FI66508B - Saett och anordning foer styrning av en vaexelstroemsasynkronmotor - Google Patents

Description

1 66508

Vaihtovirtaepätahtimoottorin säätömenetelmä ja -laite Sätt och anordning för styrning av en växelströms-asynkronmotor Tämän keksinnön kohteena on menetelmä ja laite vaihto-5 virtaepätahtimoottorin säätöä varten.

Vaihtovirtaepätahtimoottoreita käytetään tavallisesti tarkoituksiin, joissa ei tarvita nopeuden muutoksia, kun taas tasavirtamoottorit ovat yleisempiä silloin kun vaaditaan nopeuden säätöä. ] 10 Vaihtovirtaepätahtimoottorit ovat konstruktioltaan yk sinkertaisempia kuin tasavirtamoottorit, eivätkä ole niin herkkiä ympäristön vaikutuksille. Erityisen edullista on se, ! ettei kommutaattoria ja harjoja käytetä. Siten on jo kauan ;

ollut tarvetta korvata tasavirtamoottorit vaihtovirtaepätah-15 timoottoreilla. Jotta tämä olisi mahdollista, tarvitaan I

vaihtovirtaepätahtimoottorille säätöjärjestelmä. Tällä hetkellä markkinoilla on saatavissa monia erilaisia vaihtovir- j

taepätahtimoottorin säätöjärjestelmiä. J

Useimmat kaupallisesti saatavat säätöjärjestelmät muo- l 20 dostavat ohjaussignaalit suhteellisen yksinkertaisella tavalla. Moottorin ohjaussignaalien amplitudi ja taajuus muo- | dostetaan tiettynä muuttumattomana ottosignaalin funktiona. j

On mahdollista osoittaa, että tällaiset säätöjärjestelmät toimivat hyvin suurilla moottorin nopeuksilla, mutta ovat 25 epätyydyttäviä lähellä nollaa olevilla moottorin nopeuksilla.

Moottorin säätöjärjestelmässä kalliita osia ovat "teho-vahvistimet” (esim. tyristoritaajuusmuuttajat, jotka muuttavat vaihtovirtaverkon vakiojännitteen ja -taajuuden muuttuvaksi jännitteeksi ja taajuudeksi). "Signaalipiirit", jot-30 ka muodostavat ohjaussignaalit, toimivat pienellä teholla, ja niiden hinta on melkein merkityksetön verrattuna tehovah-vistimiin. Siten teknillisesti ja kaupallisesti on erityisen merkityksellistä kehittää parempia säätöjärjestelmiä käyttäen apuna parempia "signaalipiirejä". Myös yksityis-35 kohtien parantaminen on tärkeää. "Signaalipiirien" suunnit- 2 66508 telun perustaksi täytyy kehittää optimaalinen säätöteoria tai strategia. Senjälkeen "signaalipiirit" voidaan toteuttaa käyttämällä sopivia teknisiä keinoja, esim. digitaalisia tai analogisia elektronisia piirejä.

5 Vaihtovirtaepätahtimoottoreiden yleisesti käyttökelpoi sen säätöjärjestelmän tulisi mahdollistaa neljän kvadrantin käyttö, toisin sanoen käyttö ja jarrutus kumpaankin pyörimissuuntaan. Lisäksi käytettävissä tulisi olla täysi vääntömo-mentti kaikilla nopeuksilla mukaanlukien nollanopeus. Moot-10 toria tulisi olla mahdollisuus käyttää nk. avoimissa säätöjärjestelmissä (ilman takaisinkytkentää) sekä nk. suljetuissa säätöjärjestelmissä (takaisinkytkennällä). Jälkimmäisessä tapauksessa säätösysteemin dynaamiset ominaisuudet ovat tärkeitä. Moottorin tulee reagoida otto-ohjaussignaaliin ilman 15 tarpeetonta aikaviivettä. Optimaalisesti konstruoidussa säätöjärjestelmässä ovat vaihtovirtaepätahtimoottorin dynaamiset ominaisuudet verrattavissa tasavirtamoottorin vastaaviin, ja tämä tulisi hyödyntää.

