Рефераты. Электропривод с вентильной машиной

, , ,


где  - напряжение на фазе двигателя;  - сопротивление фазы двигателя;  - число пар полюсов двигателя;  - магнитный поток ротора;  - скорость вращения холостого хода.

В относительных величинах уравнения (6) с учётом (7) запишутся в виде:


    (8)


где относительные переменные и параметры определены выражениями:


, , , , , ,


Модель вентильной машины, составленная по уравнению (8) в пакете MATLAB 6.5, представлена на рис. 4. Базовые значения переменных и относительные параметры машины приведены в таблице 2 приложения.


Рис. 4. Модель вентильной машины в неподвижной системе координат (модель двигателя ДБМ150-4-1,5-2).


Моделирование осуществляем для двигателей ДБМ150-4-1,5-2 и ДБМ185-6-0,2-2. Данные двигателей приведены в таблице 1 приложения. Результаты моделирования представлены на рис. 5 и рис. 6.

Блоком Step задавался скачок относительно входного сигнала равным единице. Исходя из полученных результатов моделирования, можно сделать вывод, что с точки зрения динамического звена ВМ близка по своим характеристикам к машине постоянного тока.


 

Рис. 5. Переходные процессы в ВМ по моменту и скорости в двигателе ДБМ150-4-1,5-2.


 

Рис. 6. Переходные процессы в ВМ по моменту и скорости в двигателе ДБМ185-6-0,2-2.


Модель вентильной машины во вращающейся системе координат

При анализе вентильной машины обычно используется вращающаяся со скоростью ротора система координат.

Связь между вращающейся и неподвижной системами координат рассмотрена ниже.


, ,

    (9)


, ,


При переходе к вращающимся координатам уравнение электрического равновесия (первое уравнение системы 5) преобразуется к виду:


    (10)


Разложив результирующие вектора электромагнитных переменных состояния по осям  и , получим скалярное описание машины. При этом ось  совмещается с осью потока ротора (см. рис. 2).


   (11)


где принято


, , .


При анализе снова вводятся относительные переменные. В качестве базовых величин принимаются:


, , ,


В относительных величинах уравнения (10) запишутся в виде:


   (12)


где относительные переменные и параметры определены выражениями:


, , , , , ,


Значения базовых величин, относительных переменных и параметров приведены в таблице 3 приложения.

Модель вентильной машины (двигатель ДБМ150-4-1,5-2) во вращающейся системе координат, построенная по уравнениям (12) и собранная в пакете MATLAB 6.5 имеет вид (см. рис. 7).


Рис. 7. Модель вентильной машины во вращающейся системе координат.


Результаты моделирования для двигателей ДБМ150-4-1,5-2 и ДБМ185-6-0,2-2 представлены на рис. 8 и рис. 9. На вход модели подано единичное ступенчатое воздействие.


 

Рис. 8. Переходные процессы по моменту, скорости и продольной составляющей тока в двигателе ДБМ150-4-1,5-2.


 

Рис. 9. Переходные процессы по моменту, скорости и продольной составляющей тока в двигателе ДБМ185-6-0,2-2.


Переходные процессы в машине по скорости и моменту во многом совпадают с результатами моделирования в неподвижной системе координат. На рис. 7 и рис. 8 показан процесс по току . Наличием этого тока объясняется специфика процессов в ВМ в переходных и установившихся режимах работы.

Ток  является током по продольной оси, он не создаёт момента, но в достаточной степени влияет на поток и соответственно на скорость и на общий ток потребления машины. Причиной появления этого тока является относительная электромагнитная постоянная времени  в цепи статора машины и взаимные перекрёстные связи между каналами.


Модель вентильной машины во вращающейся системе координат с учётом запаздывания в канале вращающийся трансформатор – демодулятор – фильтр

При рассмотрении характеристик вентильной машины необходимо учитывать не только параметры самого двигателя, но и параметры канала с датчиком положения ротора.

Если рассматривать двигатели типа ДБМ, то в них используются датчики положения ротора типа вращающийся трансформатор. Эти датчики по существу являются многополюсными ВТ число полюсов которых согласовано с числом полюсов ДБМ. В системах электропривода датчики ВТ используются обычно в режимах с амплитудной либо фазовой модуляцией.

