RU2715213C1 - Method for determination of rotor angular position of electric motors of synchronous machines class with excitation winding - Google Patents
Method for determination of rotor angular position of electric motors of synchronous machines class with excitation winding Download PDFInfo
- Publication number
- RU2715213C1 RU2715213C1 RU2018142584A RU2018142584A RU2715213C1 RU 2715213 C1 RU2715213 C1 RU 2715213C1 RU 2018142584 A RU2018142584 A RU 2018142584A RU 2018142584 A RU2018142584 A RU 2018142584A RU 2715213 C1 RU2715213 C1 RU 2715213C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- angular position
- excitation winding
- winding
- electric motors
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
- H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/32—Arrangements for controlling wound field motors, e.g. motors with exciter coils
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Заявленное решение относится к области электротехники и предназначено для определения углового положения ротора электродвигателей класса синхронных машин с обмоткой возбуждения.The claimed solution relates to the field of electrical engineering and is intended to determine the angular position of the rotor of the electric motors of the class of synchronous machines with an excitation winding.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Из существующего уровня техники широко известны способы определения положения ротора для синхронных электродвигателей, построенные по принципам выделения ЭДС вращения электродвигателя или на базе инжекции (добавления/ввдения) в питающее напряжение или ток высокочастотного сигнала и вычислении магнитной анизотропии машины. Метод по противо-ЭДС применяется на средних и высоких скоростях. Метод на основе инжекции работает на низких скоростях, но точность измерения существенно зависит от нагрузки и режима работы электродвигателя. Кроме того, для синхронных машин с обмоткой возбуждения известны методы определения начального положения за счет инжекции в роторную обмотку [4].Methods for determining the position of the rotor for synchronous motors based on the principles of extracting the emf of rotation of the electric motor or based on injection (addition / introduction) into the supply voltage or current of a high-frequency signal and calculating the magnetic anisotropy of the machine are widely known from the prior art. The anti-EMF method is used at medium and high speeds. The injection-based method works at low speeds, but the accuracy of the measurement substantially depends on the load and the operating mode of the electric motor. In addition, for synchronous machines with field windings, methods for determining the initial position by injection into the rotor winding are known [4].
Самосенсорные методы, основанные на инжекции, делятся на множество подклассов, таких как инжекция тока или инжекция напряжения. Инжекция напряжения, как наиболее часто использующаяся, в свою очередь делится на инжекцию пульсирующего сигнала и инжекцию вращающегося сигнала. Частота инжектируемого сигнала в большинстве случаев лежит в пределах от 300 Гц до 1 кГц или использует перебор состояний инвертора в процессе ШИМ и измеряет отклик в токе на каждое из состояний [1].Injection-based self-sensor methods are divided into many subclasses, such as current injection or voltage injection. The voltage injection, as the most commonly used, in turn is divided into the injection of a pulsating signal and the injection of a rotating signal. In most cases, the frequency of the injected signal lies in the range from 300 Hz to 1 kHz or uses the enumeration of the inverter states in the PWM process and measures the current response to each of the states [1].
У вентильно-индукторного электродвигателя независимого возбуждения (ВИДНВ), подобно явнополюсной синхронной машине с обмоткой возбуждения, ротор имеет магнитную анизотропию. Поэтому инжекция высокочастотного сигнала в статорную обмотку приведет к возникновению отклика в форме токов статора и амплитуда отклика будет зависеть от углового положения ротора. Оценка углового положения осуществляется на одном периоде инжекции, поэтому данный метод реализуем только для низких скоростей. На высоких скоростях изменение угла за период инжекции оказывается значительным, поэтому при увеличении скорости система управления переключается на метод оценки по ЭДС вращения.In a valve-induction electric motor of independent excitation (VIDNV), like an explicitly polar synchronous machine with an excitation winding, the rotor has magnetic anisotropy. Therefore, the injection of a high-frequency signal into the stator winding will lead to a response in the form of stator currents and the amplitude of the response will depend on the angular position of the rotor. The angular position is estimated at one injection period; therefore, this method is implemented only for low speeds. At high speeds, the change in the angle during the injection period is significant, therefore, with increasing speed, the control system switches to the method of estimation by rotation EMF.