I Jo olemassaolevissa vaihtovirtaepätahtimoottorin säätö- 20 järjestelmissä on mahdollista erottaa kaksi periaatteellisesti erilaista säätömenetelmää. Ensimmäisen menetelmän, jota tässä kutsutaan nimellä "tyyppi 1", mukaan moottoria pidetään erillisenä komponenttina. Sitä säädetään ulkoisesti muodostetuilla ohjaussignaaleilla. Toisen menetelmän, tässä 25 "tyyppi 2", mukaan moottori on säätöjärjestelmän aktiivinen osa. Moottorista itsestään saadut signaalit syötetään takaisin säätöjärjestelmään ja ne vaikuttavat ohjaussignaalien muodostukseen.

i

Teoreettisesti tarkastellen tyypin 2 pitäisi olla paras 30 säätöjärjestelmä. Yhteistä kaikille nykyaikaisille prosessin-säätöjärjestelmille on vaatimus kerätä informaatiota prosessin "tilasta" mittaamalla kaikki "tilamuuttujat". Prosessin tilan tuntien on mahdollista muodostaa optimaaliset ohjaussignaalit. Kuitenkin moottorista, varsinkin standardimootto-35 rista, on vaikea saada sopivia mittaussignaaleja. Tästä syys- 3 66508 tä tyyppiä 2 olevat säätöjärjestelmät eivät ole tavallisia.

Tyyppiä 1 olevilla säätöjärjestelmillä voidaan saada hyviä tuloksia, jos säätöjärjestelmän perustana oleva teoreettinen moottorimalli on oikea, jha jos ulkoiset häiriöt 5 otetaan huomioon. Jos säätöjärjestelmien käyttöaluetta rajoitetaan, esimerkiksi poissulkemalla lähellä nollaa olevat nopeudet, voidaan hyviä tuloksia saada hyvin yksinkertaisella säätöjärjestelmällä. Yksinkertaisimman järjestelmän, jossa käytetään sähköverkon vakiojännitteellä ja -taajuudella 10 vakionopeutta, tiedetään toimivan moitteettomasti.

Ruotsalaisessa patentissa 334 671 on kuvattu tyyppiä 1 oleva menetelmä, joka parantaa säätömahdollisuutta pienillä nopeuksilla, mukaanlukien nollanopeuden. Varsinkin vasteaika ohjaussignaaliin nähden on lyhentynyt, mikä tekee vaih-15 tovirtaepätahtimoottorin sopivaksi suljettuihin säätöjärjestelmiin. Tätä säätöjärjestelmää kuvataan yksityiskohtaisesti myöhemmin, ja osoitetaan joitakin sen epäkohtia.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uusi menetelmä (tyypin 1 edellä mukaan) ja sitä vastaava laite vaih-20 tovirtaepätahtimoottorin säätämiseksi, joilla joissakin suhteissa parannetaan aikaisemmilla menetelmillä saavutettuja tuloksia.

Keksinnön menetelmällä säädetyllä epätahtimoottorilla on samat ominaisuudet kuin säädetyllä tasavirtamoottorilla,

25 staattisesti sekä dynaamisesti. Maksimimomentti saadaan kaikilla nopeuksilla, ja reaktioaika ohjaussignaaleihin mini- I

moituu. Voidaan käyttää tavallista standardimoottoria, il- ! man että tarvitaan mitään muutoksia tai mittauslaitteiston lisäämistä moottoriin. Kuitenkin tarvitaan moottorin nopeu- 30 den mittauslaite (takometri tai vastaava). Signaalin pro- j sessointipiirit ovat yksinkertaisia ja halpoja verrattuna tehovahvistimiin, joita konventionaalisesti käytetään. Tämä mahdollistaa käyttösovellutukset kaikilla moottoreilla, pienimmästä suurimpaan. Moottoria voidaan käyttää neljällä 35 kvadrantilla tehollisesti tai jarruttaen kumpaankin pyöri- 4 66508 missuuntaan. Moottoria voidaan käyttää sekä avoimissa että suljetuissa säätöjärjestelmissä. Mahdolliset ulkopuoliset säätöpiirit suunnitellaan tavanomaisesti tunnetun säätöteorian mukaan.

