PL223105B1 - Układ pomiarowy kąta przesunięcia między napięciem międzyprzewodowym silnika elektrycznego PMSM i napięciem fazowym falownika - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ pomiarowy kąta przesunięcia między napięciem międzyprzewodowym silnika elektrycznego PMSM i napięciem fazowym falownika, gdy uzwojenie twornika jest połączone w trójkąt bądź w gwiazdę bez wyprowadzonego punktu zerowego.

Znane są układy napędowe z silnikami synchronicznymi wzbudzanymi magnesami trwałymi. Układy te składają się z: silnika elektrycznego wzbudzanego magnesami trwałymi PMSM, enkodera, komutatora energoelektronicznego oraz układu sterowania. Sposób sterowania prędkością obrotową silnika bazuje na ciągłym pomiarze kąta między osią magnesów trwałych i osiami pasm uzwojenia stojana. Funkcję tę realizuje enkoder inkrementalny zabudowany w silniku. Enkoder inkrementalny jest to impulsator, którego zadaniem jest wytwarzanie impulsów odpowiadających ruchowi obrotowemu silnika. Charakterystyczną cechą tego typu enkoderów jest stała, niezmienna ilość impulsów na wyjściu na jeden obrót, na przykład 3600 impulsów na obrót. W celu kontroli kierunku obrotów (prawolewo) enkoder generuje dwa sygnały impulsowe A i B oraz impuls indeksu zerowego X (jeden impuls na obrót). Sygnały impulsów B są przesunięte fazowo o 90° względem sygnałów impulsów A. Impuls X jest wykorzystywany do ustawienia położenia zerowego licznika impulsów. Identyfikacja położenia indeksu zerowego X, względem osi wybranego pasma uzwojenia stojana może być zrealizowana z dokładnością jednego impulsu A, to jest z dokładnością 0,1° w przypadku enkodera posiadającego 3600 impulsów na obrót. Przy produkcji silnika i montażu enkodera taka dokładność jest trudna do osiągnięcia, dlatego też montaż enkodera na wale silnika w większości przypadków jest dowolny. W celu dopasowania ustawienia enkodera względem magnesów trwałych i osi pasm uzwojeń stojana wprowadzono pojęcie offset. Offset jest to przesunięcie sygnału indeksu X enkodera względem fazowego napięcia rotacji indukowanego w uzwojeniach przez strumień magnetyczny od magnesów trwałych. Z tego względu, że indeks zerowy X jest to tylko jeden impuls na obrót dla ułatwienia ustawiania offsetu wprowadzono sygnał prostokątny P z cyfrowego wyjścia programowalnego falownika generowanego na podstawie indeksu X. Zbocze narastające tego sygnału jest odpowiedzią na indeks zerowy enkodera X, natomiast okres sygnału jest ustalany przez procesor falownika na podstawie liczby par biegunów oraz ilości impulsów enkodera na jeden obrót tak, aby odpowiadał okresowi SEM indukowanej przez silnik. Offset jest jednym z parametrów wpisywanych do pamięci sterownika. Aby poprawnie wyznaczyć ten parametr należy zarejestrować przebieg SEM indukowanej podczas obrotu wirnika i porównać ją z sygnałem prostokątnym generowanym przez układ sterowania silnika lub indeksem zerowym X. Dotychczas, aby ustawić poprawnie ten kąt (offset) należało rejestrować SEM fazową indukowaną w paśmie odniesienia, np. U_U. Jednak uzwojenia pasm U, V, W są łączone w gwiazdę bez dostępu do punktu zerowego, zatem do ustawienia offsetu, w istniejących rozwiązaniach, tworzone jest tzw. sztuczne zero. Wyjście fazowe UU ze sztucznego zera i sygnały A lub B oraz sygnał X z enkodera są dołączone na zaciski wejściowe układu sterowania falownika. Układ sterowania falownika otrzymuje wprost informację o kącie między sygnałem X i napięciem fazowym U_U silnika. Tworzenie sztucznego zera rozbudowuje i podraża układ ustawiania offsetu. Istnieje zatem potrzeba opracowania układu pomiarowego do ustawiania offsetu w oparciu o przebiegi czasowe międzyfazowego napięcia rotacji silnika U_UV bez konieczności tworzenia sztucznego zera uzwojenia.

Według wynalazku układ pomiarowy kąta przesunięcia między napięciem międzyprzewodowym silnika elektrycznego PMSM i napięciem fazowym falownika charakteryzuje się tym, że na wejścia układu mikroprocesorowego są dołączone pasma UV uzwojenia silnika, wyjścia A lub B i indeks zerowy X enkodera oraz wyjście P układu sterowania falownika, a wyjścia z układu mikroprocesorowego są połączone z wyjściem Dl układu sterowania i z wejściem oscyloskopu. Funkcję układu mikroprocesorowego może pełnić karta pomiarowa z której wyjście jest połączone z wejściem komputera, przy czym na drugie wejście komputera jest dołączony sygnał A lub B z enkodera, a wyjście z komputera jest połączone z wejściem DI układu sterowania.

Zaletą tego sposobu odczytu offsetu jest, że przesunięcie fazowe między napięciem międzyprzewodowym U_UV(t) i napięciem fazowym U_U(t) wynoszącym 30° jest realizowane w układzie mikroprocesorowym i odczytywane na oscyloskopie, bądź w karcie pomiarowej i odczytywane na komputerze. Zaletą jest także odczytywanie offsetu w funkcji kąta & obrotu wirnika: w radianach, stopniach bądź w impulsach.

