SI22073A - Postopek za tokovno reguliranje vrtilne hitrosti univerzalnega motorja z mikrokrmilnikom - Google Patents

Abstract

Vrednost toka, ki tece skozi univerzalni motor ins katero se regulira vrtilna hitrost univerzalnega motorja, se zajame v casu ts, katerega vrednost se izracuna kot aritmeticna srednja vrednost vrednosti casa tl, v katerem se je stvoril krmilni impulz za vzig triaka, in predvidene vrednosti casa t2sedanjemu zajemu digitalne vrednosti toka sledecega prehoda vrednosti omrezne napetosti Um skozi nic. Izpopolnjeni postopek omogoca regulacijo vrtilne hitrosti v sirokem obmocju, torej tudi pri nizkih vrtilnih hitrostih. Vrtilna hitrost se lahko drzi na stalni ravni, omogocijo pa se tudi razlicni odzivi glede na to, kaj se pri razlicnih namenih uporabe univerzalnega motorja vpise v znacilno tabelo.

Description

5280 Idrija

Postopek za tokovno reguliranje vrtilne hitrosti univerzalnega motoija io z mikrokrmilnikom

Izum se nanaša na postopek za tokovno reguliranje vrtilne hitrosti univerzalnega motoija, po katerem se z mikrokrmilnikom v povratni zanki na osnovi za ta univerzalni motor značilne večdimenzionalne tabele dejanskih vrtilnih hitrosti glede na zajeto vrednost toka, ki teče skozi univerzalni motor, in čas tvoijenja krmilnega impulza za vžig triaka kot stikala za komutiranje univerzalnega motorja, po izumu prednostno po postopku zlepkov določi izračunana vrtilna hitrost in se glede na razliko med njo in re20 ferenčno vrtilno hitrostjo določi čas tvoijenja naslednjega krmilnega impulza za vžig triaka. Namen izuma pa je predlagati najprimernejši čas za zajem vrednosti jakosti električnega toka skozi univerzalni motor.

Izum je po mednarodni klasifikaciji patentov uvrščen v razred H 02P 05/418.

Jakost električnega toka skozi univerzalni motor v času prehoda vrednosti omrežne napetosti skozi nič je odvisna le od vrtilne hitrosti njegovega rotoija in ostaja nespre2 menjena, če se pri stalni vrtilni hitrosti spreminjata navor in časovni interval, v katerem je na univerzalnem motorju električna napetost. Z drugimi besedami, pri različnih obremenitvah univerzalnega motorja, katerega rotor se vrti z isto vrtilno hitrostjo, ima jakost toka v omenjenem času isto vrednost, ki ni odvisna od tega, kdaj se pojavi krmilni impulz za vžig polprevodniškega stikala, na primer triaka. Vrtilna hitrost rotoija univerzalnega motorja se torej lahko zazna in regulira posredno s pomočjo merjenja električnega toka skozi univerzalni motor.

