RU2210171C2

RU2210171C2 - Way to control synchronous electric motor with excitation from permanent magnets

Info

Publication number: RU2210171C2
Application number: RU2001126428/09A
Authority: RU
Inventors: н Н.А. Боло; Н.А. Болоян; Б.М. Боченков; С.В. Брованов; А.С. Востриков; жный И.Е. Дер; И.Е. Деряжный; О.Г. Куклин; Н.М. Прудов; А.Г. Судак; А.В. Таран; С.А. Харитонов; Л.А. Чемакин
Original assignee: ООО "НИИ автоматики и силовой электроники"
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-08-10

Abstract

FIELD: electrical engineering, electric motor drives, design of electromechanical steering wheel boosters for cars. SUBSTANCE: way to control synchronous electric motor with excitation from permanent magnets consists in formation of m-phase system of currents in phase windings of motor, in continuous measurement of value of magnetic induction in immobile points located on plane perpendicular to rotation axis of rotor equidistantly from it. Number of measurement points equals number of phase windings of motor. Angular position of each point is shifted from axis of corresponding phase winding through angle equal to 90 electrical degrees. Current in each phase is formed proportional to product of momentary values of induction of magnetic field in corresponding measurement point and specified value of torque. Angle of 90 electrical degrees contained between vector of current and vector of magnetic flux is secured in any position of rotor. As result pulsation of torque is eliminated. EFFECT: raised accuracy of control. 2 dwg

Description

Изобретение касается электропривода и может быть использовано при создании различных электромеханических систем, например при создании электромеханического усилителя руля автомобиля. The invention relates to an electric drive and can be used to create various electromechanical systems, for example, when creating an electromechanical power steering of a car.

Известен способ (авторское свидетельство СССР 1495973, кл. Н 02 Р 7/42, 1989) управления синхронным двигателем с возбуждением от постоянных магнитов, заключающийся в том, что измеряют угловое положение ротора и формируют в фазных обмотках m-фазную систему токов, каждый из которых пропорционален заданному значению вращающего момента и гармонической функции угла положения ротора. A known method (USSR author's certificate 1495973, class N 02 P 7/42, 1989) of controlling a synchronous motor with excitation from permanent magnets, which consists in measuring the rotor angular position and forming an m-phase current system in phase windings, each of which is proportional to the set value of the torque and the harmonic function of the angle of the rotor position.

Существенным недостатком данного способа является необходимость измерения углового положения ротора и дополнительной обработки сигнала об угловом положении, что усложняет его применение и способствует снижению точности управления. A significant disadvantage of this method is the need to measure the angular position of the rotor and additional processing of the signal about the angular position, which complicates its use and helps to reduce the accuracy of control.

Кроме того, известен способ управления синхронным электродвигателем с возбуждением от постоянных магнитов (патент США 5901268, 4 мая 1999г.), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, при котором определяют знак (направление) индукции магнитного поля в неподвижных точках по окружности статора и формируют в обмотках статора m-фазную систему токов, абсолютная величина которых пропорциональна заданному вращающему моменту, а знак (направление) определяется знаком индукции магнитного поля в соответствующей точке измерения. In addition, a known method of controlling a synchronous electric motor with excitation from permanent magnets (US patent 5901268, May 4, 1999), which is the prototype of the invention, in which the sign (direction) of the magnetic field induction at fixed points around the circumference of the stator is formed and formed in the stator windings m-phase system of currents, the absolute value of which is proportional to a given torque, and the sign (direction) is determined by the sign of the magnetic field induction at the corresponding measurement point.

Существенным недостатком данного способа является низкая точность управления, обусловленная пульсациями вращающего момента, вызванными тем, что при плавном повороте ротора результирующий вектор тока принимает лишь несколько дискретных угловых положений, так, что угол межу векторами тока и магнитного потока не остается постоянным. A significant drawback of this method is the low control accuracy due to torque ripples caused by the fact that when the rotor is rotated smoothly, the resulting current vector takes only a few discrete angular positions, so that the angle between the current and magnetic flux vectors does not remain constant.

