Consultant-e.ru
ПРОЕКТ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО БЮРО ПЕРЕВОДОВ

  • Терминов: 207731
  • Определений: 41764
  • Иллюстраций: 2218
Вакансия переводчика Требуются переводчики электротехнического профиля, а также переводчики по другим тематикам...
Вакансия верстальщика Требуются верстальщики с опытом работы в InDesign, Adobe Illustrator и т.п.
транспонированный провод Обмоточный провод с токопроводящей жилой из изолированных проволок, взаимное расположение которых периодически...
ковочный кран Кран мостового типа, оборудованный приспособлением для подъема, перемещения и поворота поковок [ГОСТ 27555-87....
колодцевый кран Кран мостового типа, оборудованный клещевым захватом и предназначенный для обслуживания колодцевых печей [ГОСТ...

Термин:
Приводная техника > Альтернативные электроприводы

Основы бездатчикового контроля положения ротора в вентильно-индукторных электроприводах


Как известно, одной из основных задач системы управления индукторных двигателей (ИД) является синхронизация переключений фаз машины с положением ротора. Традиционным способом получения необходимой для этого информации о положении является использование соответствующих датчиков. Однако, во многих случаях, установка каких либо измерительных устройств непосредственно на двигатель нежелательна. Проблема особенно актуальна для маломощных электроприводов (удорожание двигателя и увеличение его габаритов), а также для систем со значительным удалением исполнительного механизма от преобразователя (рост числа "длинных связей", проблема помехоустойчивости и т.п.). Как следствие, с момента появления первых ИД усилия разработчиков были направлены на устранение "физического" датчика положения ротора (ДПР), а также иных датчиков, устанавливаемых на двигатель (тахогенераторы, измерители температуры и т.п.).

Указанная задача может быть решена путем расчета (оценки) положения или иных величин, подлежащих определению, на основании переменных состояния, доступных для измерения непосредственно в преобразователе. Вначале рассмотрим основную проблему, а именно создание "виртуального" датчика положения.

Все известные методы бездатчиковой эстимации положения основываются на изменении фазной индуктивности ИД в функции положения ротора. При этом для определения положения могут быть использованы как собственно индуктивность, так и связанные с ней переменные состояния, в частности, потокосцепление [133, 135] и первая производная фазного тока diф/dt [101,119] Анализ многочисленных публикаций по рассматриваемой проблеме позволяет классифицировать методы контроля положения следующим образом:

-по используемой для измерений фазе (далее будем применять термин "тестовая фаза") - методы с разнесенным измерением (используются нерабочие фазы) и методы с совмещенным измерением (рабочая фаза является тестовой);

-по конечной переменной, т.е. той переменной состояния, значение которой фактически контролируется для определения моментов коммутации. Соответственно выделяются методы с контролем потокосцепления, производных фазного тока и напряжения, индуктивного сопротивления фазы [105] и т.д.;

- по способу определения моментов коммутации - методы с непрерывным контролем конечной переменной (например, контроль потокосцепления в рабочей фазе [32]) и методы с прогнозированием моментов коммутации.  

Рассмотрим опубликованные на текущий момент методы контроля положения.

 

1. Методы с совмещенным измерением.

Измерение потокосцепления в рабочей фазе ИД [32] - метод получивший наиболее широкое распространение. Метод основан на вычислении потокосцепления путем интегрирования мгновенных значений фазного тока и напряжения:

При этом момент коммутации определяется по превышению измеренным потокосцеплением некоторого порогового значения Yзад, являющегося функцией тока фазы. Возможная структура, работающая по указанному принципу, показана на рис. 2.1. Зависимость Yзад(i) в общем случае является нелинейной и в высококачественных системах должна учитывать не только эффект насыщения, но и взаимовлияние фаз ИД при их совместной работе [62, 95].

Достоинством рассматриваемого подхода является широкий диапазон применимости, как с точки зрения скорости вращения (от нуля до высоких и сверхвысоких скоростей), так и степени насыщения ИД. Метод обеспечивает непрерывный контроль положения (естественно, в пределах быстродействия используемых АЦП), что значительно улучшает динамические свойства системы, по сравнению с системами, использующими прогнозирование точек коммутации. Кроме того, в высококачественных системах появляется возможность измерения скорости несколько раз за такт, что проблематично для большинства методик оценки положения.