Poznani sta tehnični rešitvi za tokovno reguliranje vrtilne hitrosti rotoija v univerzalnem motorju (SGS-THOMSON Microelectronics, Application Note AN863/1096, 1996; MOTOROLA LTD., Application Note AN 1663, 1998). Vrednost i jakosti električnega toka I, ki teče skozi univerzalni motor 1, triak 2 in upor 3, ki so zaporedno drug za drugim priključeni na sponki z omrežno napetostjo Um, se odvzame z upora 3 in se vodi v mikrokrmilnik 4 (sl. 1). Vrednost i se v analogno-digitalnem pretvorniku 41 znotraj mikrokrmilnika 4 pretvori v digitalno vrednost id. Digitalna vrednost id jakosti električnega toka skozi univerzalni motor 1 se vodi na prvi vhod aritmetične logične enote 42 znotraj mikrokrmilnika 4. Na njen drugi vhod se vodi omrežna napetost Um. Vsakič v času t2, t2', ... prehoda vrednosti omrežne napetosti Um skozi nič se zajame digitalna vrednost id jakosti električnega toka skozi univerzalni motor 1, da se s pomočjo za univerzalni motor 1 značilne tabele (n; i, tl), ki podaja dejansko vrtilno hitrost n glede na jakost i omenjenega toka in čas tl tvorjenja krmilnega impulza ep za vžig triaka 2 kot stikala za komutiranje univerzalnega motoija in je shranjena v pomnilniku znotraj mikrokrmilnika 4, določi izračunana vrednost nc vrtilne hitrosti njegovega rotoija. Na sliki 2 je prikazan časovni potek omrežne napetosti Um, napetosti U na univerzalnem motorju 1 v opisani vezavi in toka I, ki teče skozenj. Z izhoda aritmetične logične enote 42 se izračunana vrednost nc vrtilne hitrosti vodi v seštevalno točko 43 znotraj mikrokrmilnika 4, kjer se odšteje od vrednosti nr referenčne vrtilne hitrosti. Nastala razlika Δ se kot regulacijska napaka vodi na vhod regulatorja 44 znotraj mikrokrmilnika 4, na primer proporcionalnega, proporcionalno-integralnega ali proporcionalno-integralno-diferencialnega regulatorja. Regulator 44 določi nov čas tl, tl',... nastanka krmilnega impulza cp in odda ta impulz cp. Krmilni impulz cp se vodi na krmilno sponko triaka 2. Reguliranje vrtilne hitrosti rotoija univerzalnega motorja 1 na predstavljeni način posredno s pomočjo meijenja jakosti električnega toka skozi univerzalni motor se izkaže za pomanjkljivo pri nizkih vrednostih vrtilne hitrosti, torej pri velikih vrednostih časa tl, tl', ... tvorjenja krmilnega impulza cp. Vrednost jakosti električnega toka I skozi univerzalni motor 1 je namreč tedaj nizka, v času t2, t2', ... prehoda vrednosti omrežne napetosti Um skozi nič pa se tudi s časom hitro spreminja in je zato zajeta digitalna vrednost id jakosti električnega toka skozi univerzalni motor 1 občutljiva na napake pri času dejanskega zajema. Tako povzročene napake, ki se jim lahko pridružijo še motnje v sistemu, povzročajo občasno nestabilnost regulacije. Temu se izognejo tako, da bodisi postavijo neko najvišjo vrednost za čas tl, tl', ... tvoijenja krmilnega impulza cp, s čimer pa se zoži regulacijsko območje, bodisi uporabijo korekturno tabelo, ki se vnese v pomnilnik znotraj mikrokrmilnika 4, da se odpravijo odstopanja pri visoki vrednosti za čas tl, tl', ... tvorjenja krmilnega impulza cp; v ta namen se na tretji vhod aritmetične logične enote 42 znotraj mikrokrmilnika 4 vodi tudi vrednost za čas tl, tl', ... tvoijenja krmilnega impulza cp. Se vedno pa ostaja velika občutljivost izračunane vrednosti nc vrtilne hitrosti na napako pri času zajema digitalne vrednosti id jakosti električnega toka skozi univerzalni motor 1.

Z izumom predlagana tehnična rešitev predstavlja izpopolnitev opisane tehnične rešitve v nakazani smeri.

Tukaj pa le omenimo, da je poznano tudi reguliranje vrtilne hitrosti rotoija univerzalnega motoija, s tem da se vrtilna hitrost zazna neposredno s senzoijem vrtilne hitrosti. Pri takšni rešitvi ni omenjenih težav pri majhnih vrtilnih hitrostih. Je pa dražja in manj zanesljiva od prej predstavljene. Poleg tega je treba znotraj okrova univerzalnega motoija predvideti dodaten prostor za namestitev senzoija vrtilne hitrosti.

Naloga izuma je predlagati glede na čas tvorjenja krmilnega impulza za vžig triaka najprimernejši čas za zajem vrednosti jakosti električnega toka skozi univerzalni motor, tako da bo napaka pri času zajema najmanj vplivala na omenjeno zajeto vrednost jakosti električnega toka.

Rešitev zastavljene naloge se doseže s postopkom po izumu, kije opredeljen z značilnostjo iz označujočega dela prvega patentnega zahtevka, podzahtevki pa opredeljujejo variante izvedbenega primera.

Z izumom so bile dosežene naslednje prednosti pred znanimi postopki za reguliranje vrtilne hitrosti rotoija v univerzalnem motoiju z vrednostjo jakosti toka, ki teče skozi univerzalni motor. Izpopolnjeni postopek omogoča regulacijo vrtilne hitrosti v širokem območju, torej tudi pri nizkih vrtilnih hitrostih. Tu se po kakovosti približuje reguliranju s senzoijem vrtilne hitrosti. Omogoča držati vrtilno hitrost na stalni ravni, a omogoča tudi različne odzive glede na to, kaj se pri različnih namenih uporabe univerzalnega motoija vpiše v značilno tabelo.

Izum bo v nadaljnjem podrobno obrazložen na osnovi opisa izvedbenega primera postopka po izumu in njegovih variant ter je predstavljen s slikama 1 in 2, s katerima sta bili predstavljeni že najbližji znani tehnični rešitvi.

