СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
METHOD FOR DETERMINING ANGULAR POSITION OF ROTOR OF ROTATING ELECTRIC MACHINE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области электротехники. Изобретение касается определения углового положения ротора или из определения магнитного потокового угла вращающейся электрической машины согласно родовому понятию независимого пункта формулы изобретения.
Уровень техники
Распространенные в настоящее время вращающиеся электрические машины имеют обмотку статора и обмотку ротора, причем обмотка статора обычно питается от относящегося к ней преобразователя тока. Угловое положения ротора такой вращающейся электрической машины определяют в настоящее время в основном с помощью датчика углового положения, который выдает требуемое угловое положение ротора, т.е. угол ротора во время его вращения. Информация о положении ротора или о положении магнитного вектора потока обычно требуется для регулировки машины в качестве одного из нескольких часто используемых входных параметров. Датчики углового положения, однако, очень чувствительны к механическим нагрузкам и поэтому часто выходят из строя или выдают ошибочные данные об угловом положении ротора. К тому же трудоемок монтаж, так как на машине должны быть установлены как сам датчик углового положения, так и кабельная разводка, что требует много затрат труда и средств. К тому же такой датчик углового положения требует постоянного обслуживания, а это также дополнительные затраты.
Описание изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание способа определения углового положения вращающейся электрической машины, который очень легко реализуем и надежен, а также обходится без датчика углового положения. Эта задача решается признаками п.1 формулы изобретения. В зависимых пунктах приведены предпочтительные варианты усовершенствования изобретения.
При применении соответствующего изобретению способа определения углового положения ротора вращающейся электрической машины машина имеет обмотку статора и обмотку ротора, причем питание обмотки статора осуществляется от преобразователя тока. Согласно изобретению обмотка статора в данном случае при заданной скорости вращения ротора в течение одного оборота ротора замыкается накоротко как минимум в трех фиксированных моментах времени короткого замыкания. В каждый момент короткого замыкания определяется фазовый угол соответствующего статорного тока. Затем исходя из фазовых углов, определенных для каждого из двух наиболее близких между собой моментов времени короткого замыкания, строят дифференциальный фазовый угол, а из этих дифференциальных фазовых углов вычисляют минимальный дифференциальный угол. Если минимальный дифференциальный угол оказывается отрицательным, к определенному последним фазовому углу прибавляют поправочный фазовый угол, а если минимальный дифференциальный фазовый угол оказывается положительным, то из определенного последним фазового угла вычитают поправочный фазовый угол. Результат после прибавления поправочного фазового угла или после вычитания поправочного фазового угла и является подлежавшим определению угловым положением ротора. Определение углового положения ротора вращающейся электрической машины соответствующим настоящему изобретению способом с получением преимущества становится возможным, таким образом, без использования датчика углового положения со всеми его недостатками, а следовательно, по существу разработан очень легко реализуемый и надежный способ определения углового положения ротора вращающейся электрической машины.
Эта и другие задачи, преимущества и признаки настоящего изобретения становятся очевидными из нижеследующего детального описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылками на чертеж.
Краткое описание чертежей
Чертеж - временная динамика фазового угла статорного тока вращающейся электрической машины при применении соответствующего изобретению способа.
Принципиально, одинаковые элементы на чертеже снабжены одинаковыми сносками.
Варианты осуществления изобретения
Чертеж отображает временную динамику фазового угла статорного тока вращающейся электрической машины, которая проявляется при применении соответствующего изобретению способа. Фазовый угол статорного тока согласно чертежу увеличивается от 0 до 2π, затем вновь начинается с 0 и увеличивается до 2π и так далее. Машина имеет статорную обмотку и роторную обмотку, причем статорная обмотка согласно изобретению питается относящимся к ней преобразователем тока. Вращающаяся электрическая машина исполнена обычно в виде синхронной машины или асинхронной машины.
T0
T1
T2
ST0
ST1
ST2
ST0
ST1
ST2
ST0
ST1
ST2
T0
T1
T2
ST0
ST1
ST2
T0
T1
T2
i1
i2
T0
T1
T2
Согласно соответствующему изобретению способу теперь статорная обмотка в течение одного оборота ротора замыкается накоротко преобразователем тока по меньшей мере в трех фиксированных моментах времени короткого замыкания Т0, T1, T2. На чертеже представлен, например, временной интервал, соответствующий одному обороту ротора при принятой скорости вращения ротора. В течение этого оборота статорная обмотка замыкается преобразователем тока накоротко как минимум в трех фиксированных моментах короткого замыкания Т0, T1, T2. В каждый момент времени короткого замыкания Т0, T1, T2, как показано на чертеже, определяется фазовый угол α; α; α соответствующего статорного тока i; i, i. Предпочтительно соответствующий статорный ток i, i, i можно определить, в частности, путем измерения, например, с помощью датчиков тока, причем определяют амплитуды , ,  соответствующего статорного тока i, i, i и фазовый угол α; α; α соответствующего статорного тока i, i, i. Из фазовых углов α, α, α, определенных для каждого из двух наиболее близких между собой по времени моментов времени короткого замыкания Т0, T1, T2, строят дифференциальный фазовый угол Δ, Δ. При этом для принятых трех фазовых углов α, α, α в процессе одного оборота ротора используют следующие формулы:
1
T1
T0
Δi=α-α
2
T2
T1
Δi=α-α
1
2
min
min
T2
k
min
T2
k
k
k
T2
k
T2
min
k
min
k
Затем исходя из дифференциальных фазовых углов Δi, Δi, в частности, путем простого сравнения величин строят минимальный дифференциальный фазовый угол Δi. Если минимальный дифференциальный фазовый угол Δi оказывается отрицательным, к определенному последним фазовому углу α прибавляют поправочный фазовый угол Δi, а если минимальный дифференциальный фазовый угол Δi оказывается положительным, то из определенного последним фазового угла α вычитают поправочный фазовый угол Δi. Предпочтительно корректурный фазовый угол Δi равен π/2. Преимущество обеспечивается, если статорный ток вращающейся электрической машины, как правило, отстает от магнитного статорного потока вращающейся электрической машины на π/2 и если направление, т.е. угол, вектора магнитного статорного потока в случае отсутствия нагрузки на вращающуюся электрическую машину соответствует угловому положению ротора (в случае синхронной машины) или положению магнитного потокового вектора (в случае асинхронной машины). Результат после упомянутого выше прибавления поправочного фазового угла Δi к определенному последним фазовому углу α или после вычитания поправочного фазового угла Δi из определенного последним фазового угла α и является подлежавшим определению угловым положением ротора. Является ли минимальный дифференциальный фазовый угол Δi отрицательным, и, следовательно, поправочный фазовый угол Δi прибавляют, или же минимальный дифференциальный фазовый угол Δi является положительным, и, следовательно, поправочный фазовый угол Δi вычитают, зависит от направления вращения ротора. Определение углового положения ротора вращающейся электрической машины соответствующим настоящему изобретению способом с получением преимущества становится возможным, таким образом, без использования датчика углового положения со всеми его недостатками, а следовательно, по существу разработан очень легко реализуемый и надежный способ определения углового положения ротора вращающейся электрической машины.
Оказалось приносящим преимущество то, что моменты времени короткого замыкания Т0, T1, T2 в процессе одного поворота ротора при принятой скорости вращения ротора являются равноотстоящими.
ST0
ST1
ST2
ST0
ST1
ST2
T0
T1
Т2
T0
T1
T2
Как уже было упомянуто выше, в каждый момент времени короткого замыкания Т0, T1, Т2 определяется амплитуда , ,  соответствующего статорного тока i, i, i. Каждая определенная амплитуда i, i, i контролируется в течение заданного контрольного периода на регулируемое пороговое значение амплитуды. Затем из определенных в течение одного оборота ротора фазовых углов α, α, α образуют суммарный фазовый дифференциальный угол Δi, в частности, путем образования разности определенных фазовых углов α, α, α. Суммарный фазовый дифференциальный угол Δi контролируется затем на регулируемое пороговое значение суммарного фазового дифференциального угла. Если машина фактически вращается с меньшей, чем принятая, скоростью, то зарегистрированное значение амплитуды или суммарного фазового дифференциального угла будет ниже соответствующего ему регулируемого порогового значения. Поэтому принятая скорость вращения ротора при меньшей, чем регулируемое пороговое значение, амплитуде или при меньшем, чем регулируемое пороговое значение, суммарном фазовом дифференциальном угле уменьшается с достижением преимущества. Путем уменьшения требуемой скорости вращения ротора угловое положение ротора может вновь определяться правильно и однозначно согласно вышеизложенным этапам.