В [2] показано, как для асинхронного генератора с фазным ротором за счет инжекции сигнала в роторную обмотку и благодаря наличию индуктивной связи между статором и ротором можно по отклику в токе статора получить угловое положение ротора, однако данный метод применим только для асинхронных электродвигателей с фазным ротором.In [2] it is shown how, for an induction generator with a phase rotor, due to the injection of a signal into the rotor winding and due to the inductive coupling between the stator and the rotor, the angular position of the rotor can be obtained from the response in the stator current, however, this method is applicable only to asynchronous motors with phase rotor.
Известны также различные решения, описанные в патентных источниках информации, которые направлены на определение положения ротора на средних или высоких скоростях с помощью инжекции сигнала в статорную обмотку. Например, такие решения описаны в источниках [3]-[5].Various solutions are also known, described in patent information sources, which are aimed at determining the position of the rotor at medium or high speeds by injecting a signal into the stator winding. For example, such solutions are described in sources [3] - [5].
В качестве наиболее близкого аналога можно рассматривать источник [4], в котором описывается известный способ определения положения ротора с помощью инжекции в статорную обмотку и получении отклика также от статорной обмотки, что позволяет определить положение ротора на средних или высоких скоростях.As the closest analogue, we can consider the source [4], which describes a known method for determining the position of the rotor by injection into the stator winding and receiving a response also from the stator winding, which makes it possible to determine the position of the rotor at medium or high speeds.
Таким образом, существенным недостатком известных из уровня техники решений является отсутствие способа достоверного и точного определения положения ротора электродвигателя класса синхронных машин с обмоткой возбуждения на нулевой и малых скоростях.Thus, a significant drawback of the solutions known from the prior art is the lack of a method for reliable and accurate determination of the position of the rotor of an electric motor of a class of synchronous machines with an excitation winding at zero and low speeds.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Решаемой технической проблемой заявленным решением является устранение недостатков, присущих существующим аналогам в данной области техники.The technical solution to be solved by the claimed solution is to eliminate the disadvantages inherent in existing analogues in the art.
Техническим результатом является обеспечение высокоточного определения положения ротора электродвигателей класса синхронных машин с обмоткой возбуждения на нулевой и малых скоростях.The technical result is the provision of high-precision determination of the position of the rotor of the electric motors of the class of synchronous machines with an excitation winding at zero and low speeds.
Заявленный способ реализуется с помощью выполнения этапов, на которых: осуществляют инжекцию высокочастотного сигнала в статорную обмотку; получают отклик сигнала от обмотки возбуждения;The claimed method is implemented by performing the steps in which: high-frequency signal is injected into the stator winding; receive a signal response from the field winding;
сравнивают фазу инжектируемого сигнала и фазу отклика в обмотке возбуждения, разница которых определяет угловое положение ротора электродвигателя. В частном варианте реализации электродвигатель представляет собой вентильно-индукторный электродвигатель независимого возбуждения.compare the phase of the injected signal and the response phase in the field winding, the difference of which determines the angular position of the rotor of the electric motor. In a particular embodiment, the electric motor is a valve-inductor electric motor of independent excitation.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙDESCRIPTION OF DRAWINGS
Фиг. 1 иллюстрирует оценку положения наблюдателем по отклику в токе статора. Фиг. 2 иллюстрирует отклик в токе обмотки возбуждения.FIG. 1 illustrates an assessment of the position of an observer in response to stator current. FIG. 2 illustrates a response in a field current.
Фиг. 3 иллюстрирует структурную схему наблюдателя отклика в токе возбуждения.FIG. 3 illustrates a block diagram of an observer response in an excitation current.
