一种拟超导稳速系统技术方案

本发明专利技术用补偿电机内部电阻损耗影响的方法，构成拟超导稳速系统，应用于直流电机或以变频器控制的交流电机稳速系统中，使电机因负载增加，电阻损耗增加引起的转速下降得到补偿。在直流电机系统中，以电枢电流取样获得的信号，控制脉冲宽度调制器，调节供给电枢的电压；在交流电机中，以变频器直流侧的电流取样，通过运算和调整电路调节变频器输出的电压幅度，或者同时调节变频器输出频率和幅度，最终使电机转速得到稳定。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种拟超导稳速系统本专利技术涉及电机稳速系统的构成，特别涉及没有速度检测反馈元件的稳速系统的构成。已有技术中对电动机稳速系统的构成，大约有以下一些基本方案：1、在直流电机电路中，检测电机电枢反电势的变化而给予反馈补偿。例如录音机稳速系统。2、在交流电机电路中，检测电机的电压、电流或磁通矢量而给予反馈补偿。例如在使用变频器的交流电机矢量控制稳速系统。3、在任何电机中，在电机的轴上安装转速传感器，进行速度反馈，从而进行稳速。例如在通常的精密稳速伺服系统中。4、直接使用同步电机和步进电机，使电机速度严格同电源频率或电源脉冲同步。方法1、2检测的准确性，补偿的完善性，系统形成的复杂程度上存在一定的缺陷。因此较精密的系统往往采用方法3，但方法3要装转速传感器，一般采用1024～4096脉冲/转的编码器，价格高，而方法4只能在特殊场合下才可以使用。本专利技术的目的是通过提供一种新的稳速方法，使电机的稳速有一种简单稳定可行的新办法，给稳速系统的设计者打开一条新思路。本专利技术技术方案是这样的：对于直流电机稳速回路：有一个电机电枢，电枢电流的取样元件、信号处理电路、脉冲宽度调制电路以及电流连续用的二极管和电感；取样元件(R)的一端接直流电源U1的(+)端和信号处理电路(A)的(2)端，取样元件(R)的另一端接信号处理电路(A)的(1)端和脉冲宽度调制器(B)的输入端，信号处理电路(A)的信号端接频率指令，电路(A)的输出端接脉冲宽度调制器(B)的调制端，脉冲宽度调制器(B)的输出端接二极管(D)的负极和电感(L)，电感(L)的另一端接电机电枢的(+)端，电枢的(-)端二极管(D)的正极和直流电源U1的(-)端；对于交流电机稳速回路：系统有一个三相交流电机、一个置于变频器直流回路中的电流取样元件、一个运算电路、一个载波信号发生器/幅度调整电路、一个三相正弦波发生/频率调整电路、一个正弦波幅度调整电路、一个PWM-->形成电路和一个驱动电路；三相交流电机接变频器逆变电路的输出端，运算电路(E)的两输入端接取样元件R的两端，运算电路(E)的输出端接载波信号发生器/幅度调整电路(F)，电路(F)输出端接PWM形成电路(T)，三相正弦波发生/频率调整电路(H)的输入端接频率指令信号，其输出端(1)接运算电路(E)，输出端(2)接正弦波幅度调整电路(K)，电路(K)的输出端接PWM形成电路(T)，电路(T)的输出端接驱动电路(N)，电路(N)输出端接变频器逆变电路。拟超导稳速系统原理说明如下：一般电机的转速随负载增大而下降，其主要原因是电机内部存在着电阻。现设法模拟用超导材料制成的电机，超导材料因没有电阻损耗，没有电阻压降，使电机的转速不随负载增加，电流加大而下降。即形成所谓拟超导稳速系统。拟超导的稳速系统可应用于直流电机和交流电机，但其系统的构成上有很大的不同。以下概要地说明这两种拟超导稳速系统的基本构成。对于直流电机稳速系统中，拟超导方案是将电机主回路中的电流信号检测出来，用于控制供给电机的电压，当负载增加而电流增大的同时，使供给电机的电压也升高，补偿了电机内部电阻压降造成的损失，维持电机转速变化在较小范围内。