Н.В. Клиначев

Модели электроприводов с релейно-векторной системой управления
(с прямым управлением моментом)

На чертежах представлены модели электроприводов с релейно-векторной системой управления, имеющей один координатный преобразователь (Парка) в канале изменения тока. Отличие системы управления от прототипа заключается в том, что прямой канал синтеза фазных напряжений питающих статор двигателя замещен матрицей коммутации транзисторов силового моста (всего 8 состояний стоек). Адрес выборки из которой (36 комбинаций) определяют релейные регуляторы составляющих тока статора (по намагничивающей и моментной осям) и датчик угла (сектора) с разрешением в 60 электрических градусов.

dcs_DTC_Vect.png, 6,3kB
Рис. 1. Векторная диаграмма СДПМ и 6 направлений для вектора
напряжения статора релейно-векторной системы управления (DTC)

...

Матрица коммутации стоек 3х-фазного моста

                                                            Таблица 1
+ ----+--------+--------+
      |        |        |        ΔΨ  ΔM       [0] [1] [2] [3] [4] [5]
      |        |        |            -1  [30] 010 110 100 101 001 011
       \__1     \__1      __0     1   0  [24] 000 111 000 111 000 111
                         /           +1  [18] 001 011 010 110 100 101
      |        |        |            -1  [12] 110 100 101 001 011 010
      |        |        |         0   0  [06] 111 000 111 000 111 000
- ----+--------+--------+            +1  [00] 101 001 011 010 110 100

...

Коммутатор релейно-векторной системы управления (DTC)

Для контроля состояния машин по оси намагничивания, вместо потокосцепления статора, в моделях использована соответствующая составляющая тока статора – $I_d$.

Релейно-векторное управление СДПМ (PMSM | BLAC Motor)

...

Релейно-векторное управление ВД (BLDC Motor)

Способ коммутации стоек силового моста, используемый для прямого управления моментом, несовершенен. Нулевое состояние реле-регулятора момента блокирует канал регулирования потокосцепления. Поэтому на низких оборотах в машинах с немагнитным ротором поле ослабевает. Это наглядно видно по годографу изображающей точки, движение которой в плоскости механической характеристики определено периодической сменой режимов: разгона с ограничением момента, стабилизации скорости и рекуперативного торможения (см. модель на чертеже 4).

Релейно-векторное управление СРД (SynRM: Ψ = const, λ = var)

Модель электропривода, представленная на чертеже 5, демонстрирует простейшее решение – здесь вместо трехпозиционного реле в канале регулирования момента использовано двухпозиционное. Да. Бесконтрольное размагничивание машины не наблюдается. Но частота переключения релейных регуляторов, так же как и динамические потери в транзисторах силового моста, возрастают.

Релейно-векторное управление СРД (SynRM: Ψ = var, λ = const)

Чуть лучшее решение – это временная блокировка нулевого состояния реле-регулятора момента (пока поле в машине не соответствует заданной величине). Представленная на чертеже 4 модель электропривода подготовлена к соответствующей модификации и к проведению сравнительного эксперимента.

Релейно-векторное управление АД (ACIM: Ψ = const, s = var)

...

Релейно-векторное управление АД (ACIM: Ψ = var, s = const)

Выводы

  1. Релейно-векторная система управления (прямое управление моментом) без каких либо модификаций может быть использована как для контроля состояния бесколлекторных машин переменного тока (с синусоидальной противо-ЭДС), так и постоянного (с несинусоидальной противо-ЭДС).
  2. Релейно-векторное управление (прямое управление моментом) однозначно проигрывает векторному управлению, если используется для контроля двигателей с немагнитным ротором (синхронный реактивный и асинхронный двигатель). Причина заключена в способе коммутации силового моста – нулевое состояние реле-регулятора момента блокирует канал регулирования потокосцепления.
  3. Быстродействие регуляторов контура тока релейно-векторной системы управления (с прямым контролем момента) в базовой модификации неоправданно высокое и не используется. Время отработки задания по моменту остается ограниченным электромагнитной постоянной времени обмотки статора. Регуляторы векторной системы (в базовой конфигурации), имея полосу не менее чем 10 раз меньшую, затягивают отработку задания по моменту не более чем в 2..3 раза. И надо ещё голову сломать, как этот выигрыш реализовать.
  4. Для обеспечения амплитуды пульсаций тока статора менее 10 % от номинальной величины требуется период работы управляющего микроконтроллера равный периоду ШИМ-а векторной системы (50 мкс), а для большинства двигателей (с типовой электромагнитной постоянной времени) – меньший.
  5. Если релейно-векторная система используется для контроля координат синхронного реактивного или асинхронного двигателя и переведена в режим понижения намагниченности ротора при уменьшении механической нагрузки, то нижний предел уставки поля должен быть выше, чем у векторной системы.
  6. Склонность релейной системы к синхронизации с шумами понижает качество функционирования некоторых наблюдателей, разработанных для электроприводов с непрерывным регулированием.

30.12.2013