CS266615B1

CS266615B1 - A device for evaluating the starting position of a synchronous motor rotor

Info

Publication number: CS266615B1
Application number: CS88682A
Authority: CS
Inventors: Pavel Ing Brandstetter
Original assignee: Pavel Ing Brandstetter
Priority date: 1988-02-04
Filing date: 1988-02-04
Publication date: 1990-01-12
Also published as: CS68288A1

Abstract

Synchronní motor má regulační blok budicího proudu. Statorové vinutí je přes měřicí blok napojeno na výpočetní blok vektoru magnetického toku. Na synchronní motor je mechanicky připevněno inkrementální čidlo spojené s vyhodnocovacím blokem polohy rotoru. Frvní výstup výpočetního bloku je spojen s prvním vstupem diferenciálního zesilovače a vstupem druhého komparátoru a druhý výstup je spojen se čtvrtým komparátorem. První výstup vyhodnocovacího bloku je spojen s druhým vstupem diferenciálního zesilovače a s prvním komparátorem, druhý výstup s třetím komparátorem. Diferenciální zesilovač je přes pátý a šestý komparátor a třetí logický člen EX-OR spojen na první vstup prvního logického členu NAND, na jehož druhý vstup jsou přes první logický člen EX-OR připojeny první dva komparátory a na třetí vstup přes druhý logický člen EX-OR druhé dva komparátory. Výstup prvního logického členu NAND je spojen s prvním vstupem druhého logického členu NAND mající druhý vstup spojen s generátorem impulsů a výstup s vyhodnocovacím obvodem.The synchronous motor has an excitation current control block. The stator winding is connected to the magnetic flux vector calculation block via a measuring block. An incremental sensor connected to the rotor position evaluation block is mechanically attached to the synchronous motor. The first output of the calculation block is connected to the first input of the differential amplifier and the input of the second comparator, and the second output is connected to the fourth comparator. The first output of the evaluation block is connected to the second input of the differential amplifier and the first comparator, the second output to the third comparator. The differential amplifier is connected via the fifth and sixth comparators and the third logic element EX-OR to the first input of the first logic element NAND, to the second input of which the first two comparators are connected via the first logic element EX-OR, and to the third input via the second logic element EX-OR the second two comparators. The output of the first logic element NAND is connected to the first input of the second logic element NAND, having the second input connected to a pulse generator and the output to an evaluation circuit.

Description

Vynález se týká zařízení pro vyhodnocení počáteční polohy rotoru synchronního motoru během přechodného děje při nabuzování synchronního motoru.The invention relates to a device for evaluating the initial position of a rotor of a synchronous motor during a transient process when the synchronous motor is energized.

Pro zajištění spolehlivého rozběhu synchronního motoru je nutná informace o počáteční poloze rotoru synchronního motoru při prvním připojení řídicích obvodů regulační struktury rychlostí synchronního motoru s vektorově orientovaným řízením k napájecí síti. Počáteční polohu rotoru synchronního motoru je možné určit během přechodného děje při nabuzování synchronního motoru. Jestliže se odpojí statorové vinutí synchronního motoru od výstupu měniče frekvence, pak při připojení budicího napětí k budicímu vinutí lze naměřit na statorových svorkách indukovaná napětí, která vznikají v důsledku nárůstu budicího proudu v budicím vinutí motoru. Poněvadž statorový proud je nulový, musí osa rotoru synchronního motoru souhlasit s polohou vektoru magnetického toku synchronního motoru.To ensure a reliable start-up of the synchronous motor, information on the initial position of the synchronous motor rotor is required when the control circuits of the speed control structure of the synchronous motor with vector-oriented control are first connected to the supply network. The initial position of the synchronous motor rotor can be determined during a transient process when the synchronous motor is energized. If the stator winding of a synchronous motor is disconnected from the output of the frequency converter, then when the excitation voltage is connected to the excitation winding, the voltages induced at the stator terminals which occur due to an increase in excitation current in the excitation winding of the motor can be measured. Since the stator current is zero, the rotor axis of the synchronous motor must agree with the position of the magnetic flux vector of the synchronous motor.

