СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ


RU (11) 2210171 (13) C2

(51) 7 H02P6/00, H02P6/16, H02K29/08 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.01.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2001126428/09 
(22) Дата подачи заявки: 2001.09.28 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.09.28 
(45) Опубликовано: 2003.08.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: US 5901268 А, 04.05.1999. RU 2068611 С1, 22.10.1996. RU 2074504 С1, 27.05.1997. SU 1836788 А3, 23.08.1993. DE 1266865 А1, 25.04.1968. FR 2195103 А1, 01.03.1974. JP 63- 33392 А1, 02.12.1994. 
(71) Заявитель(и): ООО "НИИ автоматики и силовой электроники" 
(72) Автор(ы): Болоян Н.А.; Боченков Б.М.; Брованов С.В.; Востриков А.С.; Деряжный И.Е.; Куклин О.Г.; Прудов Н.М.; Судак А.Г.; Таран А.В.; Харитонов С.А.; Чемакин Л.А. 
(73) Патентообладатель(и): ООО "НИИ автоматики и силовой электроники" 
Адрес для переписки: 630017, г.Новосибирск, ул. Б. Богаткова, 163/2, кв.31, С.В.Брованову 

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ 

Изобретение касается электропривода и может быть использовано при создании различных электромеханических систем, например электромеханического усилителя руля автомобиля. Техническим результатом является повышение точности управления. Способ управления синхронным электродвигателем с возбуждением от постоянных магнитов заключается в том, что в фазных обмотках двигателя формируют m-фазную систему токов, непрерывно измеряют величину магнитной индукции в неподвижных точках, расположенных на плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, на одинаковом расстоянии от нее, причем количество точек измерения равно количеству фазных обмоток двигателя, а угловое положение каждой из точек измерения смещено от оси соответствующей фазной обмотки на угол, равный 90 электрическим градусам, и ток в каждой фазе формируют пропорциональным произведению мгновенных значений индукции магнитного поля в соответствующей точке измерения и заданного значения вращающего момента. При любом положении ротора обеспечивается угол между вектором тока и вектором магнитного потока, равный 90o. В результате устраняются пульсации вращающего момента. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение касается электропривода и может быть использовано при создании различных электромеханических систем, например при создании электромеханического усилителя руля автомобиля.

Известен способ (авторское свидетельство СССР 1495973, кл. Н 02 Р 7/42, 1989) управления синхронным двигателем с возбуждением от постоянных магнитов, заключающийся в том, что измеряют угловое положение ротора и формируют в фазных обмотках m-фазную систему токов, каждый из которых пропорционален заданному значению вращающего момента и гармонической функции угла положения ротора.

Существенным недостатком данного способа является необходимость измерения углового положения ротора и дополнительной обработки сигнала об угловом положении, что усложняет его применение и способствует снижению точности управления.

Кроме того, известен способ управления синхронным электродвигателем с возбуждением от постоянных магнитов (патент США 5901268, 4 мая 1999г.), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, при котором определяют знак (направление) индукции магнитного поля в неподвижных точках по окружности статора и формируют в обмотках статора m-фазную систему токов, абсолютная величина которых пропорциональна заданному вращающему моменту, а знак (направление) определяется знаком индукции магнитного поля в соответствующей точке измерения.

Существенным недостатком данного способа является низкая точность управления, обусловленная пульсациями вращающего момента, вызванными тем, что при плавном повороте ротора результирующий вектор тока принимает лишь несколько дискретных угловых положений, так, что угол межу векторами тока и магнитного потока не остается постоянным.

Задачей изобретения является создание способа управления синхронным электродвигателем с возбуждением от постоянных магнитов с более высокой точностью управления.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе управления синхронным двигателем с возбуждением от постоянных магнитов, заключающемся в том, что в фазных обмотках формируют m-фазную систему токов, непрерывно измеряют величину магнитной индукции в неподвижных точках, расположенных на плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, на одинаковом расстоянии от нее, причем количество точек измерения равно количеству фазных обмоток двигателя, а угловое положение каждой из точек измерения смещено от оси соответствующей фазной обмотки на угол, равный 90 электрическим градусам, и ток в каждой фазе формируют пропорциональным произведению мгновенного значения индукции магнитного поля в соответствующей точке измерения и заданного значения вращающего момента.