5 Keksinnön mukaisesti esitetään menetelmä ja laite vaihtovirta- epätahtimoottorin, joka käsittää staattorin, roottorin ja ainakin kaksi vaihekäämitystä, säätämiseksi sen koko nopeus-alueella aina, ja mukaanlukien, nollanopeuteen saakka kumpaankin suuntaan riippuen kahdesta ohjaussignaalista. Ensim-10 mäinen signaali (S^) ohjaa olennaisesti moottorin pyörimisnopeutta ja vääntömomenttia ja toinen signaali (S2) ohjaa olennaisesti moottorin magneettikenttää. Ohjaussignaalit syötetään resolveriin, jonka antosignaalit syötetään teho-vahvistimiin, jotka muodostavat erilliset ajojännitteet 15 koneen vaihekäämityksiin. Keksinnön mukaisesti mitattu signaali U, joka edustaa moottorin pyörimisnopeutta, syötetään takaisin säätösysteemiin, ja se säätää oskillaattorin, joka käyttää resolveria, taajuutta kaavan rr Rs w = S. x --- + U x - LWV LIL(VRR> mukaan, missä 20 Rg = staattorikäämityksen resistanssi

Rd = roottorikäämityksen resistanssi, muunnettuna staattori-K puolelle, L = staattorikäämityksen induktanssi 1^ = staattorikäämityksen magnetointivirta U = roottorikäämityksen yasta-sähkömotorinen voima, muunnettuna staattoripuolelle, 25 S1 = ensimm&inen ohjaussignaali w = oskillaattorin taajuus Tällä säätömenetelmällä staattorin magneettikenttä säilyttää automaattisesti vakioamplitudin kaikilla kierrosno-peuksilla ja kaikilla kuormilla, kuten jäljempänä yksityis-30 kohtaisesti esitetään.

Edelliset ja muut keksinnön piirteet käyvät täysin selville seuraavasta yksityiskohtaisesta kuvauksesta samalla viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa: 5 66508

Kuva 1 on kaaviokuva, jossa esitetään resolverin symboli, jota käytetään rakennelohkona seuraavissa kuvioissa,

Kuva 2 on kaaviokuva, joka määrittelee resolverissa käytetyn koordinaattijärjestelmän, 5 Kuva 3 on kaksivaiheisen epätahtimoottorin kaaviokuva

Kuva 4 on kaaviokuva epätahtimoottorin yhden vaiheen sijaiskytkennästä,

Kuva 5 on vaihekuvio, joka esittää jännitteitä ja virtoja epätahtimoottorin yhdessä vaiheessa 10 Kuva 6 on lohkokaavio tunnetusta epätahtimoottorin no- peudensäätöjärjestelmästä,

Kuva 7 on lohkokaavio samasta järjestelmästä, jossa on lisäksi kuormankompensointipiirit,

Kuva 8 on lohkokaavio keksinnön mukaisesta epätahtimoot-15 toristn nopeudensäätöjärjestelmän laitteesta ja takometri-signaalista kuorman kompensoimiseksi.

Kuvissa komponenteilla, jotka suorittavat samoja tehtäviä, on samat viitenumerot.

Keksinnön edullisin suoritusmuoto ja teollinen käyttö 20 on seuraava.

Kuvassa 1 on resolverin 1 symboli. Se on laite, jota tavallisesti käytetään piireissä trigonometrisiin laskutoimituksiin. Ottosignaalivektori (A = (x^y^) kiertyy kulman Θ ja saa uuden arvon A* = (Χ2,γ2)· Vektorin pituus ei muutu.

25 Seuraavat trigonometriset suhteet pätevät: X-] - A cos<f> y1 = A βϊηφ X2 = A cos (φ+θ) = A οοβφ cos0- A βΐηφεΐηθ y2 = A sin (Φ+Θ) = A si^cos©+ A οοβφ sinö 30 Kuva 2 määrittelee resolverissa ja seuraavassa selityk sessä käytetyn koordinaattijärjestelmän. X-akseli ja Y-akse-li ovat kiinteitä suhteessa moottorin staattoriin. Positiivinen kierto on vastapäivään X-akselista. Jotta seuraavat lohkokaaviot tulisivat selvemmiksi, tähdennetään, että otto-35 vektori A = (x^,y^) keksinnön mukaiseen säätölaitteeseen 66508 koostuu muuttuvista tasavirta-arvoista (ohjaussignaalit). Tämä vektori ei kierry. Kiertokulma Θ on melkein synkronissa epätahtimoottorin roottorin kanssa. Siksi antovektori A' = (χ2kiertyy, ja x2 sekä y2 ovat vaihtovirta-arvo-5 ja.