Zařízení využívající uvedeného způsobu podle NSR patentu č. 2 353 594 sestává z taktovacího vysílače impulsů, který je spojen s modelovým blokem synchronního motoru a s budicím vinutím stroje. Indukované napětí jednotlivých fází jsou transformována pomocí bloku transformace souřadnic na dvě kolmé složky ve statorovém souřadnicovém systému. Modelový blok synchronního stroje vypočítává veličiny úměrné poloze vektoru statorových napětí v statorovém souřadnicovém systému. Z těchto veličin a z kolmých složek vektoru statorových napětí je v dalším výpočetním bloku získáno napětí úměrné rozdílu mezi skutečnou polohou rotoru stroje a vypočítávanou. Toto diferenční napětí řídí převodník napětí frekvence, jehož výstupní impulsy čítá vratný čítač, jenž tvoří základ bloku, jehož výstupní veličiny charakterizují polohu rotoru synchronního motoru. Nevýhodou uvedeného zařízení je jeho složitost.The device using said method according to NSR patent No. 2 353 594 consists of a clock pulse transmitter, which is connected to the model block of the synchronous motor and to the excitation winding of the machine. The induced voltages of the individual phases are transformed using a coordinate transformation block into two perpendicular components in the stator coordinate system. The model block of a synchronous machine calculates quantities proportional to the position of the stator stress vector in the stator coordinate system. From these quantities and from the perpendicular components of the stator stress vector, a voltage proportional to the difference between the actual position of the machine rotor and the calculated one is obtained in the next calculation block. This differential voltage is controlled by a frequency voltage converter, the output pulses of which are counted by a return counter, which forms the basis of a block, the output quantities of which characterize the position of the rotor of a synchronous motor. The disadvantage of this device is its complexity.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro vyhodnocení počáteční polohy rotoru synchronního motoru, k jehož budicímu vinutí je připojen regulační blok budicího proudu, kde součástí zařízení je výpočetní blok, podle vynálezu. Jeho podstatou je, že na synchronní motor je mechanicky připevněno inkrementální čidlo, spojené s vyhodnocovacím blokem polohy rotoru. Na statorové vinutí synchronního motoru je připojen měřicí blok, který je dále připojen ke vstupu výpočetního bloku vektoru magnetického toku. První výstup tohoto výpočetního bloku vektoru magnetického toku je spojen jednak s prvním vstupem diferenciálního zesilovače a jednak se vstupem druhého komparátorů. Druhý výstup výpočetního bloku vektoru magnetického toku je spojen se vstupem čtvrtého komparátorů. První výstup vyhodnocovacího bloku polohy vektoru je spojen s druhým vstupem diferenciálního zesilovače a se vstupem prvního komparátorů. Druhý výstup vyhodnocovacího bloku polohy vektoru je spojen se vstupem třetího komparátorů. Výstup diferenciálního zesilovače je spojen s prvními vstupy pátého a šestého komparátorů, na jejichž druhé vstupy je přiváděno stejnosměrné napětí odpovídající požadované přesnosti vyhodnocení polohy rotoru. Výstupy pátého a šestého komparátorů jsou přes třetí logický člen EX-OR připojeny na první vstup prvního logického členu NAND. Výstupy prvního a druhého komparátorů jsou přes první logický člen EX-OR připojeny na druhý vstup prvního logického členu NAND. Výstupy třetího a čtvrtého komparátorů jsou přes druhý logický člen EX-OR připojeny ke třetímu vstupu prvního logického členu NAND, jehož výstup je spojen s prvním vstupem druhého logického členu NAND. Na druhý vstup druhého logického členu NAND je připojen generátor impulsů. Výstup druhého logického členu NAND je spojen se vstupem vyhodnocovacího bloku polohy vektoru.The above-mentioned drawbacks are eliminated by a device for evaluating the initial position of the rotor of a synchronous motor, to the excitation winding of which an excitation current control block is connected, where a computing block according to the invention is a part of the device. Its essence is that an incremental sensor is mechanically attached to the synchronous motor, connected to the rotor position evaluation block. A measuring block is connected to the stator winding of the synchronous motor, which is further connected to the input of the calculation block of the magnetic flux vector. The first output of this magnetic flux vector calculation block is connected to the first input of the differential amplifier and to the input of the second comparator. The second output of the magnetic flux vector calculation block is connected to the input of the fourth comparator. The first output of the vector position evaluation block is connected to the second input of the differential amplifier and to the input of the first comparator. The second output of the vector position evaluation block is connected to the input of the third comparator. The output of the differential amplifier is connected to the first inputs of the fifth and sixth comparators, to the second inputs of which a DC voltage corresponding to the required accuracy of the rotor position evaluation is applied. The outputs of the fifth and sixth comparators are connected via the third EX-OR logic to the first input of the first NAND logic. The outputs of the first and second comparators are connected via the first EX-OR logic to the second input of the first NAND logic. The outputs of the third and fourth comparators are connected via the second EX-OR logic to the third input of the first NAND logic, the output of which is connected to the first input of the second NAND logic. A pulse generator is connected to the second input of the second NAND logic element. The output of the second NAND logic element is connected to the input of the vector position evaluation block.

Výhodou tohoto zařízení je, že při velké jednoduchosti vykazuje i velkou přesnost měření.The advantage of this device is that with great simplicity it also shows great measurement accuracy.

Příklad uspořádání zařízení pro vyhodnocování počáteční polohy rotoru synchronního motoru během přechodného děje při nabuzování synchronního motoru podle vynálezu je blokově znázorněn na přiloženém výkrese.An example of an arrangement of a device for evaluating the initial position of a rotor of a synchronous motor during a transient process when the synchronous motor is energized according to the invention is shown in block form in the accompanying drawing.

Výpočetní blok £ je svým vstupem propojen s měřicím blokem 17, který je připojen na statorové vinutí synchronního motoru £9. K budicímu vinutí synchronního motoru 19 je připojenThe computing block £ is connected by its input to the measuring block 17, which is connected to the stator winding of the synchronous motor £ 9. It is connected to the excitation winding of the synchronous motor 19

CS 266 615 Bl 3 regulační blok 18 budicího proudu. První výstup výpočetního bloku 2 vektoru magnetického toku je spojen jednak s prvním vstupem diferenciálního zesilovače 2 a jednak se vstupem druhého komparátorů _4. Druhý výstup výpočetního bloku 2 vektoru magnetického toku je napojen na vstup čtvrtého komparátorů 2· Na synchronní motor 19 je mechanicky připevněno inkrementální čidlo 20, spojené s vyhodnocovacím blokem 15 polohy rotoru. První výstup vyhodnocovacího bloku 15 polohy rotoru je spojen s druhým vstupem diferenciálního zesilovače 2 a zároveň se vstupem prvního komparátorů 2· Druhý výstup vyhodnocovacího bloku 15 polohy vektoru je spojen se vstupem třetího komparátorů 2· Výstup diferenciálního zesilovače 2 je spojen s prvními vstupy pátého a šestého komparátorů 1_ a 8., jejichž druhé vstupy jsou napojeny na stejnosměrné napětí a výstupy jsou přes třetí logický člen EX-OR 11 připojeny na první vstup prvního logického členu NAND 12. Výstupy prvního a druhého komparátorů 3 a £ jsou přes první logický člen EX-OR 2 připojeny na druhý výstup prvního logického členu NAND 12. Výstupy třetího a čtvrtého komparátorů 2 ^a 2 j^sou přes druhý logický člen EX-OR 10 připojeny ke třetímu vstupu prvního logického členu NAND 12. Výstup prvního logického členu NAND 12 je spojen s prvním vstupem druhého logického členu NAND 14, na jehož druhý vstup je připojen generátor 13 impulsů. Výstup druhého logického členu NAND 14 je spojen se vstupem vyhodnocovacího bloku 15 polohy rotoru.CS 266 615 B1 3 excitation current control block 18. The first output of the calculation block 2 of the magnetic flux vector is connected on the one hand to the first input of the differential amplifier 2 and on the other hand to the input of the second comparator 4. The second output of the calculation block 2 of the magnetic flux vector is connected to the input of the fourth comparator 2. An incremental sensor 20 is mechanically mounted on the synchronous motor 19, connected to the evaluation block 15 of the rotor position. The first output of the rotor position evaluation block 15 is connected to the second input of the differential amplifier 2 and at the same time to the input of the first comparator 2. The second output of the vector position evaluation block 15 is connected to the input of the third comparator 2 comparators 7 and 8, the second inputs of which are connected to DC voltage and the outputs are connected via the third logic element EX-OR 11 to the first input of the first logic element NAND 12. The outputs of the first and second comparators 3 and 6 are via the first logic element EX- OR 2 are connected to the second output of the first NAND 12 logic. The outputs of the third and fourth comparators 2 ^and 2 ^are connected via the second EX-OR 10 logic to the third input of the first NAND 12 logic. The output of the first NAND 12 logic is connected to the first the input of the second NAND logic element 14, to the second input of which a pulse generator 13 is connected. The output of the second NAND logic member 14 is connected to the input of the rotor position evaluation block 15.