Przedmiot wynalazku zilustrowano w przykładzie na rysunkach, na których fig. 1 pokazuje offset jako kąt między sygnałami U_UV(&) i P(&), fig. 2 - schemat blokowy układu do odczytu offsetu z wykorzystaniem układu mikroprocesorowego i oscyloskopu oraz fig. 3 - schemat blokowy układu do odczyPL 223 105 B1 tu offsetu z wykorzystaniem karty pomiarowej i komputera. Układ pomiarowy kąta przesunięcia między napięciem międzyprzewodowym (SEM U_UV - siłą elektromotoryczną) silnika elektrycznego PMSM 1 i napięciem fazowym falownika 3 składa się z enkodera inkrementalnego 2, układu sterowania 8, falownika 3, układu mikroprocesorowego 4, oscyloskopu 5 bądź karty pomiarowej 6 i komputera 7. Układ jest połączony w ten sposób, że na wejścia układu mikroprocesorowego 4 są dołączone: pasma UV uzwojenia silnika 1, wyjścia A lub B i indeks zerowy X enkodera 2 oraz wyjście P układu sterowania 8 falownika 3, a wyjścia z układu mikroprocesorowego 4 są połączone z wejściem DI układu sterowania 8 i z oscyloskopem 5. Funkcję układu mikroprocesorowego 4 może pełnić karta pomiarowa 6 z której wyjście jest połączone z wejściem komputera 7, przy czym na drugie wejście komputera 7 jest dołączony sygnał A lub B z enkodera 2, a wyjście z komputera 7 jest połączone z wejściem DI układu sterowania 8. W ten sposób do mikroprocesora 4 bądź do karty pomiarowej 6 są podawane sygnały: napięcie międzyprzewodowe (SEM U_UV) silnika 1, napięcie generowane przez enkoder 2 A lub B i indeksu zerowego X oraz sygnał napięcia prostokątnego P generowany przez układ sterowania 8 falownika 3. Sposób wyznaczenia offsetu polega na tym, że układ mikroprocesorowy 4 bądź karta pomiarowa 6, realizuje funkcję: 9 = (2πί/7 + 7/12) lub 9 = (2πί/7 - 7/12) bądź 9 = (360t/7 + 30°) lub 9 = (360t/7 - 30°) i przetwarza przebiegi czasowe napięć: U_UV(t), X(t), P(t) na przebiegi napięć w funkcji kąta 9: U_UV(9), X(9), P(9), po czym sygnały U_UV(9), X(9), P(9) są podawane na oscyloskop 5, na którym odczytuje się kąt przesunięcia (offset - 9) między napięciem U_UV(9) i sygnałem napięcia prostokątnego P(9), przy czym 7 oznacza okres zmiany napięcia U_UV(t) w radianach bądź w stopniach. Odczytany kąt offsetu 9 można wpisać ręcznie do układu sterowania 8 falownika 3. Układ mikroprocesorowy 6 przetwarza także sygnały napięć U_UV(9), X(9), P(9) na sygnały impulsowe U_UV(/_k//), X(/_k//), P(/_k//) według algorytmu: /_k// = 9/2π i odczytuje offset 9 w impulsach /_k. Sygnał /_k przekazuje na wyjście DI układu sterowania 8. / oznacza ilość impulsów A lub B enkodera 2 na jeden obrót wirnika, natomiast /_k jest k-tym impulsem enkodera 2.

Drugi sposób polega na tym, że z karty pomiarowej sygnały napięć U_UV(9), X(9), P(9) przesyłane są do komputera 7, który przetwarza je, według algorytmu: /_k// = 9/2π, na sygnały impulsowe U_UV(/_k//), X(/_k//), P(/_k//) i odczytuje offset 9 w impulsach /_k. Komputer 7 przekazuje impuls na wejście DI układu sterowania 3. Zaletą komputera 7 jest także zapisanie w pamięci i archiwizacji wyników pomiaru offsetu 9.

Ten sposób wyznaczania offsetu 9 jest realizowany w oparciu o sygnały napięć U_UV(t), X(t), P(t) w funkcji kąta obrotu wirnika przetworzone na sygnały impulsowe (cyfrowe) U_UV(/_k//), X(/_k//), P(/_k//). Tym samym wyznaczona wartość offsetu 9 nie zależy od dewiacji prędkości kątowej, która jest funkcją czasu.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ pomiarowy kąta przesunięcia między napięciem międzyprzewodowym silnika elektrycznego PMSM i napięciem fazowym falownika wyposażonego w enkoder inkrementalny, układ sterowania, falownik, oscyloskop i układ mikroprocesorowy bądź kartę pomiarową, znamienny tym, że na wejścia układu mikroprocesorowego (4) są dołączone pasma UV uzwojenia silnika (1), wyjścia A lub B i indeks zerowy X enkodera (2) oraz wyjście P układu sterowania (8) falownika (3), a wyjścia z układu mikroprocesorowego (4) są połączone z wejściem Dl układu sterowania (8) i z oscyloskopem (5).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że funkcję układu mikroprocesorowego (4) pełni karta pomiarowa (6) z której wyjście jest połączone z wejściem komputera (7), przy czym na drugie wejście komputera (7) jest dołączony sygnał A lub B z enkodera (2), a wyjście z komputera jest połączone z wejściem DI układu sterowania (8).