Фиг. 4 иллюстрирует определение углового положения ротора при пуске с наблюдателем по отклику в токе возбуждения.FIG. 4 illustrates the determination of the angular position of the rotor during start-up with an observer from the response in the excitation current.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Вентильно-индукторный электродвигатель независимого возбуждения, имеет дополнительный канал для измерения - обмотка возбуждения, который также может быть использован для оценки положения. Если ввести высокочастотную инжекцию в статорные обмотки, то изменение тока продольной оси (направленной в направлении потока) приводит к изменению тока обмотки возбуждения при постоянстве потока по продольной оси. Соответственно инжекция в статорную обмотку наблюдаема в обмотке возбуждения. По разнице фаз между инжектируемым сигналом и наблюдаемым в обмотке возбуждения определяется угловое положение ротора. Пример реализации предлагаемого способа представлен ниже:The induction motor-induction motor of independent excitation has an additional channel for measuring the excitation winding, which can also be used to estimate the position. If high-frequency injection is introduced into the stator windings, then a change in the current of the longitudinal axis (directed in the direction of flow) leads to a change in the current of the field winding with constant flow along the longitudinal axis. Accordingly, injection into the stator winding is observed in the field winding. The phase difference between the injected signal and the observed in the field winding determines the angular position of the rotor. An example implementation of the proposed method is presented below:
Ток обмотки возбуждения регулируется релейным регулятором. Если ток меньше заданного значения, то напряжение звена постоянного тока (ЗПТ) оказывается приложенным к обмотке возбуждения, иначе возникает короткое замыкание на обмотке, что эквивалентно приложению нулевого напряжения. Работа регулятора тока обмотки возбуждения одновременно с высокочастотной инжекцией в статорную обмотку для двух противоположных углов представлена на Фиг. 2. Отклики в токе обмотки возбуждения имеют одинаковую амплитуду, но разные фазы.The field current is controlled by a relay controller. If the current is less than the specified value, then the DC link voltage (DCB) is applied to the field winding, otherwise a short circuit occurs on the winding, which is equivalent to the application of zero voltage. The operation of the field current regulator simultaneously with high-frequency injection into the stator winding for two opposite angles is shown in FIG. 2. The responses in the field current have the same amplitude, but different phases.
Ток в обмотке возбуждения содержит составляющую от работы релейного регулятора тока, которая вносит искажение в отклик от инжекции в статорные обмотки. Эти искажения могут быть устранены за счет наблюдателя возмущения, который должен предсказывать поведение тока в обмотке возбуждения в соответствии с сигналами управления, приходящими от релейного регулятора.The current in the field winding contains a component from the operation of the relay current regulator, which introduces a distortion in the response from injection into the stator windings. These distortions can be eliminated by the perturbation observer, who must predict the behavior of the current in the field winding in accordance with the control signals coming from the relay controller.
Структурная схема наблюдателя представлена на Фиг. 3. Она содержит интегратор, который замещает индуктивность обмотки возбуждения Lf. Прикладываемое напряжение за вычетом падения на активном сопротивлении обмотки интегрируется, и вычисляется оценка тока обмотки возбуждения Из-за большого изменения температуры, сопротивление обмотки возбуждения в процессе работы электропривода меняется значительно, и разница между оценкой и измеренным значением используется чтобы скорректировать оценку сопротивления с помощью наблюдателя, представленного интегральным звеном с малым коэффициентом усиления Kсопр. Когда параметры модели соответствуют параметрам объекта, разница между измеренным и оцененным током представляет собой чистый отклик от инжектированного сигнала if inj.The block diagram of the observer is shown in FIG. 3. It contains an integrator, which replaces the inductance of the field winding L f . Applied voltage minus drop in winding resistance integrates and calculates the field current estimate Due to the large change in temperature, the resistance of the field winding during the operation of the electric drive changes significantly, and the difference between the estimate and the measured value is used to correct the estimate of the resistance using an observer represented by an integral link with a small gain K res . When the parameters of the model correspond to the parameters of the object, the difference between the measured and estimated current is the net response from the injected signal i f inj .
