Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №20 (апрель) 2015
Разделы: Электротехника
Размещена 12.02.2015. Последняя правка: 05.05.2015.

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


Аннотация:
В статье рассматривается метод бездатчикового определения углового положения ротора синхронного двигателя с помощью наложения высокочастотного сигнала. Приведена схема лабораторного стенда для проведения эксперимента. Осуществлен вывод формулы для расчета углового положения ротора синхронного двигателя. Представлены выводы, позволяющие заключить о снижении стоимости и размеров системы определения углового положения и увеличении ее надежности.


Abstract:
The article describes a method for determining the angular position sensorless rotor synchronous motor by means of superimposing a high frequency signal. A scheme of the laboratory bench for the experiment is described. A derivation of the formula for the calculation of the angular position of the rotor of a synchronous motor is made. The conclusions that allow to conclude that the reduction in the cost and size of the system for determining the angular position and increase its reliability is presented.


Ключевые слова:
бездатчиковое управление; высокочастотная инжекция сигнала; синхронный двигатель.

Keywords:
sensorless control; highfrequency injection; synchronous machine.


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 ea, eb – 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.

Библиографический список:

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.

05.05.2015 8:08 Ответ на рецензию автора Лицин Константин Владимирович:
Спасибо за замечание, Александр Юрьевич. Исправил.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх