CN88100823A - 马达控制系统 - Google Patents

Abstract

设置有速度或磁通置调节装置的马达的控制系统，使马达的速度或场磁通的反馈调节与参考速度或考虑磁通量相一致，控制系统设有的速度调节装置还包括一速率限制电路和有效地起着限制电路作用的换向电路，使之运转得相同于以参考值作参考速度调节装置响应运转条件。控制系统设置有的磁通调节装置还包括一等磁滞过滤器和有效地起着一等磁滞过滤器作用的换向电路，使之运转得相同于以考虑值作参考的磁通是调节装置响应的运转条件。

Description

本发明涉及到用于装设有速度或磁通量调节装置的马达的控制系统，根据参考速度或参考磁通量分别对马达的速度或场通量进行反馈调节。

图1是可改变调节速度的马达的通常的控制系统的电路简图。参看图1的控制系统，把具有可变频率和可变电压的一交流电压通过整流器10，直流电抗器11和换流器12施加到同步马达（SM）13，以及通过频率变换器15，直流励磁器16和旋转整流器17把场电流施加于同步马达13的场绕组14上，这样就组成了无刷的励磁机构。由电压检测器18和速度检测器（SS）19分别测定出同步马达13的电压V和速度ω以及把检测出的信号引入到控制电路。由速度控制电路21把参考电枢电流I^＊ _a加以调节，以使由速度设定器20所设定的参考速度ω^＊和由速度检测器19所检测出的反馈速度之间的偏差为零，在整流10的交流侧上由电流检测器22检测出同步马达13的电枢电流Ia并控制到使与由电枢电流调节电路23所给出的参考电枢电流I^＊ _a相一致。把同步马达13的速度调节到响应于电枢电流Ia。

电压V用于得到场通量φ的反馈值，φ＝f（V/ω），通过操作元件24使与由速度检测器19所测得的速度W相一致。为了使参考磁通φ^＊和场磁通量φ之间的偏差为0，参考磁通量φ^＊是由磁通量设定器25所设定，和参考场电流I^＊ _f是由磁通量控制电路26所形成的。在频率变换器15的初级侧上由电流检测器27检定场电流I_f，以及通过场电流控制电路28和频率变换器15来调节反馈以使之与参考场电流I^＊ _f相一致。根据上述的场电流调节方式，同步马达13的磁通量得以控制。

在图1所显示出的以及上面所叙述的控制系统的特征是基于如下前题，即系统的控制电路是从同步马达13停止时间始其运转的，因此，控制系统给出如下的问题，即假设控制电路的运转不得不在同步马达13驱动条件下开始，例如，设瞬时发生停电然后最初的工作状态得以回复。

参看图2到5问题将被解释，图2和图3是瞬时停电后回复时电枢电流控制系统行为的说明，以及图4和图5同时也是磁通量控制系统行为的说明。

参看图2，设想瞬时停电发生在图2中时间图中的a点处和停电后回复在图中的b点时间处，实际速度ω和参考速度ω^＊之间差别变大，这是因为参考速度ω^＊直接变为零，而速度ω根据旋转件的惯性和其负荷力矩逐渐地减少。因此，在停电后回复时间，b点处，参考电枢电流是I^＊ _a速度控制电路21的输出迅速增加。同时，响应于马达的时间常数在时间a时场通量φ降低，向响应于此降低，换流器12的换向电枢电流Ia也减少，从而，正像在图2中所示的当在减少了磁通量的时间间隔里过多量的电枢电流流通时，换流器12就不能变换电流流动的方向。

为了避免这样的缺陷，在常规技术中，速度控制系统被操纵得在图3中的时间点c处时起动速度调节器，在该点，磁通量φ回复到实际上相等于正好在瞬时停电之前的磁通量。

正如以上所述，根据常规技术，在瞬时停电时间b和电枢电流控制的实际运转起动时间c之间有一个相当长的调节时间损失。这就形成了很大的问题。

参看图4，当参考场电流I^＊ _f开始上升到在时间a时响应于参考磁通量φ^＊的上升时，场通量φ也随之上升到参考场电流I^＊ _f，在时间b时磁通量φ达到参考磁通量φ^＊，但是在控制系统中发生了超调量，在该控制系统中进行着比例一积分调节操作。该超调量的大小是基于马达电压从零值上升的分步响应，从而该量值变得相当大及同步马达13的电压变得过分大而因此有危险。特别地，假如采用无刷励磁器，通过场绕组14的场电流I_f流过在电路模式中的旋转整流器17而不管场电流I_f的迅速扼流，最后，由于交流励磁器16的最初的电压控制而场电流控制变得不可能。这会引起同步马达13的过分大的电压的进一步的增加。