На фиг.1 приведена одна из возможных функциональных схем устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - конструкция (упрощенная) синхронного электродвигателя с расположенными на нем датчиками.

Устройство (фиг. 1) содержит датчики 1, 2, 3, служащие для непрерывного измерения магнитной индукции в точках 4, 5, 6 (для m=3), сдвинутых относительно осей фазных обмоток 7, 8, 9 (фазы А, В, С соответственно) на угол 90 электрических градусов. Выходы датчиков 1, 2, 3 соединены со входами блоков перемножения 10, 11, 12 соответственно. Вторые входы блоков 10, 11, 12 соединены с выходом устройства (на схеме не показано), формирующего сигнал задания вращающего момента. Выходы блоков 10, 11, 12 соединены с соответствующими входами регуляторов тока 13, 14, 15. Выходы регуляторов тока соединены непосредственно с фазными обмотками 7, 8, 9 электродвигателя.

Конструкция синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов (фиг.2) состоит из статора 16 со статорными обмотками 17, ротора 18 с выходными концами вала 19 и постоянными магнитами 20, закрепленного с помощью подшипников 21, 22 в подшипниковых щитах 23, 24. Датчики 1 2, 3 магнитной индукции расположены на подшипниковом щите 24 в точках 4, 5, 6, сдвинутых на угол 90 электрических градусов относительно осей соответствующих фазных обмоток 7, 8, 9.

Способ управления синхронным двигателем с возбуждением от постоянных магнитов осуществляется следующим образом. С помощью датчиков 1, 2, 3 непрерывно измеряют величину магнитной индукции в точках 4, 5, 6, расположенных на плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора 18, например, на подшипниковом щите 24, на одинаковом расстоянии R от указанной оси в непосредственной близости от постоянных магнитов 20. Полученные с датчиков мгновенные значения сигналов, по форме близкие к гармоническим функциям угла поворота ротора, на блоках 10, 11, 12 перемножают с сигналом задания вращающего момента и таким образом получают сигналы задания фазных токов. Благодаря смещению точек измерения магнитной индукции на 90 электрических градусов относительно осей соответствующих фазных обмоток на выходах блоков перемножения формируются сигналы задания фазных токов, являющихся компонентами вектора поперечного (моментообразующего) тока в неподвижной системе координат, модуль которого определяется сигналом задания момента. Полученные сигналы задания фазных токов подаются на входы регуляторов 13, 14, 15, которые в каждой фазе m-фазной обмотки синхронного электродвигателя формируют ток, пропорциональный произведению мгновенных значений индукции магнитного поля в соответствующей точке измерения и заданного значения вращающего момента. Развиваемый при этом момент электродвигателя пропорционален сигналу задания.

Таким образом, при любом положении ротора обеспечивается формирование вектора тока, направленного под углом 90o к вектору магнитного потока, в отличие от прототипа, где этот угол изменяется при вращении ротора.

В результате предлагаемый способ управления синхронным электродвигателем с возбуждением от постоянных магнитов устраняет пульсации вращающего момента, вызванные изменением углового положения вектора тока относительно вектора магнитного потока и тем самым повышает точность управления. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ управления синхронным электродвигателем с возбуждением от постоянных магнитов, заключающийся в том, что в фазных обмотках двигателя формируют m-фазную систему токов, отличающийся тем, что непрерывно измеряют величину магнитной индукции в неподвижных точках, расположенных на плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, на одинаковом расстоянии от нее, причем количество точек измерения равно количеству фазных обмоток двигателя, а угловое положение каждой из точек измерения смещено от оси соответствующей фазной обмотки на угол, равный 90 электрическим градусам, и ток в каждой фазе формируют пропорциональным произведению мгновенных значений индукции магнитного поля в соответствующей точке измерения и заданного значения вращающего момента.