PL198195B1

PL198195B1 - Sposób i układ sterowania prędkością kątową silnika synchronicznego

Info

Publication number: PL198195B1
Application number: PL348282A
Authority: PL
Inventors: Michał Janaszek
Original assignee: Inst Elektrotechniki
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2008-06-30
Also published as: PL348282A1

Abstract

Układ sterowania prędkością kątową silnika synchronicznego, znamienny tym, że posiada regulator strumienia magnetycznego (R) zawierający tabelę wektorów przełączalnych napięcia, którego jedno wejście połączone jest z estymatorem strumienia magnetycznego (E), drugie wejście połączone jest z sumatorem (Σ) porównującym wartość zadaną strumienia (Ψζ) z wartością estymowaną (Ψ), trzecie wejście połączone jest z zadajnikiem (K) kierunku obrotów silnika synchronicznego (SS), wyjście regulatora strumienia (R) połączone jest z falownikiem napięcia (F) zasilanym napięciem stałym (UDC) i połączonym z silnikiem synchronicznym (SS), natomiast wejścia estymatora strumienia (E) połączone są z czujnikami napięć fazowych (U) i prądów fazowych (I), a wyjścia estymatora strumienia (E) połączone są z regulatorem strumienia (R) i sumatorem (Σ)

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ sterowania prędkością kątową silnika synchronicznego zasilanego z trójfazowego falownika napięcia.

W dotychczas stosowanych układach sterowania prędkością kątową silnika synchronicznego wymagana jest synchronizacja przebiegów napięć fazowych zasilających silnik z położeniem wirnika silnika. Dlatego w napędach stosowane są czujniki położenia np. rezolwery i złożone układy regulacji zawierające między innymi generatory napięć sinusoidalnych i regulatory kąta między wektorem prądu a wektorem strumienia wzbudzenia. Powszechny w napędach z silnikami indukcyjnymi sposób sterowania, w którym amplituda napięcia zasilającego jest proporcjonalna do jego częstotliwości u/f=const nie może być zastosowany, gdyż nie zabezpiecza silnika przed oscylacjami i wypadaniem z synchronizmu.

Sposób sterowania prędkością kątową silnika synchronicznego według wynalazku polega na tym, że aby wartość strumienia magnetycznego stojana silnika niezależnie od wartości napięcia zasilającego, prędkości kątowej i prądu była równa strumieniowi od magnesów trwałych reguluje się tak, że wartość strumienia estymowaną na podstawie zmierzonych wartości napięć i prądów fazowych porównuje się z wartością stałą strumienia od magnesów trwałych, a w regulatorze strumienia, w którym znajduje się tabela wektorów przełączalnych napięcia, wybiera się właściwy wektor w zależności od kierunku obrotów, sektora, w którym znajduje się wektor strumienia silnika i znaku różnicy między strumieniem zadanym a estymowanym.

Układ sterowania prędkością kątową silnika synchronicznego według wynalazku posiada regulator strumienia magnetycznego zawierający tabelę wektorów przełączalnych napięcia, którego jedno wejście połączone jest z estymatorem strumienia magnetycznego, drugie wejście połączone jest z sumatorem porównującym wartość zadaną strumienia z wartością estymowaną, a trzecie wejście połączone jest z zadajnikiem kierunku obrotów silnika. Wyjście regulatora strumienia połączone jest z falownikiem napięcia. Wejścia estymatora strumienia połączone są z czujnikami napięć i prądów fazowych a wyjścia estymatora strumienia połączone są z regulatorem strumienia i sumatorem.

Zaletą sposobu według wynalazku jest samoistna synchronizacja prędkości kątowej napięcia zasilającego silnik synchroniczny i prędkości kątowej wirnika, co zabezpiecza przed wypadnięciem z synchronizmu i zapewnia stabilną i poprawną pracę układu napędowego. Układ sterowania powoduje, że silnik synchroniczny zachowuje się tak jak silnik prądu stałego o magnesach trwałych, to znaczy prędkość kątowa silnika jest proporcjonalna do wartości napięcia stałego zasilającego falownik, a prąd zasilający silnik jest proporcjonalny do momentu obciążenia.

Zaletą układu według wynalazku jest jego prosta budowa. Nie wymaga on stosowania czujnika położenia wirnika silnika, a w układzie regulacyjnym nie ma generatora napięć sinusoidalnych o zmiennych amplitudzie i pulsacji sygnałów, nie ma też regulatora położenia wirnika i układów transformacji współrzędnych.

Przedmiot wynalazku pokazany jest na rysunku przedstawiającym schemat blokowy układu sterowania.

