SU1480045A1 - Способ компенсации пульсаций вращающего момента вентильного электродвигател - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике, а именно к электрическим машинам различного назначени  при работе их от преобразователей частоты. Целью изобретени   вл етс  уменьшение пульсаций момента вентильного двигател  (ВД), расширение области применени , а также улучшение энергетических и массогабаритных показателей ВД. Способ осуществл етс  следующим образом. Определ ют величину и фазу основной составл ющей вектора результирующего потокосцеплени  и вычисл ют требуемую величину переменной составл ющей потокосцеплени  возбуждени  и пропорциональную ей переменную составл ющую тока возбуждени  из условий обеспечени  посто нства значени  проекции вектора результирующего потокосцеплени  на направление, ортогональное вектору тока  кор , равного среднему значению дл  заданного момента нагрузки. Привод тс  варианты способа, отличающиес  характером регулировани  тока возбуждени . 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

1

Изобретение относитс  к электротехнике , конкретно к регулируемым электрическим машинам различного назначени  при работе их от преобразователей частоты.

Целью изобретени   вл етс  уменьшение пульсаций момента вентильного электродвигател  (БД), расширение области применени , а также улучшение энергетических и кассогабарит- ных показателей ВД.

На фиг. 1 приведена векторна  диаграмма изображающих векторов ВД при регулировании тока возбуждени  электромеханического преобразовател 

(ЭМП) ВД по предельной оси; на фиг. 2 - то же, по поперечной оси, на фиг. 3 - то же, по продольной и поперечной ос м; на фиг. 4 - диаграмма токов и ЭДС ЭМП ВД; на фиг.5- устройство дл  осуществлени  способа.

Электромагнитный момент ВД определ етс  из соотношени :

й

00

о о

ий

ел

М V,f is

(«,

«X

dVfHs

(О

, Ј,

Дц - проекци  основной сос0с

тавл ющеи вектора результирующего потоко- сцеплени  на ось Ј, ортогональную направлению вектора тока  кор  is ЭМП (ось f ), и ее посто нна  и переменна  составл ющие.

Согласно выражению (1) момент БД пропорционален модулю вектора тока  кор  и проекции основной составл ющей вектора результирующего потоке- сцеплени , создающего поток в зазоре , на направление, ортогональное вектору тока  кор .

Пульсации тока и момента БД обусловлены в общем случае измене- нием взаимного расположени  магнитных осей обмотки  кор  и индуктора на межкоммутационном интервале и дискретным переключением секций обмотки  кор  на коммутационном интер- вале, вызывающим скачкообразное изменение взаимного расположени  магнитных осей обмоток  кор  и возбуждени , что сопровождаетс  наведением в обмотке  кор  модул ционных сое- тавл ющих ЭДС вращени  и трансформации . При этом векторы тока  кор  и результирующего потокосцеплени  содержат посто нные составл ющие, соответствующие амплитудам первых гармоник, и переменные составл ющие, соответствующие высшим временным и пространственным гармоникам. Рассмотрение механизма возникновени  модул ционных составл ющих ЭДС пока- зывает, что их по вление св зано, в первую очередь, с переменной составл ющей тока  кор , обусловленной несоответствием формы питающего напр жени  форме выпр мленной противо- ЭДС ЭМП БД.

Пусть, например, к обмотке  кор  ВД приложено напр жение пр моугольной формы. Дл  того, чтобы отсутствовали переменна  составл юща  тока  кор  и св занные с ней модул ционные составл ющие ЭДС, необходимо, чтобы форма выпр мленной противо- ЭДС ВД была также пр моугольной. При этом пульсации момента ВД также будут отсутствовать ,

Следовательно, дл  подавлени  пулсаций тока и момента ВД необходимо формировать выпр мленную противо- ЭДС ВД так, чтобы исключить услови  по влени  переменкой составл ющей вектора тока  кор .

Предлагаемый способ компенсации пульсаций тока и момента ВД основан

на искусственном формировании формы противо-ЭДС ЭМП (при синусоидальном распределении магнитной индукции) путем регулировани  пол  возбуждени  так, чтобы исключить по вление переменной составл ющей вектора тока  кор , и сводитс  к непрерывному слежению за изменени ми проекции вектора результирующего потокосцеплени  на ось, ортогональную вектору тока  кор , и к поддержанию ее величины неизменной на заданном уровне и равной ее среднему значению дл каждого заданного момента нагрузки путем регулировани  пол  возбуждени , т.е. вводитс  обратна  св зь по переменной составл ющей проекции вектора результирующего потокосцеплени :

v,Ј- v,Ee ,

(2)

где у . - среднее значение проекции

о С со

основной составл ющей вектора результирующего потокосцеплени  на ось Ј.

