CS268860B1

CS268860B1 - Connection for synchronous motor control

Info

Publication number: CS268860B1
Application number: CS863155A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Ing Csc Mraz
Original assignee: Mraz Zdenek
Priority date: 1986-04-30
Filing date: 1986-04-30
Publication date: 1990-04-11
Also published as: CS315586A1

Abstract

Řízeni rychlosti nebo polohy synchronního motoru je určeno pro synchronní motory napájené z tranzistorového, případné tyristorového střídače s šířkově impulsní modulací výstupního napětí. Vyhodnocením spřažených magnetických toků motoru se získají signály pro řízeni fázových proudů synchronního motoru, přičemž signál polohy rotoru se vyhodnocuje v obvodu pro generováni polohy z požadovaného signálu rychlosti motoru, takže neni zapotřebí přímých čidel rychlosti a polohy rotoru.Speed or position control of a synchronous motor is intended for synchronous motors powered by a transistor or thyristor inverter with pulse width modulation of the output voltage. By evaluating the coupled magnetic fluxes of the motor, signals for controlling the phase currents of the synchronous motor are obtained, while the rotor position signal is evaluated in a circuit for generating the position from the desired motor speed signal, so that direct rotor speed and position sensors are not required.

Description

Vynález se týká řízeni rychlosti nebo polohy synchronního motoru napájeného z měniče frekvence, přičemž napětí i frekvence synchronního motoru se řídí ve střídači, □osud známá zapojení pro řízení synchronního motoru používají při řízení čidla rychlosti mechanicky spojeného s hřídelem motoru. Čidlo rychlosti zvětšuje moment setrvačnosti pohonu, zvětšuje zastavěný prostor a činí potíže při montáži a údržbě, jiná známá zapojení používají čidlo rychlosti spolu s čidlem polohy rotoru, například ve spojeni nazývaném jako ventilový motor.The invention relates to speed or position control of a synchronous motor powered by a frequency converter, wherein both the voltage and frequency of the synchronous motor are controlled in an inverter, □fate known circuits for controlling a synchronous motor use a speed sensor mechanically connected to the motor shaft for control. The speed sensor increases the moment of inertia of the drive, increases the built-up space and makes installation and maintenance difficult, other known circuits use a speed sensor together with a rotor position sensor, for example in a connection called a valve motor.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zapojení pro řízení synchronního motoru podle vynálezu, jehož podstatou je, že výstup podélné složky obvodu pro přímou transformaci signálů spřažených magnetických toků z trojfázového do dvojfázového systému je připojen na záporný vstup regulátoru toku současně s žádanou hodnotou toku, která je připojena na kladný vstup regulátoru toku a výstup regulátoru toku je připojen přes omezovač proudu na vstup příčné složky proudu transformačního obvodu pro zpětnou transformael el®nálů z dvojfázového na trojfázový systém, přičemž vstup jeho podélné složky proudu je uzemněn a žádaná hodnota rychlosti je připojena na první vstup obvodu pro generování polohy, přičemž výstup polohy rotoru tohoto obvodu je připojen na polohové vstupy obvodů pro přímou i zpětnou transformaci signálů, přičemž výstup z omezovače proudu je připojen na druhý vstup obvodu pro generování polohy.The above-mentioned shortcomings are eliminated by the circuit for controlling a synchronous motor according to the invention, the essence of which is that the output of the longitudinal component of the circuit for direct transformation of coupled magnetic flux signals from a three-phase to a two-phase system is connected to the negative input of the flux regulator simultaneously with the flux setpoint, which is connected to the positive input of the flux regulator, and the output of the flux regulator is connected via a current limiter to the input of the transverse current component of the transformation circuit for reverse transformation of the electric currents from a two-phase to a three-phase system, while the input of its longitudinal current component is grounded and the speed setpoint is connected to the first input of the circuit for generating the position, while the rotor position output of this circuit is connected to the position inputs of the circuits for direct and reverse transformation of signals, while the output of the current limiter is connected to the second input of the circuit for generating the position.

Přednosti' uvedeného zapojení pro řízení rychlosti nebo polohy synchronního motoru je sledování požadované rychlosti nebo polohy bez nutnosti použití přímých čidel rychlosti a polohy. Další výhodou uvedeného zapojení je optimální řízená synchronního motoru v okolí jeho maximálního momentu.The advantage of the above circuit for controlling the speed or position of a synchronous motor is that it can monitor the desired speed or position without the need for direct speed and position sensors. Another advantage of the above circuit is that it can optimally control the synchronous motor around its maximum torque.

