг.5 - во для осуществления способа ромагнитный момент ВД опреиз соотношения; аф 4 арЙ 4 проекция основной соРЯтавляющей вектора резуль т ирующе г о п о токосцепления на ось Я, 148004530 тогональную направлению вектора тока якоряЭМП (ось у ), и еепостоянная и переменная5составляющие.Согласно выражению (1) момент ВД пропорционален модулю вектора тока якоря и проекции основной составляющей вектора результирующего потокосцепления, создающего поток в зазоре, на направление, ортогональное вектору тока якоря.Пульсациитока и момента ВД обусловлены в общем случае измене нием взаимного расположения магнит - ных осей обмотки якоря и индуктора на межкоммутационном интервале и дискретным переклгочением секций обмотки якоря на коммутационном интервале, вызывающим скачкообразное изменение взаимного расположения магнитных осей обмоток якоря и возбуждения, что сопровождается наведением в обмотке якоря модуляционных сос тавляющих ЭДС вращения и трансформации. При этом векторы тока якоря и результируощего потокосцепления содержат постоянные составляощие, соответствующие амплитудам первых гармоник, и переменные составляющие, соответствующие высшим временным и пространственным гармоникам. Рассмотрение механизма возникновения модуляционных составляющих ЭДС показывает, что их появление связано, в первую очередь, с переменной составляющей тока якоря, обусловленной несоответствием формы питающего напряжения форме выпрямленной противо- ЭДС ЭМП ВД.Пусть, например, к обмотке якоря ВД приложено напряжение прямоугольной формы. Для того, чтобы отсутствовали переменная составляющая тока якоря и связанные с ней модуляцибнные составляющие ЭДС, необходимо, чтобы форма "выпрямленной" противо- ЭДС ВД была также прямоугольной, При этом пульсации момента ВД также будут отсутствовать .Следовательно, для подавления пульсаций тока и момента ВД необходимо формировать овыпрямленную( противо- ЭДС ВД так чтобы исключить условия появления переменной составляющей вектора тока якоря.Предлагаемый способ компенсации пульсаций така и момента ВД сснован на искусственном формировании формыпротиво-ЭДС ЭМП (при синусоидальномраспределении магнитной индукции)путем регулирования поля возбуждения так, чтобы исключить появлениепеременной составляющей вектора тока якоря, и сводится к непрерывномуслежению за изменениями проекциивектора результирующего потокосцепления на ось, ортогональную векторутока якоря, и к поддержанию ее величины неизменной на заданном уровне и равной ее среднему значению длякаждого заданного момента нагрузкипутем регулирования поля возбуждения, т.е. вводится обратная связьпо переменной составляющей проекциивектора результиругощего потокосцепления: Мр = Ч,Р = +( (2)где- среднее значение проекцииосновной составляющей вектора результирующего потокосцепления на ось Е.Покажем, что условие поддержанияпостоянства проекции вектора резуль;(тирующего потокосцепления ч(д является достаточным для исключения пуль -саций тока и момента ВД.Так, например, при работе коммутатора ВД в режиме инвертора токапеременная составляющая вектора токаякоря отсутствует и пульсации момента ВД обусловлены изменением проекцииосновной составлягощей вектора результирующего потокосцепления (л(,р, Следовательно, поддержание проекции указанного вектора на заданном уровнесогласно выражениюприводит кисключению пульсаций момента ВД,В случае работы коммутатора ВД врежиме инвертора напряжения к двумфазам ЭМП приложено постоянное напряжение. При этом поддержание постоянства проекции основной составляющейвектора результирующего потокосцеп -ления( обусловливает постоянствовыпрямленной противо-ЭДС ЭМП, чтоопределяет неизменную величину модуля вектора тока якоря, а значит согласно выражению (1) и момента ВД.Указанные вьшге условия справедливы как для межкоглмутационного, таки коммутационного интервалов работыВД,Таким образом, для подавления пуль -саций вращающего момента ВД достаточ1480045 ду = д,(5) где а - проекция переменной составляющей вектора потокосцепления возбуждения наось Е 30/гдеЧЕ о 5ным является выполнение условия (2), для ч ег о не обходим о оп ределить в еличину и фазу основной составляющей вектора результирующего потокосцепле - ния М и вычислить требуемую величину переменной составляющей потокосцепления возбуждения аи пропорциональную ей переменную составляющую тока возбужденияд из условия обеспечения постоянного значения проекции вектора результирующего потоко/сцепления с на направление, ортого - нальное вектору тока якоря, равное ее среднему, значению для заданного момента нагрузки, при этом(4)Откуда Аналогичного результата можно достичь при поддержании проекции вектора полного потокосцепления неизменной на заданном уровне и равной ее среднему. значению для каждого заданного момента нагрузки путем регулирования поля возбуждения: проекция вектора полного потокосцепленияна ось Е, среднеезначение проекцииосновной составляющей вектора полногопотокосцепления,наось Е и ее постоянРассмотрим выполнение условия (5)при регулировании тоха возбуждения по продольной оси. Необходимая переменная составляющая потокосцепления возбуждения определяется из векторной диаграммы.