Отклик в токе обмотки возбуждения изменяет свою фазу в зависимости от положения ротора. Чтобы определить фазу сигнала, его умножают на синусоидальный и косинусоидальный сигналы, синфазные с сигналами инжекции в статор. Фильтр среднего скользящего имеет окно, равное периоду инжекции, и после него получаются синусоидальная и косинусоидальная компоненты углового положения. Эти два сигнала обрабатываются PLL-фильтром, который убирает шумы из выделенных сигналов. Таким образом, разница фаз инжектируемого сигнала и фазы отклика в обмотке возбуждения позволяет точно определить угловое положение ротора электродвигателя. На Фиг. 4 показана осциллограмма пуска ВИДНВ с разработанным наблюдателем положения. Точность восстановления положения проверялась с помощью ДПР на базе элементов Холла. Его сигнал интерполировался после некоторой минимальной скорости. Ошибка между восстановленным положением и измеренным мала и получаемый результат имеет высокую точность для работы системы векторного управления. Источники литературы:The response in the field current changes its phase depending on the position of the rotor. To determine the phase of the signal, it is multiplied by sinusoidal and cosine signals, in phase with the injection signals into the stator. The moving average filter has a window equal to the injection period, and after it the sinusoidal and cosine components of the angular position are obtained. These two signals are processed by a PLL filter that removes noise from the extracted signals. Thus, the phase difference between the injected signal and the response phase in the field winding allows you to accurately determine the angular position of the rotor of the electric motor. In FIG. Figure 4 shows the waveform of the start of the VIDNV with the developed position observer. The accuracy of the restoration of the position was checked using the DPR based on Hall elements. His signal was interpolated after some minimum speed. The error between the restored position and the measured one is small and the result obtained has high accuracy for the operation of the vector control system. Sources of literature:
1. Briz F., Degner M.W. Rotor Position Estimation // IEEE Industrial Electronics Magazine, 2011. Vol. 5, no. 2, P. 24-36.1. Briz F., Degner M.W. Rotor Position Estimation // IEEE Industrial Electronics Magazine, 2011. Vol. 5, no. 2, P. 24-36.
2. Reigosa D.D., Briz F., Blanco C., Guerrero J.M. Sensorless Control of Doubly Fed Induction Generators Based on Stator High-Frequency Signal Injection. // IEEE Transactions on Industry Applications. 2014, Vol. 50, no. 5. - P. 3382-3391.2. Reigosa D.D., Briz F., Blanco C., Guerrero J.M. Sensorless Control of Doubly Fed Induction Generators Based on Stator High-Frequency Signal Injection. // IEEE Transactions on Industry Applications. 2014, Vol. 50, no. 5. - P. 3382-3391.
3. CN 107070345 A, BEIJING LEADER & HARVEST ELECTRIC TECH CO LTD, 18.08.2017.3. CN 107070345 A, BEIJING LEADER & HARVEST ELECTRIC TECH CO LTD, 08/18/2017.
4. US 20050184698 A1, Honeywell International Inc., 25.08.2005.4. US 20050184698 A1, Honeywell International Inc., 08.25.2005.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018142584A RU2715213C1 (en) | 2018-12-03 | 2018-12-03 | Method for determination of rotor angular position of electric motors of synchronous machines class with excitation winding |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018142584A RU2715213C1 (en) | 2018-12-03 | 2018-12-03 | Method for determination of rotor angular position of electric motors of synchronous machines class with excitation winding |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2715213C1 true RU2715213C1 (en) | 2020-02-26 |
Family
ID=69630907
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018142584A RU2715213C1 (en) | 2018-12-03 | 2018-12-03 | Method for determination of rotor angular position of electric motors of synchronous machines class with excitation winding |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2715213C1 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5585709A (en) * | 1993-12-22 | 1996-12-17 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Method and apparatus for transducerless position and velocity estimation in drives for AC machines |
US7034497B2 (en) * | 2004-09-22 | 2006-04-25 | Hamilton Sundstrand Corporation | Carrier injection sensorless control of aircraft variable frequency wound field synchronous starter/generators |
US7045986B2 (en) * | 2004-02-20 | 2006-05-16 | Honeywell International Inc. | Position sensing method and apparatus for synchronous motor generator system |
EP1944860A1 (en) * | 2007-01-12 | 2008-07-16 | ABB Oy | A method for sensorless estimation of rotor speed and position of a permanent magnet synchronous machine |
RU2594358C1 (en) * | 2015-05-27 | 2016-08-20 | Закрытое акционерное общество "Орбита" | Method of sensorless determination of initial position of rotor of synchronous motor with permanent magnets |