Na připojeném výkrese je nakresleno zapojení řídících obvodu trojfázového synchronního motoru, napájeného z měniče frekvence se šířkově impulsní modulací výstupního napětí,The attached drawing shows the connection of the control circuits of a three-phase synchronous motor, powered by a frequency converter with pulse width modulation of the output voltage,

Trojfázový synchronní motor 2 je napájen z tranzistorového nebo tyristorováho měniče 1 frekvence a v přívodu k motoru 2 jsou připojena čidla 3 okamžitých hodnot fázových proudů, výstupy z čidel 3 proudů jsou připojeny jednak na zpětnovazební vstupy regulátorů 6 proudu a jednak na proudové vstupy čidel 4 indukovaných napětí, Napěfové vstupy čidel 4 indukovaných napětí jsou připojeny na napětí motoru 2, Výstupy z čidel indukovaných napětí jsou připojeny na vstupy integrátorů 5, takže integraci signálů indukovaných napětí motoru 2 se získají signály spřažených magnetických toků jednotlivých fází,stroje, výstupy z integrátorů 5 jsou připojeny na troj fázové vstupy obvodu 7 pro přímou transformaci signálů spřažených magnetických toků z trojfázového do dvojfázového systému. Výstup 71 podélné složky toku obvodu 7 pro přímou transformaci spolu s žádanou hodnotou 12 toku jsou připojeny na vstup regulátoru 10 toku. Výstup regulátoru 10 toku je připojen přes omezovač 11 na vstup 81 příčné složky proudu transformačního obvodu 8 pro zpětnou transformaci, přičemž vstup 82 podélné složky obvodu 8 je územně. Potom výstupní signály obvodu 8 zpětné transformace Jsou žádané hodnoty fázových proudů, které jsou připojeny spolu se signály skutečných proudů na vstuThe three-phase synchronous motor 2 is powered from a transistor or thyristor frequency converter 1 and sensors 3 of instantaneous phase current values are connected to the motor 2 input, the outputs of the current sensors 3 are connected to the feedback inputs of the current regulators 6 and to the current inputs of the induced voltage sensors 4, the voltage inputs of the induced voltage sensors 4 are connected to the motor voltage 2, the outputs of the induced voltage sensors are connected to the inputs of the integrators 5, so that the signals of the induced voltages of the motor 2 are integrated to obtain the signals of the coupled magnetic fluxes of the individual phases of the machine, the outputs of the integrators 5 are connected to the three-phase inputs of the circuit 7 for direct transformation of the signals of the coupled magnetic fluxes from a three-phase to a two-phase system. The output 71 of the longitudinal component of the flux of the circuit 7 for direct transformation together with the setpoint value 12 of the flux are connected to the input of the flux regulator 10. The output of the flow regulator 10 is connected via a limiter 11 to the input 81 of the transverse component of the current of the transformation circuit 8 for reverse transformation, while the input 82 of the longitudinal component of the circuit 8 is territorial. Then the output signals of the reverse transformation circuit 8 are the desired values of the phase currents, which are connected together with the signals of the actual currents to the input

CS 268 860 Bl py regulátorů 6 fázových proudů. Výstupy regulátorů 6 proudu jsou připojeny na řídicí vstupy měniče 1 frekvence, ' žádaná hodnota rychloeti se zadává signálem na prvním vetupu 90 obvodu 9 pro generováni polohy, který je připojen na první vstup rozběhového členu 91 a jehož výstup Je Jednek připojen na vetup komparátoru 92 a jednak na vstup členu 93 absolutní hodnoty. Výstup členu 93 ebsolutní hodnoty Je připojen na vstup oscilátoru 94, Jehož výstup je připojen na čítači vetup obousměrného čitače 95. Směrový vstup obousměrného čitače 95 Je připojen na výstup komparátoru 92. výstup 96 obvodu 9 Je eoučasně výstupem obousměrného čitače 95 e udává polohu rotoru synchronního motoru 2, Výstup 96 je připojen na polohové vstupy obvodů 7 pro přímou a obvodů 8 pro zpětnou transformaci z trojfázového na dvojfázový systém. Při přetíženi vstoupí v činnost proudové omezení. Protože výstup z omezovače 11 je připojen na druhý vstup rozběhového členu 91 obvodu 9 pro generováni polohy, změní se přechodně rychlost motoru, dokud přetížení nepomine.CS 268 860 Bl py of 6 phase current regulators. The outputs of the 6 current regulators are connected to the control inputs of the frequency converter 1, the speed setpoint is entered by a signal at the first input 90 of the position generation circuit 9, which is connected to the first input of the starting element 91 and whose output is connected to the input of the comparator 92 and to the input of the absolute value element 93. The output of the absolute value element 93 is connected to the input of the oscillator 94, whose output is connected to the counter input of the bidirectional counter 95. The directional input of the bidirectional counter 95 is connected to the output of the comparator 92. The output 96 of the circuit 9 is simultaneously the output of the bidirectional counter 95 and indicates the position of the rotor of the synchronous motor 2. The output 96 is connected to the position inputs of the circuits 7 for direct and of the circuits 8 for reverse transformation from a three-phase to a two-phase system. In the event of an overload, the current limitation comes into operation. Since the output of the limiter 11 is connected to the second input of the starting element 91 of the circuit 9 for generating the position, the motor speed changes temporarily until the overload disappears.

