CC BY
36
УДК 621.313.323
В.М. Степанов, д-р техн. наук, проф., 35-37-35, eists@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
Нго Сян Кыонг, асп., 89531895379, cuongngoxuan@gmail.com (Россия, Тула, ТулГУ)
УПРАВЛЕНИЕ СКОРОСТЬЮ РЕАКТИВНО-ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ИДЕНТИФИКАТОРОМ УГЛА
Приведена математическая модель реактивно-вентильного электродвигателя (РВЭД) и идентификатора угла ротора РВЭД. Управление скоростью трехфазного РВЭД (6/4) с идентификатором произведено на базе программного пакета МайаЬ-втиПпк. Результаты управления представлены в графическом виде.
Ключевые слова: реактивно-вентильный электродвигатель (РВЭД), моделирование, идентификатор угла.
Реактивно-вентильный электродвигатель - это вращающаяся электрическая машина, статор и ротор которой имеют явновыраженные полюса. Ротор не имеет обмотки и постоянных магнитов и выполнен из магни-томягкого материала. Обмотка статора состоит из простых концентрических катушек. Катушки, размещенные на диаметрально противоположных полюсах статора, соединены последовательно в одну фазу. Возбуждая пары полюсов статора, ближайшие пара полюсов ротора притягиваются в положение, в котором путь для замыкания магнитного потока будет иметь наименьшее сопротивление. Поэтому при последовательном возбуждении фаз статора двигатель развивает момент в любом направлении вращения [1].
В данной работе используется трехфазный РВЭД типа 6/4 , имеющий 6 полюсы статора и 4 полюса ротора. Математическое описание электромагнитных и электромеханических процессов в трехфазным РВЭД с одиночной коммутацией составлено следующими уравнениями:
уравнение фазового направления:
(У . (в, г .)
и . = я .г. + 1 1
1 ' у (г
где Яу - фазовое сопротивление; ^ - потокосцепление; Ц - фазовое направление; 1 - фазовый ток.
Потокосцепление вводится в качестве дополнительных переменных, устанавливающих необходимую связь между токами и индуктивно-стями обмоток двигателя:
У у = Ьу (в)г у;
Электромагнитный момент РВЭД
1 3 (в)
М = - 2 ]
2 ] йв
уравнение равновесия моментов на вал привода
М = 3 — + Бю + М
йг йв йг
нг
Ю
где ю - угловая скорость; 0 - угол поворота; I - суммарный момент инерции на валу привода; Мнг - момент нагрузки; В - суммарный коэффициент трения.
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. Один из этих вариантов представлен на рис. 1.
Рис. 1. Кривая намагничивания
219
Намагниченность РВЭД может быть таким образом представлена на рис.1 и выражаться в виде функции тока статора и ротора [4]:
У (,,в) = Ьд1 + [I + А (1 - * - В ) - Ьд1 ] /(в) ;
Ат 3 лт 2
/ (в) = 2 в3 - з в2 +1;
л л
А = уш - ^йОгГ ; ^ - Ldsat
В
у т Ldat1 т
где Ьч - минимальная индуктивность; - насыщенная индуктивность; - ненасыщенная индуктивность; N - число полюсов ротора.
В данной работе идентификатор РВЭД используется для обеспечения оценочной величин угла ротора в и скорости т. Они описываются следующими уравнениями:
dв' , ,
-= со+ кве, •
dt в г;
dW 1 -= ке,
dt а г,
где в', т' - соответственно оценочная величина угла ротора, оценочная величина скорости, кв,ка постоянные;
Функция ошибки е у определена как:
е/ =
I=1
У -У'
dt
= -к(4, - ввп( У, )
где - оценочная величина потокосцепления; к - постоянная, зависимая от типа двигателя [5].
На рис. 2 показана схема БтиНпк из 6/4 РВЭД, который был использован для тестирования разработанных РВЭД.
Входные параметры: угол включения, угол отключения, фазовые напряжения и фазовые токи, момент нагрузки. Модель содержит схему регулирования тока, регулирования скорости, блоке управляющего сигнала и блок идентификатора. Скорость поддерживается приблизительно постоян-
ной на базовом уровне, который определен величиной скорости задания ю = 100 гаё^. РВЭД питает трехфазный вентильный коммутатор. Коммутатор запускает преобразователь на угле коммутации, который определен ©оп и ©од- в блоке управляющего сигнала. Выходные параметры преобразуются к параметрам трехфазного двигателя.
Рис. 2. Математическая модель ВРЭД с регулятором скорости
На рис. 3, 4 показаны угловая скорость и истинная и оценочная величина угла положения.
Рис. 3. Скорость РВЭД
221
в;—в
О 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16
t(c)
Рис. 4. Истинная и оценочная величина угла положения
Скорость двигателя поддерживается на постоянном уровне с помощью идентификатора угла и постоянного действующего регулятора.
Список литературы
1. Голландцев Ю.А. Вентильный индукторно-реактивный двигатель, 2003.
2. Torrey D.A., Niu X.M., Analytical modelling of variable-reluctance machine magnetization characteristics, IEE Proceedings - Electric Power Applications. 1995Vol. 142. No. 1, January. P. 14-22.
3. Miller T.J.E., McGilp M., Nonlinear theory of the switched reluctance motor for rapid computer-aided design // IEE Proceedings, Electric Power Applications. 1990 Vol. 137. No. 6. November, P. 337-347.
4. Hoang Le-Huy and Patrice Brunelle. A Versatile Nonlinear Switched Reluctance Motor Model in Simulink Using Realistic and Analytical Magnetization Characteristics. [C] . Industrial Electronics Society, 2005. 31th Annual Conference of IEEE, IECON, 2005: 1556-1561.
5. Yang I. W., Kim Y. S., Lee Y. G., The rotor speed and position sen-sorless control of SRM using the binary observer // IEEE-IAS: Conf. Rec. 1999 Vol. 1. P. 533-538.
V.M. Stepanov, Ngo Xuan Cuong
SPEED CONTROL OF THE SWITCHER RELUCTANCE MOTOR WITH IDENTIFIER OF ROTOR ANGLE
The paper presents the mathematical model of the switcher reluctance motor (SRM) and identifier of rotor angle SRM. Speed control of three-phase SRM (6/4) with the identifier was based on the software package Matlab-simulink. Control results are presented in graphical form.
Key words: switcher reluctance motor (SRM), modeling, identifier.
Получено 19.06.12
