Разработка новых алгоритмов управления вентильно-индукторных электроприводов

Регулируемый электропривод занимает важное место в современных электротехнических системах. Доля использования данных приводов возрастает с каждым годом. Применение регулируемых электроприводов в различных областях промышленности обусловлено общей тенденцией к уменьшению потребления электроэнергии, увеличению надежности, росту производительности и многофункциональности систем. Сопутствующим фактором в этом процессе является применение микропроцессоров и микроЭВМ, позволяющих существенно расширить функциональные возможности автоматизированного электропривода и улучшить его технические и экономические характеристики.

Последнее время, отмечается заметно возрастающее внимание, уделяемое исследованию вентильно-индукторного привода и возможностям его конкретного применения.

Индукторная машина это машина, в которой момент создается в процессе перемещения подвижной части в положение, когда индуктивность возбужденной обмотки является максимальной[1], [2]. Это относится как к вентильно-индукторной, так и к синхронной машине. Вентильно-индукторный двигатель имеет явновыраженные полюса на роторе и статоре и работает как вентильно-индукторный шаговый двигатель с той лишь разницей, что фазные токи включаются и отключаются в момент, когда ротор находится в определенных положениях, которые могут изменяться от скорости и момента. Такой тип двигателя не может работать без электронного преобразователя или котроллера, который в каждом конкретном случае имеет свою конструкцию и настройку и имеет мало общего с традиционным приводом переменного тока.

Вентильно-индукторный привод, введу своей конструкционной простоты, был известен очень давно, но лишь в последнее время благодаря бурному развитию силовой полупроводниковой техники нашел свое место среди других типов приводов. Есть основания полагать, что в ближайшее время вентильно индукторные привода составят серьезную конкуренцию имеющимся электроприводам традиционных типов. Однако высокие показатели можно получить лишь при алгор! тме управления, учитывающем специфические особенности ВИП.

Конструкция рассматриваемых электрических машин такова, что традиционные методики расчета магнитной системы двигателя, а равно существующие алгоритмы управления не могут использоваться без серьезной адаптации к новым условиям.

Наиболее перспективными применениями ВИП яьляются высокоскоростные установки и низкоскоростные агрегаты с большими моментами. Одной из рациональных областей применения ВИП являются бытовая техника и малые транспортные средства, — велосипеды, скутеры, транспортные тележки, мотороллеры, инвалидные коляски и т. д. Для указанных применений предпочтительны алгоритмы, требующие минимального числа датчиков, исключающие специальные дорогие датчики электрических величин, невысокой процессорной мощности и обеспечивающие робастность функционирования.

Как уже было отмечено, под вентильным режимом работы электропривода подразумевается синхронная с изменением положения ротора коммутация тока в фазах электрической машины. Для этого обычно используется связанный с валом двигателя датчик положения. Наличие датчика положения ротора усложняет конструкцию двигателя, интерфейс между контроллером и двигателем, снижает надежность работы в условиях электромагнитных помех и в агрессивных средах, а в конечном счете увеличивает стоимость электропривода и затраты на его обслуживание. Этот недостаток является одним из факторов, сужающих сферу применения вентильных приводов, особенно в массовых приложениях, чувствительных к стоимости электропривода и уровню его эксплуатации.

Бурное развитие в течение последних десятилетий микропроцессорных средств стимулировало исследователей на разработку способов устранения из систем управления вентильно-индукторных электроприводов датчика положения ротора за счет совершенствования алгоритмов управления и косвенного измерения положения по сигналам электрических величин.

Все изложенное выше определяет актуальность работы со следующей целью. Разработка новых алгоритмов управления, позволяющих эффективно использовать ВИЛ в качестве электропривода широкого назначения. Для достижения данной цели поставлены и решены следующие задачи, -исследование электромеханических свойств ВИЛ, анализ влияния изменения параметров объекта и алгоритма управления на механические характеристики ВИЛ;

— изучение возможности практической реализации бездатчикового алгоритма управления ВИЛ для указанных применений;

— анализ процесса пуска в режиме бездатчиковой коммутации и определение зоны устойчивого пуска;

— анализ влияния возмущающих и управляющих воздействий на пуск ВИЛ.

Основные результаты работы и сделанные выводы заключаются в следующем.

1. Установлено, что существуют углы коммутации обеспечивающие максимальную мощность либо минимальные относительные потери в диапазоне изменения нагрузки от холостого хода до номинальной и частоты вращения от 6% до номинальной. Для приводов с относительно невысокими требованиями к точности и диапазону регулирования скорости, где главным фактором является стоимость электропривода можно предложить как наиболее рациональную одноканальную систему управления с фиксированным оптимальным углом коммутации.

2. Показано, что в режиме токовой отсечки целесообразна работа с отстающим углом коммутации. Механические характеристики при этом могут иметь положительную жесткость.

3. Разработана компьютерная модель бездатчиковой коммутации фаз, отличающаяся параллельным моделированием работы объекта управления и микропроцессорной системы управления, что позволяет исследовать электромеханические свойства ВИП в режиме бездатчиковой коммутации.

4. Показано, что для высокоскоростных электроприводов можно не учитывать нагрев фаз в бездатчиковом режиме работы, а влияние отклонения сигнала напряжения на угол коммутации оценивать по упрощенной аналитической формуле без учета падения напряжения.

5. Коэффициенты Ки Кг, выбранные для обеспечения работы в бездатчиковом режиме, идентичном режиму работы с датчиком положения ротора, находятся на границе зоны устойчивого пуска. Для обеспечения устойчивого пуска в простейшем случае предложено работать с коэффициентами, имеющими фиксированные отклонения от значений в установившемся режиме.

6. Произведена оценка влияния момента инерции и уровня токоограничения на зону устойчивого пуска. Установлено, что увеличение суммарного момента инерции сужает ширину зоны устойчивого пуска в координатах Ки Кг, а уменьшение уставки токоограничения, наоборот, расширяет ее.

7. Сравнение расчетных механических характеристик ВИП и осциллограмм токов с характеристиками и осциллограммами, полученными экспериментально, подтверждают адекватность созданной модели и полученных теоретических выводов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.