Статья опубликована в №20 (апрель) 2015
Разделы: Электротехника
Размещена 12.02.2015. Последняя правка: 05.05.2015.
Просмотров - 3460

ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗДАТЧИКОВОГО СПОСОБА ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ МЕТОДОМ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ИНЖЕКЦИИ

Лицин Константин Владимирович

«Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Аспирант

Научный руководитель: Басков С.Н., кандидат технических наук, доцент, НФ НИТУ МИСиС

УДК 621.3

Введение

Для того чтобы оптимально контролировать синхронный двигатель должно быть известно положение и (или) скорость вала. Положение и скорость вала обычно определяют с помощью датчика положения. Зная положение ротора, синхронный двигатель может управляться таким образом, что он обеспечивает полный крутящий момент при нулевой скорости [1].

В настоящее время просматривается тенденция к отказу от использования датчиков механических величин (Sensorless Control) и восстановления вектора состояния системы с помощью различных оценивающих моделей [2]. Это приведет к таким преимуществам:

– повышение надежности системы электропривода;

– снижение стоимости привода;

– улучшение массогабаритных показателей;

– отсутствие датчиков определения механических величин позволит избежать помехи. 

Существует достаточно большое число способов определения положения ротора без использования механического датчика, каждый из них имеет свои преимущества, недостатки и ограничения [3].

Главным недостатком большинства этих способов - это проблема определения  положения ротора синхронного двигателя при нулевых и низких скоростях. Метод с использованием высокочастотной инжекции сигналов лишен данного недостатка, поэтому его использование в бездатчиковых системах электропривода является актуальным вопросом.

Целью данной статьи является проведение исследования на разработанном лабораторном стенде, позволяющее установить возможность применения метода высокочастотной инжекции в бездатчиковых системах электроприводов.

Для этого были поставлены следующие задачи:

1. Вывести формулу, позволяющую вычислить угол поворота ротора синхронного двигателя.
2. Провести измерения значений фазных напряжений, необходимых для определения углового положения.
3. Провести сравнительный анализ фактического и рассчитанного угла поворота ротора синхронного двигателя.

Высокочастотный способ бездатчикового определения углового положения

 Схема исследования углового положения ротора включает в себя:

– источник тока DC Power Supply HY 3003-2;

– генератор сигналов ГЗ-112/1;

– две емкости по 20 мкФ;

– два дросселя по 0,1 Гн;

– синхронная машина ГАБ-1-Т/230.

 Схема лабораторного стенда представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема исследования углового положения ротора синхронного двигателя

Сигнал возбуждения, имеющий частоту в 1000 Гц, проходит через емкость и накладывается на сигнал, вырабатываемый источником тока, который имеет значение в 2 А. Значения фазных напряжений, снимаемых с двигателя, через АЦП поступают в компьютер для последующей обработки.

Для вычисления формулы определения углового положения ротора синхронного двигателя воспользуемся отношением ЭДС:

 

                                         (1)

где e_a, e_b – фазные напряжения;

       θ – угловое положение ротора синхронного двигателя.

Используя формулу приведения получим:

 

                    (2)

 

Разделим полученное выражение на sinθ. В результате получим:

 

                                                  (3)

 

Выразим из выражения ctgθ, имеем:

 

                                                                   (4)

 

Следовательно, tgθ будет равен:

 

                                                  (5)

Тогда θ будет равен:

 

                                                         (6)

где n – величина равная 0 или 1 в зависимости от значения напряжения возбуждения

Для проверки правильности выведенной формулы проведем испытание, в котором измерим значение угла с помощью формулы 6.  Для более высокой точности проведем измерения с шагом равным 10⁰.  Графики исходного угла и угла, вычисленного с помощью формулы  6 представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Сравнение результатов

График погрешности результатов измерений представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 – График изменения относительной погрешности

Из рисунка 3 очевидно, что наибольшее значение погрешности составляет 4,95%. Таким образом, расхождения не превышает допустимый порог расхождений между реальным и рассчитанным значением.

Выводы

1. Разработан лабораторный стенд, позволяющие осуществить определение углового положения ротора синхронного двигателя с помощью метода высокочастотной инжекции.
2. Осуществлен вывод формулы, показывающей зависимость между значением углового положения и фазными напряжениями.
3. Проведенный сравнительный анализ показал, что предлагаемый метод высокочастотной инжекции может быть использован в системах электроприводов.
4. Представленный механизм определения углового положения ротора синхронного двигателя по полю может быть применен в различных механизмах, где использования датчика положения невозможно. Так же это позволит снизить стоимость и размеры системы и увеличить ее надежность.

1. Басков, С.Н. Принцип векторно-импульсного управления электродвигателями переменного тока / С.Н. Басков, К.В. Лицин // Вестник Южно-Уральского Государственного Университета "Энергетика". -2013. – 13 том. №1. – С. 92-95.
2. Басков С.Н. Исследование положения вектора потокосцепления ротора при векторно-импульсном пуске/ С.Н. Басков, К.В. Лицин К.В., А.С. Коньков, Т.В. Черкас //Вестник Южно-Уральского Государственного Университета "Энергетика" [Текст] / ФГБОУ ВПУ "ЮУрГУ" (НИИ). – Челябинск: Издат.центр ЮУрГУ. – 2012. – Вып.18. - №37 (296). –– ISSN 1990-8512. с. 68-72.
3. Басков С.Н. Высокочастотная инжекция сигналов при бездатчиковом методе определения углового положения ротора / С.Н. Басков, К.В. Лицин // Электронный журнал «Машиностроение». – 2013. №1. Стр 28-34. http://indust-engineering.ru/

Рецензии:

27.04.2015, 23:26 Каменев Александр Юрьевич
Рецензия: Следует структурировать статью в соответствии с требованиями (вводная, основная и заключительная части), после чего рекомендуется к печати.

Комментарии пользователей:

Оставить комментарий