(фиг, ), построенной для изображающих векторов токов и потокосцеплений при протекании тока в фазах а, Ъ, угол опережения относительно ЭДС холостого хода 3. =30 эл.град., угол опережения относительно напряжения р = 15 эл.град.и угол коммутатции= 0 (принуди тельная коммутация) . Из векторнойдиаграммы видно, что для компенсации пульсаций момента ВД необходимо, чтобы конец вектора результирующего потокосцепления по мере вращения ин дуктора двигался по прямой, совпадающей по направлению с вектором тока якоря и отсекающей на оси Е значение потокосцепления= уПриЬэтом имеем У,1 ц= д,рЕ /соя Я, (8) егде= ,рГсоя( - 7/6 - р) -- 3/7 соя р- Р /6- Д л- пе реоменная составляющая вектора потокосцепления возбуждения по оси Й;11, - углы опережения включенияпри нагрузке и холостом ЗБ ходе,текущии угол поворота.При регулировании тока возбуждения по поперечной оси о необходимый закон изменения потокосцеплениявозбуждения по оси ц определяется( 7)Итак, условия (2) и (5) являются основными при подавлении пульсаций момента ВД.Условие (5) можно выполнить путем регулирования тока возбуждения ЭМП по продольной оси с 1, по поперечной оси о или по продольной и поперечной осям одновременно.(1 О) (11)- д соя ",50 у = 1 япгч= У 8Использование возбуждения ЭМП подвум осям дает возможность наряду сподавлением пульсаций момента дополб 5 нительно улучшить энергетические имассогабаритные показатели ВД за счетисключения составляющих потокосцеплений, связанных с реактивной мощностью ЭИП. При этом регулирование по 1480045токосцеплений возбуждения необходимопроизводить по следующим соотношениям (фиг . 3) ФУ = - ,рв соя- й р я 1 п (12) 5Й, = д /я в 1 п- /у соя(13) а также+ 3/Г( сов 1 - переменная составляющая проекции ос новной составляющей вектора результирующего потокосцепления на направление р вектора тока якоря;= ,язеп(- /6 -Р ) - проекция основной составляющей вектора результирующего потокосцепления нанаправление вектора тока.якоря. 25В последних двух способах регулирования потокосцепления возбуждения по двум осям происходит поддержание вектора результирующего потокосцепления в первом случае равным по амплитуде и фазе постоянной составляю - щей вектора результирующего потокосцепления, а во втором случае ортогональным вектору тока якоря и равным проекции постоянной состав 35 ляющей вектора результирующего пото-. косцепленияИтак, регулирование потока возбуждения в двух осях позволяет наиболее полно компенсировать пульсации момента ВД, а также улучшить массо- габаритные и энергетические показатели ВД.Регулирование потока возбуждения по оси Й является наиболее простым и по условиям компенсации пульсаций момента не уступает случаю регулирования потока возбуждения в двух осях, однако такое регулирование сопряжено с дополнительным потреблением реактивной мощности. С точки зрения потребления реактивной мощности регулирование потока возбуждения по ос.и Ч обладает определенными преимуществами, однако регулирование потока возбуждения по поперечной оси не позволяет полностью компенсировать пульсации момента ВД (при регулировании потока по поперечной оси имеется ограничение в регулировании минимума потока возбуждения),Для пояснения, способа на фиг. 5приведена схема устройства для егоосуществления,Устройство содержит генератор 1постоянного тока с регулятором 2возбуждения, электромеханический преобразователь (ЭМП) 3, обмотка якорякоторого связана с выходом инвертора4 через трансформатор 5 тока, систему 6 управления (СУ), датчик 7 углового положения ротора (ДПР) ЭМП 3с дополнительной продольной, обмоткойвозбуждения, вычислительное устройство 8, усилитель 9 тока возбуждения, датчики 1 О, 11 тока регулируемого и нерегулируемого возбужденияпо продольной оси ЭМП 3 .