Układ zawiera estymator E strumienia magnetycznego, który na podstawie mierzonych wartości fazowych napięć U i prądów I silnika synchronicznego SS określa amplitudę Ψ i fazę S strumienia magnetycznego silnika. Wejścia estymatora E strumienia połączone są z czujnikami napięć fazowych U i prądów fazowych l znajdującymi się między falownikiem napięcia F oraz silnikiem synchronicznym SS, a wyjścia połączone są z sumatorem Σ i regulatorem strumienia R. Falownik F zasilany jest napięciem stałym Udc a jego wyjścia połączone są z silnikiem SS. Sumator Σ porównuje wartość zadaną strumienia Ψ_ζ z wartością estymowaną Ψ i określa znak różnicy sygnałów ΔΨ. Regulator strumienia magnetycznego R ma trzy wejścia: jedno połączone z estymatorem strumienia magnetycznego E, drugie połączone z sumatorem Σ, a trzecie połączone z zadajnikiem kierunku obrotów silnika K. Wyjścia regulatora strumienia R połączone są z tranzystorowym falownikiem napięcia F. Regulator strumienia R zawiera tabelę wektorów przełączalnych napięcia. Tabela zawiera k wektorów napięcia przesuniętych względem siebie o 360/k stopni elektrycznych (gdzie k - całkowita wielokrotność 6). Możliwe są różne warianty tabeli. Przykładowo podano warianty tabeli z wyborem k = 6 oraz k = 12 wektorów przełączalnych.

W tabelach oznaczono:

ΔΨ - Znak różnicy strumieni zadanego i estymowanego, dodatni lub ujemny, sygnał dwustanowy

K - Kierunek obrotów - dodatni lub ujemny - sygnał dwustanowy.

PL 198 195 B1 s-ι.... s₆ i s-i s₁2 - sektor w którym znajduje się wektor strumienia.

ua, ub, u_c - wartości fazowe napięcia.

U1.........u₆ i —........u-|₂ - wektory przełączalnenapięcia.

P r z y k ł a d 1.

Wariant z wyborem 6 wektorów przełączalnych przesuniętych względem siebie o 60° ^el. Włączenie napięcia Udc do danej fazy oznaczono 1, włączenie napięcia zerowego oznaczono 0.

Zależności między napięciami fazowymi a współrzędnymi wektorów napięć zawiera tabela 1.

T a b e l a 1

	ui	u²	u³	u⁴	u⁵	u⁶
ua	1	1	0	0	0	1
ub	0	1	1	1	0	0
uc	0	0	0	1	1	1

Wybór wektorów napięcia zależnie od sygnałów wejściowych ΔΨ, K, s-|.... s6 zawiera tabela 2.

T a b e l a 2

ΔΨ	K	s-i	s2	s3	s⁴	s5	s⁶
+	+	u²	u³	u⁴	u⁵	u⁶	u¹
-	+	u3	u4	u5	u6	u1	u2
+	-	u⁶	u¹	u²	u³	u⁴	u⁵
-	-	u⁵	u⁶	u¹	u²	u³	u⁴

P r z y k ł a d 2.

Trzy warianty z wyborem 12 wektorów przełączalnych i sektorach o szerokości 30° e' i Wektory określone zależnościami z tabeli 3:

T a b e l a 3

	u¹	u²	u³	u⁴	u⁵	u⁶	u₇	u₈	u₉	u10	u¹¹	u12
uA		1		0,5	0	0	0	0	0	0,5		1
ub	0	73/	1		1		1	0,5	0	0	0	0
uc	0	0	0	0	0	0,5		1		1	732	0,5

Wariant z wyborem 12 wektorów przesuniętych względem siebie co 30° el.

Wybór wektorów napięcia zależnie od sygnałów wejściowych ΔΨ, K, s-ι.... s6 zawiera tabela 4.

T a b e l a 4

ΔΨ

K

s-i

s2

s3

s⁴

s5

s6

s7

s8

s9

s10

su

s12

+

u⁴

u⁵

u⁶

u⁷

u⁸

u₉

u10

u¹¹

u12

u¹

u²

u³

-

+

u⁵

u⁶

u₇

u⁸

u₉

u10

u¹¹

u12

u¹

u²

u³

u⁴

+

-

u¹¹

u12

u¹

u²

u³

u⁴

u⁵

u⁶

u⁷

u⁸

u⁹

u10

-

u10

u¹¹

u12

u¹

u²

u³

u⁴

u⁵

u⁶

u⁷

u⁸

u⁹

Wariant z wyborem 12 wektorów przesuniętych względem siebie co 600 el.

Wybór wektorów napięcia zależnie od sygnałów wejściowych ΔΨ, K, s-ι.... s6 zawiera tabela 5.