为了避免上面所述的缺陷，这里设想了一个方法，其中在控制电路操作起动时参考磁通量φ^＊逐渐增加。但这种解决方法中，在发生瞬时停电的情况时将会发生一个问题。

参看图5，在该连结中，设想在时间c点发生瞬时停电，并在时间d点停电得以回复，这样，场控制在时间c时停止，而在时间d的场控制再一次起动参考磁通φ^＊逐步地在时间d时从零值上升。其时，实际场磁通φ根据马达的时间常数从时间c起逐步地降低，但是在时间d时场磁通φ还没有降低到零。因此，磁通量控制电路22的输出，即为参考场电流I^＊ _f，被维持到低于零的有限值。参考场电流I^＊ _f在时间e点时取一正的值，这是考虑到这样的事实，即参考通量φ^＊逐步地增加及实际场通量φ逐步地降低，以及而后磁通量控制电路22产生输出。如上所述，不管瞬时停电在时间d得以回复的事实，实际场的控制是从时间e起始的，因此产生了时间d和e之间的长时间的调节损失。如此长的调节时间损失的发生对于具有可改变速度的驱动装置，例如用在发电厂或发电站是非常不便的，在这里一般要求在发生瞬时停电后很快回复到稳定的运转状态。

本发明的目的是消除先有技术所遇到的缺点和缺陷，并提供一个在瞬时停电后回复时间时快速地和安全地实现系统正常调节条件的用于马达的控制系统。

本发明的另一个目的是在瞬时停电后回复到控制系统能安全和有效地的运转时，当速度控制系统开关从“OFF“（关）”到“ON（开）”状态时提供一个不会使换流器的换向失效而在短时间内能使马达速度上升的马达控制系统。

本发明的再一个目的是在瞬时停电后回复到控制系统能安全和有效地的运转时，当磁通控制系统从“OFF（关）”状态到“ON”状态加载时提供一个能使得马达电压在短时间内上升的同步马达的控制系统而不会引起同步马达的过压。

一方面，根据本发明所提供的马达控制系统，这些和其他的目的之所以能达到，它设有速度调节装置，用于进行同步马达速度的反馈调节，使之与参考速度相一致，控制系统进一步包括有速率限定装置，它安排在速度调节装置的参考速度的输入侧，转向装置有效地连结到速率限定装置上它在控制系统速度调节功能停止时把马达速度的反馈值和控制系统正常运转时把速度设定器所设定的值，作为参考速度输送到速率限定装置的输入侧而进行换向操作;一限定装置有效地连结到换向装置上并用来改变电枢的参考电流的限定值而与马达的场通量之值相一致。

根据以上所述的控制系统的特征，只有设当过度调节模式中根据参考速度控制电路系统一旦做出“OFF”时速率限定装置才能是有效的，而事实上在控制系统正常运转期间它是无效的，电枢电流限制到与场通量之值相一致。因此，当速度调节装置从“OFF”状态到“ON”状态改变时，速度的上升能在短时间内获得而不引起换流器的换向的失效，从而能使马达安全和有效地运转。

另一方面，根据本发明所提供的用于同步马达的控制系统上面涉及的和其它的能达到的目的，它装设有磁通量调节装置，用于对同步马达场通量进行反馈调节使与参考磁通量相一致，控制系统进一步包括有一等（first-order）磁滞过滤器，安置在磁通量调节装置的参考磁通的输入侧，以及一换向装置有效地连结到一等磁滞过滤器上，用于在磁通量调节功能停止时把场通量的反馈值及控制系统的正常运转期间把磁通量设定器所设定的值作为参考磁通量传输到一等磁滞过滤器的输入端而进行换向操作。

根据以上直接所述确控制系统的特征，一等磁滞过滤器只有在与磁通量控制即电压控制的参考磁通量有关的电压升高时才有效，而在实际上在控制系统正常运转期间是无效的。因此，当磁场调节系统从“OFF”状态变化到“ON”状态时，电压的上升能在短时间内达到而不引起同步马达的过压，从而能使控制系统安全和有效地的运转。