Задачей изобретения является создание способа управления синхронным электродвигателем с возбуждением от постоянных магнитов с более высокой точностью управления. The objective of the invention is to provide a method for controlling a synchronous electric motor with excitation from permanent magnets with higher control accuracy.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе управления синхронным двигателем с возбуждением от постоянных магнитов, заключающемся в том, что в фазных обмотках формируют m-фазную систему токов, непрерывно измеряют величину магнитной индукции в неподвижных точках, расположенных на плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, на одинаковом расстоянии от нее, причем количество точек измерения равно количеству фазных обмоток двигателя, а угловое положение каждой из точек измерения смещено от оси соответствующей фазной обмотки на угол, равный 90 электрическим градусам, и ток в каждой фазе формируют пропорциональным произведению мгновенного значения индукции магнитного поля в соответствующей точке измерения и заданного значения вращающего момента. The solution to this problem is achieved by the fact that in the known method of controlling a synchronous motor with excitation from permanent magnets, which consists in the fact that in the phase windings an m-phase system of currents is formed, the magnitude of the magnetic induction is continuously measured at fixed points located on a plane perpendicular to the axis of rotation the rotor, at the same distance from it, and the number of measurement points is equal to the number of phase windings of the motor, and the angular position of each of the measurement points is offset from the axis accordingly th phase winding by an angle equal to 90 electrical degrees, and the current in each phase is formed proportional to the product of the instantaneous value of the magnetic field induction at the corresponding measurement point and the specified torque value.

На фиг.1 приведена одна из возможных функциональных схем устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - конструкция (упрощенная) синхронного электродвигателя с расположенными на нем датчиками. Figure 1 shows one of the possible functional diagrams of a device that implements the proposed method; figure 2 - design (simplified) synchronous motor with sensors located on it.

Устройство (фиг. 1) содержит датчики 1, 2, 3, служащие для непрерывного измерения магнитной индукции в точках 4, 5, 6 (для m=3), сдвинутых относительно осей фазных обмоток 7, 8, 9 (фазы А, В, С соответственно) на угол 90 электрических градусов. Выходы датчиков 1, 2, 3 соединены со входами блоков перемножения 10, 11, 12 соответственно. Вторые входы блоков 10, 11, 12 соединены с выходом устройства (на схеме не показано), формирующего сигнал задания вращающего момента. Выходы блоков 10, 11, 12 соединены с соответствующими входами регуляторов тока 13, 14, 15. Выходы регуляторов тока соединены непосредственно с фазными обмотками 7, 8, 9 электродвигателя. The device (Fig. 1) contains sensors 1, 2, 3, used for continuous measurement of magnetic induction at points 4, 5, 6 (for m = 3), shifted relative to the axes of the phase windings 7, 8, 9 (phases A, B, C, respectively) at an angle of 90 electrical degrees. The outputs of the sensors 1, 2, 3 are connected to the inputs of the multiplication units 10, 11, 12, respectively. The second inputs of blocks 10, 11, 12 are connected to the output of the device (not shown in the diagram), which generates a torque reference signal. The outputs of the blocks 10, 11, 12 are connected to the corresponding inputs of the current regulators 13, 14, 15. The outputs of the current regulators are connected directly to the phase windings 7, 8, 9 of the electric motor.

Конструкция синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов (фиг.2) состоит из статора 16 со статорными обмотками 17, ротора 18 с выходными концами вала 19 и постоянными магнитами 20, закрепленного с помощью подшипников 21, 22 в подшипниковых щитах 23, 24. Датчики 1 2, 3 магнитной индукции расположены на подшипниковом щите 24 в точках 4, 5, 6, сдвинутых на угол 90 электрических градусов относительно осей соответствующих фазных обмоток 7, 8, 9. The design of a synchronous electric motor with excitation from permanent magnets (FIG. 2) consists of a stator 16 with stator windings 17, a rotor 18 with output ends of the shaft 19 and permanent magnets 20, mounted with bearings 21, 22 in the bearing shields 23, 24. Sensors 1 2, 3 of magnetic induction are located on the bearing shield 24 at points 4, 5, 6, shifted by an angle of 90 electrical degrees relative to the axes of the corresponding phase windings 7, 8, 9.