В данном случае также применяются генератор несущей частоты, демодуляторы, фильтры и умножители. Напряжение с генератора несущей частоты подаётся на обмотку возбуждения ВТ. Напряжения на вторичных обмотках ВТ являются синусоидальной и косинусоидальной функцией угла поворота двигателя. Демодуляторы совместно с фильтрами отфильтровывают несущую частоту, а умножители выполняют роль преобразователей координат, преобразуя вращающуюся систему координат в неподвижную в соответствии с выражениями (9).

Полученные выше уравнения (12) не учитывают влияния запаздывания в канале ВТ-ДМ-Ф. Для учёта этого влияния определим напряжения ,  в системе координат , , тогда в относительных величинах получим:


 ,  (13)


где  ,  - постоянная апериодического фильтра на выходе двухполупериодного демодулятора.

Модель вентильной машины представлена на рис. 10. Модель содержит собственно синхронный двигатель и блок Uchetzapazd, учитывающий запаздывание в канале ВТ-ДМ-Ф. Содержание этого блока представлено на рис. 11. Моделирование осуществлено для двигателей ДБМ150-4-1,5-2 и ДБМ185-6-0,2-2 и датчика положения ротора типа ВТ60.


Рис. 10. Модель вентильной машины во вращающейся системе координат с учётом запаздывания в канале ВТ-ДМ-Ф на примере двигателя ДБМ150-4-1,5-2.


 

Рис. 11. Блок Subsystem.


Результаты моделирования двигателей ДБМ150-4-1,5-2 и ДБМ185-6-0,2-2 для задающих сигналов ,  представлены на рис. 12, 13,14,15,16,17.

Следует отметить две принципиальные особенности вентильной машины, о которых уже говорилось выше:

1) Скорость вращения при  меньше заданной скорости холостого хода.

2) Значительный ток по продольной оси «d» несмотря на то, что напряжение . Эти особенности при наличии дополнительного запаздывания в канале ВТ-ДМ-Ф здесь выражены в большей степени по сравнению с обычной электрической машиной.

Они объясняются наличием перекрёстных связей в самой машине, наличием постоянной времени в цепи якоря и наличием запаздывания в канале ВТ-ДМ-Ф. динамика и статика ВМ в сильной степени зависят от значения постоянной времени . На рис. 12 и рис. 13 показаны переходные процессы при .

 

Рис. 12. Переходные процессы в двигателе ДБМ150-4-1,5-2 при .


 

Рис. 13. Переходные процессы в двигателе ДБМ185-6-0,2-2 при .


Эти процессы точно повторяют аналогичные, представленные на рис. 8 и рис. 9. Результаты моделирования при  представлены на рис. 14 и рис. 15, а для  - на рис. 16 и рис. 17.


 

Рис. 14. Переходные процессы в двигателе ДБМ150-4-1,5-2 при .


Рис. 15. Переходные процессы в двигателе ДБМ185-6-0,2-2 при .


 

Рис. 16. Переходные процессы в двигателе ДБМ150-4-1,5-2 при .


 

Рис. 17. Переходные процессы в двигателе ДБМ185-6-0,2-2 при .


Из рис. 11-16 видно, что запаздывание в канале ВТ-ДМ-Ф влияет на статические и динамические процессы в ВМ.

Если сравнивать вентильную машину с машиной постоянного тока, то её особенности проявляются главным образом в установившемся режиме в виде ухудшения механических, регулировочных и энергетических характеристик. Что касается динамических характеристик, то результаты моделирования показывают, что вентильная машина практически аналогична машине постоянного тока.


Механические и электромагнитные характеристики вентильной машины


В установившемся режиме при такой установке ДПР, чтобы обеспечить  из уравнений (12) и (13) определяют установившиеся токи и момент:

Токи в осях ,


    (14)


    (15)


Ток, потребляемый машиной


    (16)


Если не учитывать постоянную фильтра , то из уравнений (13) – (15) получаются уравнения классической вентильной машины.


 ,   (17)


При  характеристики вентильной машины становятся аналогичными машине постоянного тока.

Уменьшение скорости холостого хода с одновременным ростом тока холостого хода из-за наличия постоянных  и  приводит к ухудшению энергетических характеристик. Поэтому при построении электропривода на базе вентильной машины принимаются меры по устранению этого недостатка.