本发明的最佳实施例将参照附图在下面详细地进一步说明。

在附图中。

图1是代表传统型的同步马达的控制系统的框图。

图2和图3在图1上控制系统中瞬时停电后回复期间速度调节装置的行为的时间说明图。

图4和5是在图1上控制系统瞬时停电后回复期间磁通量调节装置行为的说明时间图。

图6是根据本发明代表控制系统的第一实施例的方框图。

图7是瞬时停电期间图6所示的控制系统的运转的说明时间图。

图8是根据本发明控制系统的第二实施例的方框图。

图9是瞬时停电期间图8所示的控制系统的运转的说明时间图。

图10是代表图8中所示的控制系统的一个最佳修正的方框图。

图6是表示本发明是用于速度调节装置时代表第一实施例的电路图，它包括作为基本结构的图1中所示的电路结构，以及进一步还包括与基本结构有联系的，换向电路30，速率限定电路31，电流限制电路32，以及一个“与”AND门电路33。

速率限定电路31被安排在速度调节电路21的参考速度的输入侧。换向电路30有效地连结到速率限定电路31上，当参考速度通过速率限定电路31而进入到速度调节电路21执行转向操作以传输在控制系统正常运转期间从速度设定器20来的参考速度ω^＊，以及在控制系统停止时从速度检测器19来的速度ω的反馈值。换向电路31是由来自“与”门电路33的输出为“1”来激励的。到“与”门33的第一输入端的是来自外部元件的输入操作指令，没有示出，以及到第二输入端的是输入一个代表作为停电信号相反信号的不停电的信号。电流限制电路32是用来限制在预定值范围之内响应场通量φ的参考电枢电流I^＊ _a。

图6中所示的电路装置的操作将参照图7在下面加以说明，图7示出了设在时间a发生瞬态停电及在时间b得以回复的时间看。参看图7，在时间a同步马达13的速度ω和场磁通量φ的反馈值两者逐步降少，同时在瞬时停电期间系统的调节功能不起作用所参考速度ω^＊通过换向电路30的工作而维持着与速度ω的反馈值相同之值。在时间b调节功能的回复中，换向电路30开向速度设定器20一侧，因此，基于速度设定器20的设定参考值，参考速度ω^＊随着由速率限定电路31的特性所确定的上升状态而逐步增加，并且最后达到速度设定器20所设定之值。即从时间b起参考速度ω^＊不是以阶梯方式变化，而是逐步变化，消除了过量参考电流I^＊的必要性，随着速度ω的反馈值，更为重要的是因为参考电极电流I^＊ _a是以响应场磁通φ之值而受限制，因此不担心换向失效。

如上所述，根据本发明，由于磁通量的降少被消除以及控制产生参考电流I^＊ _a的起始所用的时间损失上的不方便实际上得以消除，从而速度能很快上升而使换向失效使马达安全和有效地运转。

在第一实施例中操作控制电路单元也可由一个计算机的软件来实现。

图8是代表第二实施例中设想的本发明采用一磁通量调节装置的电路图。该调节装置包括作为基本结构在图1中所示的电路结构及进而包括，与基本结构相联结的一个一等磁滞过滤器40，一个换向电路41，以及一个“与”门电路33。

一等磁滞过滤器40具有一个相对应于马达时间常数的时间常数并与磁通量调节电路26的参考磁通量输入级相连结。换向电路41执行换向工作，在磁通调节装置正常运转期间把来自磁通设定器25的参考磁通和在场调节装置停止期间把来自工作元件24的场通φ的反馈值作为参考磁通通过一等磁滞过滤器40传输到磁通量调节电路26。换向电路41执行着换向操作，它是响应参考图6中所说明的方式来自“与”门电路33所传输过来的输出信号。

图8中所示的表示控制系统的电路布置的运转在这里将参照图9加以叙述，图9表示在时间a发生瞬时停电和在时间b电源回复的时间图。场通φ的反馈值从时间a逐步减少，而在停电期间磁通调节装置没有获得调节功能，因而参考磁通量φ被维持得与换向电路41工作相一致的场通量φ的反馈值相同。