PL 198 195 B1

T a b e l a 5

ΔΨ

K

s-i

s2

s3

s⁴

s5

s^u

s7

s8

s9

s10

su

s12

+

u₃

u₄

u⁵

u^u

u₇

u⁸

u⁹

u10

u¹¹

u12

u¹

u²

-

+

u⁵

u^u

u₇

u₈

u⁹

u10

u¹¹

u12

u¹

u²

u³

u⁴

+

-

u¹¹

un

u¹

u²

u³

u⁴

u⁵

u^u

u⁷

u⁸

u⁹

u10

-

u⁹

u10

u¹¹

u12

u¹

u²

u³

u⁴

u⁵

u^u

u⁷

u⁸

Wariant z wyborem 12 wektorów przesuniętych względem siebie co 90° ^el.

Wybór wektorów napięcia zależnie od sygnałów wejściowych ΔΨ, K, si.... S6 zawiera tabela 6.

T a b e l a 6

ΔΨ

K

s-i

s2

s3

s⁴

s5

s^u

s7

s8

s9

s10

su

s12

+

u³

u ⁴

u⁵

u^u

u⁷

u⁸

u⁹

u10

u¹¹

u12

u¹

u²

-

+

u^u

u⁷

u⁸

u⁹

u10

u¹¹

u12

u¹

u²

u³

u⁴

u⁵

+

-

uu

u¹

u²

u³

u⁴

u⁵

u^u

u⁷

u⁸

u⁹

u10

u¹¹

-

u⁹

u10

u¹¹

u12

u¹

u²

u³

u⁴

u⁵

u^u

u⁷

u⁸

Działanie układu jest następujące: Sygnał zadający strumień Ψ_ζ równy strumieniowi od magnesów trwałych Ψ| porównywany jest w sumatorze Σ z sygnałem estymowanym strumienia Ψ z estymatora strumienia E, a znak różnicy tych sygnałów ΔΨ podawany jest na regulator strumienia R. Ponadto na regulator strumienia R podawany jest sygnał określający kierunek obrotów K. Estymator strumienia E na podstawie zmierzonych napięć fazowych U i prądów fazowych l określa strumień estymowany Ψ i położenie s wektora strumienia z dokładnością do sektora Sk. Informacje te są podawane na wejście regulatora strumienia R. Regulator R zawiera tabelę wektorów przełączalnych napięcia. Dla określonego kierunku obrotów K (dodatni lub ujemny) i sektora Sk, w którym chwilowo położony jest wektor strumienia oraz znaku różnicy strumieni ΔΨ (dodatni lub ujemny) wybierany jest z tabeli odpowiedni wektor napięcia (ui.........u₆) i (u . ........u₁₂). Współręędne tego wektora podawane są na wejście trójfazowego falownika napięcia F. Wyjścia falownika F połączone są z silnikiem synchronicznym SS. Amplituda zapięcia zasilającego silnik synchroniczny SS określona jest napięciem stałym Udc zasilającym falownik F lub średnim napięciem ustalonym szerokością impulsów PWM.

Claims

1. Sposób sterowania prędkością kątową silnika synchronicznego, znamienny tym, że aby wartość strumienia silnika niezależnie od wartości napięcia zasilającego, prędkości kątowej i prądu obciążenia była równa strumieniowi od magnesów trwałych reguluje się tak, że wartość strumienia estymowaną na podstawie zmierzonych wartości napięć i prądów fazowych porównuje się z wartością stałą równą strumieniowi od magnesów trwałych, a w regulatorze strumienia (R), w którym znajduje się tabela wektorów przełączalnych napięcia, wybiera się właściwy wektor w zależności od kierunku obrotów, sektora w którym znajduje się wektor strumienia silnika i znaku różnicy między strumieniem zadanym a estymowanym.

2. Układ sterowania prędkością kątową silnika synchronicznego, znamienny tym, że posiada regulator strumienia magnetycznego (R) zawierający tabelę wektorów przełączalnych napięcia, którego jedno wejście połączone jest z estymatorem strumienia magnetycznego (E), drugie wejście połączone jest z sumatorem (Σ) porównującym wartość zadaną strumienia (Ψ_ζ) z wartością estymowaną (Ψ), trzecie wejście połączone jest z zadajnikiem (K) kierunku obrotów silnika synchronicznego (SS), wyjście regulatora strumienia (R) połączone jest z falownikiem napięcia (F) zasilanym napięciem stałym (Udc) i połączonym z silnikiem synchronicznym (SS), natomiast wejścia estymatora strumienia (E) połączone są z czujnikami napięć fazowych (U) i prądów fazowych (I), a wyjścia estymatora strumienia (E) połączone są z regulatorem strumienia (R) i sumatorem (Σ).