对于交流电机稳速系统，是建立在该交流电机使用变频调速器的状况下，交流电机(这里指感应异步电机)的滑差随负载增加而加大，当变频器固定于一个频率时，交流电机的转速实际上也随负载增加而下降，滑差的增加也是由于电机内部存在导体自身电阻所造成。需要指出，交流电机的绕组电流中存在着无功分量，而无功分量随电机频率，电压、负载等多种参数影响，其值不能直接作为电机的负载是否增加和减少的依据，不能直接用该电机的交流电流信号，像直流电机那样来简单地控制电机的电压，从而达到稳速的目的。然而本专利技术的要点恰是从变频器的直流主回路中取得电机消耗的有功电流作为取样信息。我们不妨把(变频器+交流电机)看成是一个直流电机。当然它不完全等效，但实际应用中，可以这样认为。由于交流电机的特性，要求变频器在正常情况下电压与频率成正比地变化。因而从变频器直流主回路中取得的电流信号必须与频率信号进行演算，这也是本专利技术的另一要点，这是一种除法运算，即取样信号除以频率。运算后的信号去控制变频器的PWM输出。其控制方式有三种：分别为改变内部三角波的幅值，进而改变输出电压；改变内部正弦波的幅值，进而改变输出电压；以及按v/f等于常数的规律，使输出电压与频率一起改变。-->由此而获得的可以补偿电机内部电阻压降造成转速下降的稳速系统，我们称它为拟超导稳速系统。这一系统构成及具体实施的效果，已经在直流和交流电机上得到了证实和实际使用。使稳速系统的构成简单而容易，特别是对交流电机变频器应用场合下，其电路的构成，演算以及分析理解都显得耳目一新，颇有实用价值。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：图1为基本拟超导原理图。图2为拟超导负电阻的加入示意图。图3为直流电机拟超导稳速系统的实际构成示例。图4为交流电机变频器使用场合下，用采样、运算后的信号控制内部三角波幅值，进而改变输出电压的方法。图5为交流电机变频器使用场合下，用采样、运算后的信号控制内部正弦波幅值，进而改变输出电压的方法。图6交流电机变频器使用场合下，用采样运算后的信号，控制v/f，使输出电压与频率一起改变的方法。图7示出了图3实施例中信号处理电路的一个构成例子；图8示出了图4、5、6实施例中运算电路的一个构成例子；图9示出了图5实施例中正弦波幅度调整电路的一个构成例子；对于其他框图的内部电路，可以从有关专业书籍和变频器资料上找到，或可找到类似电路，其与本专利技术框图的联接方法也被一般专业技术人员所熟知，已不属于本专利技术范围，不再详细说明。以下分别对图例进行一一说明对直流电机而言，转速n=U-IrCeφ]]>，当电枢电阻r=0时(即超导电机时)，n=UCeφ,]]>只要电源电压U、气隙磁通φ不变(Ce是常数)，转速n就不变。并且与负载电流I没有关系。这就说明超导电机具有稳速的特性。但实际上超导材料还不能实用，我们实际遇到电机都有电阻存在，但我们引进一个(-r)，将它同电枢中+r相抵消，这样就可以把这个电机回路看成为一个超导电机回路，并取名拟超导，见图1。图2中，如果使电压U2随负载电流I的增加成正比地升高，使得U2的变化符合下式：U2=U+Ir-->式中：U2--加到电枢上的电压；      r--电枢电阻；      U--理想电枢(没有内阻)上的电压。把一个可变电阻r＇设计成具有负阻特性，而且r＇=-r，那么，由于U=常数，电机转速具体地说，本专利技术技术方案的基本思路是提供一种形成负阻特性的系统方案，这对直流和交流电机方案有很大的不同。但它们都是利用检测电机负载电流的有功成份，并用控制电路使供给电机的电压按负阻的要求变化。这里要特别指出的是负电阻的获得是广义的，其方法可以是：1：使供给电机的电压按负阻要求变化，使电机内部电阻成份由负阻来补偿，达到电机转速稳定的目的。