SU1003261A1

SU1003261A1 - Device for determining angular position of thyratron motor rotor

Info

Publication number: SU1003261A1
Application number: SU813274823A
Authority: SU
Inventors: Владимир Николаевич Десятнюк; Дмитрий Иосифович Родькин; Вячеслав Юрьевич Захаров
Original assignee: Криворожский Ордена Трудового Красного Знамени Горнорудный Институт
Priority date: 1981-04-01
Filing date: 1981-04-01
Publication date: 1983-03-07

Description

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано дл создани систем управлени вентильными двигател ми без обратной св зи- по положению, т.е. без датчика положени ротора.The invention relates to electrical engineering and can be used to create control systems for valve motors, without feedback, i.e. without rotor position sensor.

Известны устройства дл определени углового положени ротора вентильного двигател , в которых в качестве одного из основных элементов выступает датчик положени ротора:, механически св заиный с валом или встроенный в корпус двигател Devices are known for determining the angular position of a rotor of a valve engine, in which the rotor position sensor acts as one of the main elements :, mechanically connected to the shaft or built into the motor housing

Недостатком известных устройств вл етс наличие указанного датчика положени , установка которого на валу машины не всегда возможна и усложн ет механическую засть привода, что снижает надежность его работы и ограничивает область применени привода с вентильным двигателем .A disadvantage of the known devices is the presence of said position sensor, the installation of which on the shaft of the machine is not always possible and complicates the mechanical drive of the drive, which reduces the reliability of its operation and limits the scope of application of the drive with a valve motor.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому вл етс устройство дл определени углового положени ротора синхронной машины, корной обмоткой подключенную к тиристориому преобразователю частоты со звеном посто нного тока, включающему S себ системы управлени выпр мителем и инвертором преобразовател и распределитель импульсов системы управлени инвертором, а обмоткой возбуждени - к тиристорному возбудителю , содержит датчики выпр мленного тока и тока возбуждени , датчики ЭДС и сумматор, соединенный одним The closest in technical essence and the achieved result to the proposed is a device for determining the angular position of the rotor of a synchronous machine, the main winding connected to the thyristor of the frequency converter with a DC link, including S se control system rectifier and inverter inverter and pulse distributor control system of the inverter , and the excitation winding - to the thyristor exciter, contains sensors of rectified current and excitation current, EMF sensors and an adder, Connections one

10 входом с функциональным преобразователем , а выходом - с указателем углового положени ротора. Кроме того, устройство содержит дисковый датчик, св занный с вгшом рото15 ра машцны,, статический генератор опорных.импульсов и еще один функциональный преобразователь ..10 input with a functional transducer, and the output with the indicator of the angular position of the rotor. In addition, the device contains a disk sensor associated with the internal rotor of the machine, a static generator of reference pulses, and another functional converter ..

Недостатком известного устройства вл етс сложность производства A disadvantage of the known device is the complexity of the production

20 измерени углового положени ротора двигател , требующа на врем измерени подключени обмотки возбуждени двигател к генератору посто нного напр жени , а корной 20 measuring the angular position of the rotor of the engine, which requires for the duration of the measurement the connection of the motor excitation winding to the constant voltage generator, and the

25 Обмотки - к входам функциональных преобразователей, что вызывает неудобство при эксплуатации, снижает быстродействие устройства и точность определени углового-псложе 25 Winding - to the inputs of functional converters, which causes inconvenience during operation, reduces the speed of the device and the accuracy of determining the angle