Регулирование частоты вращенияЭМН 3 производится изменением амплитуды напряжения генераторас помощью регулятора 2 возбуждения генератора 1 . Напряжение генератора 1 подается на обмотку якоря ЭМП 3 черезинвертор 4, управляемьй от датчика 7углового положения ротора (ДПР), выполненного в виде синусно-косинусноговращающегося трансформатора, В зависимости от величины сигнала управления Б угла опережения включениясигналы ДПР 7 сдвигаются по фазе иподаются на вычислительное устройство8, а также используются для формирования импульсов управления инвертором 4. По сигналам ДПР 7. (ядп 7, сояС)фазным токам ЭМП 3, а также токам регулируемого и нерегулируемого возбуждения ЭМП 3 с помощью вычислительногоустройства 8 известными способами определяются проекция основной составляющей вектора результирующего потокосцепления, ее переменная и постоянная составляющие и выделяется сигналуправления возбуждением, равныйа= М/сов ", который поступаетна дополнительную продольную обмоткувозбуждения через усилитель 9 возбужден ия . На фиг. 4 а-г приведена временная диаграмма токов и ЭДС ВД без регулирования полн возбуждения, на фиг,4 дж - при регулировании возбуждения по схеме фиг. 5.Продольньй и поперечньй токипри мгновенной коммутации изменяются по известным соотношениям:(17)5 25 Формула изобретения 1. Способ компенсации пульсаций вращающего момента вентильного электродвигателя путем регулирования тока возбуждения в функции тока якоря, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения пульсаций могде 1 С 1- эквивалентный выпрямленныйток ВД, 0(7/3.Из диаграммы (фиг. 4) видно, что ЭДС ЭМП ВД в межкоммутационный период изменяется по линейному закону, скачкообразно меняясь во время ком 10 мутации. При этом Форма фазного то- ка - прямоугольная без пульсаций с длительностью 2 Г/3 эл.град.Следует заметить, что такая же форма ЭДС и токов получается при15 регулировании тока возбуждения по поперечной оси и в двух осях, когда компенсируется лишь активная часть переменной составляющей проекции основной составляющей вектора ре 20 зультирующего нотокосцепленияПри регулировании потока возбуждения в двух осях и компенсации составляющих потокосцеплений, св язанных с реактивной мощностью, формы ЭДС и токов ЭЯП ВД - прямоугольные длительности 2 К/3 эл,град.Способы компенсаций пульсаций момента ВД могут быть применены для ВД30 с различным способом возбуждения (независимое, магнитоэлектрическое и т.д.), при которых необходимо иметь дополнительные обмотки по продольной и/или по поперечной осям. При этом ЭМ ВД целесообразно выполнять без демпферных обмоток. Коммутатор ВД может быть выполнен как с естественной, так и с искусственной коммутацией силовых ключей.Преимущество способа по сравнению с известными заключается в возможности создания ВД с уменьшенными пульсациями электромагнитного момента,т.е. улучшенными виброакустическими показателями и диапазоном .регулирования частоты вращения.Кроме того, улучшаются также энергетические характеристики ВД, уменьшается масса установленного оборудования за счет исключения дросселя. мента и расширения области применения, определяют величину и фазуосновной составляющей вектора результирующего потокосцепления и вычисляют требуемую величину переменной составляющей потокосцеплениявозбуждения и пропорциональную ейпеременную составляющую тока возбуждения из условия обеспечения постоянного значения проекции векторарезультирующего потокосцейления нанаправление, ортогональное векторутока якоря, равного ее среднему значению для заданного момента нагрузки.2. Способ поп. 1, о тл ич аю щ и й с я тем, что регулируют токвозбуждения по продольной оси,3. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что регулируют токвозбуждения по поперечной оси.4. Способ по п. 1, о. т л и ч а ющ и й с я тем, что регулируют токвозбуждения по продольной и поперечной осям.5. Способ по и. 4, о т л и ч а ющ и й с я тем, что ток возбужденияпо продольной оси регулируют в функ. -ции проекции активной части переменной составляющей вектора результирующего потокосцепления на продольнуюось, а по поперечной оси - в функции,проекции активной части того же вектора на поперечную ось .6. Способ по и. 4, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью улучшения энергетических и массогабаритныхпоказателей, ток возбуждения по продольной оси регулируют в Функциипроекции переменной составляющей вектора результирующего потокосцепленияна продольную ось, а по поперечнойоси - в функции проекции того же вектора на поперечную ось,7. Способ по п. 4, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью улучшения энергетических и массогабаритных показателей, ток возбуждения по продольной оси регулируют в функции суммы проекций активной части переменной составляющей и реактивной части основной составляющей вектора результирующего потокосцепления на продольную ось, а по поперечной оси - в функции суммы проекций активной части переменной составляющей и реактивной части основной составляющей того же вектора на поперечную ось . .1480045 Составитель А. СанталовРедактор О. Спесивых Техред И.Дидык КоРРектоР И, Му оизводственно-издательский комбинат "Па Ужгород, ул. Гагарина, 101 аказ 2553/52 Тираж 647 Подписное НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5