Kuva 3 on yksinkertaistettu kaaviopiirros kaksivaiheisesta epätahtimoottorista. Sen toimintaa on tapana kuvata käyttäen epuna pyörivää staattorin magneettikenttää ja roottorin "jättämää" suhteessa tähän magneettikenttään.

10 Kuvattaessa keksinnön mukaista säätöjärjestelmää on hyödyllisempää havaita samankaltaisuus tasavirtamoottorin ja vaih-tovirtaepätahtimoottorin välillä. Molemmat moottorityypit aikaansaavat vääntömomentin staattorin magneettikentän ja roottorin virran yhteisvaikutuksella. Lisäksi kumpikin moot-15 torityyppi vaatii, että roottorivirta johdetaan niiden root-tor ikäämien kautta, jotka sijaitsevat kohdassa, jossa staattorin magneettikentän voimakkuus on maksimissaan. Tasavirtamoottorin staattorin magneettikenttä on paikallaan, ja roottorivirta johdetaan haluttuihin roottorikäämeihin 20 kommutaattorin välityksellä.

Vaihtovirtamoottori on monimutkaisempi ymmärtää, koska samoja staattorikäämejä käytetään sekä kenttävirralle (staattorin magneettikenttä) että roottorivirralle (momen-tinmuodostus). Roottorivirta siirretään staattorikäämityk-25 sestä roottorikäämitykseen. Näin tehtäessä saadaan staattorin magneettikentän pyöriminen "ei-toivottuna" sivuvaikutuksena. Kun virta johdetaan muuttajan primäärikäämitykseen, on seurauksena virta sekundäärikäämityksessä. Tämä on "toivottu" muuttajan toiminta. Tuotu virta aikaansaa kuitenkin 30 magneettikentän primaarikäämitykseen. Tämä uusi magneettikenttä muuttaa alkuperäistä staattorin magneettikenttää, ja moottorissa sitä voidaan kuvata alkuperäisen kentän pyörimisenä. Moottorin säätöjärjestelmän täytyy ottaa tämä kentän pyöriminen huomioon ja muodostaa ohjaussignaalit, jotka 35 niinsanotusti "seuraavat" staattorikentän pyörimistä.

V 66508

Kuvassa 3 ovat syöttöjännitteet ja B^, B2 muo dostuneen magneettikentän komponentit. Vain ne roottorikää-mit, jotka ovat maksimikytkennässä staattorikäämeihin, on esitetty, 1^, ovat esitettyihin roottorikäämeihin indu-5 soituneet virrat.

Seuraavat (idealisoidut) suhteet pätevät: V1 = VQsin wt B^ = -BqCOS wt 1^ = IQsin wt V2 = V0cos wt B2 = BQsin wt I2 = IqCOS wt w = signaalitaajuus (radiaania/sek) 10 Magneettikenttä yhdestä vaiheesta toimii yhdessä root- torivirran toisesta vaiheesta kanssa. Tämä on olennaista moottorin toiminnan kannalta. Siten virta 1^ muodostaa vään-tömomentin yhdessä magneettikentän B2 kanssa. Samoin I2 muodostaa momentin yhdessä magneettikentän B^ kanssa. Kuten 15 edellisistä kaavoista nähdään, yhdessä vaikuttavilla suureilla on sama vaihekulma. Tämä on välttämätöntä maksimimo-mentin muodostuksen kannalta.

Kuva 4 on kaaviopiirros epätahtimoottorin yhden vaiheen sijaiskytkennästä. Piiri sisältää vain teoreettisen 20 mallin pääkomponentit. Katkoviivat esittävät staattorin ja roottorin ilmaväliä. Katkoviivojen vasemmanpuoleiset komponentit esittävät staattoria ja oikeanpuoleiset roottoria. Staattorin resistanssi on Rg, staattorin induktanssi on L ja roottorin resistanssi on Rn. Syöttöjännite onV^. Koko-25 naisvirta on Iq, induktiivinen staattorivirta on 1^ ja roottorivirta on 1^. Moottorin vääntömomentti on verrannollinen roottorivirtaan. Magnetointijännite VT siirretään staattorista roottoriin ilmavälin kautta. Vastasähkömotori-nen jännite U indusoituu roottorikäämitykseen. U on verran-30 nollinen moottorin nopeuteen.