30 ни ротора. Кроме того, наличие дискового датчика, св занного с валом ротора машины, снижает надежность работы устройства и ограничивает его применение дл механизмов, где невозможна установка таких датчиков (т желые услови работы механизма, св занные с влажностью, запыленностью , вибрацией и т.п., а также отсутствие возможности соединени дат чика с валом ротора двигател ). Цель изобретени - повышение быстродействи и надежности работы устройства. Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство дл . определени углового положени ротора вентильного двигател , содержащее синхронную машину, корной обмоткой подключенную к тиристорному преобра зователю частоты со звеном посто нного тока, включающему в себ систе мы управлени выпр мителем и инверт ром преобразовател и распределител импульсов системы управлени инвертором , а обмоткой возбуждени - к тиристорному возбудителю, датчики выпр мленного тока и тока возбуждени , датчики ЭДС и сумматор, соед ненный одним входом с функциональным преобразователем, а выходом - с указателем углового положени ротора , введены цепь из последовательно соединенных нелинейного преобразова тел , служащего дл моделировани кривой намагничивани синхронной машины, дифференциатора, пропорционального преобразовател и блока делени , а также вычислительное уст ройство, выходной Сигнал, которого пропорционален значению угла между вектором результирующей ЭДС, наведе ной полем вращающегос ротора, и ос одной из фазных обмоток кор , трех фазный мостовой выпр митель, задатчик точки отсчета положени ротора и нуль-орган, причем вход цепи из последовательно соединенных элементов подключен к датчику тока возбуждени , а выход - к функционально му преобразователю, выходной сигнал которого пропорционален арккосинусу входного, второй вход блока делени подключен через трехфазный мостов выпр митель к датчикам ЭДС, которые также подключены к трем соответству щим входам вычислительного устройст ва, четвертый вход которого подсоединен к распределителю импульсов, а выход - к второму входу .-сумматора, тpetий вход которого соединен с задатчиком точки отсчета положени ротора, кроме того, два входа нульоргана подключены соответственно к датчику выпр мленного тока и к выхо ду системы управлени инвертором, а выход нуль-органа подсоединен к вторым входам датчиков ЭДС и нелиней ного преобразовател . На фиг. 1 изображена блок-схема устройства дл определени углового положени ротора вентильного двигател ; на фиг. 2 - векторна диаграмма ЭДС вентильного двигател . Устройство дл определени углового положени ротора вентильного двигател содержит нуль-орган 1, входами подключенный к системе управлени инвертором (СУЙ) и к датчику выпр мленного тока (ДВТ.) , датчики 2 ЭДС, подключенные к соответствующим фазам А, В и С корной обмотки синхронной машины и к выходу нуль-органа 1, выходы датчиков 2. ЭДС подключены к вычислительному устройству 3 и трехфазному мостовому выпр мителю 4, задатчик точки отсчета положени ротора 5, подключенный к третьему входу сумматора б, второй вход которого подсоединен к выходу вычислительного устройства 3, соединенного одним из входов с распределителем импульсов (РИ) СУЙ,последовательно включенные нелинейный преобразователь 7, входы которого подключены, соответственно к датчику тока возбуждени (ДТВ) и. к выходу нуль-органа 1, дифференциатор 8, пропорциональный преобразователь 9 и блок 10 делени , второй вход которого подключен к выпр мителю 4, а выход - к фуикциональному преобразователю 11, выходом подключенного к третьему входу сумматора 6, выход которого соединен с указателем углового положени ротора 12. Устройство дл определени углового положени ротора вентильного двигател предназначено дл контро.л положени ротора при работе двигател в диапазоне низких частот вращени (до 10% номинальной), т.е. в зоне искусственной коммутации вентилей инвертора. Особенность устройства заключаетс в дискретном режиiMe его работы, при котором производ:ство необходимых измерений по определению углового положени ротора производитс в моменты бестоковых пауз в звене посто нного тока. Устройство работает следунш м образом. Непосредственно перед пуском двигател , после его возбуждени , производитс установка ротора в исходное положение, при котором продольна ось полюсов ротора совпадает с точкой отсчета его углового положени . Установка ротора в исходное положение производитс подачей управл ющего импульса на вентили выпр мител ,и на выбранную нару вентилей инвертора. После успокоени ротора даетс команда на Пуск двигател и ротор начинает разворач ватьс . После прохождени ротором первого тактового интервала в момен перекоммутации корных обмоток синх ронной машины, работающей в режиме искусственной ком утации вентилей инвертора напр жением выпр мител , когда сток в звене посто нного тока становитс равным нулю и отсутствует управл ющий импульс от СУЙ, сраб тывает нуль-орган 1, имеющий на . входе логическую схему И, и включает в работу датчики 2 ЭДС и нелинейный преобразователь 7, Сигнал, пропорциональный величине наведенных ЭДС в фазах корной обмотки двигател , поступает с датчиков ЭДС на входы вычислительного устройства 3 и трехфазного выпр мител 4. Вычислительное устройство 4 по сигналам,поступающим от РИ и СУЙ, производит выбор фазы корной обмот ки относительно которой определ етс положение ротора и направление тока в ней. Затем, в соответствие с выбранной фазой (например, фаза А ( фиг. 2), устройство 3 производит вычисление значени угла Н (дл фазы А) между осью этой фазы и вектором результирующей ЭДС Ц (фиг. 2), наведенной в корной обмотке машины полем вращающегос ротора. Вычисление значени угла (дл фазы А) в устройстве 3 производитс по следующему алгоритму Ф-агсЮ- У У. , ° Г1ид-и -и где Уд, и и и - модули векторов ЭДС, наведенных в соответствующих фазах ft, В и С корной обмотки маши ны. Сигнал, пропорциональный значению угла Ч с выхода вычислительного устройства 3 поступает на второй вход сумматора 6. Одновременно с датчиками ЭДС вступает в работу и нелинейный преобразователь 7, служащий дл моделировани кривой намагничивани синх- ронного двигател . На вход преобразовател 7 поступает сигнал, пропорционаЛьный току возбуждени двигател от ДТВ, а с выхода его - сигнал, пропорциональный значению магнитного потока двигател в момент определени углового положени ротора. Он поступает на вход дифференциатора 8 служащего дл определени изменени величины магнитного потока двигател за врем измерени углового положени ротора. Продифференцированный сигнал с выхода 8 поступает на вход пропорционального преобразовател 9, где он преобразуетс в сигнал, пропорциональный модулю вектора ЭДС Ug. (совпадающего по направлению с .продольной осью полюсов ротора , (фиг. 2), наводимой в корный обмотках машины при изменении магнитного потока пол ротора. Сигнсш с выхода преобразовател 9 поступает на первый вход блока 10 делени , на второй вход которого с выхода выпр мител 4 поступает сигнал Uj , пропорциональный модулю результирующего вектора ЭДС, навоДИМОЙ в корных обмотках машины. Значение модул U получаетс в .результате выпр млени 4-х сигналов, поступающих от датчиков 2 ЭДС. Результирующий сигнал 1)3 /Mj с выхода блока 10 делени поступает на вход функционального преобразовател 11,-выходной сигнал которого пропорционален арккосинусу входного. В результате на выходе преобразовате л 11 получаетс сигнал а rccos пропорциональный значению угла между вектором результируйщей ЭДС и вектором ЭДС индукции, наведенньйш в корных обмотках машины. С выхода функционального преобразовател 11 сигнал поступает на первый вход сумматора б. После алгебраического суммировани в блоке 6 получаем сигнал if M-vp пропорциональный углу между осью выбранной фазной обмотки кор и продольной осью полюсов ротора. С целью получени наибольших значений пускового момента двигател и наименьших его колебаний, перекоммутаци фаз корной обмотки должна осуществл тьс при положени х ротора, соответствующих точкам пересечени линейных ЭДС холостого хода двигател . А точка пересечени линейных ЭДС холостого хода двигатеп сдвинута относительно оси его фазной обмотки на ТС/6 электрических градусов. Поэтому дл согласовани , точки ;-отсчета углового положени ротора двигател с точкой пересече- ни его линейных ЭДС холостого хода, введен в схему задатчик точки отсчета углового положени ротора 5. Кроме , задатчик 5 может быть использован дл задани угла опережени управлени инвертором (5 . С задатчика 5 сигнал, пропорциональньЛй значению угла , поступает на третий вход сумматора 6. В результате на выходе сумматора 6 получаетс скорректированный сигнал углового положени ротора относительно выбран-. ной фазы кор f..VV Vf -TL/6. Сигнгш с:выхода сумматора б поступает на вход указател углового положени ротора 12.30 no rotor. In addition, the presence of a disk sensor associated with the rotor shaft of the machine reduces the reliability of the device and limits its use to mechanisms where it is impossible to install such sensors (difficult operating conditions of the mechanism associated with humidity, dust, vibration, etc. as well as the