СПОСОБ ДВУХУРОВНЕВОГО ПОДАВЛЕНИЯ ПУЛЬСАЦИЙ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ТРЕХФАЗНОГО ВЕНТИЛЬНОГО РЕАКТИВНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
METHOD FOR TWO-LEVEL SUPPRESSION OF TORQUE MOMENT PULSATIONS OF THREE-PHASE AC ELECTRONIC REACTOR MOTOR

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу двухуровневого подавления пульсаций крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя, в частности, применимому к системе привода трехфазного вентильного реактивного электродвигателя.
Уровень техники
При использовании известного метода управления крутящим моментом вентильного реактивного электродвигателя для устранения пульсаций крутящего момента должен быть задан угол выключения фазы основного переключателя преобразователя мощности. Различные углы выключения фазы главного переключателя преобразователя мощности имеют важное влияние на эффективность управления крутящим моментом. Для того чтобы обеспечивать плавный крутящий момент на выходе, угол выключения должен быть определен либо при автономном расчете, либо при регулировании в режиме реального времени. Для того чтобы формировать максимально плавный крутящий момент, возбуждающий ток должен быть быстро установлен. Поэтому в начале интервала проводимости ток должен возрастать с максимальной скоростью. Для того чтобы избежать образования отрицательного крутящего момента, ток должен уменьшаться с максимальной скоростью, а угол выключения фазы основного переключателя преобразователя мощности должен быть в надлежащем положении: когда он находится на переднем фронте импульса, ток не может возрасти до определенного уровня, и крутящий момент оказывается ниже ожидаемого значения; когда он находится на заднем фронте импульса, ток попадает в область отрицательного крутящего момента. Требования являются строгими, поэтому их применимость не желательна. Поэтому требуется новый метод подавления пульсации крутящего момента вентильного реактивного электродвигателя, который может обеспечить плавное управление выходным крутящим моментом в максимальном диапазоне, без учета влияния угла выключения фазы основного переключателя преобразователя мощности на эффективность управления крутящим моментом.
Раскрытие сущности изобретения
Техническая проблема: задачей настоящего изобретения является устранение проблемы, указанной в уровне техники, и разработка способа двухуровневого подавления пульсаций крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя.
Техническая схема: Настоящее изобретение предоставляет способ двухуровневого подавления пульсаций крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя, при этом способ включает в себя следующие этапы:
low
up
r
low
up
r
r
а. Установка первой группы пороговых значений (fh1, fh1) крутящего момента в интервале [0°, θ/3] положений ротора, и второй группы пороговых значений (fh2, th2) крутящего момента в интервале [θ/3, θ/2] положений ротора, при этом указанные 4 пороговых значения крутящего момента удовлетворяют следующим условиям:
r
r
в которых положение ротора 0° является положением с минимальной индуктивностью фазы, положение ротора θ является угловым шагом, т.е. одним оборотом ротора, а половиной оборота ротора является θ/2;
A
A
A
B
B
B
е
б. Установка возбужденного состояния S в качестве возбужденного состояния питания фазы А, при этом возбужденное состояние S=1 обозначает, что возбуждающее напряжение питания фазы А положительное, а возбужденное состояние S=-1 обозначает, что возбуждающее напряжение питания фазы А отрицательное; установка возбужденного состояния S в качестве возбужденного состояния питания фазы В, при этом возбужденное состояние S=1 обозначает, что возбуждающее напряжение питания фазы В положительное, а возбужденное состояние S=-1 обозначает, что возбуждающее напряжение питания фазы В отрицательное, а Т - ожидаемый общий плавный крутящий момент;
r
в. Для смежных сигналов питания фазы А и фазы В сигнал питания фазы А опережает на θ/3 сигнал питания фазы В. В этот момент фаза А выключена, фаза В включена и двухуровневое подавление пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя осуществляется путем двухинтервального процесса коммутации от фазы А к фазе В.