Покажем, что условие поддержани  посто нства проекции вектора резуль.- тирующего потокосцеплени   вл етс  достаточным дл  исключени  пульсаций тока и момента ВД.

Так, например, при работе коммутатора ВД в режиме инвертора тока переменна  составл юща  вектора тока  кор  отсутствует и пульсации момента ВД обусловлены изменением проекции основной составл ющей вектора результирующего потокосцеплени  Следовательно , поддержание проекции указанного вектора на заданном уровне согласно выражению (1) приводит к исключению пульсаций момента ВД.

В случае работы коммутатора ВД в режиме инвертора напр жени  к двум фазам ЭМП приложено посто нное напр жение . При этом поддержание посто нства проекции основной составл ющей вектора результирующего потокосцеплени  у jjig обусловливает посто нство выпр мленной противо-ЭДС ЭМП, что определ ет неизменную величину модул  вектора тока  кор , а значит согласно выражению (1) и момента ВД.

Указанные выше услови  справедливы как дл  межкоммутационного, так и коммутационного интервалов работы ВД.

i

Таким образом, дл  подавлени  пульсаций вращающего момента ВД достаточным  вл етс  выполнение услови  (2) , дл  чего необходимо определить величину и фазу основной составл ющей вектора результирующего потокосцелле- ни  Vji и вычислить требуемую величину переменной составл ющей потоко- сцеплени  возбуждени  пропорциональную ей переменную составл ющую тока возбуждени Дif из услови  обеспечени  посто нного значени  проекции вектора результирующего потоко- сцеплени  Vrf1, на направление, ортогональное вектору тока  кор , равное . ее среднему, значению дл  заданного момента нагрузки, при этом

V; 4Vf .О)

Тогда с учетом услови (2)

Ј Ј+ vfЈ У Откуда

(4)

dV

jr

We

(5)

где луге - проекци  переменной составл ющей вектора потоко- сцеплени  возбуждени  на ось Ј

Аналогичного результата можно дос тичь при поддержании проекции вектора полного потокосцеплени  неизменной на заданном уровне и равной ее среднему значению дл  каждого заданного момента нагрузки путем регулировани  пол  возбуждени :

V . (6)

Ј

SЈ

ср

5Ј0

де v

St

SEtf

ц - проекци  вектора пол- 0 ного потокосцеплени  на ось Ј, среднее значение проекции основной составл ющей вектора полного потокосцеплени . на ось Ј и ее посто нна  составл юща , причем

у7 Ф5 + й У

(7)

Итак, услови  (2) и (5)  вл ютс  основными при подавлении пульсаций момента ВД.

Условие (5) можно выполнить путем регулировани  тока возбуждени  ЭМП по продольной оси d, по поперечной оси q или по продольной и поперечной ос м одновременно.

Рассмотрим выполнение услови  (5) при регулировании тока возбуждени  по продольной оси. Необходима  пере- менна  составл юща  потокосцеплени  возбуждени  определ етс  из векторной диаграммы (фиг. 1), построенной дл  изображающих векторов токов и потокосцеплений при протекании тока

10 в фазах а, Ь, угол опережени  относительно ЭДС холостого хода р„ 30 эл.град., угол опережени  относительно напр жени  /а 15 эл.град. и угол коммутатции у 0 (принуди15 тельна  коммутаци ). Из векторной диаграммы видно, что дл  компенсации пульсаций момента ВД необходимо, чтобы конец вектора результирующего потокосцеплени  по мере вращени  ин20 ДУктора двигалс  по пр мой, совпадающей по направлению с вектором тока  кор  и отсекающей на оси Ј значение потокосцеплени  у ц; лс . При этом имеем

fcr /cos -б ,(8).