Moottoria halutaan usein käyttää magneettikentän vakio-amplitudilla. Magneettikenttä muodostetaan induktiivisella staattorivirralla IT, jolla tulisi olla vakioamplitudi kai-kiila taajuuksilla. Siten vaatimuksena on magnetointijännit-35 teen VT kasvaminen taajuuteen verrannollisesti. Magneetti-

Li 8 66508 kentän heikentymisen välttämiseksi on tärkeää, että säätölaite täyttää tämän vaatimuksen. Seuraavasta selityksestä käy ilmeiseksi, etteivät koventionaaliset säätöjärjestelmät, jotka eivät ota moottorin kuormaa huomioon, täytä tätä vaa-5 timusta.

Moottoria voidaan säätää syöttöjännitteen VQ (tai ko-konaisvirran IQ) avulla. Siten tärkeää jännitettä VLei voida suoraan säätää. Staattorivirta IT ja roottorivirta I_ ai-heuttavat jännitteen alenemisen staattorin resistanssissa 10 Rg muodostaen eron jännitteiden V^ja välille.Tämä jännitteen aleneminen on erilainen erilaisille moottorin kuormille, koska roottorivirta IR on verrannollinen kuormaan. Jännitteen alenemaa ei voi kompensoida määrätyllä suureella. Roottorivirran kompensaation puuttuminen voi puolittaa staat-15 torin magneettikentän ja siten muodostuneen momentin pienillä taajuuksilla.

Ongelma jännitteen aleneman staattoriresistanssissa Rg kompensoinnista esiintyy vain pienillä taajuuksilla. Suuremmilla taajuuksilla jännitteet VQ ja ovat paljon suurempia 20 kuin jännitteen alenema, joka siten voidaan jättää huomioimatta.

Idealisoidut suhteet kuvassa 3 osoittavat, että magneettikenttä ja roottorivirta aina toimivat yhdessä oikean keskinäisen vaihekulman kanssa. Tämä edullinen tila pätee 25 myös kuvan 4 realistisemmalla moottorimallilla. Jännitteiden VQ ja VL välillä voi olla vaihekulmaero, mutta juuri jännite muodostaa virran staattorin magnetoimiseksi sekä roottorivirran. Siten magneettikenttä ja roottorivirta toimivat aina ja automaattisesti yhdessä oikean keskinäisen 30 vaihekulman kanssa. Tämä pätee kaikilla taajuuksilla ja kaikenmuotoisilla syöttöjännitteillä.

Kuva 5 on vaihekuvio (vektorikuvio), joka esittää kuvan 4 mallin mukaisen epätahtimoottorin yhden vaiheen jännitteitä ja virtoja. Merkinnät ovat samoja kuin kuvassa 4.

35 Magnetointijännite VL voidaan laskea kahdella tavalla, joko 9 66508 jännitteenä staattorin induktanssin L yli tai kokonaisjän-nitteenä roottorikäämityksen yli. Jännitteen alenema resistanssin Rg yli primaarikäämityksessä esitetään kuviossa/ ja siinä on kaksi erilaista tekijää, toinen induktiivisesta 5 magnetointivirrasta 1^, ja toinen resistiivisestä roottori-virrasta IR. Näillä kahdella tekijällä on eri vaihekulmat.

Induktiivinen virta ja resistiivinen virta on esitetty vakiovaihekulmalla 90°. Syöttöjännitteellä VQ primaarikäämi-tyksen yli on muuttuva vaihekulma riippuen moottorin toi-10 mintaoloista. Tällä tavoin on myös säätösignaalit muodostettava.

Kuva 6 on lohkokaavio tunnetusta epätahtimoottorin no-peudensäätöjärjestelmästä ruotsalaisen patentin 334 671 mukaan. Kuva on piirretty käyttäen resolverille symbolia 1 15 kuvasta 1. Tässä vaiheessa roottorivirran IR vaikutus on jätetty huomiotta.