Способ управления синхронным двигателем с возбуждением от постоянных магнитов осуществляется следующим образом. С помощью датчиков 1, 2, 3 непрерывно измеряют величину магнитной индукции в точках 4, 5, 6, расположенных на плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора 18, например, на подшипниковом щите 24, на одинаковом расстоянии R от указанной оси в непосредственной близости от постоянных магнитов 20. Полученные с датчиков мгновенные значения сигналов, по форме близкие к гармоническим функциям угла поворота ротора, на блоках 10, 11, 12 перемножают с сигналом задания вращающего момента и таким образом получают сигналы задания фазных токов. Благодаря смещению точек измерения магнитной индукции на 90 электрических градусов относительно осей соответствующих фазных обмоток на выходах блоков перемножения формируются сигналы задания фазных токов, являющихся компонентами вектора поперечного (моментообразующего) тока в неподвижной системе координат, модуль которого определяется сигналом задания момента. Полученные сигналы задания фазных токов подаются на входы регуляторов 13, 14, 15, которые в каждой фазе m-фазной обмотки синхронного электродвигателя формируют ток, пропорциональный произведению мгновенных значений индукции магнитного поля в соответствующей точке измерения и заданного значения вращающего момента. Развиваемый при этом момент электродвигателя пропорционален сигналу задания. The method of controlling a synchronous motor with excitation from permanent magnets is as follows. Using sensors 1, 2, 3, the magnitude of the magnetic induction is continuously measured at points 4, 5, 6 located on a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor 18, for example, on the bearing shield 24, at the same distance R from the specified axis in the immediate vicinity of the constants magnets 20. The instantaneous values of the signals obtained from the sensors, similar in shape to the harmonic functions of the angle of rotation of the rotor, are multiplied on blocks 10, 11, 12 with a torque reference signal and thus receive phase current reference signals. Due to the shift of the magnetic induction measuring points by 90 electrical degrees relative to the axes of the corresponding phase windings, the outputs of the multiplication units generate phase current signals, which are components of the transverse (moment-forming) current vector in a fixed coordinate system, the module of which is determined by the torque reference signal. The obtained signals for setting the phase currents are fed to the inputs of the regulators 13, 14, 15, which in each phase of the m-phase winding of the synchronous electric motor generate a current proportional to the product of the instantaneous values of the magnetic field induction at the corresponding measurement point and the set torque value. The motor torque developed in this case is proportional to the reference signal.

Таким образом, при любом положении ротора обеспечивается формирование вектора тока, направленного под углом 90^o к вектору магнитного потока, в отличие от прототипа, где этот угол изменяется при вращении ротора.Thus, at any position of the rotor, the formation of a current vector is provided, directed at an angle of 90 ^o to the magnetic flux vector, in contrast to the prototype, where this angle changes when the rotor rotates.

В результате предлагаемый способ управления синхронным электродвигателем с возбуждением от постоянных магнитов устраняет пульсации вращающего момента, вызванные изменением углового положения вектора тока относительно вектора магнитного потока и тем самым повышает точность управления. As a result, the proposed method for controlling a synchronous electric motor with excitation from permanent magnets eliminates torque pulsations caused by a change in the angular position of the current vector relative to the magnetic flux vector and thereby improves the control accuracy.

Claims

A method of controlling a synchronous electric motor with excitation from permanent magnets, namely, that an m-phase current system is formed in the phase windings of the motor, characterized in that the magnitude of the magnetic induction is continuously measured at fixed points located on a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor on the same distance from it, and the number of measurement points is equal to the number of phase windings of the motor, and the angular position of each of the measurement points is offset from the axis of the corresponding phase winding by l, equal to 90 electrical degrees, and the current in each phase is formed proportional to the product of the instantaneous values of the magnetic field induction at the corresponding measurement point and the specified torque value.