Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНДУКТОРНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к способам управления индукторным двигателем (ИД), имеющим зубчатый статор, на котором расположены несколько фазных обмоток, каждая из которых запитывается однополярными импульсами тока от полумостового инвертора напряжения, и зубчатый безобмоточный ротор.

Известен способ управления индукторным двигателем (см. патент РФ RU 2118039 C1, H02P 8/12 от 14.04.95).

В данном источнике описан способ управления ИД, в котором измеряют каждый период сигнала узла датчиков положения ротора (ДПР), по измеренному периоду вычисляют временные интервалы, определяющие начало и окончание зон, содержащих импульсы управления силовыми ключами инвертора напряжения, причем отсчет вычисленных временных интервалов производится от каждого фронта сигнала узла ДПР.

Недостатком данного способа является зависимость от состояния всех датчиков положения ротора, т.к. в формировании временной диаграммы сигналов управления силовыми ключами инвертора напряжения используются сигналы всех датчиков положения ротора, входящих в состав узла ДПР. При выходе из строя любого из датчиков временная диаграмма нарушается, двигатель становится неуправляемым, т.е. неисправным, несмотря на то что все остальные его узлы находятся в исправном состоянии.

Наиболее близким к заявленному является способ управления ИД, описанный в патенте RU 2260243 C1, H02P 8/12 от 17.12.2003. В данном способе управления измеряют период сигнала фазы узла ДПР и один из фронтов любой из фаз, а также датчик положения этой фазы принимают за базовый. По результатам измерений вычисляют моменты начала и окончания зон импульсов управления ключами каждой фазы. Один раз за оборот двигателя, используя фронт сигнала базового ДПР, производят пересчет временных параметров зон импульсов управления, осуществляя тем самым фазовую подстройку последовательности импульсов управления относительно последовательности импульсов ДПР.

Недостатком данного способа управления является зависимость от работоспособности датчика положения, который принят за базовый. Так как в известном способе управления формирование временной диаграммы сигналов управления фазными ключами осуществляется только по сигналам одного датчика, принятого за базовый, то здесь несколько уменьшена степень влияния состояния всех датчиков на способ управления. Однако при выходе из строя базового датчика положения реализация способа управления становится невозможной, несмотря на то что все остальные датчики, а также сам двигатель являются исправными.

Предлагаемое изобретение направлено на уменьшение влияния состояния ДПР на процесс управления ИД, т.е. на повышение надежности способа управления индукторным двигателем.

Для этого измеряют период сигнала фазы узла датчиков положения ротора (ДПР), вычисляют временные интервалы, определяющие начало и окончание зон импульсов управления силовыми ключами инвертора напряжения, по результатам измерений и вычислений формируют последовательность импульсов управления силовыми ключами каждой фазы. Один из фронтов сигнала одной из фаз ДПР, а также датчик этой фазы принимают за базовый, по фронту сигнала базового ДПР один раз за оборот двигателя производят фазовую подстройку импульсов управления относительно сигналов ДПР. При этом дополнительно вводят режим диагностики ДПР, для чего перед началом вращения ротора каждую фазную обмотку поочередно запитывают однополярным импульсом тока, в течение которого после установки ротора в согласованное положение «зубец ротора - зубец активной фазы статора» производят сравнение состояния сигналов ДПР с таблицей истинности, определяющей соответствие состояний сигналов ДПР каждому согласованному положению «зубец ротора - зубец активной фазы статора», по результатам сравнения определяют исправность всех датчиков положения ротора и возможность работы двигателя, а первый из исправных датчиков принимают за базовый.

На фиг.1 представлена временная диаграмма фазных токов в режиме диагностики ДПР на примере пятифазного ИД.

Здесь: Iф - амплитуда фазного тока

t - временная ось

Ts - длительность импульса тока для одной фазы;

Tn - длительность паузы между импульсами;

tвp - момент начала вращения двигателя.

На фиг.2 приведена таблица истинности ДПР при соответствующих активных фазах пятифазного ИД.

Здесь:

A, B, C, D, E - фазы ИД и ДПР;

«О» - логический ноль на выходе датчика;

«1» - логическая единица на выходе датчика;

«X» - неопределенное состояние датчика, т.е. состояние, не влияющее на управление двигателем при данном положении ротора.

Режим диагностики ДПР осуществляется следующим образом. После включения двигателя на каждую фазу поочередно подается ток в течение фиксированного времени. Длительность Ts (фиг.1) каждого импульса тока определяется временем успокоения ротора двигателя в согласованном положении «зубец ротора - зубец активной фазы статора» и временем, необходимым для сравнения состояния сигналов ДПР с таблицей истинности. После успокоения ротора схема управления производит сравнение полученного состояния сигналов ДПР с соответствующей строкой таблицы истинности (фиг.2).

Итогом описанного выше анализа являются пять (для рассматриваемого варианта пятифазного ИД) признаков, характеризующих состояния ДПР, которые могут принять значение либо «О» (ДПР неисправен), либо «l» (ДПР исправен). По результату выработанных признаков принимают решение об исправности двигателя (так, для пятифазного варианта исправным считается ИД, у которого исправны не менее трех датчиков положения ротора из пяти, причем если неисправны два датчика, они не должны быть соседними, например А-В или D-E). Если двигатель признан исправным, то первый из исправных ДПP принимается за базовый.

Описанный выше процесс диагностики ДПР позволяет одновременно производить диагностику исправности фазных обмоток двигателя. Для этого каждое состояние ДПР сравнивают с предыдущим. Если состояние не изменяется, это означает, что данная фаза двигателя неисправна (обрыв в токовой цепи). В зависимости от выполняемой задачи двигатель может при этом считаться либо неисправным, либо работоспособным на неполную выходную мощность. Так для варианта пятифазного двигателя при обрыве одной из фаз ИД в целом сохраняет свою работоспособность при некотором снижении момента на валу и увеличении его пульсаций. Такое временное использование двигателя с оборванной фазной обмоткой является иногда необходимым для ответственных применений.

Если система управления признает двигатель исправным, то, начиная с момента времени t_вp (фиг.1), он переходит в режим вращения, и его временная диаграмма строится в соответствии с известным алгоритмом. Для этого производят измерение периода сигнала фазы базового датчика положения ротора, по результатам измерений вычисляют моменты начала и окончания зон импульсов управления ключами каждой фазы и один раз за оборот двигателя производят фазовую подстройку импульсов управления относительно сигналов ДПР.

Все описанные выше меры позволяют обеспечить надежное управление ИД при выходе из строя одного или нескольких (в случае многофазных ИД) датчиков положения ротора.

Таким образом, введение в способ управления индукторным двигателем дополнительного режима диагностики ДПР уменьшает его зависимость от работоспособности всех датчиков положения ротора и повышает надежность данного способа.