Säätöjännite koostuu kahdesta komponentista S'^ ja S2. Näillä on eri vaihekulmat ja siksi ne syötetään resolverin eri ottoihin. Ne kerrotaan sin wt:llä ja vastaavasti cos wt: 20 11a resolverissa. Resolverin annosta saadaan tarvittava kahden komponentin summa kuvan 5 vaihekuvion mukaan. Resolverissa on kaksi antoa ja V2 90° vaihekulmalla epätahtimoottorin 2 kahden vaiheen säätämiseksi. Signaalit vahvistetaan "tehovahvistimilla" 3.

25 Keksinnön tarkoituksena on säätää epätahtimoottoria samalla tavalla kuin tasavirtamoottoria. Tasavirtamoottori toimii tavallisesti vakiolla staattorin magneettikentällä ja sitä säädetään roottorijännitteellä. Jos vastaavaa säätöä sovelletaan epätahtimoottoriin, vaihekuvion 5 mukai-30 sesti S^':tä pitää käyttää roottorijännitteen säätämiseksi samalla kun S2 on vakio. Tämä on mahdollista kuvan 6 säätöjärjestelmällä. Ohjaussignaali w' kerrotaan LI_:llä lasken-

L

tayksikössä 4 signaalin S'^ (=w'LIL) saamiseksi. Ohjaussignaali w' on myös yhdistetty oskillaattoriin 5.

35 Säädetty oskillaattori 5 on suunniteltava siten, että sen värähtelytaajuus on verrannollinen ohjaussignaaliin w' 6 65 0 8 10 ja että se voi toimia w':n negatiivisilla arvoilla. Kun w' on negatiivinen, kiertyvä vektori, jonka muodostaa oskillaattorin kaksi antosignaalia sin wt ja cos wt, vaihtaa kiertosuuntaa.

5 Kuva 7 on lohkokaavio säätöjärjestelmästä, jossa on lisäksi roottorivirran kompensointi, ruotsalaisen patentin 334 671 mukaan.

Roottorivirta on verrannollinen moottorin kuormaan, joka vaihtelee, mutta virta voidaan laskea seuraavasti.

10 Epätahtimoottorin yhden vaiheen sijaiskytkennästä (kuva 4) saadaan seuraava riippuvuus:

V - U

Ir= —l— (1) rr Jännitteen alenemaksi staattoriresistanssin Rc yli voi-

O

daan laskea:

IrRs = (VL - U|—“— 12)

RR

Kuvan 7 lohkokaavio osoittaa, kuinka kompensointisignaali 15 lasketaan ja lisätään ennen resolverin ottoa. Signaali U, joka esittää vastasähkömotorista jännitettä, on verrannollinen moottorin nopeuteen ja voidaan saada takometrista, joka on kytketty moottorin akseliin. Takometrin anto on sovitettava asianmukaisesti. Vähentävä yksikkö 6 muodostaa 20 erotussignaalin (V^ - U) ja laskentayksikkö 7 antaa tarvitun signaalin kaavan (2) mukaan. Summaaja 8 lisää kompen-sointisignaalin signaaliin S^.

Siten lohkokaavio kuvassa 7 muodostaa kaikki signaali-komponentit kuvan 5 vaihekuvion mukaan.

25 Tämä säätömenetelmä toimii moitteetta, mutta sillä on tietty haitta. Takometrisignaali U lisätään signaaliin S'^ laskentayksiköissä, ja vaikuttaa siten moottorin säätöjän-nitteeseen. Paitsi tarkoitettua vaikutusta, takometrisignaali vaikuttaa myös vastakkaisesti moottorin säätöjärjes-30 telmän dynaamiseen vasteeseen. Kuvan 7 järjestelmään kuu- 11 66508 luu nk. takometrin takaisinkytkentä, tai nopeuden takaisinkytkentä, joka on hyvin tunnettu yleisestä säätöteoriasta. Tämä voi olla edullista, mutta on useimmiten haitallista. Moottorin perussäätöjärjestelmällä ei tulisi olla tällaisia 5 ei-tarkoitettuja vaikutuksia.

Kuva 8 on lohkokaavio keksinnön mukaisesta laitteesta. Kuvan 6 perusrakenne on säilytetty, mutta järjestelmä root-torivirran kompensoinnille on uusi.