inability to connect the sensor with the rotor shaft of the engine). The purpose of the invention is to increase the speed and reliability of the device. The goal is achieved by the fact that in the device for. determining the angular position of the rotor of the valve engine, containing a synchronous machine, the main winding connected to a thyristor frequency converter with a DC link, including the control system of the rectifier and inverter of the inverter and the pulse distributor of the inverter control system, and the excitation winding to the thyristor causative agent, rectified current and excitation current sensors, EMF sensors and an adder connected to the functional converter with one input, and output with a pointer the rotor's angular position, a circuit is introduced from a series-connected nonlinear transform of bodies, which serves to simulate the magnetization curve of a synchronous machine, a differentiator, a proportional transducer and a dividing unit, as well as a computing device, the output signal, which is proportional to the angle between the resulting emf vector induced by the field rotary rotor, and the OS of one of the phase windings of the core, a three-phase bridge rectifier, setting point of the rotor position and a zero-organ, and The d circuit of the series-connected elements is connected to the excitation current sensor, and the output to the functional converter, whose output signal is proportional to the arc cosine of the input, the second input of the dividing unit is connected via a three-phase rectifier bridge to the EMF sensors, which are also connected to the three corresponding inputs of the computing one device, the fourth input of which is connected to the pulse distributor, and the output - to the second input of the adder, the circuit input of which is connected to the setpoint of the roto position and furthermore nulorgana two inputs respectively connected to the sensor rectified current and do vyho inverter control system as nulorgana output is connected to second inputs of EMF and non- linear transducer sensors. FIG. 1 is a block diagram of a device for determining the angular position of a rotor of a valve motor; in fig. 2 - vector EMF diagram of the valve engine. The device for determining the angular position of the rotor of the valve engine contains a zero-body 1, inputs connected to the inverter control system (SUI) and to the rectified current sensor (DVT), EMF sensors 2 connected to the corresponding phases A, B and C of the synchronous core. machine and to the output of the zero-organ 1, the outputs of the sensors 2. The EMF is connected to the computing device 3 and the three-phase bridge rectifier 4, the setpoint of the position of the rotor 5, connected to the third input of the adder b, the second input of which is connected to the output One computing device 3 connected by one of the inputs to the SUI pulse distributor (RI) is a series-connected nonlinear converter 7, the inputs of which are connected to the excitation current sensor (DTV) and. to the zero-organ output 1, differentiator 8, proportional converter 9 and dividing unit 10, the second input of which is connected to the rectifier 4, and the output to the functional converter 11, the output connected to the third input of the adder 6, the output of which is connected to the angular position indicator rotor 12. A device for determining the angular position of a rotor of a valve motor is designed to control the rotor position during engine operation in the low frequency range of rotation (up to 10% of nominal), i.e. in the zone of artificial switching valves of the inverter. The peculiarity of the device lies in the discrete mode of its operation, in which the production of the necessary measurements to determine the angular position of the rotor is performed at the moments of dead time in the DC link. The device works in the following way. Immediately before starting the engine, after its excitation, the rotor is set to its initial position, at which the longitudinal axis of the poles of the rotor coincides with the reference point of its angular position. The rotor is reset to its initial position by applying a control pulse to the rectifier valves, and to the selected one in the direction of the inverter valves. After the rotor has been quieted, a command to start the engine is given and the rotor begins to rotate. After the rotor passes the first clock interval in the moment of reconnection of the main windings of the synchronous machine operating in the artificial commutation mode of the inverter valves with the rectifier voltage, when the drain in the DC link becomes zero and there is no control impulse from the SUY, the zero authority 1 having on. input logic And, and includes sensors 2 EMF and nonlinear converter 7, The signal proportional to the magnitude of induced electromotive forces in the main motor winding, comes from the EMF sensors to the inputs of the computing device 3 and the three-phase rectifier 4. The computing device 4 signals, coming from RI and SUI, makes the choice of the phase of the root winding relative to which the position of the rotor and the direction of the current in it are determined. Then, in accordance with the selected phase (for example, phase A (Fig. 2), device 3 calculates the value of the angle H (for phase A) between the axis of this phase and the vector of the resulting EMF C (Fig. 2) induced in the core winding of the machine the field of the rotating rotor.The calculation of the angle value (for phase A) in device 3 is performed according to the following algorithm: F-arcs-U W., ° G1id-i-and where Od, and and are the modules of the EMF vectors induced in the corresponding phases of ft, B and C of the machine winding, a signal proportional to the value of the angle H from the output of the computing device and 3 is fed to the second input of the adder 6. Simultaneously with the EMF sensors, the nonlinear converter 7, which serves to simulate the synchronous motor magnetization curve, comes in. A converter at the input of the converter 7 is proportional to the excitation current of the motor from the DTV, and from its output - the signal is proportional to the value of the magnetic flux of the engine at the time of determining the angular position of the rotor. It is fed to the input of the differentiator 8 which serves to determine the change in the magnitude of the magnetic flux of the engine over time from Eren rotor angular position. The differentiated signal from output 8 is fed to the input of the proportional converter 9, where it is converted into a signal proportional to the modulus of the EMF vector Ug. (coinciding in direction with the longitudinal axis of the rotor poles, (Fig. 2), induced in the main windings of the machine when the magnetic field of the rotor field changes. The signal from the output of the converter 9 is fed to the first input of the dividing unit 10, to the second input from the output of the rectifier 4, the signal Uj is proportional to the module of the resulting EMF vector, floatable in the core windings of the machine. The value of the module U is obtained by rectifying 4 signals from the EMF sensors 2. The resulting signal 1) 3 / Mj from the output of the division 10 The input to the functional converter 11, the output signal of which is proportional to the arc cosine of the input. As a result, the output of the transducer, l 11, receives a signal a rccos proportional to the angle between the vector of the resulting emf and the vector of the induced emf induced in the core windings of the machine. From the output of the functional Converter 11, the signal is fed to the first input of the adder b. After algebraic summation in block 6, we get the signal if M-vp proportional to the angle between the axis of the selected phase winding of the core and the longitudinal axis of the rotor poles. In order to obtain the greatest values of the starting torque of the engine and the least oscillations of it, the phase switching of the core winding should be carried out at the rotor positions corresponding to the intersection points of the linear motor idling. And the point of intersection of the linear EMF of the engine at idle is shifted relative to the axis of its phase winding to the TC / 6 electrical degrees. Therefore, to match the point; off-set of the angular position of the rotor of the engine with the point of intersection of its linear EMF of idling, the starting point of the angular position of the rotor 5 is introduced into the circuit. In addition, the setpoint 5 can be used to specify the forward control angle of the inverter (5. From setpoint 5, a signal proportional to the angle is fed to the third input of adder 6. As a result, the output of adder 6 produces a corrected signal of the rotor angular position relative to the selected phase f..VV Vf -TL / 6. b ode adder to the input pointer of the angular position of the rotor 12.