Z izumom je izpopolnjen opisani in na slikah 1 in 2 ponazorjeni znani postopek za reguliranje vrtilne hitrosti rotoija v univerzalnem motoiju 1 z vrednostjo jakosti toka, ki teče skozi univerzalni motor 1, in sicer s pomočjo mikrokrmilnika 4 v povratni zanki.

Predhodno se sestavi za obravnavani univerzalni motor 1 dvodimenzionalna značilna tabela, v katero se vnesejo z meritvami ugotovljene dejanske vrednosti n vrtilne hitrosti rotoija pri posameznih vrednostih i jakosti toka, ki teče skozi univerzalni motor 1, in časa tl, v katerem se je stvoril krmilni impulz ep za vžig triaka 2 kot stikala za komutiranje univerzalnega motoija 1. Omenjena značilna tabela pa je lahko tudi tri- ali štiri dimenzionalna, kadar se poleg odvisnosti od vrednosti dveh omenjenih spremenljivk i in tl dodatno poda še odvisnost od vrednosti efektivne napetosti Ueff na univerzalnem motoiju 1 oziroma tudi vrednosti temperature T njegovega navitja. Značilna tabela se shrani v pomnilniku mikrokrmilnika 4. Za bolj kakovostno reguliranje vrtilne hitrosti univerzalnega motoija se uporabi razsežnejša značilna tabela in potreben je zmogljivejši pomnilnik.

Postopek reguliranja vrtilne hitrosti se nato izvaja po naslednjih korakih.

Zajame se vrednost časa t2, ko gre vrednost omrežne napetosti Um skozi nič, in se tudi na osnovi podatkov za vrednost časa t2 iz predhodnih polciklov izračuna predvidena vrednost časa t2 sedanjemu zajemu digitalne vrednosti id toka sledečega prehoda vrednosti omrežne napetosti Um skozi nič.

Izračuna se z izumom predlagana vrednost časa ts, ko naj se zajame digitalna vrednost id toka, ki teče skozi univerzalni motor 1. Vrednost časa ts se izračuna kot aritmetična srednja vrednost vrednosti časa tl, v katerem se je stvoril krmilni impulz ep za vžig triaka 2, in omenjene predvidene vrednosti časa t2 sedanjemu zajemu digitalne vrednosti id toka sledečega prehoda vrednosti omrežne napetosti Um skozi nič, torej kot tl + /2 ts =- .

Polvalu podoben potek jakosti i toka skozi univerzalni motor 1 se namreč dviguje med časom tl in približno časom t2; zaradi induktivnosti vezja sicer tok zamre nekoliko za časom t2 prehoda vrednosti omrežne napetosti Um skozi nič. S predlagano izbiro časa ts zajema se digitalna vrednost id toka zajame približno na temenu pol vala, ko se vrednost id s časom ne spreminja. Zajeta digitalna vrednost id toka torej ne vsebuje napake zaradi morebitne napake pri času, v katerem se zajem izvede.

Zajame se digitalna vrednost id toka, ki teče skozi univerzalni motor 1, in sicer v izračunanem času ts zajema.

Določi se izračunana vrednost nc vrtilne hitrosti za univerzalni motor 1, in sicer kot vrednost vrtilne hitrosti po za univerzalni motor značilni tabeli k zajeti digitalni vrednosti id toka, ki teče skozi univerzalni motor 1, in vrednosti časa tl, v katerem se je stvoril krmilni impulz ep za vžig triaka 2. Pri tem se lahko uporabi omenjena dvo-, triali štiridimenzionalna značilna tabela. Izračunana vrednost nc vrtilne hitrosti se lahko določi preprosto kot izmerjenima vrednostima id in tl, po izbiri pa tudi vrednosti efektivne napetosti Uef na univerzalnem motorju in celo temperature T njegovega navitja po značilni tabeli najbližja vrednost vrtilne hitrosti. Po izumu se izračunana vrednost nc vrtilne hitrosti lahko določi natančneje, tako da se prebere kot vrednost zlepka prvega ali celo drugega reda, ki se izračuna iz značilne tabele, in sicer pri zajeti digitalni vrednosti id toka skozi univerzalni motor 1 in vrednosti tl, po izbiri pa tudi pri vrednostih efektivne napetosti Uef na njem in temperature T njegovega navitja .

Določi se regulacijska napaka Δ, s tem da se izračunana vrednost nc vrtilne hitrosti odšteje od vrednosti nr referenčne vrtilne hitrosti.

Določi se vrednost novega časa tl', v katerem se bo stvoril krmilni impulz cp za vžig triaka 2 v naslednji polperiodi omrežne napetosti Um, in sicer na osnovi regulacijske napake Δ po postopku proporcionalne, proporcionalno-integralne ali proporcionalnointegralno-diferencialne regulacij e.