Při vyhodnocení počáteční polohy rotoru synchronního motoru 19 se nejprve zadá žádaná hodnota budicího proudu do regulačního bloku 18 budicího proudu. Nárůstem tohoto budicího proudu se ve statorovém vinutí indukují napětí měřená měřicím blokem 17 statorových napětí, ze kterých se ve výpočetním bloku 1. vektoru magnetického toku vyhodnotí poloha vektoru magnetického toku ve formě goniometrických funkcí sin Ψ, cos Ψ. Tyto funkce musí souhlasit s goniometrickými funkcemi sin £, cos £, určujícími polohu rotoru synchronního motoru 19. Goniometrické funkce sin £, cos £ jsou vytvářeny ve vyhodnocovacím bloku 15 polohy rotoru z impulsů generátoru 13 impulsů nebo při otáčení rotoru synchronního motoru 19 z impulsů inkrementálního čidla 20. Během určování počáteční polohy rotoru, vyjádřené goniometrickými funkcemi sin 6, cos £ se nejprve vyhodnotí pomocí prvního až čtvrtého komparátorů 2' á.f 2 a 2 ^a prvního a druhého logického členu EX-OR 2 ^a 10 znaménka goniometrických funkcí úhlů a €. ^při souhlasu znamének, který znamená určení kvadrantu polohy, jsou na výstupech prvního a druhého logického členu EX-OR 2 ^a 22 logické úrovně H. Určení kvadrantu polohy rotoru však ještě nestačí k zablokování impulsů vstupujících do vyhodnocovacího obvodu 15 polohy rotoru z generátoru 13 impulsů. Pro určení polohy rotoru s požadovanou přesností -△£ jsou v diferenciálním zesilovači 2 porovnávány hodnoty sin Ψ a sin £ , resp. cos a cos £ . Až rozdíl obou hodnot dosáhne požadované přesnosti - Δ £, která je určována pomocí pátého a šestého komparátorů 2 ^a 2 ^a třetího logického členu EX-OR 22.' objeví se na výstupu tohoto třetího logického členu EX-OR 11 také logická úroveň H. Logické úrovně z výstupů všech tří logických členů EX-OR 2/ 22 ^a 22. jsou vyhodnoceny v prvním logickém členu NAND 12, jehož výstupní logický signál pak pomocí druhého logického členu NAND 14 uzavře průchod impulsů z generátoru 13 impulsů do vyhodnocovacího bloku 15 polohy rotoru, ve kterém pak poslední hodnoty sin £ a cos £ určují počáteční polohu rotoru synchronního motoru 19.When evaluating the initial position of the rotor of the synchronous motor 19, the excitation current setpoint is first entered into the excitation current control block 18. As the excitation current increases, the voltages measured by the stator voltage measuring block 17 are induced in the stator winding, from which the position of the magnetic flux vector in the form of trigonometric functions sin Ψ, cos Ψ is evaluated in the magnetic block vector calculation block 1. These functions must agree with the trigonometric functions sin £, cos £, determining the rotor position of the synchronous motor 19. The trigonometric functions sin £, cos £ are generated in the rotor position evaluation block 15 from pulses of the pulse generator 13 or when the synchronous motor rotor 19 rotates from incremental pulses. sensors 20. During the determination of the initial position of the rotor, expressed by the trigonometric functions sin 6, cos 6, the signs of the trigonometric functions of the angles ^{α are first evaluated by means of the first to fourth comparators 2 'a.f 2 and 2 and the} first and second logic elements EX-OR 2 ^{and 10.} €. ^{with the} agreement of the signs, which means the determination of the position quadrant, there are at the outputs of the first and second logic members EX-OR 2 ^and 22 logic level H. However, determining the rotor position quadrant is not enough . To determine the position of the rotor with the required accuracy - △ £, the values sin Ψ and sin £, respectively, are compared in the differential amplifier 2, respectively. cos a cos £. When the difference between the two values reaches the required accuracy - Δ £, which is determined by the fifth and sixth comparators 2 ^and 2 ^{and the} third logic element EX-OR 22. ' the logic level H also appears at the output of this third logic element EX-OR 11. The logic levels from the outputs of all three logic elements EX-OR 2/22 ^and 22 are evaluated in the first logic element NAND 12, whose output logic signal is then of the NAND logic element 14 closes the passage of pulses from the pulse generator 13 to the rotor position evaluation block 15, in which the last values sin e and cos e determine the initial position of the rotor of the synchronous motor 19.