Выходной сигнал с указател углового положени ротора может быть заведен в систему программного упра лени пуском вентильного двигател с целью коррекции управл юЕдих сигналов , задаваемых программным устройством на каждый тактовый шаг прворота ротора двигател , в соответствии с действительным положением ротора, Это обеспечит надежный пуск и управление вентильным двигателем при работе его в диапазоне частот вращени 0-0,1 номинальной, в пределах которых осуществл етс искусственна коммутаци вентилей инвертора.The output signal from the rotor angular position indicator can be entered into the program control system by starting the valve engine in order to correct the control signals set by the program device for each clock step of the engine rotor rotation, in accordance with the actual rotor position. This will ensure reliable start and control of the valve the motor when operating in the range of rotational speeds of 0-0.1 nominal, within which the artificial switching of the inverter valves is carried out.

Применение устройст-ва дл определени углового положени ротора в вентильных двигател х с синхронными машинами без демпферных обмоток и производство этим устройством необходимых измерений в моменты безтоковых пауз в звене посто нного тока , вентильного двигател снижают вли ние реакции кор на точность определени углового положени вектора результирующей ЭДС машины, что, соответственно, повьлшает точность определени действительного положени ротора двигател .The use of a device for determining the angular position of the rotor in valve motors with synchronous machines without damping windings and making this device the necessary measurements during non-current pauses in the DC link, the valve motor reduces the influence of the response of the core on the accuracy of determining the angular position of the vector of the resulting EMF machines, which, accordingly, improves the accuracy of determining the actual position of the rotor of the engine.

