SU1372582A1 - Способ регулировани углового положени ротора двигател двойного питани - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в след щих системах. Целью изобретени   вл етс  повышение точности регулировани  углового положени  ротора двигател  лво11НО1 о питани  . Цель достигаетс  тем, что р. способе регулировани  углового положени  ротора двигател  двойного питани  (ЩП) частоты питающих напр жений устанавливают одинаковыми, обеспечива  режим начального сто ни  ЛДП, в начале регулировани  в качестве регулируемого параметра одного из питающих напр жений используют фазовый сдвиг в пределах одного электрического периода. Величину фазового сдвига измен ют пропорционально требуемому углу поворота ротора и коэффициенту электрической редукции ДЛП, а режим синхронного сто ни  дл  ДДП обеспечивают установкой частот питающих напр жений равными. Цри данном способе регулируетс  само угловое перемещение ротора и исключаютс  промежуточные операции задани  частоты вращени , частоты питани , измерени  углового положени  ротора, а вместе с тем и о1Ш1бки. ДДП все врем  находитс  в режиме синхронного сто ни , что гарантирует фиксацию ротора именно в заданном положении . 1 з.п. ф-лы, 1 ил. с (Л 00 vj кэ ел 00

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к управл емому электроприводу переменного тока, и может быть использовано, в частности, при созданиии низкоскоростных след щих систем с исполнительными двигател ми двойного питани .

Цель изобретени  - повышение точности регулировани  углового положё- ни  ротора двиг ател  двойного питани 

На чертеже представлена функдио- нальна  схема электропривода с двигателем двойного питани .

Электропривод содержит двигатель 1 двойного питани  обмоткой 2 возбуждени  и обмоткой 3 управлени , подключенными к выходам инверторов 4 и 5 соответственно. Выход задающего генератора 6 подключен к входам задани  частоты инверторов 4 и 5 и к входу блока 7 задани  приращени  угла поворота . Выход блока 7 задани  приращени  угла поворота соединен с входом блока 8 регулировани  фазового сдви- га, подключенного выходом к входу регулировани  фазы инвертора 5.

Способ регулировани  углового положени  ротора осуществл ют следующим образом.

Каждую из двух многофазных обмоток двигател  двойного питани  запитыва- ют от отдельного источника питающего переменного напр жени . Задают частоты указанных питающих переменных нап- р жений одинаковыми, устанавлива  тем самым режим синхронного сто ни  двигател  двойного питани .

В начале регулировани  углового положени  ротора в пределах одного электрического периода устанавливают фазовый сдвиг между питающими переменными напр жени ми, величина которого пропорциональна требуемому углу поворота ротора и коэффициенту элек- трической редукции.

После этого вновь устанавливают режим синхронного сто ни  двигател  двойного питани , устанавлива  частоты  итающих переменных напр жений одинаковыми.

Рассмотренньп способ позиционировани  двигател  двойного питани  фактически реализует шаговый режим работы с шагом, кратным задаваемому фазо вому сдвигу. В начале и в конце регулировани  двигатель двойного питани  находитс  в режиме синхронного сто ни  за счет равенства частот питани  обеих обмоток. При изменении фазового сдвига возникает мгновенный импульс момента, привод щир к по влению ускорени  частоты вращени  и повороту ротора на заданный угол. Изменение фазового сдвига означает фактически разовое изменение одного периода регулируемого напр жени , т.е. изменение его частоты на этом периоде . Однако уже на следующем периоде значение частоты восстанавливаетс , а при равенстве частот двигатель находитс  в режиме синхронного сто ни , поэтому ротор останавливаетс  и фиксируетс  в новом положении.

Таким образом достигаетс  точное позиционирование двигател  без введени  обратной св зи по углу пово- |рота.

В частном случае при питании двигател  широтно-модулированным напр жением фазовый сдвиг измен ют дискретно через фиксированные интервалы между тактовыми импульсами (т.е., через интервалы, кратные периоду тактового генератора широтно-импульсно- го модул тора). В этом случае по своим характеристикам электропривод двигател  двойного питани  оказываетс  похож на дискретный электропривод с щаговым двигателем.

Вынужденна  составл юща  частоты вращени  в двигателе в общем виде пр различных частотах питающих напр жений определ етс  следующим выражением:

u;p(t)

W, (t) - U)j(t)

К

где

врем ;

частота вращени  ротора (jj-, и U),- круговые частоты напр жений возбуждени  и управлени  соответственно jКр - коэффициент электрической редукции (дл  двигател  на основе асинхронного двигател  с фазным ротором коэффициент электрической редукции равен числу пар полюсов обмотки статора, а дл  двигател  с электромагнитной редукцией скорости - числу зубцов ротора).

Частоты питающих напр жений задают одинаковыми, т.е. и, ш , поэтому в соответствии с (1) ротор двигател  неподвижен (режим синхронного сто ни ). Формулу дл  угла поворота ротора получают, интегриру  выражение (1):

pVLy - I (x)p(t )dt -Lf (,(tJ

ы ( -t-

p(t) -- J,(t) ---i/,(tj + c/p., , (2)

К

К

где

ц - начальный угол поворота

р. о

ротора;

О и if - текущие значени  фаз напр жений возбуждени  и управлени  соответственно (измерение всех углов ведетс  относительно общей оси координат, св занной со статором).

