Н.В. Клиначев

Влияние угла коммутации на движение координат вентильного электропривода

Рабочие файлы: [СДПМ: Угол коммутации]

Во всех режимах функционирования электропривода векторная система управления сохраняет угол коммутации, $θ$, между напряжением статора и вектором противо-ЭДС, таким, чтобы при заданной величине тока статора синхронный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов (СДПМ) создавал максимально возможный момент. Это очень важное качество системы управления и электромеханик должен знать ему цену. Чуть ранее, когда аппаратные возможности не позволяли создать векторную систему управления, применялся такой способ питания секций статора, как позиционная модуляция [1], который так же характеризуется плавным вращением вектора н.с. статора при поддержании постоянного углового рассогласования с вектором н.с. ротора во всех режимах функционирования ($θ=\const$). На чертеже 1 представлена модель векторной системы регулирования скорости электропривода, которая модифицирована для демонстрации движения координат СДПМ при использовании позиционной модуляции напряжений.

Векторные диаграммы синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов при векторном управлении и при позиционной модуляции с углом коммутации равным нулю
Рис. 1

Суть модификации поясним с помощью векторных диаграмм представленных на рис. 1. Слева – векторная диаграмма СДПМ контролируемого векторной системой. Здесь ток статора во всех режимах совпадает с осью $q$. Справа – векторная диаграмма СДПМ при использовании позиционной модуляции напряжений с начальной настройкой (угол коммутации равен нулю). Т.е., в данном случае, проекция вектора напряжения статора на ось $d$ равна нулю. Что, собственно, и изменено в модели векторной системы: чертеж 1, блок ЦСУ, аргумент $U_d$ инверсного преобразователя Парка в канале синтеза напряжений, – т.е. отключен контур регулирования составляющей тока статора по оси поля ротора.

Векторная система регулирования скорости электропривода
в режиме позиционной модуляции напряжения (θ=const)

Запустите процесс расчета модели электропривода с позиционной модуляцией напряжения (чертёж 1). Убедитесь в том, что СДПМ потребляет минимально возможный ток лишь в установившемся режиме стабилизации скорости вала при фиксированной нагрузке и вращении в заданном направлении (осциллограмма момента приведена к масштабу тока и должна соответствовать его амплитуде).

Измените знак аддитивной составляющей угла коммутации напряжения (см. список параметров блока ЦСУ). Запустите процесс расчета модели. Убедитесь в том, что данном случае СДПМ потребляет минимально возможный ток при вращении обратном направлении.

Ознакомьтесь с осциллограммой тока, соответствующей случаю, когда угол коммутации напряжения равен нулю.

В типовом случае настройка систем управления с позиционной модуляцией напряжений выполнялась смещением датчика положения ротора в пределах нескольких градусов для заданной нагрузки, направления вращения и скорости вала. Эта процедура похожа на смещение щёток коллекторной машины постоянного тока с геометрической нейтрали на физическую. Но в этих двух случаях физические причины определяющие необходимость выполнения описанных процедур разные. В случае ДПТ – это реакция якоря. А в случае СДПМ – это падение напряжения на индуктивности обмотки статора.

Электропривод на СДПМ
в режиме позиционной модуляции тока (θ=const)

Запустите процесс расчета модели электропривода с позиционной модуляцией тока (чертёж 2). Убедитесь в том, что осциллограмма момента СДПМ, приведённая к масштабу тока, меньше его амплитуды во всех режимах движения (разгон, стабилизация скорости, торможение вала). При заданном угле коммутации – СДПМ не создает максимально возможный момент. Обратите внимание на тот факт, что в отличие от осциллограммы тока напряжение не характеризуется симметричностью при реверсе.

Измените знак аддитивной составляющей угла коммутации тока (см. список параметров блока ЦСУ). Запустите процесс расчета модели. Убедитесь в том, что данном случае траектория изображающей точки в плоскости механической характеристики, так же как осциллограммы момента и тока не изменились. А осциллограмма падения напряжения на секции статора при реверсе отразилась зеркально.

Ознакомьтесь с движением координат привода в случае, когда угол коммутации тока равен нулю (ток статора совпадает с моментной осью). Убедитесь в том, что это лучший вариант для фиксации датчика угла.

Восстановите векторную систему управления для электропривода, чья модель представлена на чертеже 1. Убедитесь в том, что движение координат приводов на чертежах 1 и 2 совпадает и количественно и качественно.

Верните модель на чертеже 2 к исходному состоянию (установите угол коммутации тока равным 30°). Настройте векторную систему управления (чертёж 1) так, чтобы вектор тока статора отклонился от моментной оси на 30° (при выборе параметров воспользуйтесь теоремой Пифагора). Сравните две системы и выявите отличие.

Примечание. Использованная в интерактивных чертежах модель СДПМ не учитывает эффект ослабления или усиления поля машины, который возможен в случае, если составляющая тока статора по оси поля ротора не равна нулю. Предложите свою версию модели этой машины.

Литература

1. Воронин С. Г. Вентильный двигатель с позиционной модуляцией напряжений. // Электропривод летательных аппаратов: Учебно-методический комплекс. – Электронная версия печатного издания 1.0. – файлов 489, ил. – Челябинск, 1995-2011 гг. – URL: http://model.exponenta.ru/epivod/glv_050.htm#L0527. Дата обращения: 15.11.2014.

15.11.2014