Исключение из схемы устройства дл определени углового положени ротора дисковых датчиков, ыеханически св занных с ротором двигател , повышает надежность работы устройства , по сравнению с базовым объектом в качестве которого прин т прототип , а измерение параметров двигател , требуемых дл определени углового положени его ротора, без отключени обмоток машины от вентильного преобразовател повышает быстродействие устройства.The exclusion from the circuit of the device for determining the angular position of the rotor of disk sensors connected to the rotor of the engine increases the reliability of the device, as compared to the basic object, which is taken as a prototype, and the measurement of the parameters of the engine of the rotor without disconnecting the windings of the machine from the valve converter increases the speed of the device.

Также улучшаютс услови эксплуатации вентильных двигателей с устройствами дл определени углового положени ротора и расшир етс область их применени . В частности , расшир етс область применени вентильных двигателей дл механизмов , где невозможна установка датчиков положени , св занных с ротором двигател , а также дл механизмов , работающих р сложных уелоВИЯХ эксплуатации tвлажность, запыленность , вибраци и т.п.), где надежность работы датчиков положени , св занных с ротором двигател , низка .The operating conditions of the valve motors with devices for determining the angular position of the rotor are also improved, and their field of application is expanded. In particular, the field of application of valve engines for mechanisms where it is impossible to install position sensors associated with the motor rotor, as well as for mechanisms operating with complex operating conditions (humidity, dust, vibration, etc.), where sensors reliability The position associated with the engine rotor is low.

Claims

1. Electric drive and automation of industrial installations. V. 4, A.M. Meistel, K.I. NaumyCheva. Electric drive with valve engines, VINITI, M., 1974, p. 97-103,

2. The patent of Germany No. 2353594, cl. H 02 R 7/62, 1975. ffmCyff 0ifi.f

Ut.

fu1.g

at