Способ бездатчикового управления линейным возвратно-поступательным вентильно-индукторным парнофазным генератором
METHOD OF SENSORLESS CONTROL OF LINEAR RECIPROCATING VALVE-INDUCTOR PAIR-PHASE GENERATOR

Изобретение относится к области проектирования электрических линейных вентильно-индукторных генераторов и может быть использовано в области автономной генерации электрической энергии.
Известен способ возбуждения электромагнитного силового привода (RU 2402859). Для возбуждения электромагнитного силового привода, включающего в себя статор и подвижное тело, причем статор включает в себя сердечник, снабженный множеством магнитных полюсов, и обмотку, намотанную, по меньшей мере, на одном из магнитных полюсов, при этом подвижное тело включает в себя постоянный магнит, расположенный напротив торцевых поверхностей вершин магнитных полюсов через магнитный зазор, при этом подвижное тело поддерживается таким образом, чтобы создавать возвратно-поступательное движение в направлении, перпендикулярном направлению, в котором постоянный магнит расположен напротив магнитных полюсов, при этом подвижное тело возвратно-поступательно двигается, когда к обмотке приложено переменное напряжение, причем способ содержит: осуществляют управление с обратной связью переменным напряжением, причем переменное напряжение прикладывают к обмотке в течение первой половины периода управления, а индуцируемую электродвижущую силу, генерируемую в обмотке в течение второй половины периода управления, используют в качестве управляющего сигнала.
Недостатком способа возбуждения электромагнитного силового привода является то, что для определения положения подвижного тела необходима установка на него постоянных магнитов. Однако их использование в электрических машинах, работающих при высоких температурах, нецелесообразно из-за усложнения конструкции машины за счет систем охлаждения.
Наиболее близким к предлагаемому способу бездатчикового управления линейного возвратно-поступательного вентильно-индукторного парнофазного генератора является способ управления вентильно-индукторным двигателем, работающим при низкой скорости с использованием магнитного потока фаз (US 5525886). Способ управления основан на использовании этапов, в течение которых: применяется подача последовательностей относительно высокочастотных электрических зондирующих импульсов по крайней мере в две неактивные на данный момент фазы возбуждения машины. Длительность импульсов должна быть достаточной, чтобы гарантировать, что на значение измеряемого тока не будут оказывать влияния коммутационные процессы в двух неактивных обмотках возбуждения, но импульсы должны быть достаточно короткими, чтобы избежать значительного крутящего момента на роторе машины, который будет возникать при подаче тока по двум неактивным на данный момент обмоткам возбуждения. В процессе подачи последовательности импульсов происходит измерение значений напряжения и тока, протекающего в каждой из двух неактивных фазных обмоток возбуждения. По результатам измерений определяется оценка положения ротора машины относительно полюсов статора машины, на которых установлены неактивные на данный момент обмотки возбуждения. На основе полученной оценки положения ротора принимается решение о подаче или не подаче системе управления двигателем сигнала о необходимости перевода текущей фазы в неактивное состояние и перевода в активное состояние другой фазы возбуждения.
Недостатком данного способа является то, что в рассматриваемом способе управления для определения положения ротора используются сигналы, подаваемые в катушки возбуждения двух неактивных на данный момент фаз. Для способа бездатчикового управления линейного возвратно-поступательного вентильно-индукторного парнофазного генератора использование подачи сигналов в катушки двух неактивных фаз является избыточным, что приводит к усложнению системы управления генератором.
Задача изобретения заключается в разработке способа бездатчикового управления линейного возвратно-поступательного вентильно-индукторного парнофазного генератора, позволяющего упростить систему управления линейным вентильно-индукторным генератором, определить положение подвижного элемента на основе анализа параметров измерительных импульсов, подаваемых в одну, не активную на данный момент, фазу генератора.
Технический результат, достигаемый при использовании способа бездатчикового управления линейного возвратно-поступательного вентильно-индукторного парнофазного генератора, заключается в обеспечении работы линейного возвратно-поступательного вентильно-индукторного парнофазного генератора в широком диапазоне частот и улучшении КПД генерации за счет выполнения рабочего режима генерации в наиболее оптимальных зонах возвратно-поступательного цикла перемещения подвижного элемента генератора.
Поставленный технический результат достигается с помощью способа бездатчикового управления линейного возвратно-поступательного вентильно-индукторного парнофазного генератора, заключающегося в том, что с помощью анализа величины токовых измерительных импульсов, подаваемых в тестовую обмотку возбуждения генератора, и данных о текущей скорости перемещения подвижного элемента определяются моменты включения и выключения рабочего режима активной обмотки возбуждения генератора.
На фиг. 1 представлена функциональная схема вентильно-индукторного линейного генератора возвратно-поступательного действия, на фиг. 2 - магнитная система линейного вентильно-индукторного электрического генератора возвратно-поступательного действия, на фиг. 3 - диаграмма перемещения подвижного элемента линейного генератора за период возвратно-поступательного движения, на фиг. 4 - диаграмма изменения скорости перемещения подвижного элемента линейного генератора за период возвратно-поступательного движения подвижного элемента, на фиг. 5 - диаграмма изменения индуктивности первой обмотки возбуждения статора за период возвратно-поступательного движения подвижного элемента, на фиг. 6 - диаграмма изменения индуктивности второй фазной обмотки статора за период возвратно-поступательного движения подвижного элемента, на фиг. 7 - диаграмма длительности подачи измерительных импульсов в первую фазную обмотку статора линейного генератора за период возвратно-поступательного движения подвижного элемента, на фиг. 8 - диаграмма длительности подачи измерительных импульсов во вторую фазную обмотку статора линейного генератора за период возвратно-поступательного движения подвижного элемента, на фиг. 9 - диаграмма длительности подачи импульсов рабочего тока возбуждения в первую фазную обмотку статора за период возвратно-поступательного движения подвижного элемента, на фиг. 10 - диаграмма длительности подачи импульсов рабочего тока возбуждения во вторую фазную обмотку статора за период возвратно-поступательного движения подвижного элемента, на фиг. 11 - диаграмма изменения амплитуды тока измерительных импульсов в первой фазной обмотке статора за период возвратно-поступательного движения подвижного элемента, на фиг. 12 - диаграмма изменения амплитуды тока измерительных импульсов во второй фазной обмотке статора за период возвратно-поступательного движения подвижного элемента.