На погрешность вычисления потокосцепления существенное влияние оказывает изменение сопротивления цепи фазы при нагревании обмоток двигателя, что особенно сильно проявляется при низких скоростях вращения, когда падение напряжения на активном сопротивлении фазы соизмеримо со средним значением приложенного к ней напряжения. Как следствие, возникает необходимость в бездатчиковом измерителе температуры. Кроме того, на точности оценки Y сказываются смещения нуля в датчиках тока, а также нелинейность их характеристик (например, в случае датчиков с оптронной развязкой). Еще одним слабым местом является проблематичность получения зависимости Yзад(i) на этапе проектирования системы, поскольку требуемая точность ее задания недостижима для большинства методик инженерных расчетов. Таким образом, достоинства метода практически реализуются лишь в прецизионных системах с большой вычислительной мощностью, что накладывает известные ограничения на его применимость.

Измерение периода переключений релейного регулятора тока [63,109]. Конечной переменной в этом случае фактически служит дифференциальная индуктивность фазы, связанная с положением. Достоинством метода являются минимальная критичность к ресурсам микропроцессора и малое число входных сигналов. Однако метод чувствителен к э.д.с. двигателя и насыщению магнитной цепи, принципиально неработоспособен на высоких скоростях, когда отсутствует режим регулирования тока. Область применения метода - использование в качестве процедуры начального пуска в недорогих электроприводах, предназначенных, например, для вентиляторов и насосов.

Метод регенеративного тока [165]. Здесь в качестве конечной переменной выступает производная фазного тока при запертом верхнем ключе. В момент перехода фазы в генераторный режим указанная производная меняет знак, становясь положительной. Этот момент всегда соответствует одному и тому же положению, что позволяет использовать его в качестве точки отсчета при прогнозировании точек коммутации. Достоинствами этого метода является его нетребовательность как к мощности микроконтроллера, так и к качеству системы измерения в целом. Кроме того, метод малочувствителен к насыщению магнитной цепи машины. Недостатком метода, в его опубликованном варианте [165], является значительное недоиспользование двигателя из-за больших обратных моментов при входе в генераторный режим, необходимость в процедуре начального пуска и невысокие динамические показатели, характерные для систем с прогнозированием. 

 Метод градиента тока [101]. Здесь также контролируется производная тока. Точкой отсчета при этом является момент изменения скорости нарастания тока, соответствующий вхождению фазы в двигательный режим. По свойствам и области применения метод близок к предыдущему. Положительным отличием является лучшее использование машины за счет более благоприятной формы тока фазы, отрицательным - большая погрешность при определении характерной точки и пониженная помехоустойчивость, что связано с тем, что здесь контролируется значение производной, а не ее знак, как в методе регенеративного тока. Вышесказанное относится и к близкому к рассмотренному методу градиента напряжения [119].

2. Методы с разнесенным измерением.

Метод тестовых импульсов - в одну или несколько неработающих фаз подаются импульсы с известным напряжением. При этом контролируется либо амплитуда импульсов при их постоянной длительности [109], либо время нарастания тока до заданного постоянного значения. Соответственно, конечной переменной является индуктивность фазы или обратная ей величина. Достоинствами метода являются минимальные требования к микроконтроллеру, термостабильность, а также отсутствие каких-либо дополнительных устройств в преобразователе. К недостаткам метода относятся сложность его применения для работы на высоких скоростях, невысокая помехоустойчивость, чувствительность к насыщению ярма (см. п. 2.2).

Метод тестовых сигналов. Здесь для контроля индуктивности нерабочей фазы используются генераторы сигналов специальной формы. Одним из вариантов такого электропривода является система [105], в которой фиксируется возникновение резонанса на фиксированной частоте (от внешнего генератора) в LC-контуре, содержащем индуктивность фазы ИД. В другом случае, наоборот, тестовая фаза входит в состав задающего контура LC-генератора, частота которого контролируется [93,94]. Методы подобного рода по характеристикам близки к методу тестовых импульсов, однако требуют дополнительных цепей для генерации и обработки тестовых сигналов.

Помимо описанных выше, существуют методы, построенные на использовании в бездатчиковых ЭП специализированных двигателей, особенности которых (например, неоднородности в полюсах статора [70]) упрощают определение положения. К сожалению, такие ИД имеют худшие характеристики по сравнению с машинами типовой конструкции.



Автор:  Admin
Дата:  2011-06-05