Po predlaganem postopku se vrtilna hitrost rotoija univerzalnega motoija 1 lahko pridrži na predvideni vrednosti. Kakovost predlagane regulacije pa je tolikšna, da se lahko dosežejo tudi različni odzivi univerzalnega motorja glede na namen uporabe.

Claims (7)

1. Patentni zahtevki

   1. Postopek za tokovno reguliranje vrtilne hitrosti univerzalnega motoija (1) z mikrokrmilnikom (4), v katerega pomnilniku se shrani za univerzalni motor (1) značilna tabela, v kateri je predstavljena odvisnost vrednosti n dejanske vrtilne hitrosti rotoija univerzalnega motoija (1) od digitalne vrednosti id toka, ki teče skozi univerzalni motor (1), in vrednosti časa tl, v katerem se je stvoril krmilni impulz cp za vžig triaka (2) kot stikala za komutiranje univerzalnega motorja (1), pri čemer se postopek izvaja, s tem da se zajame vrednost časa t2, ko gre vrednost omrežne napetosti Um skozi nič, se zajame digitalna vrednost id toka, ki teče skozi univerzalni motor (1), v času ts zajema, se določi izračunana vrednost nc vrtilne hitrosti iz za univerzalni motor (1) značilne tabele na osnovi digitalne vrednosti id toka, ki teče skozi univerzalni motor (1), in vrednosti časa tl, v katerem seje stvoril krmilni impulz cp za vžig triaka (2), se določi regulacijska napaka Δ, s tem da se izračunana vrednost nc vrtilne hitrosti odšteje od vrednosti nr referenčne vrtilne hitrosti, se določi vrednost novega časa tl', v katerem se bo stvoril krmilni impulz cp za vžig triaka (2) v naslednji polperiodi omrežne napetosti Um, na osnovi regulacijske napake Δ, označen s tem, da se izračuna vrednost časa ts, ko se zajame digitalna vrednost id toka, ki teče skozi univerzalni motor (1), kot aritmetična srednja vrednost vrednosti časa tl, v katerem seje stvoril krmilni impulz cp za vžig triaka (2), in predvidene vrednosti časa t2 sedanjemu zajemu digitalne vrednosti id toka sledečega prehoda vrednosti omrežne napetosti Um skozi nič.
2. 2. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da je v za univerzalni motor (1) značilni tabeli predstavljena tudi odvisnost vrednosti n vrtilne hitrosti rotoija univerzalnega motoija (1) od efektivne vrednosti napetosti Ueff na univerzalnem motorju (1).
3. 3. Postopek po zahtevku 1 ali 2, označen s tem, da je v za univerzalni motor (1) značilni tabeli predstavljena tudi odvisnost vrednosti n vrtilne hitrosti rotoija univerzalnega motoija (1) od temperature T navitja univerzalnega motoija (1).
4. 4. Postopek po zahtevku 1, 2 ali 3, označen s tem, da se izračunana vrednost nc vrtilne hitrosti določi, s tem da se prebere kot vrednost zlepka prvega reda, izračunanega iz za univerzalni motor (1) značilne tabele, pri zajeti digitalni vrednosti id toka, ki teče skozi univerzalni motor (1), in vrednosti časa tl, v katerem seje stvoril krmilni impulz cp za vžig triaka (2).
5. 5. Postopek po zahtevku 1, 2 ali 3, označen s tem, da se izračunana vrednost nc vrtilne hitrosti določi, s tem da se prebere kot vrednost zlepka drugega reda, izračunanega iz za univerzalni motor (1) značilne tabele, pri zajeti digitalni vrednosti id toka, ki teče skozi univerzalni motor (1), in vrednosti časa tl, v katerem seje stvoril krmilni impulz cp za vžig triaka (2). '
6. 6. Postopek po zahtevku 4 ali 5, označen s tem, da se izračunana vrednost nc vrtilne hitrosti določi pri zajeti digitalni vrednosti id toka, ki teče skozi univerzalni motor (1), vrednosti časa tl, v katerem se je stvoril krmilni impulz cp za vžig triaka (2), in vrednosti efektivne napetosti Ueff na univerzalnem motorju (1).
7. 7. Postopek po zahtevku 4 ali 5, označen s tem,

   5 da se izračunana vrednost nc vrtilne hitrosti določi pri zajeti digitalni vrednosti id toka, ki teče skozi univerzalni motor (1), vrednosti časa tl, v katerem se je stvoril krmilni impulz cp za vžig triaka (2), vrednosti efektivne napetosti Ueff na univerzalnem motorju (1) in vrednosti temperature T navitja univerzalnega motoija (1) .