где VcTЈ ( л)- If/6 -/з)- - 3/ff cos p,

С1 4 - f/6- /30, J4 W переменна  составл юща  вектора потокосцеплени  возбуждени  по оси d j / i углы опережени  включени  при нагрузке и холостом ходе;

V - текущий угол поворота. При регулировании тока возбуждени  по поперечной оси q необходимый закон изменени  потокосцеплени  возбуждени  по оси q определ етс  (фиг. 2):

25

30

35

40

йц /sin 4

(9)

Регулирование тока возбуждени  по продольной и поперечной ос м

(фиг. 3) необходимо производить по соотношени м:

4VfJ1 4(ГЈ cos -1 (-10)

dVЈcH

Использование возбуждени  ЭМП по двум ос м дает возможность нар ду с подавлением пульсаций момента дополнительно улучшить энергетические и массогабаритные показатели ВД за счет исключени  составл ющих потокосцеплений , св занных с реактивной мощностью ЭМП. При этом регулирование потокосцеплений возбуждени  необходимо производить по следующим соотношени м (фиг. 3)

елг cos AVJp si11 02)

й VcPЈ Sin г uҐt pcos/i (3) а также

dV

fj, cos1 - sin, (14) 10

f43 sinf Vrflf COS

(15)

HV

где 4 Vjip t(V L sinGV - F/6-/J ) +

+ 3/fr- cos /5 - переменна  составл юща  проекции ос- новной составл ющей вектора результирующего по- токосцеплени  на направление р вектора тока  кор ; ) - /6 -р ) - про екци  основной составл ющей вектора результирующего потокосцеплени  на направление вектора тока  кор .

В последних двух способах регулировани  потокосцеплени  возбуждени  по двум ос м происходит поддержание вектора результирующего потокосцеплени  в первом случае равным по ам- плитуде и фазе посто нной составл ющей вектора результирующего потокосцеплени , а во втором случае - ортогональным вектору тока  кор  и равным проекции посто нной состав- л ющей вектора результирующего потот косцеплени  ,1

Итак, регулирование потока возбуждени  в двух ос х позвол ет наиболее полно компенсировать пульсации момента ВД, а также улучшить массо- габаритные и энергетические показатели ВД.

Регулирование потока возбуждени  по оси d  вл етс  наиболее простым и по услови м компенсации пульсаций момента не уступает случаю регулировани  потока возбуждени  в двух ос х однако такое регулирование сопр жено с дополнительным потреблением реактивной мощнос ти. С точки зрени  потреблени  реактивной мощности регулирование потока возбуждени  по оси q обладает определенными преимуществам однако регулирование пото- ка возбуждени  по поперечной оси не позвол ет полностью компенсировать пульсации момента ВД (при регулировании потока по поперечной оси имеетс  ограничение в регулировании минимума потока возбуждени ).

Дл  по снени  .способа на фиг. 5 приведена схема устройства дл  его осуществлени .

Устройство содержит генератор посто нного тока с регул тором 2 возбуждени , электромеханический преобразователь (ЭМП) 3, обмотка  кор  которого св зана с выходом инвертора 4 через трансформатор 5 тока, систему 6 управлени  (СУ) , датчик 7 углового положени  ротора (ДПР) ЭМП 3 с дополнительной продольной обмоткой возбуждени , вычислительное устройство 8, усилитель 9 тока возбуждени , датчики 10, 11 тока регулируемого и нерегулируемого возбуждени  по продольной оси ЭМП 3.

Регулирование частоты вращени  ЭМП 3 производитс  изменением амплитуды напр жени  генератора I с помощью регул тора 2 возбуждени  генератора 1 . Напр жение генератора 1 подаетс  на обмотку  кор  ЭМП 3 через инвертор 4, управл емый от датчика 7 углового положени  ротора (ДПР), выполненного в виде синусно-косинусного вращающегос  трансформатора. В зависимости от величины сигнала управлени  Up угла опережени  включени  сигналы ДПР 7 сдвигаютс  по фазе и подаютс  на вычислительное устройство 8, а также используютс  дл  формировани  импульсов управлени  инвертором 4. По сигналам ДПР 7 (sin s, cosC фазным токам ЭМП 3, а также токам регулируемого и нерегулируемого возбуждени  ЭМП 3 с помощью вычислительного устройства 8 известными способами определ ютс  проекци  основной составл ющей вектора результирующего потокосцеплени , ее переменна  и посто нна  составл ющие и выдел етс  сигнал управлени  возбуждением, равный йц „, , который поступает на дополнительную продольную обмотку возбуждени  через усилитель 9 возбуждени .