В процессе работы из-за изменени  параметров инверторов фазовые сдвиги l/Дt) и (j(t) могут мен тьс , но при жесткой синхронизации частот возбуждени  и управлени  закон изменени  фаз во времени всегда один и тот же: ) c/(tj ti (t). Поэтому обеспечиваетс  неподвижное состо ние ротора - режим синхронного сто ни .

Если одному из фазовых сдвигов, например Lf , придать некоторое дополнительное приращение л t/(воздействуют только на напр жение управлени , оставл   параметры напр жени  возбуждени  неизменными), т.е. законы изменени  фаз во времени станов тс  следующими:

Lf,(t) U(t;

.(t) (/(t + ji/ ,

(3)

TO в соответствии с выражением (2) происходит перемещение ротора на угол, пропорциональный этому приращению фазового сдвига и обратно пропорциональный коэффициенту электрической редукции. Это означает, что задаваемое приращение фазового сдвига должно быть пропорционально требуемому углу поворота и коэффициенту электрической редукции.

Поскольку частоты возбуждени  и управлени  всегда поддерживаютс  одинаковыми , сразу после окончани  поворота двигатель вновь переходит в режим синхронного сто ни . Приращение фазы фактически  вл етс  приращением одного из периодов напр жени  управлени , т.е. изменением его частоты. Это приводит к по влению мгновенного импульса частоты вращени . Однако уже на следующем периоде частота напр 

10

20

25

30

35

40

45

50

55

жени  управлени  восстанавливаетс  и вновь становитс  равной частоте напр жени  возбуждени . Ecjui импульс частоты вращени  бьш таким, что двигатель не выпал из синхронизма (а это всегда может быть обеспечено вы- бором элементарного приращени  Лазы), то ротор поворачиваетс  на угол Л((/. и останавливаетс . Если продолжать посто нно измен ть фазовый сдвиг у, в соответствии с (3), то это означает фактически изменение частоты напр жени  управлени  uv, и возникает посто нное вращение ротора в соответствии с (1), что соответствует обычному режиму работы двигател  с разными частотами питани .

Регулирование с помощью изменени  фазового сдвига имеет то преимущество перед обьмным регулированием (путем изменени  частоты питани ), что наиболее точно соответствует требовани м след щих систем, в которых требуетс  управл ть непосредственно углом поворота, а не частотой вращени  (управление частотой вращени  также бывает необходимо в переходных режимах , но имеет подчиненньи характер).

Предлагаемый способ обеспечивает пр мое управление именно углом поворота , мину  операции задани  частоты вращени  изменени  частоты, измерени  углового положени  и выдачи команды на стопорение двигател  (.перевод его в режим синхронного сто ни ). Закон изменени  фазового сдвига во времени может быть самым разнообразным в зависимости от заданного угла поворота, требований к динамическим и энергетическим характеристикам в переходных режимах (в том числе и требований относительно скорости отработки , если таковые имеютс ). Так как частоты питйни  обеих обмоток всегда одинаковы, то двигатель двойного питани  практически всегда находитс  в режиме синхронного сто ни  (за исключением кратких моментов перехода в новое положение), что гарантирует достижение точно заданного углового положени .

Если система управлени  электроприводом с двигателем двойного питани , реализующа  способ позиционировани , аналогова , то изменение фазового сдвига необходимо делать столь же малым, как и требуемое приращение угла. Однако точное задание малого

51372582

приращени  фазы средствами а)1алого- ной техники иног да бывает затруднительно . В этом случае некоторые преимущества имеют двигатели с электро- м,1гнитной редукцией частоты вращени , так как дл  поворота на тот же угол им требуетс  задавать в К раз большее приращение фазы (К,, в таких

будут равными, и ротор остановитс ,

Поэтому приращение угла равно:

2/7 г Л

4

ALff, J Ыр (t;dt -- J

/ЩП достигает нескольких дес тков). В случае систем с дискретным широт- но-импульсным формированием напр жени  по закону синуса задают приращение фазового сдвига кратным периоду тактовых импульсов широтно-им- пульсного модул тора. Это обеспечивает гарантированную точность воспроизведени  шага, свойственную дискретным системам, причем величина элементарного шага может быть получена несьма малой.