Способ бездатчикового управления линейного возвратно-поступательного вентильно-индукторного парнофазного генератора применяется для линейного возвратно-поступательного вентильно-индукторного парнофазного генератора, состоящего из магнитной системы 1, и системы управления генератором 2. Магнитная система 1 линейного возвратно-поступательного вентильно-индукторного парнофазного генератора состоит из пары магнитопроводов статора F1 и F2 (статор на фигурах не обозначен), обмоток возбуждения W1 и W2, которые установлены на отдельные магнитопроводы статора F1 и F2 (статор на фигурах не обозначен) и подвижного элемента D. Магнитный поток, создаваемый обмотками возбуждения W1 и W2 замыкается в магнитопроводах статора F1 и F2 (статор на фигурах не обозначен) в перпендикулярном направлении к направлению движения подвижного элемента генератора D, что обеспечивает возможность реализации независимого управления каждой из фаз в любой момент времени. Подвижный элемент D совершает возвратно-поступательные движения x(t) со скоростью v(t). Возвратно-поступательные движения подвижного элемента D приводят к изменению индуктивности L1(t) и L2(t) обмоток возбуждения W1 и W2 установленных на магнитопроводах статора F1 и F2 (статор на фигурах не обозначен), причем необходимо отметить, что процесс генерации электрической энергии будет происходить только в зоне уменьшения индуктивности L1(t) и L2(t) обмоток возбуждения W1 и W2 и интенсивности процесса генерации, также его КПД прямо пропорционально зависит от величины изменения индуктивности обмоток возбуждения W1 и W2 и скорости протекания процесса изменения.
В заявленном способе система управления 2 за период перемещения подвижного элемента D подает на обмотки возбуждения W1 и W2 последовательности измерительных импульсов i1т(t) и i2т(t) и последовательности рабочих (генераторных) импульсов i1г(t) и i2г(t). Система управления 2 при помощи последовательности измерительных импульсов напряжения i1т(t) и i2т(t) подает на обмотки возбуждения W1 или W2 статора (статор на фигурах не обозначен) соответственно, определяет положение подвижного элемента D относительно магнитопроводов статора F1 и F2 (статор на фиг. не обозначен). Измерительные импульсы напряжения i1т(х) и i2т(t) подаются в конкретный момент времени только на одну из обмоток возбуждения W1 или W2 (такую обмотку возбуждения будем называть тестовой). Рабочие (генераторные) импульсы могут подаваться в одну из обмоток возбуждения W1 или W2 (такую обмотку возбуждения будем называть активной), в которую не подается в данный момент последовательность тестовых импульсов i1т(t) и i2т(t). Первоначальное определение тестовой обмотки возбуждения система управления 2 выполняет при помощи анализа изменения приращений амплитуд тестовых импульсов i1(t) и i2(t). Тестовой выбирается та обмотка возбуждения, в которой на момент начала процесса управления происходит уменьшение амплитуды тока тестовых импульсов i1(t) и i2(t).
on
off
on
ff
on
ff
Система управления 2 определяет угол включения Θ подачи рабочих импульсов тока i1г(t) или i2г(t) в активную на данный момент обмотку возбуждения W1 или W2 статора (на фиг. статор не обозначен) генератора (в один момент времени активной может быть только одна фазная обмотка из пары) и угол выключения Θ подачи рабочих импульсов i1г(t) или i2г(t) в активную на данный момент фазную обмотку статора генератора при помощи анализа амплитуды токовых измерительных импульсов i1(t) или i2(t) соответственно, которые подаются в тестовую обмотку статора (на фиг. статор не обозначен) генератора. Система управления 2 использует для уточнения угла включения Θ и угла выключения Θ измеренное значение частоты возвратно-поступательного движения подвижного элемента D, для определения которого используются временные промежутки между минимальными значениями амплитуд токов измерительных импульсов i1(t) и i2(t). После получения угла включения Θ система управления 2 подает последовательность рабочих импульсов i1г(t) или i2г(t) в активную обмотку возбуждения. После получения угла выключения Θ система управления 2 перестает подавать последовательность рабочих импульсов i1г(t) или i2г(t) в активную на данный момент обмотку возбуждения W1 или W2 статора (на фиг. статор не обозначен). После окончания подачи системой управления 2 рабочих импульсов в активную на данный момент обмотку возбуждения W1 или W2 статора (на фиг. статор не обозначен), подача тестовых импульсов i1т(t) или i2т(t) в тестовую обмотку возбуждения тоже прекращается. Активная обмотка возбуждения статора (на фиг. статор не обозначен) переводится в состояние тестовой, а тестовая переводится в состояние активной. И процесс управления повторяется.
Применение заявленного способа бездатчикового управления линейного возвратно-поступательного вентильно-индукторного парнофазного генератора позволяет упростить систему управления вентильно-индукторным линейным генератором возвратно-поступательного действия за счет использования серий тестовых импульсов напряжения, подаваемых только в одну из обмоток возбуждения для определения положения подвижного элемента и моментов включения и выключения режима генерации другой обмотки возбуждения.