2：在交流电机使用变频器时，使供给电机的频率和电压同时变化来补偿电机内部电阻造成的转速下降，达到电机转速被补偿的目的。当然，这种补偿是适当的，有限的，不能发生过补偿而引起系统的不稳定。作为第一个技术方案是拟超导稳速系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种拟超导稳速系统，该系统应用于直流电机稳速回路，其特征在于：有一个电机的电枢、电枢电流的取样元件（Ｒ）、信号处理电路（Ａ）、脉冲宽度调制电路（Ｂ）以及电流连续用的二极管（Ｄ）和电感（Ｌ）；取样元件（Ｒ）的一端接直流电源Ｕ１的（＋）端和信号处理电路（Ａ）的（２）端，取样元件（Ｒ）的另一端接信号处理电路（Ａ）的（１）端和脉冲宽度调制器（Ｂ）的输入端，信号处理电路（Ａ）的信号端接频率指令，电路（Ａ）的输出端接脉冲宽度调制器（Ｂ）的调制端，脉冲宽度调制器（Ｂ）的输出端接二极管（Ｄ）的负极和电感（Ｌ），电感（Ｌ）的另一端接电机电枢的（＋）端，电枢的（－）端二极管（Ｄ）的正极和直流电源Ｕ１的（－）端；取样元件（Ｒ）取得的电流信号，会同外部频率指令一起，经过信号处理电路（Ａ），去控制脉冲宽度调制器（Ｂ）；其作用的方向是，取样元件（Ｒ）上的电压降增加时，使脉冲宽度调制器（Ｂ）输出的脉冲加宽，从而使电机上得到较高的电压，补偿负载增加造成的电机电阻损耗增加而引起的转速下降。

【技术特征摘要】
1、一种拟超导稳速系统，该系统应用于直流电机稳速回路，其特征在于：有一个电机的电枢、电枢电流的取样元件(R)、信号处理电路(A)、脉冲宽度调制电路(B)以及电流连续用的二极管(D)和电感(L)；取样元件(R)的一端接直流电源U1的(+)端和信号处理电路(A)的(2)端，取样元件(R)的另一端接信号处理电路(A)的(1)端和脉冲宽度调制器(B)的输入端，信号处理电路(A)的信号端接频率指令，电路(A)的输出端接脉冲宽度调制器(B)的调制端，脉冲宽度调制器(B)的输出端接二极管(D)的负极和电感(L)，电感(L)的另一端接电机电枢的(+)端，电枢的(-)端二极管(D)的正极和直流电源U1的(-)端；取样元件(R)取得的电流信号，会同外部频率指令一起，经过信号处理电路(A)，去控制脉冲宽度调制器(B)；其作用的方向是，取样元件(R)上的电压降增加时，使脉冲宽度调制器(B)输出的脉冲加宽，从而使电机上得到较高的电压，补偿负载增加造成的电机电阻损耗增加而引起的转速下降。2、一种拟超导稳速系统，该系统应用于使用变频器的交流电机稳速回路，该系统的特征在于：系统有一个三相交流电机、一个置于变频器直流回路中的电流取样元件(R)、一个运算电路(E)、一个载波信号发生器/幅度调整电路(F)、一个三相正弦波发生/频率调整电路(H)、一个正弦波幅度调整电路(K)、一个PWM形成电路(T)和一个驱动电路(N)；三相交流电机接变频器逆变电路的输出端，运算电路(E)的两输入端接取样元件R的两端，运算电路(E)的输出端接载波信号发生器/幅度调整电路(F)，电路(F)输出端接PWM形成电路(T)，三相正弦波发生/频率调整电路(H)的输入端接频率指令信号，其输出端(1)接运算电路(E)，输出端(2)接正弦波幅度调整电路(K)，电路(K)的输出端接PWM形成电路(T)，电路(T)的输出端接驱动电路(N)，电路(N)输出端接变频器逆变电路；从取样元件(R)上取得的表征电机有功功率的电流信号与变频器的频率信号在运算电路(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永言，
申请(专利权)人：成都希望电子研究所，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]