Vyhodnocením počáteční polohy rotoru synchronního motoru 19 se zajistí nutná podmínka pro spolehlivý rozběh synchronního motoru 19 v regulační struktuře rychlosti s vektorově orientovaným řízením.By evaluating the initial position of the rotor of the synchronous motor 19, the necessary condition for reliable start-up of the synchronous motor 19 in the speed control structure with vector-oriented control is ensured.

Zařízení pro vyhodnocení počáteční polohy synchronního motoru podle vynálezu lze využít v regulačních strukturách rychlosti se synchronním motorem a měničem frekvence s vektorově-orientovaným řízením pro zajištění spolehlivého rozběhu synchronního motoru. Tyto střídavé regulační pohony představují perspektivní řešení pohonů velkých výkonů, zejména jako hlavních pohonů válcoven tlustých plechů, blokoven, těžních strojů a cementových mlýnů.The device for evaluating the initial position of a synchronous motor according to the invention can be used in speed control structures with a synchronous motor and a frequency converter with vector-oriented control to ensure a reliable start-up of the synchronous motor. These AC control drives represent a promising solution for high-performance drives, especially as main drives for thick plate rolling mills, block mills, mining machines and cement mills.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Device for evaluating the initial position of a rotor of a synchronous motor, to the excitation winding of which an excitation current control block is connected and where the device includes a computing block, characterized in that an incremental sensor (20) is mechanically attached to the synchronous motor (19). a measuring position block (15) is connected to the rotor position block and to the stator winding of the synchronous motor (19), which is further connected to the input of the magnetic flux vector computing block (1), the first output of which is connected to 2) and on the one hand with the input of the second comparator (4) and whose second output is connected to the input of the fourth comparator (6) and the first output of the rotor position evaluation block (15) is connected to the second input of the differential amplifier (2) and to the input of the first comparator (3), the second output of the vector position evaluation block (15) is connected to the input of the third comparator (5), the output of the differential amplifier (2) ) is connected to the first inputs of the fifth and sixth comparators (7, 8), whose second inputs are connected to a DC voltage source and whose outputs are connected to the first input of the first NAND logic element via the third EX-OR logic element (11) , the outputs of the first and second comparators (3, 4) are connected via the first logic element EX-OR (9) to the second input of the first logic element NAND (12), the outputs of the third and fourth comparators (5, 6) are via the second logic element EX -OR (10) connected to the third input of the first NAND logic element (12), the output of which is connected to the first input of the second NAND logic element (14), to the second input of which a pulse generator (13) is connected and whose output is connected to the input rotor position evaluation block (15).