Моделирование переходных процессов реактивно-вентильного электродвигателя Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

РаеИотоу 8е^е Шко1аеу1сИ, тат вп^певг, хог 1и1аа,гатЫег.ги, ЬЬС«Оа.2ргот Mezhregiongaz Ти1а»

УДК 621.86 : 621.333.4

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

РЕАКТИВНО-ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Н.Ч. Хай

В статье приведена разработка математической модели электромеханических систем подъемных установок с реактивно - вентильным электродвигателям (РВЭД). Приведено обоснование применения РВЭД в системе электропривода подъемных установок.

Ключевые слова: реактивно-вентильный электродвигатель, математическая модель, эффективность.

Для исследования характеристик переходных процессов реактивно-вентильного электропривода нужно разработана ее математическая модель. РВЭД находят применение благодаря их экономичности, эффективности массогабаритных показателей, экономии расхода топлива и новых функциональных преимуществ, позволяющих улучшить динамику ЭМС, ее экологические свойства и т.д. В связи с этим в этой работе поставлена задача создания имитационной математической модели, описывающей работу РВЭД.

Электромагнитные процессы в РВЭД описываются системой уравнения Кирхгофа. Так уравнение фазового направления для у-ой фазы:

С¥ ' (в, i ')

и = Я ■ i +—у-, (1)

у у сИ

где Я - фазовое сопротивление; У у - потокосцепление; и у - фазовое напряжение; i . - фазовый ток.

Потокосцепление вводятся в качестве дополнительных переменных, устанавливающих необходимую связь между токами и индуктивно-стями обмоток двигателя

У = Ь (в) ., (2)

у у у

где Ь . (в) - собственная индуктивность обмотки у-ой фазы; в - угол поворота ротора.

При отсутствии насыщения магнитной цепи электромагнитный момент РВЭД определяется выражением:

т

' ' (3)

1 т 2

М=2 Е 3

2 3 = 1

dQ

Уравнение равновесия моментов на вал привода.

М _ Jdw + + Мнг

dt нг

(4)

с№ dt

где ю - Частота вращения; 0 - угол поворота; J - суммарный момент инерции на валу привода; Мнг - момент нагрузки; В - Суммарный коэффициент трения.

Реализация обобщенной математической модели РВЭД выполняется в математическом пакете МЛТЬЛВ - 81МиЫКК. Имитационная модель в 81МиЪГ№К обладают удобством работы при достаточной точности и быстродействии.

Разработанная математическая модель позволяет проводить расчет статических и динамических характеристик РВЭД. Такое построение математической модели позволяет встраивать ее в программы, для последующей оптимизации системы по отдельным параметрам.

Общая схема имитационной модели трехфазной РВЭД с вентильным коммутатором показана на рис. 1. Основные допущения, принятые при составлении имитационной модели: активные сопротивления фаз, не зависящие от температуры обмотки статора; силовые транзисторы и диоды представлены функциональными резисторами; без учета взаимоиндукция фазных обмоток двигатели; без учета индуктивности рассеяния; безынерционные звенья датчика положения ротора и САУ.

Рис. 1. Общая схема РВЭД

121

В общую схему входят электродвигатель, вентильный коммутатор, датчик угла ротора, угол включения напряжения, угол отключения напряжения, осциллограмма, заданное устройство нагрузки, источник питания двигателя и коммутатора. Напряжение питания РВЭД подается от блок DC Voltage Source, который формирует источник постоянного тока.

На рис. 2 показана структурная схема имитационной математической модели для каждого фазы. В эту схему входят блок Flux, блок тока, блок момента, блок механика. Боком тока являются аппроксимационная таблица зависимости тока от угла ротора и потокосцепления. Боком момента являются аппроксимационная таблица зависимости момента от угла ротора и тока обмотки.

Рис. 2. Структурная схема имитационной математической модели

Потокосцепления РВЭД может быть таким образом представить на рис. 3 и выражаться в виде функции тока статора и ротора:

0) = ЬЧ1 + [ Ь^г + А(1 - е ~ В) - Ьд1]/(0)

N 3 N 2

/ (0) = 2 \ 03 - 3 \ 02 +1; р р

A =Уm -L^atIm; B

Ld Ldsat

V - Ldatl,

m

m

где Ьч - минимальная индуктивность; - насыщенная индуктивность; - ненасыщенная индуктивность; N - число полюсов ротора.

Зависимость момента двигателя от угла поворота, тока рис. 4 и индуктивности вычитается выражением (3) и определяется выражением:

Mp (i, 0) = [

(Ldsat - Lq)i 2

,.2

+ Ai

: A(1 - e - Bi

B

]f '(0);

(5)

2

N 3 o N

f '(0) = 6\02 - 6\q.

P P

Рис. 3. Зависимость потокосцепления

6 Ме = 1А =2А ЛА

5 —

=6А =8А

4

3 \ ■ = 10А

2

1

О 10 20 зо 40 в

Рис. 4. Зависимость момента двигателя

Механические динамика двигателя и нагрузки регулируются уравнения движения (4) и структура показана на рис. 5.

Рис. 5. Моделирование механических характеристик двигателя

и нагрузки

На рис. 6 показана структурная схема датчика положения ротора, в которой входные сигналы - скорость вращения, угол включения напряжения, угол отключения напряжения. При сравнении настоящего угла с углом включения напряжения и отключения напряжения выходные сигналы будут определить включения или отключения нужных фаз.

Рис. 6. Структурная схема датчика положения ротора

На рис. 7 показана структурная схема вентильного коммутатора для трехфазных РВЭД. В этой схеме работают 6 транзисторы и 6 диоды под источником и управляющих сигналов из блока датчика положения.

Рис. 7. Структурная схема вентильного коммутатора

Таким образом, повышение эффективности функционирования структуры математической модели может быть достигнуто за счет введения в следящую систему идентификатора угла. Использование существующих датчиков положения ротора встречает известные трудности конструктивного характера и не всегда возможно. Наиболее приемлемым вариантом решения обозначенной проблемы является использование методов косвенного определения угла положения ротора, которые просты в реализации.

Список литературы

1. Голландцев Ю.А. Вентильные индукторно-реактивные двигатели: Электроприбор, 2003. 148 с.

2. Ключев В.И. Ограничение динамических нагрузок электропривода. М.: Изд-во Энергия, 1971. 320 с.

3. Садовский Л.А., Черепков A.B. Разработка математической модели вентильно-индукторного привода // Сб. науч. трудов/ МЭИ. 1997. №675.

Нгуен Чонг Хай, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

MODELING OF TRANSIENT PROCESSES WITH SWITCHER REL UCTANCE MOTORS

N.T. Hai

The article presents the development of mathematical models of electromechanical systems with switched reluctance motors. The application of switcher reluctance motor in the-system electric of elevator installation.

Key words: mathematical model, switcher reluctance motor, efficiency.

Nguyen Trong Hai, postgraduate, tronghai0321@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.3

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

В.М. Степанов, И.М. Базыль

Рассмотрены основные направления эффективности функционирования электротехнических устройств систем электроснабжения. Проводится обобщение и анализ конструктивных схем и методов расчета параметров и надежности электротехнических устройств электропитающих систем, обеспечивающих снижение потерь электрической энергии.

Ключевые слова: электроснабжение, энергоэффективность, надежность систем электроснабжения, потери электрической энергии, провалы напряжения.

Совершенствование существующих и создание новых технических решений по технологии и устройствам, обеспечивающим снижение потерь электрической энергии в электропитающих системах, развивают методологию и научный аппарат рационального управления их режимами работы.