Например, дл  двигател  электромагнитной редукцией частоты вращени  при коэффициенте электриче ской редукции Кр 42 и числе тактовых импульсов п 2Д на периоде питающих напр жений элементарный шаг

«- R .°

р

п

Особенность способа позиционировани  заключаетс  также в том, что величина углового перемещени  не за-  исит от частот питани  двигател , а определ етс  только приращением фазо- ного сдвига. Это можно показать следующим образом. Изменение фазового сдвига фактически означает разовое изменение периода напр жени  и может, быть выражено как в дол х периода (т.е., в фазоБых единицах), так и во временных единицах. Обозначим такое изменение.периода во временных единицах через (iT. Тогда скорость ротора в соответствии с (1) будет

Ко Т,

V

-4

г.р Т

1

:),

(4)

Т + ЛТ где Т - период напр жени  питани  до

задани  приращени  по фазе Tj - период напр жени  возбуждени ;

Tj - период напр жени  управлени  Перемещение ротора двигател  в новое угловое положение произойдет с частотой вращени , определ емой выражением (4), за врем  Т + i)T, так как на следующем периоде частоты вновь

10

(5

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Из выражени  (5) следует, что приращение угла поворота пропорционально доле периода, т.е. именно приращению фазы. Это обеспечивает высокую точность позиционировани  даже при колебани х частоты питающих напр жений и облегчает построение практических систем управлени  электропривода .

Электропривод, реализующий предлагаемый способ, работает следующим образом. При подаче напр жений с инверторов 4 и 5 на обмотки возбуждени  и управлени  ротор двигател  1 устанавливаетс  в некоторое начальное положение. Так как задание частоты обоих инверторов происходит от одного задающего генератора 6, то частоты их абсолютно одинаковы и двигатель работает в режиме синхронного сто ни . Если необходимо повернуть ротор на некоторый угол, то блок 7 задани  приращени  угла поворота формирует соответствующий сигнал (например , в цифровой системе), блок 8 регулировани  фазового сдвига преобразует этот сигнал в сигнал, измен ющий фазовый сдвиг напр жени  инвертора 5 (напр жени  управлени ) относительно первоначального состо ни  (или, что то же,- относительно напр жени  возбуждени  инвертора 4). Происходит мгновенное, на один период изменение частоты напр жени  управлени , возникает импульс момента, ускорени  и частоты вращени , но с началом следующего периода напр жени  управлени  его частота вновь становитс  равной частоте напр жени  возбуждени  и двигатель переходит в режим синхронного сто ни . Его ротор тормозитс  и фиксируетс  в новом положении . Далее процесс продолжаетс  аналогично.

Блок 8 регулировани  фазового сдвига выполн етс  в зависимости от

того, как регулируетс  фазовый сдвиг в инверторе 5. В частности, если инвертор 5 выполнен с использованием широтно-импульснон модул ции, котора  осуществл етс  путем сравнени  некоторого напр жени  посто нного тока с опорным синусоидальным, то можно мен ть фазу этого опорного синусоидального напр жени  с помощью обычных фазосдвигающих устройств.

Таким образом, в сравнении с известным предлагаемый способ позиционировани  обеспечивает повышенную точность позиционировани , так как регулируетс  само угловое перемещени ротора и исключаютс  промежуточные операции задани  частоты вращени , частоты питани , измерени  углового перемещени  и формировани  сигнала о стопорении двигател , а вместе с тем и соответствующие ошибки. Угол поворота согласно предлагаемому способу не зависит от частот питани  обмоток (единственным условием  вл етс  равенство этих частот, которое легко обеспечиваетс ), а лишь от приращени  фазы, которое в дискретных системах может быть фиксированным. Этим обеспечиваетс  хороша  повтор емость шага двигател  при отработке перемещений. Двигатель двойного питани  все врем  находитс  в режиме синхронного сто ни  (кроме кратких моментов перехода на новый шаг), что гарантирует фиксацию ротора именно в заданном положении, в то врем , как при известном способе ротор может отклонитьс  от заданного положени , если сигнал о стопорении двигател  придет с некоторым неизбежным запаздыванием .

Кроме того, применение предлагаемого способа позвол ет создавать точные след щие системы без специально0

5

0

5

0

5

0

го датчика обратной св зи по углу, что уменьшает массу и габарит, всей установки.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   1 . Способ регулировани  углового положени  ротора двигател  двойного питани  с двум  многофазнь ми обмотками , при котором на указанные многофазные обмотки подают отдельнь е питающие переменнь е напр жени , в начале регулировани  измен ют регулируемый паракетр одного из этих напр жений в соответствии с требуемь М углом поворота ротора, а в конце регулировани  перевод т двигатель двойного питани  в режим синхронного сто ни , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, устанавливают частоты питающих переменных напр жени  одинаковыми, обеспечива  пер- воначальнь й режим синхронного сто ни  двигател  двойного питани , в начале регулировани  в качестве регулируемого параметра одного из питаю- переменных напр жений использу от фазовый сдвиг в пределах одного электрического периода, величину которого измен ют пропорционально требуемому углу поворота ротора и коэффициенту электрической редукции, а режим синхронного сто ни  дл  двигател  двойного питани  в конце регулировани  обеспечивают, устанавлива  частоты питаю цих переменных напр жений одинаковыми.
2. 2. Способ поп.1,отличаю- щ и и с   тем, что при широтно-моду- лированных питающих напр жени х фазовый сдвиг измен ют дискретно через фиксированнь е интервалы, кратные тактовому периоду широтно-импульсной модул ции.

   4i

   v