2. Способ двухуровневого подавления пульсаций крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя по п. 1, в котором двухинтервальный процесс коммутации от фазы А к фазе В состоит в следующем:
1
low
up
low
up
1
(I) В интервале [0°, θ] положений ротора фаза А использует вторую группу пороговых значений (fh2, th2) крутящего момента, фаза В использует первую группу пороговых значений (fh1, th1) крутящего момента, критичное положение θ автоматически возникает в процессе коммутации, так что не требуется дополнительных вычислений;
B
A
A
(1.1) Интервал проводимости фазы В начинается в положении 0° ротора, устанавливается изначальное возбужденное состояние S=1, а ток и крутящий момент фазы В увеличиваются от 0; возбужденное состояние S остается в исходном состоянии S=-1, а ток и крутящий момент фазы А уменьшаются; так как скорость изменения индуктивности и ток фазы В относительно малы в этом положении, скорость роста крутящего момента фазы В меньше, чем скорость уменьшения крутящего момента фазы А, и общий крутящий момент уменьшается наряду с фазой А;
e
low
A
B
(1.2) Когда общий крутящий момент впервые достигает значения T+fn1 крутящего момента, условия изменения состояния фазы А и фазы В не выполняются, возбужденные состояния S и S сохраняют свои исходные состояния и общий крутящий момент продолжает уменьшаться;
e
low
A
(1.3) Когда общий крутящий момент уменьшается до значения T+th2 крутящего момента, выполняются условия для изменения состояния в фазе А, возбужденное состояние S переходит из -1 в 1 и крутящий момент фазы А увеличивается; фаза В остается в исходном состоянии и крутящий момент фазы В продолжает увеличиваться, поэтому общий крутящий момент увеличивается;
e
low
A
B
(1.4) Когда общий крутящий момент увеличивается до значения T+th1 крутящего момента, условия изменения состояния фазы А и фазы В не выполняются, возбужденные состояния S и S сохраняют свои исходные состояния и общий крутящий момент продолжает увеличиваться;
e
up
B
(1.5) Когда общий крутящий момент увеличивается до значения T+th2 крутящего момента, выполняются условия для изменения состояния в фазе А, возбужденное состояние Sa переходит из 1 в значение -1 и крутящий моменты фазы А уменьшается; но условия для изменения состояния в фазе В не выполняются, возбужденное состояние S остается в исходном состоянии, а общий крутящий момент начинает уменьшаться;
B
A
e
low
e
up
1
(1.6) Этапы (1.2)~(1.5) повторяются, возбужденное состояние S остается равным 1 все время, т.е. фаза В возбуждается положительным напряжением, ток и крутящий момент фазы В увеличиваются с максимальной скоростью; возбужденное состояние S переключается между значениями -1 и 1, и общий крутящий момент все время управляется в диапазоне [T+th2, T+th2], тем самым подавляя пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя в интервале [0°, θ] положений ротора;
(2) В интервале [θ1, θr/3] положений ротора фаза А продолжает использовать вторую группу пороговых значений (th2low, th2up) крутящего момента, а фаза В продолжает использовать первую группу пороговых значений (th1low, th1up) крутящего момента;
1
B
A
(2.1) В положении θ ротора скорость изменения индуктивности и фазовый ток в фазе В достигли определенного уровня. Когда возбужденное состояние S=1, а возбужденное состояние S=-1, скорость увеличения крутящего момента фазы В перестает быть меньше, чем скорость уменьшения крутящего момента фазы А, характер изменения общего крутящего момента определяется фазой В и общий крутящий момент увеличивается;
e
up
B
A
(2.2) Когда общий крутящий момент увеличивается до значения T+th1 крутящего момента, выполняются условия изменения состояния фазы В, возбужденное состояние S переходит из 1 в -1 и крутящий момент фазы В уменьшается; возбужденное состояние S остается в состоянии -1 и общий крутящий момент уменьшается;
e
up
A
B
(2.3) Когда общий крутящий момент впервые уменьшается до значения T+th2 крутящего момента, условия изменения состояния фазы А и фазы В не выполняются, возбужденные состояния S и S сохраняют исходные состояния и общий крутящий момент продолжает уменьшаться;
e
low
B
A
(2.4) Когда общий крутящий момент уменьшается до значения T+th1 крутящего момента, выполняются условия изменения состояния фазы В, возбужденное состояние S переходит из -1 в 1 и крутящий момент фазы В увеличивается; возбужденное состояние S остается в состоянии -1 и общий крутящий момент увеличивается вместе с крутящим моментом фазы В;
e
up
A
B
(2.5) Когда общий крутящий момент увеличивается до значения T+th2 крутящего момента, условия изменения состояния фазы А и фазы В не выполняются, возбужденные состояния S и S сохраняют исходные состояния и общий крутящий момент продолжает увеличиваться;
e
up
A
B
e
low
e
up
1
r
(2.6) Когда общий крутящий момент увеличивается до значения T+th1 крутящего момента, этапы (2.2)~(2.5) повторяются, возбужденное состояние S остается в состоянии -1, возбужденное состояние S переключается между значениями -1 и 1 и общий крутящий момент управляется в интервале [T+th1, T+th1], тем самым подавляя пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя в интервале [θ, θ/3] положения ротора.
1
r
low
up
low
up
e
low
e
up
e
low
e
up
Положительный эффект: При использовании указанного выше способа двухуровневого подавления, путем установления двух групп пороговых значений крутящего момента и возбужденных состояний смежных фаз А и В, без учета влияния различных углов выключения фазы основного переключателя преобразователя мощности на эффективность управления крутящим моментом и определения углов выключения фазы либо при автономном расчете, либо при регулировании в режиме реального времени, настоящее изобретение осуществляет переключение фазы А и фазы В между двумя возбужденными состояниями, в которых возбуждающее напряжение источника питания является положительным и отрицательным соответственно, управляет общим крутящим моментом между двумя группами пороговых значений крутящего момента, плавно управляет переходным крутящим моментом трехфазного вентильного реактивного электродвигателя и подавляет пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя. Действующий сигнал возбуждающего напряжения, подаваемый на обмотки электродвигателя, и сигнал ожидаемого напряжения обладают совпадающими характеристиками. Действующий сигнал тока фазы идентичен ожидаемому сигналу тока фазы. Настоящее изобретение имеет высокую практичность, подходит к различным типам систем приводов трехфазных вентильных реактивных электродвигателей с различными конструкциями и не требует дополнительных вычислений. В интервале [θ, θ/3] положений ротора фаза А использует второй набор пороговых значений (th2, th2) крутящего момента, фаза В использует первый набор пороговых значений (th1, th1) крутящего момента, и общий крутящий момент управляется в интервалах [T+th2, T+th2] и [T+th1, T+th1]. Настоящее изобретение обеспечивает подавление пульсаций крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя и имеет широкие перспективы применения.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена схема установки двухуровневых пороговых значений крутящего момента вентильного реактивного электродвигателя, обеспечиваемого настоящим изобретением;
На фиг. 2(a) представлена схема переключения возбужденного состояния фазы В сигнала питания вентильного реактивного электродвигателя, обеспечиваемого настоящим изобретением;
На фиг. 2(б) представлена схема переключения возбужденного состояния фазы А сигнала питания вентильного реактивного электродвигателя, обеспечиваемого настоящим изобретением;
На фиг. 3 представлен сигнал крутящего момента вентильного реактивного электродвигателя, обеспечиваемого настоящим изобретением.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение описано ниже посредством представленных примеров со ссылками на сопутствующие чертежи.
low
up
r
low
up
r
r
Согласно фиг. 1, для одного трехфазного вентильного реактивного электродвигателя выполняют: а. установку первой группы пороговых значений (th1, th1) крутящего момента в интервале [0°, θ/3] положений ротора, и второй группы пороговых значений (th2, th2) крутящего момента в интервале [θ/3, θ/2] положений ротора, при этом указанные 4 пороговых значения крутящего момента удовлетворяют следующим условиям:
r
r
в которых положение ротора 0° является положением с минимальной индуктивностью фазы, положение ротора θ является угловым шагом, т.е. одним оборотом ротора, а половиной оборота ротора является θ/2;
A
A
A
B
B
B
е
б. Согласно фиг. 2 (а, б) установка возбужденного состояния S в качестве возбужденного состояния питания фазы А, при этом возбужденное состояние S=1 обозначает, что возбуждающее напряжение питания фазы А положительное, возбужденное состояние S=-1 обозначает, что возбуждающее напряжение питания фазы А отрицательное; установка возбужденного состояния S в качестве возбужденного состояния питания фазы В, при этом возбужденное состояние S=1 обозначает, что возбуждающее напряжение питания фазы В положительное, возбужденное состояние S=-1 обозначает, что возбуждающее напряжение питания фазы В отрицательное, а Т - ожидаемый общий плавный крутящий момент;
r
в. Для смежных сигналов питания фазы А и фазы В сигнал питания фазы А опережает на θ/3 сигнал питания фазы В. В этот момент фаза А выключена, фаза В включена. Согласно фиг. 1 процесс коммутации от фазы А к фазе В разделен на два интервала:
1
low
up
low
up
1
(I) В интервале [0°, θ] положений ротора фаза А использует вторую группу пороговых значений (th2, th2) крутящего момента, фаза В использует первую группу пороговых значений (th1, th1) крутящего момента, критичное положение θ автоматически возникает в процессе коммутации, так что не требуется дополнительных вычислений;
B
A
A
(1.1) Интервал проводимости фазы В начинается в положении 0° ротора, устанавливается начальное возбужденное состояние S=1, а ток и крутящий момент фазы В увеличиваются от 0; возбужденное состояние S остается в исходном состоянии S=-1, а ток и крутящий момент фазы А уменьшаются; так как скорость изменения индуктивности и ток фазы В относительно малы в этом положении, скорость роста крутящего момента фазы В меньше, чем скорость уменьшения крутящего момента фазы А, и общий крутящий момент уменьшается наряду с фазой А;
e
low
A
B
(1.2) Когда общий крутящий момент впервые достигает значения T+th1 крутящего момента, условия изменения состояния фазы А и фазы В не выполняются, возбужденные состояния S и S сохраняют свои исходные состояния и общий крутящий момент продолжает уменьшаться;
e
low
A
(1.3) Когда общий крутящий момент уменьшается до значения T+th2 крутящего момента, выполняются условия для изменения состояния в фазе А, возбужденное состояние S переходит из -1 в 1 и крутящий момент фазы А увеличивается; фаза В остается в исходном состоянии и крутящий момент фазы В продолжает увеличиваться, поэтому общий крутящий момент увеличивается;
e
low
A
B
(1.4) Когда общий крутящий момент увеличивается до значения T+th1 крутящего момента, условия изменения состояния фазы А и фазы В не выполняются, возбужденные состояния S и S сохраняют свои исходные состояния, и общий крутящий момент продолжает увеличиваться;
e
up
A
B
(1.5) Когда общий крутящий момент увеличивается до значения T+th2 крутящего момента, выполняются условия для изменения состояния в фазе А, возбужденное состояние S переходит из 1 в значение -1 и крутящий моменты фазы А уменьшается; но условия для изменения состояния в фазе В не выполняются, возбужденное состояние S остается в исходном состоянии, а общий крутящий момент начинает уменьшаться;
B
A
e
low
e
up
1
(1.6) Этапы (1.2)~(1.5) повторяются, возбужденное состояние S остается равным 1 все время, т.е. фаза В возбуждается положительным напряжением, ток и крутящий момент фазы В увеличиваются с максимальной скоростью; возбужденное состояние S переключается между значениями -1 и 1, и общий крутящий момент все время управляется в диапазоне [T+th2, T+th2], тем самым подавляя пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя в интервале [0°, θ] положений ротора;
1
r
low
up
low
up
(2) В интервале [θ, θ/3] положений ротора фаза А продолжает использовать вторую группу пороговых значений (th2, th2) крутящего момента, а фаза В продолжает использовать первую группу пороговых значений (th1, th1) крутящего момента;
1
B
A
(2.1) В положении θ ротора скорость изменения индуктивности и фазовый ток в фазе В достигли определенного уровня. Когда возбужденное состояние S=1, а возбужденное состояние S=-1, скорость увеличения крутящего момента фазы В перестает быть меньше, чем скорость уменьшения крутящего момента фазы А, характер изменения общего крутящего момента определяется фазой В и общий крутящий момент увеличивается;
e
up
B
A
(2.2) Когда общий крутящий момент увеличивается до значения T+th1 крутящего момента, выполняются условия изменения состояния фазы В, возбужденное состояние S переходит из 1 в -1 и крутящий момент фазы В уменьшается; возбужденное состояние S остается в состоянии -1 и общий крутящий момент уменьшается;
e
up
A
B
(2.3) Когда общий крутящий момент впервые уменьшается до значения T+th2 крутящего момента, условия изменения состояния фазы А и фазы В не выполняются, возбужденные состояния S и S сохраняют исходные состояния и общий крутящий момент продолжает уменьшаться;
e
low
B
A
(2.4) Когда общий крутящий момент уменьшается до значения T+th1 крутящего момента, выполняются условия изменения состояния фазы В, возбужденное состояние S переходит из -1 в 1 и крутящий момент фазы В увеличивается; возбужденное состояние S остается в состоянии -1 и общий крутящий момент увеличивается вместе с крутящим моментом фазы В;
e
up
A
B
(2.5) Когда общий крутящий момент увеличивается до значения T+th2 крутящего момента, условия изменения состояния фазы А и фазы В не выполняются, возбужденные состояния S и S сохраняют исходные состояния и общий крутящий момент продолжает увеличиваться;
e
up
A
B
e
low
e
up
1
r
(2.6) Когда общий крутящий момент увеличивается до значения T+th1 крутящего момента, этапы (2.2)~(2.5) повторяются, возбужденное состояние S остается в состоянии -1, возбужденное состояние S переключается между -1 и 1 и общий крутящий момент управляется в интервале [T+th1, T+th1], тем самым подавляя пульсации крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя в интервале положения ротора [θ, θ/3].
r
r
Для смежных сигналов питания фазы В и фазы С, когда сигнал питания фазы В опережает на θ/3 сигнал питания фазы С, установка пороговых значений крутящего момента, процесс коммутации, и способы переключения и перехода возбужденных состояний фазы В и фазы С аналогичны предыдущему случаю. Для смежных сигналов питания фазы С и фазы А, когда сигнал питания фазы С опережает на θ/3 сигнал питания фазы А, установка пороговых значений крутящего момента, процесс коммутации, и способы переключения и перехода возбужденных состояний фазы С и фазы А аналогичны предыдущему случаю. Форма полученного сигнала крутящего момента вентильного реактивного электродвигателя представлена на фиг.3.