Signaalit ja S2 tuodaan suoraan resolveriin ilman li-10 säyksiä roottorivirran kompensoimiseksi. Sen sijaan lasketaan oskillaattorin taajuus w optimaalista säätöä varten. Kuvan 5 vaihekuviosta saadaan kaksi yhtälöä: S. = Rqlp + wLI, (3) wilL = VR ♦ UL (4,

Kahdesta yhtälöstä 3 ja 4 voidaan oskillaattoritaajuus w ratkaista S^:n ja U:n funktiona:

RS

w = S. --- + U --- (5)

lil(W lil(W

15 Kuvan 8 lohkokaavio osoittaa, kuinka tämän yhtälön 5 mukainen signaali muodostetaan ja johdetaan oskillaattorin ottoon oskillaattoritaajuuden säätämiseksi. Signaali S-j kerrotaan vakiotermillä laskentayksikössä 9, ja signaali U kerrotaan vakiotermillä laskentayksikössä 10. Sitten lasketut 20 kaksi arvoa yhteenlasketaan summaajassa 11 ja siitä johdetaan oskillaattorin ottoon.

Siten keksinnön mukainen säätöjärjestelmä säätää moottoria roottorijännitteen avulla. Signaali S^ on varsinainen säätösignaali. Oskillaattoritaajuus w mukautuu automaatti-25 sesti moottorin käyttötiloihin siten, että saavutetaan staat-torin vakio magneettikenttä. Moottorin kasvava kuorma aikaansaa pienenevän oskillaattoritaajuuden w.

Ohjaussignaali S^ säätää moottoria samalla tavalla kuin tasavirtamoottoria säädetään roottorijännitteellä. Ulkoisia 66508 moottorin säätöpiirejä, esim. nopeuden tai paikkasäätö, voidaan tavanomaisesti yhdistää signaaliottoon S^.

Säädettäessä konventionaalisia tasavirtamoottoreita on tavallista säätää roottorivirtaa sekä magneettikentän 5 voimakkuutta riippuen käyttöoloista. Esimerkiksi "kentän heikentämistä" käytetään ajettaessa moottoria kohotetuilla nopeuksilla. Kaikki tällaiset säätömenetelmät tulevat mahdollisiksi myös epätahtimoottorille käytettäessä keksinnön mukaista säätöjärjestelmää. Tämä voidaan tehdä vaihtamalla 10 tarpeellisia parametreja säätöjärjestelmän laskentapiireissä.

Keksinnön mukainen säätöjärjestelmä voidaan toteuttaa sekä analogia- että digitaalikomponenteilla, esimerkiksi mikrotietokoneella. Varsinkin digitaalimuodossa on olemassa mahdollisuus kirjoittaa vaihtoehtoisia matemaattisia kaavo-15 ja säätöjärjestelmällä suoritettaville laskutoimituksille edelleenkin keksinnön puitteissa pysyen.

Kaikki kuvat tässä selityksessä ovat viitanneet kaksivaiheiseen moottoriin. Järjestelmä voidaan tavallisilla trigonometrisilla koordinaattimuunnoksilla muuttaa säätämään 20 moottoria, jolla on mielivaltainen lukumäärä vaiheita. Esimerkiksi resolverin annon kaksi ohjaussignaalia ja V2 voidaan helposti muuttaa kolmivaihesignaaleiksi.

Moottorin käytön aikana muuttuu varsinkin sen kupari-resistanssi tuloksena moottorin kuumenemisesta. Mitään tek-25 nillistä ongelmaa ei muodostu moottorikäämitysten lämpötilan ja resistanssin mittauksesta ja näiden mitattujen arvojen avulla resistanssiparametrien laskentapiireissä sovittamisesta optimisäädön saamiseksi kaikissa lämpötiloissa.

Takometrisignaali, jota käytetään keksinnön mukaisessa 30 säätöjärjestelmässä, voidaan saada suoraan moottorin akseliin yhdistetystä varsinaisesta takometrista. Takometrisignaali on myös mahdollista saada epäsuoraan nk. "rekonstruoituna arvona" esimerkiksi erottamalla moottorin akselikul-man mitattu arvo.

Claims (5)

13 66508 Tavallisesti tämäntyyppistä säätöjärjestelmää käytetään moottorin nopeussäätöön. Kuitenkin on mahdollista säätää muita suureita, kuten moottorin vääntömomenttia tai moottorin asemaa.

