Разработка и исследование системы управления вентильно-индукторным двигателем
ВВЕДЕНИЕ
Работа посвящена разработке и исследованию некоторых систем управле¬ния вентильно-индукторной машины (ВИМ). ВИМ может работать и в двига¬тельном, и в генераторном режимах, меняя последовательность импульсов то¬ков, питающих обмотки машины. Существуют некоторые различия в целях управления и в реализации алгоритмов управления для двух рабочих режимов.
В двигательном режиме присущая ВИД нелинейность тока приводит к пе¬риодическим пульсациям электромагнитного момента. Величина и периодич¬ность пуль¬саций э.-м. момента зависят от области применения машины. Суще¬ствуют обла¬сти применения, где не предъявляются требования к пульсациям мо¬мента, а, сле¬довательно, возможно применение данных типов двигателей. Од¬нако, например, для серво¬приводов пульсации момента являются сложностью в применении, а, следова¬тельно, и одной из основных причин того, что ВИД не получил широкого рас¬пространения в промышленности. Например, приемлемая амплитуда пульсаций момента в системах рулевого управления с электроусили¬телем составляет мак¬симум 2% [1]. С этой целью предлагаются различные под¬ходы к уменьшению пульсаций момента. Улучшения в магнитной конструкции самого двигателя мо¬гут привести к уменьшению пульсации крутящего момента [2, 3, 4]. Одним из вариантов является разработка алгоритмов управления. Дан¬ный подход был од¬ной из основных областей исследований в течение последних нескольких лет.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ9
1 АКТУАЛЬНОСТЬ ПОСТАВЛЕННОЙ ЗАДАЧИ10
1.1 Обзор вентильно-индукторной машины10
1.2 Механическая характеристика ВИД16
1.3 Алгоритмы управления вентильно-индукторных машин17
1.3.1 Общие понятия о регулировании17
1.3.2 Низкоскоростное регулирование18
1.3.3 Высокоскоростное регулирование22
1.4 Преимущества и недостатки вентильно-индукторных машин25
2 ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ28
2.1 Математическое описание двигателя28
2.1.1 Уравнения эквивалентной схемы28
2.1.2 Расчет электромагнитного момента с использованием со-энергии31
2.2 Модель вентильно-индукторного двигателя в MATLAB Simulink34
2.2.1 Конфигурация двигателя34
2.2.2 Имитационная модель трехфазного 6/4 двигателя в Simulink36
2.2.3 Разбор имитационной модели двигателя38
3 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ41
3.1 Определение коэффициентов обратной связи регуляторов41
3.2 Управление скоростью с помощью пропорционального регулятора42
3.3 Управление с помощью пропорционально-интегрального регулятора45
3.4 Управление с помощью пропорционально-интегрально-дифференцирующего регулятора46
3.5 Результаты управления скоростью двигателя48
4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВКР52
4.1
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Husain I., Minimization of torque ripple in SRM drives, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 49, No. 1, 2002, pp. 28-39.
2. Byme J.V., McMullin M.F. and O’ Dwyer J.B., A high performance variable reluctance drive: a new brushless servo, Proceedings of MOTOR-CON *85, SATECH '85, the 7th International Intelligent Motion Conference, Chicago, IL, USA, 21 - 25 October, 1985, pp. 147-160.
3. Бычков М.Г. Основы теории, управление и проектирование вентильно-индукторного электропривода: Автореферат диссертации д.т.н. – М., 1999. 9 с.
4. Lee J.W., Kim H.S., Kwon B.I. and Kim B.T., New rotor shape design for minimum torque ripple of SRM using FEM, IEEE Transations on Magnetics, Vol. 40, No. 2, 2004, pp. 754 - 757.
5. Tormey D.P. and Torrey D.A., A comprehensive design procedure for low torque-ripple variable-reluctance motor drives, Conference Record of IAS VI, the 1991 IEEE Industry Applications Society 26th Annual Meeting, Dearborn, Michigan, USA, Vol. 1, 30 September - 4 October, 1991, pp. 244-251.
6. Красовский А.Б., Бычков М.Г. Исследование пульсаций момента в вентильно-индукторном электроприводе. – Электричество, 2001, № 10. 39-46 с.
7. Miller T.J.E., Electronic control of switched reluctance machines, Book, Newnes Power Engineering series, Reed Educational and Professional Publishing Ltd, ISBN: 0750650737, June, 2001, pp. 7-8.
8. Krishnan R., Switched reluctance motor drives: modeling, simulation, analysis, design and applications, Book, Industrial Electronics series, CRC Press LLC, ISBN: 0-8493-0838-0, 2001, p. 17.
9. Герман-Галкин С.Г., Кардонов Г.А. Электрические Машины. Лабораторные работы на ПК: Метод. указания. – Санкт-Петербург.: Изд-во Корона-принт, 2007. 84-105 с.
10. A.Jeevanandham and K.Thanushkodi, "Reduction of Generator Rotor Oscillations using a Meta-heuristic Optimization Technique". International Journal of Systemics, Cybernetics and Informatics, India, ISSN 0973-4864, No.9, 2008
Как и машины переменного тока, ВИМ является бесщеточным, поэтому его легче обслуживать, чем машину постоянного тока. Надежность ВИМ дополнительно подчеркивается электрической независимостью фаз, то есть если одна фаза выходит из строя во время работы, то другие фазы не пострадают. Кроме того, с помощью ВИМ опасность возникновения короткого замыкания (КЗ) на обмотке можно предотвратить, просто сняв возбуждение. Индуцированная ЭДС является функцией фазного тока, поэтому отключение тока гарантирует отсутствие наведенной ЭДС в фазе. Это не относится к синхронным и бесщеточным машинам постоянного тока с индукционным или постоянным магнитом.
Основные источники тепла находятся на статоре. Это упрощает охлаждение, поскольку доступ к статору проще, чем к ротору.
Согласно Кришнану [8], удельная мощность ВИМ сопоставима и даже немного выше, чем у асинхронных машин, однако ниже, чем у синхронных машин и бесщеточных машин постоянног