DE102015218934A1 (en) * | 2015-09-30 | 2017-03-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Monitoring a sensorless rotor attitude detection |
CN107070345A (en) * | 2017-01-04 | 2017-08-18 | 北京利德华福电气技术有限公司 | The estimating and measuring method of electric excitation synchronous motor initial position of rotor |
JP2018078789A (en) * | 2016-10-17 | 2018-05-17 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | System and method for sensorless control of electric machines using magnetic alignment signatures |
-
2018
- 2018-12-03 RU RU2018142584A patent/RU2715213C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5585709A (en) * | 1993-12-22 | 1996-12-17 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Method and apparatus for transducerless position and velocity estimation in drives for AC machines |
US7045986B2 (en) * | 2004-02-20 | 2006-05-16 | Honeywell International Inc. | Position sensing method and apparatus for synchronous motor generator system |
US7034497B2 (en) * | 2004-09-22 | 2006-04-25 | Hamilton Sundstrand Corporation | Carrier injection sensorless control of aircraft variable frequency wound field synchronous starter/generators |
EP1944860A1 (en) * | 2007-01-12 | 2008-07-16 | ABB Oy | A method for sensorless estimation of rotor speed and position of a permanent magnet synchronous machine |
RU2594358C1 (en) * | 2015-05-27 | 2016-08-20 | Закрытое акционерное общество "Орбита" | Method of sensorless determination of initial position of rotor of synchronous motor with permanent magnets |
DE102015218934A1 (en) * | 2015-09-30 | 2017-03-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Monitoring a sensorless rotor attitude detection |
JP2018078789A (en) * | 2016-10-17 | 2018-05-17 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | System and method for sensorless control of electric machines using magnetic alignment signatures |
CN107070345A (en) * | 2017-01-04 | 2017-08-18 | 北京利德华福电气技术有限公司 | The estimating and measuring method of electric excitation synchronous motor initial position of rotor |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
US 7045986 B2, (16.05.2006. * |
ЛИЦИН К.В. и др., ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ИНЖЕКЦИЯ СИГНАЛОВ ПРИ БЕЗДАТЧИКОВОМ МЕТОДЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, Машиностроение: сетевой электронный научный журнал, 2013 N1, с.28-32. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6692605B2 (en) | Method for determining the position of the rotor of a polyphase motor | |
Bendjedia et al. | Position control of a sensorless stepper motor | |
KR101087581B1 (en) | Sensorless control method of permanent magnet synchronous motor | |
US20140327379A1 (en) | Position sensorless drive system and method for permanent magnet motors | |
KR20050057148A (en) | Motor drive control | |
CN107769633B (en) | Method for determining the orientation of the rotor of a ironless PMSM motor and motor system | |
CN104426447B (en) | Method and apparatus for determining the pole wheel position of electronic commutation motor | |
Wang et al. | Simple and effective online position error compensation method for sensorless SPMSM drives | |
CN108233780B (en) | Method and device for detecting the presence of permanent magnets of a rotor of a synchronous machine | |
Schubert et al. | A novel online current-and voltage-sensor offset adaption scheme utilizing the effect of inverter voltage distortion | |
US20190312535A1 (en) | Method for Adjusting an Amplitude of a Voltage Injection of a Rotating, Multi-Phase Electric Machine, which Electric Machine is Fed by Means of a PWM-Controlled Inverter | |
JP5743344B2 (en) | Control device for synchronous motor | |
JP5559504B2 (en) | Motor drive control circuit | |
Chatterjee | A simple leakage inductance identification technique for three-phase induction machines under variable flux condition | |
KR101790380B1 (en) | Motor constant calculating method for pm motor, and motor constant calculating device | |
JP5396741B2 (en) | Control device for permanent magnet type synchronous motor | |
Leppanen et al. | Observer using low-frequency injection for sensorless induction motor control-parameter sensitivity analysis | |
CN109873589A (en) | A kind of permanent-magnetic synchronous motor rotor zero testing method | |
Schrodl et al. | Sensorless control of PM synchronous motors using a predictive current controller with integrated INFORM and EMF evaluation | |
JP2008286779A (en) | Torque estimator for ipm motor | |
Fahrner et al. | A new technique to identify induction machine rotor parameters during dynamic operation and low speed | |
RU2715213C1 (en) | Method for determination of rotor angular position of electric motors of synchronous machines class with excitation winding | |
KR20070048522A (en) | Apparatus for estimating stator resistance of motor and method thereof | |
Consoli et al. | Sensorless control of AC motors at zero speed | |
RU2594358C1 (en) | Method of sensorless determination of initial position of rotor of synchronous motor with permanent magnets |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201204 |