Векторная диаграмма синхронной машины. Экстремальные значения угла коммутации

Рабочие файлы: [ВД СДПМ: Us и E^U] [ВД СДПМ: Is и E^I] [ВД СДПМ: Iq и E^I]
[FOC: Угол коммутации] [АВН: θ = arcsin(i)] [СДПМ: Ke, Kt, KΦ]

Ниже по тексту в документ встроена интерактивная программа, которая строит и меняет векторную диаграмму синхронной машины для любого режима работы, обеспечивая взаимодействие с пользователем посредствам указателя мышь. Порядок работы с программой:

  1. Введите в форму данные паспорта синхронной машины. Или выберите один из трех вариантов ввода, если таковой был выполнен вами ранее.
  2. Нажимаем кнопку OK – браузер сохранит данные в хранилище идентификаторов посещения сайта и восстановит их при повторном открытии данного документа в ближайшие полгода.
  3. Позиционируйте указатель мышь над областью построения векторной диаграммы. Нажмите левую кнопку мыши. Программа захватит указатель и будет отслеживать его перемещение, меняя угол коммутации синхронной машины.
  4. Прокрутите колесико мыши – программа изменит напряжение статора синхронной машины. Прокрутите колесико мыши удерживая Ctrl – квант изменения напряжения будет меньше.
  5. Щёлкните по векторной диаграмме еще раз – программа остановит слежение за указателем, заморозит векторную диаграмму, сделает ее копию, внесет данные о текущих значениях угла коммутации и напряжении статора в форму.
  6. Нажимаем кнопку OK – браузер сохранит результат и вычислит параметры режима.

Примечание. При построении векторной диаграммы за базовую величину для векторов напряжения принимается вектор ЭДС (во всех режимах и при любой скорости вала длина вектора ЭДС сохраняется неизменной). Предел изменения напряжения превышает ЭДС в два раза. Вектор тока приводиться к базовой величине (в два раза меньшей длины вектора ЭДС) каждый раз, когда векторная диаграмма "размораживается".

Паспорт синхронной машины. Параметры режима работы  
m                                  PMSM    1   2   3        
Zp                            Spd  
Ke                            Iq   
Ls                            ψ    
Rs                                 

                  

Угол коммутации – θ – это угол между вектором ЭДС и вектором напряжения статора синхронной машины. Изменение угла коммутации связано с множеством экстремальных режимов работы:

  1. Классический векторный электропривод во всех режимах поддерживает экстремальное значение $\max(I_q/I_m)=1$, сводя проекцию тока статора на ось магнитного поля ротора к нулю, что обеспечивает максимальный момент при минимуме потребляемого тока.
  2. В реверсивных синхронно-векторных выпрямителях достаточно часто используется функциональный преобразователь "Качель dq-плоскости", который обеспечивает потребление тока от генератора в фазе с напряжением, т.е. поддерживает в экстремуме коэффициент мощности ($λ=1$).
  3. В системах электростартерного пуска ДВС с моментным вентильным двигателем может быть полезен режим поддержания в экстремуме проекции тока статора на моментную ось $I_q=\max(\Im(I_m))$, см. рис. 1. Подобный режим позволяет раскрутить вал до большей скорости при ограниченном напряжении аккумуляторной батареи.
  4. В отдельных случаях может представлять интерес режим поддержания в экстремуме электромагнитного к.п.д. машины ($\max(η_э)$), см. рис. 2.
  5. Для автономных генераторных установок с высокой частотой вращения вала приводного движителя эффективным оказывается активный режим работы реверсивного синхронно-векторного выпрямителя ($\max(P)$, при $θ=-\arctg(ωL/R)=-\arctg(νξ_0)$), в котором скорость преобразования энергии ограничена не полным сопротивлением обмотки статора, а лишь его активной составляющей.

Векторная диаграмма для синхронного двигателя, поясняющая поиск экстремального угла коммутации, при котором проекция тока статора на моментную ось максимальная, что соответствует режиму максимального момента при заданном напряжении статора

Рис. 1

Векторные диаграммы для синхронной машины соответствующие максимуму электромагнитного к.п.д. в режиме двигателя и генератора

Рис. 2

10.05.2016