Разработка бездатчикового управления вентильно-индукторной машиной

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка бездатчикового управления вентильно-индукторной машиной

1. Актуальность и проблематика научной работы

настоящее время в практике современного электропривода снижается доля электроприводов постоянного тока. Это можно связать с ненадежностью механического коллекторного узла и более высокой стоимостью двигателей постоянного тока по сравнению с двигателями переменного тока.

Основной альтернативой приводам постоянного тока являются асинхронные электроприводы. В тоже время, развивается теория и практика электроприводов с вентильно-индукторными машинами (ВИМ). Машины этого типа обладают высокими техническими и экономическими показателями. Это обусловлено их конструктивной простотой и надежностью, низкими стоимостью и эксплуатационными затратами, возможностью широкого регулирования частоты вращения, высокого КПД и простоты управления при применении современной базы электроники.

Так как моменты включения и отключения обмоток ВИМ являются функцией углового положения ротора ВИМ, то в классическом исполнении вентильно-индукторный электропривод (ВИП) имеет датчик положения ротора.

Стремление упростить конструкцию, снизить стоимость привода и повысить надежность привело к отказу от датчика углового положения ротора и переходу к системам бездатчикового управления для оценки углового положения.

В связи с этим разработка бездатчикового управления ВИМ является актуальной.

В настоящее время существует большое количество методов бездатчикового управления ВИМ. Исследованиями в области бездатчикового управления вентильно-индукторным электроприводом занимались ученые Ильинский Н.Ф., Бычков М.Г., Красовский А.Б., Глухенький Т.Г., Алямкин Д.И. и др. Общим недостатком этих методов является отсутствие возможности выделить сигнал, который через функциональную зависимость однозначно связан с угловым положением ротора, что не позволяет использовать информацию об угловом положении системам управления разного уровня. Кроме того, в большинстве существующих методов для анализа углового положения определяются напряжения и токи в обмотках, формирующие электромагнитный момент, что накладывает ряд ограничений на режимы работы электропривода.

2. Цели научной работы

Разработка, исследование и апробация метода идентификации углового положения ротора ВИМ, основанного на изменении магнитных проводимостей под полюсами машины в зависимости от углового положения ротора ВИМ, отличающегося от существующих тем, что для идентификации угла ротора создаются дополнительные измерительные магнитные потоки, связанные квадратурными соотношения, и измеряется фаза электродвижущей силы (ЭДС), наводимой в отключенных катушках, что позволяет обеспечить работу ВИМ в режиме «датчика угловых положений» и двигателя одновременно, тем самым получить сигнал рассогласования зубцов статора и ротора в явной форме, что позволяет повысить точность измерений и обеспечить контроль углового положения на нулевых скоростях и торможении на выбеге.

3. Задачи научной работы

· разработки метода бездатчиковой идентификации углового положения ротора ВИМ, позволяющего ВИМ работать в режимах двигателя и «датчика углового положения» одновременно;

· анализа принципов коммутации обмоток ВИМ, позволяющих реализовать совмещение режимов двигателя и «датчика углового положения»;

· разработки математической и компьютерной имитационной моделей бездатчикового ВИП и макетного образца бездатчикового ВИП;

· исследования метода идентификации углового положения и системы бездатчикового управления ВИМ.

4. Материалы и методы исследования

В работе предложен метод бездатчикогового измерения углового положения ротора ВИМ, который позволяет в приделах одной машины совместить двигательный режим работы и режим работы датчика угловых положений. Метод измерения углового положения ротора основан на изменении магнитных проводимостей под полюсами машины в зависимости от углового положения ротора. А работа ВИМ в режиме «датчика угловых положений» обеспечивается следующим образом:

- для идентификации углового положения ротора в магнитной системе дополнительно формируются измерительные потоки, связанные между собой квадратурными соотношениями;

- анализируется фаза ЭДС, наведенной измерительными потоками.

Рассмотрим реализацию метода на примере трехфазной ВИМ конфигурации 12/8. Для управления формированием электромагнитного момента ВИМ используется одиночная коммутация фаз. Таким образом, в каждый момент времени только через одну фазную обмотку ВИМ протекают силовые токи, при этом катушки в данной фазе соединены последовательно и согласно. Для того чтобы ВИМ выполнял одновременно функции двигателя и датчика углового положения, в двух катушках, незадействованных в данный момент времени для формирования электромагнитного момента и расположенных в разных фазных обмотках, создаются измерительные токи, связанные квадратурными соотношениями. Таким образом, если в формировании электромагнитного момента задействована фазная обмотка C, то в одной катушке фазной обмотки А и одной катушке фазной обмотки B формируются измерительные переменные токи частотой 10 кГц, связанные квадратурою. Для исключения влияния измерительных токов на электромеханическую характеристику ВИМ, их величина должна быть как минимум на порядок меньше номинальной. Протекающие по катушкам силовые и измерительные токи создают в магнитной системе машины МДС, фаза которой зависит от углового положения ротора. Данная МДС приводит к возникновению в катушках ВИМ измерительных ЭДС, фаза которых зависит от углового положения ротора ВИМ.

Теоретические и экспериментальные зависимости фазы измерительной ЭДС от углового положения ротора представлены на рисунках 1 и 2.

Экспериментальная и теоретическая зависимости фазы измерительной ЭДС от углового положения ротора ВИМ имеют одинаковый диапазон изменения фазы измерительной ЭДС в зависимости от углового положения ротора, составляющий 0,68 радиан, что подтверждает верность приведенного математического описания. Но характеристики имеют различное абсолютное значение фазы, это связано с выбором различной точки отчета при расчете фазы измерительной ЭДС при ее экспериментальном измерении.

5. Результаты, теоретическая и практическая ценность

В результате научной работы предложен новый метод бездатчиковой идентификации углового положения ротора ВИМ. По результатам научной работы 26 июня 2015 года успешно защищена диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Список публикаций

угловой ротор двигатель

1. Митрофаненков Ю.Н., Малиновский А.Е. Способ определения углового положения ротора вентильно-индукторной машины. «Вестник МЭИ» - 2014 №2 - с. 46-50.

2. . Митрофаненков Ю.Н., Малиновский А.Е. Идентификация углового положения ротора вентильно-индукторной машины. «Научное обозрение»- 2014 №3. с. 117-123.

3. Митрофаненков Ю.Н., Малиновский А.Е. Варианты бездатчиковой коммутации обмоток вентильно-индукторной машины. «Транспортное дело России» - 2014 №1. с. 81-83.

Размещено на Allbest.ru