На фиг. 4 а-г приведена временна  диаграмма токов и ЭДС ВД без регулировани  пол  возбуждени , на фиг,4 д- ж - при регулировании возбуждени  по схеме фиг. 5.

Продольный и поперечный токи ij , i r при мгновенной коммутации измен ютс  по известныг-; соотношени м:

2/ i1

2/ -/3- Idcos

(16) (17)

где I - эквивалентный выпр мленный ток БД, 0 лК .

Из диаграммы (фиг. 4) видно, что ЭДС ЭМП БД в межкоммутационный период измен етс  по линейному закону, скачкообразно мен  сь во врем  коммутации . При этом форма фазного тока - пр моугольна  без пульсаций с длительностью 2/Г/З эл.град.

Следует заметить, что така  же форма ЭДС и токов получаетс  при регулировании тока возбуходени  по поперечной оси и в двух ос х, когда компенсируетс  лишь активна  часть переменной составл ющей проекции основной составл ющей вектора результирующего потокосцеплени  л Vj cПри регулировании потока возбуждени  в двух ос х и компенсации составл ющих потокосцеплений, св занных с реактивной мощностью, формы ЭДС и токов ЭМП ВД - пр моугольные длительности 2/7/3 эл.град.

Способы компенсаций пульсаций момента ВД могут быть применены дл  ВД с различным способом возбуждени  (независимое, магнитоэлектрическое и т.д.), при которых необходимо иметь дополнительные обмотки по продольной и/или по поперечной ос м. При этом ЗКц БД целесообразно выполн ть без демпферных обмоток. Коммутатор ВД может быть выполнен как с естественной, так и с искусственной коммутацией силовых ключей.

Преимущество способа по сравнению с известными заключаетс  в возможности создани  ВД с уменьшенными пульсаци ми электромагнитного момента, т.е. улучшенными виброакустическими показател ми и диапазоном регулировани  частоты вращени .

Кроме того, улучшаютс  также энергетические характеристики ВД, уменьшаетс  масса установленного оборудовани  за счет исключени  дроссел .

Claims (7)

1. Способ компенсации пульсаций вращающего момента вентильного электродвигател  путем регулировани  тока возбуждени  в функции тока  кор , отл.ич ающийс   тем, что, с целью уменьшени  пульсаций мо

5

0

5

0

5

0

5

0

5

мента и расширени  области применени , определ ют величину и фазу основной составл ющей вектора результирующего потокосцеплени  и вычисл ют требуемую величину переменной составл ющей потокосцеплени  возбуждени  и пропорциональную ей переменную составл ющую тока возбуждени  из услови  обеспечени  посто нного значени  проекции вектора результирующего потокосцейленн  на направление, ортогональное вектору тока  кор , равного ее среднему значению дл  заданного момента нагрузки.

2. Способ по п. 1 , о т л и ч а - ю щ и и с   тем, что регулируют ток возбуждени  по продольной оси.

3 . Способ по п. 1 , о т л и ч а го- од и и с   тем, что регулируют ток возбуждени  по поперечной оси.

4.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что регулируют ток возбуждени  по продольной и поперечной ос м,

5.Способ по п. 4, о т л и ч а го- од и и с   тем, что ток возбуждени  по продольной оси регулируют в функции проекции активной части переменной составл ющей вектора результирующего потокосцеплени  на продольную ось, а по поперечной оси - в функции проекции активной части того же вектора на поперечную ось.

6.Способ поп. 4, отлича го- од и и с   тем, что, с целью улучшени  энергетических и массогабариткых показателей, ток возбуждени  по продольной оси регулируют в функции проекции переменной составл ющей вектора результирующего потокосцеплени  на продольную ось, а по поперечной оси - в функции проекции того же вектора на поперечную ось.

7.Способ по п. 4, отлича го- од и и с   тем, что, с целью улучшени  энергетических и массогабаритных показателей, ток возбуждени  по продольной оси регулируют в функции суммы проекций активной части переменной составл ющей и реактивной части основной составл ющей вектора результирующего потокосцеплени  на продольную ось, а по поперечной оси в функции суммы проекций активной части переменной составл ющей и реактивной части основной составл ющей того же вектора на поперечную ось. . I

м

ч 5 X

i4;

r

Ј

ло

nJ V/

u#

фиг. 5