Obvody přímé a zpětné transformace trojfázového na dvojfázový systém realizuji následujici matematické vztahy. Pro přímou transformaci spřažených magnetických toků platíThe circuits for direct and reverse transformation of a three-phase to a two-phase system implement the following mathematical relations. For direct transformation of coupled magnetic fluxes, the following holds:

Ψό ’ ^kd f ^“a ^{cos +} f _c COS) JΨό ' ^k df ^“a ^{cos +} f _c COS) J

Pro zpětnou transformaci žádaných hodnot proudů platí a * - f |g S ’ - I Eg S ⁸ⁱⁿ (>For the reverse transformation of the desired current values, a * - f |g S ' - I Eg S ⁸ⁱⁿ (>

*c “ - f Eg S ^sin ( ⁺>*c “ - f Eg S ^sin ( ⁺ >

k, r. r_c. r_d..... , jsou signály spřažených magnetických toků synchronního motoru i_a, 1^, i_c, iq ...... Jsou signály žádaných hodnot fázových proudů, ......je úhel natočení rotoru k^, kq ...... jsou konstanty.k, r. r _c . r _d ..... , are signals of coupled magnetic fluxes of the synchronous motor i _a , 1^, i _c , iq ...... Are signals of desired values of phase currents, ......is the angle of rotation of the rotor k^, kq ...... are constants.

Protože Je nulová podélná složka proudu, pracuje synchronní motor v okolí maximálního momentu.Since the longitudinal component of the current is zero, the synchronous motor operates in the vicinity of maximum torque.

Při realized zapojeni Je mdžné řešit obvody analogovou technikou nebo číslicovou technikou pomoci mikropočítače, Čidlo indukovaných napětí lze připojit také na výetupy regulátorů proudů a na výstupy obvodu pro zpětnou transformaci (na obr. Je to čárkovaně vyznačeno) namísto napětí motoru a čidla proudu. Nebo lze použit eamoetatných vinutí ve statoru motoru, ve kterých se indukuje napětí, které se použiCS 268 .860 Bl je na získání signálů spřažených magnetických toků. Popřípadě lze použít přímého snímáni spřažených magnetických toků. Tento způsob řízeni synchronního motoru může nahradit krokové motory. Pro řízeni polohy lze obvody optimalizovat upravenim a doplněním obvodu pro generováni polohy.When implementing the connection, it is possible to solve the circuits using analog technology or digital technology using a microcomputer. The induced voltage sensor can also be connected to the outputs of current regulators and to the outputs of the circuit for reverse transformation (in the figure, it is indicated by dashed lines) instead of the motor voltage and current sensor. Or, you can use electromagnetic windings in the motor stator, in which a voltage is induced, which is used to obtain signals of coupled magnetic fluxes. Alternatively, direct sensing of coupled magnetic fluxes can be used. This method of controlling a synchronous motor can replace stepper motors. For position control, the circuits can be optimized by modifying and supplementing the circuit for generating the position.

Claims

1. A circuit for controlling a synchronous motor, powered from a frequency converter with a flux regulator, where phase current sensors and induced voltage sensors of the motor are connected in the supply to the synchronous motor, while the outputs from the induced voltage sensors are connected to the inputs of integrators, their outputs are connected to the inputs of the circuit for direct transformation of coupled magnetic flux signals from a three-phase to a two-phase system, and where the outputs from the reverse transformation circuit from a two-phase to a three-phase system are connected to the driver inputs of the current regulators, while the outputs from the current sensors are connected to the feedback inputs of the current regulators, and where the outputs of the current regulators are connected to the control inputs of the frequency converter, characterized in that the output (71) of the longitudinal component of the circuit (7) for direct transformation of coupled magnetic flux signals from a three-phase to a two-phase system is connected to the negative input of the flux regulator (10) simultaneously with the flow setpoint (12) which is connected to the positive input of the flow controller (10) and the output of the flow controller (10) is connected via the current limiter (11) to the input (81) of the transverse current component of the transformation circuit (8) for the reverse transformation of signals from a two-phase to a three-phase system, while the input (82) of its longitudinal current component is grounded, and the speed setpoint is connected to the first input (90) of the position generating circuit (9), while the rotor position output (98) of the circuit (9) is connected to the position inputs of the circuits (7) for direct and reverse transformation of signals and the output from the current limiter (11) is connected to the second input (97) of the position generating circuit (9).

2. A circuit for controlling a synchronous motor according to item 1, characterized in that the first input (90) of the circuit (9) for generating the rotor position is connected to the first input of the starting element (91), the output of which is connected both to the input of the comparator (92) and to the input of the absolute value element (93), wherein the output of the absolute value element (93) is connected to the input of the oscillator (94), the output of which is connected to the counter input of the bidirectional counter (95), and the directional input of the bidirectional counter (95) is connected to the output of the comparator (92), wherein the output (96) of the bidirectional counter (95) is the output of the circuit (9) for generating the rotor position, and the second input (97) of the circuit (9) for generating the position is connected to the starting element (91).