1. Menetelmä vaihtovirtaepätahtimoottorin, johon kuuluu staattori, roottori ja ainakin kaksi vaihekäämiä, säätämiseksi sen koko nopeusalueella nollanopeuteen asti, nol-10 lanopeus mukaanlukien, kumpaankin suuntaan ja kaikilla kuormilla, riippuen kahdesta ohjaussignaalista (S^, S2), joista ensimmäinen (S^) olennaisesti säätää pyörimisnopeutta ja vääntömomenttia, ja joista toinen (S2) olennaisesti säätää moottorin magneettikenttää, jotka ohjaussignaalit johdetaan 15 resolveriin (1), jolloin resolverin antosignaaleja (V^, V2) käytetään muodostamaan yksittäiset syöttösignaalit kuhunkin moottorin vaihekäämiin, ja mitattu signaali (U), joka edustaa moottorin pyörimisnopeutta, takaisinkytketään säätöjärjestelmään resolveria (1) käyttävän oskillaattorin (5) 20 kulmataajuuden määrittämiseksi yhteistoiminnassa ainakin yhden ohjaussignaalin (S^) kanssa, tunnettu siitä, että oskillaattorin (5) kulmataajuutta (w) säädetään kaavan: RR RS w = S-^ x - + U x - lWrr> lil(Vrr> mukaan, missä: £ S = staattorikäämityksen resistanssi O

25 R = roottorikäämityksen resistanssi, muunnettuna staat- L = s?aa?torficiimityksen induktanssi IL = staattorikäämityksen magnetointivirta U = roottorikäämityksen yastasähkömotorinen voima, muunnettuna staattonpuolelle, = ensimmäinen ohjaussignaali 30 w = oskillaattorin taajuus 66508 jossa moottorin pyörimisnopeutta edustava mitattu signaali staattoripuolelle muunnettuna (U) on asteikoitettu roottorin,/vastasähkömotorista voimaa vastaavaan arvoon, jolloin oskillaattorin kulmataajuus (w) kasvaa ensimmäisen ohjaussignaalin (S^) kasvaessa ja moot-5 torin nopeuden kasvaessa ja pienenee lisääntyvällä moottorin kuomalla, koska pyörimisnopeus silloin laskee, ja staattorin magneettikentän amplitudi säilyy kaikilla moottorin nopeuksilla ja kaikilla moottorin kuormilla automaattisesti vakiona.

2. Laite vaatimuksen 1 mukaisen menetelmän suoritta miseksi vaihtovirtaepätahtimoottorin, johon kuuluu staat-tori, roottori ja ainakin kaksi vaihekäämiä, säätämiseksi sen koko nopeusalueella nollanopeuteen, se mukaanlukien asti kumpaankin suuntaan ja kaikilla kuomilla, riippuen kah-15 desta ohjaussignaalista (S^, S2), joista ensimmäinen (S^) olennaisesti säätää pyörimisnopeutta ja vääntömomenttia, ja joista toinen (S2) olennaisesti säätää moottorin magneettikenttää, jotka ohjaussignaalit johdetaan resolveriin (1), jolloin resolverin antosignaaleja (V-^, Vkäytetään muo-20 dostamaan yksittäiset syöttösignaalit kuhunkin moottorin vaihekäämiin, ja mitattu signaali (U), joka edustaa moottorin pyörimisnopeutta, takaisinkytketään säätöjärjestelmään, resolveria (1) käyttävän oskillaattorin(5) kulmataajuuden määrittämiseksi yhteistoiminnassa ainakin yhden ohjaussig-25 naalin (S^) kanssa, tunnettu siitä, että oskillaattorin (5) kulmataajuutta (w) säädetään laskentapiirissä (9, 10, 11) kaavan: R_ R R S w = x - + U x - lilx(rs+V lil(W mukaan, missä: Rg = staattorikäämityksen resistanssi

30 R_ = roottorikäämityksen resistanssi# muunnettuna staatto- K ripuolelle, L = staattorikäämityksen induktanssi 15 66508 Ιτ = staattorikäämityksen magnetointivirta Li U = roottorikäämityksen vastasähkömotorinen voima, muunnettu staattoripuolelle, = ensimmäinen ohjaussignaali w = oskillaattorin taajuus 5 missä moottorin pyörimisnopeutta edustava mitattu signaali (U) on asteikoitettu roottorin vastasähkömotorista voimaa vastaavaan arvoon. Patentkrav;