当磁通调节装置的调节功能在时间b上得以回复时，换向电路41开向磁通量设定器25一侧，因此，参考磁通量φ^＊随着基于磁通量设定器25的设定参考值而由一等磁滞过滤器40的特性确定而引起上升而逐渐增加的，并且最后达到磁通设定器25所设定的值。亦即，参考磁通φ^＊不是在磁通调节开始的时间b点起以阶梯形变化，而是逐步变化，因此无需过量的参考磁通φ^＊且无过压的担心。

如上所述，根据该实施例，由于参考磁通φ^＊不能很快降低以及由于磁通调节器的起动时用于产生参考磁通φ^＊所引起的不方便实际上能被消除，因而电压能在短时间内升高而不产生过压。这样完成了和有效的马达运转。

在最佳修正上，一个整流器34可如图10所示被应用而替代在图6和图8所示的控制系统中所用的频率变换器15，交流励磁器16和旋转整流器17。这种修改当然能实际上达到与图6和图8所示的控制系统所得到的效果相同的功能。

在该第二实施例中控制电路单元的操作也可以由计算机软件来实现。

Claims (9)

1、一种用于备有速度调节装置的马达(13)的控制系统，是在基于马达的参考速度之上，进行马达的驱动速度的反馈控制，包括：

安置在上述速度控制装置的参考速度的输入侧的速率限定装置(31)，并适于提供具有予定速率特性的上述参考速度；和

换向装置(30)有效地与上述速率限制装置相连接，并适于进行用于传输的换向操作，在控制系统正常操作期间将由速度设定器(20)设置的值以及在控制系统的速度控制功能停止时，马达驱动速度的反馈值传输到上述速率限定装置的输入侧作为参考速度。

2、根据权利要求1的控制系统进一步包括，根据电动马达的磁通量用于限制上述速度调节装置输出的装置（32）。

3、根据权利要求1的控制系统进一步包括，用于划分马达电压的操作装置（24），这是通过马达的速度来获得代表马达磁通量的变化的。

4、根据权利要求1的控制系统进一步包括一个与上述换向装置有效连接的“与”（AND）门装置（33），其中上述换向装置是由上述“与”（AND）门装置在不停电时刻响应外部操作指令时发出的输出信号驱动的。

5、用于备有磁通量调节装置的同步马达（13）的控制系统，用来根据参考磁通量进行同步马达的场通量的反馈调节，它包括安置置上述磁通量调节装置的参考通量的一个输入侧的一等磁滞过滤器（40），和与上述通量调节装置有效相联并适应于进行传输的换向操作的换向装置（41），该传输是将在控制系统正常操作期间由磁通量设定器设定的值，和在磁通量控制功能停止时上述场通量的反馈值传输到上述一等磁滞过滤器的输入侧。

6、根据权利要求5的控制系统，其中所述一等磁滞过滤器（40）具有相应于同步马达时间常数的时间常数。

7、根据权利要求5的控制系统进一步包括操作装置（24），该装置是用于以那里的速度来划分同步马达的电压以获得同步马达的场通量。

8、根据权利要求5的控制系统，进一步包括“与”门装置（33），它是有效地与上述换向装置（41）相连接的，其中上述换向装置是由从上述“与”门装置在没有停电时响应外部操作指令输出信号驱动的。

9、用于备有速度调节装置的同步马达（13）的控制系统是根据马达的参考速度进行同步马达的驱动速度的反馈控制，和磁通量调节装置，是用于根据的参考磁通量进行同步马达场通量的反馈控制，包括：

速率限定装置（31），布置在上述速度控制装置的参考速度的输入侧并适应于提供具有予定速率特性的上述参考速度;

第一换向装置（30）有效地与上述速率限定装置相连接并适应于进行用于传输的换向操作，是将在控制系统正常操作期间由速度设定器（20）设定的值和在控制系统的速度调节功能停止时的马达驱动速度的反馈值作为参考速度传输到上述速率限定装置的输入侧;

第一等磁滞过滤器（40）安置在上述磁通量调节装置的参考通量的输入侧;及

第二换向装置（41）有效地与上述磁通量调节装置相联并适于进行为传输的换向操作，是将在控制系统的正常运转期间由磁通量设定器设定的值和在磁通量调节功能停止时上述场通量的反馈值作为参考磁通量输入到上述一等磁通过滤器的一输入侧。

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