Для устранения этой нелинейности следует осуществлять управление с обратной связью по току и поддержанием .



Электропривод с вентильной машиной


При синтезе регулятора в электроприводе с вентильной машиной внутренний контур тока с постоянными  и  целесообразно заменить одним апериодическим звеном с постоянной времени . При построении электропривода на базе вентильной машины одним из основных требований является наличие замкнутых контуров регулирования токов , . Это позволяет поддерживать в переходных и установившихся режимах  и, тем самым, существенно улучшить энергетические характеристики.

Модель электропривода, в которой использована математическая модель вентильной машины (рис. 10) показана на рис. 18. Результаты моделирования при использовании в электроприводе двигателей ДБМ150-4-1,5-2 и ДБМ185-6-0,2-2 приведены на рис. 19 и 20.


Рис. 18. Модель электропривода с вентильной машиной.


  

Рис. 19. Переходные процессы в электроприводе при использовании двигателя ДБМ150-4-1,5-2.


 

Рис. 20. Переходные процессы в электроприводе при использовании двигателя ДБМ185-6-0,2-2.


В модели, рассмотренной выше регуляторы тока реализованы во вращающейся системе координат. При этом обратная связь охватывает оба инерционные звена с постоянными времени  и . Существует иной вариант построения контура тока, когда обратная связь осуществляется в неподвижной системе координат. При этом в системе автономный инвертор-машина реализуется «токовый коридор», а инерционное звено с постоянной времени  не охватывается отрицательной обратной связью по току. В итоге в канале регулирования скорости остаются апериодическое звено с постоянной  и интегрирующее звено с постоянной . При синтезе скоростного контура на оптимум по модулю передаточная функция регулятора соответствует пропорциональному звену с коэффициентом усиления .

Регулятор PID 2 представляет собой пропорционально-интегральный регулятор с передаточной функцией


  


Таким образом, получаем передаточную функцию разомкнутого контура по току


  


Соответственно, после замыкания получаем апериодическое звено с постоянной времени   


  


Регулятор PID 3 также представляет собой пропорционально-интегральный регулятор с передаточной функцией


  


Аналогично предыдущему случаю, получаем передаточную функцию разомкнутого контура по току


  


Соответственно, после замыкания получаем апериодическое звено с постоянной времени   


  


Модель электропривода с вентильной машиной, выполненная с использованием виртуальных блоков из библиотеки Power System Blockset представлена на рис. 21.


Рис. 21. Модель электропривода с вентильной машиной.


Блоки, относящиеся к системе управления: преобразователь вращающихся координат ,  в неподвижные А, В, С (блок dq – А,В,С), гистерезисный регулятор тока (блок Current Regulator). Трехфазный автономный инвертор здесь реализован на MOSFET транзисторах, окно настройки магнитоэлектрического синхронного двигателя показано на рис. 22. в качестве двигателя взят ДБМ150-4-1,5-2.


 

Рис. 22. Окно настройки магнитоэлектрического синхронного двигателя.


Датчик положения ротора реализован в преобразователе координат, на вход Teta которого подаётся угол поворота ротора, умноженный на число пар полюсов плюс начальный угол установки, равный 90 электрических градусов. Таким образом, смонтирована установка ДПР, в которой .


Приложение 1


Паспортные данные двигателей ДБМ150-4-1,5-2 и ДБМ185-6-0,2-2

Тип машины

Момент номинальный (Н·м)

Число пар полюсов

Число фаз

Сопротивление фазы (Ом)

Электромагнитная постоянная времени (мс)

Ток короткого замыкания

(А)

Момент короткого замыкания

(Н·м)

Скорость холостого хода (об/мин)

Тепловое сопротивление

(град/Вт)

Момент инерции

(кг·м2)

Масса

(кг)

ДБМ150-4-1,5-2


ДБМ185-6-0,2-2

 4


4

 8


8

 3


2

 0,05


2,64

 1,2


1,4

 340


10,2

 47,3


11,5

 1750


195

 0,2


0,15

 3е-3


9е-3

 3,0


5,4



Приложение 2


Расчёт относительных переменных и параметров для двигателя ДБМ150-4-1,5-2


Базовые величины определяем по зависимостям:







Относительные параметры:


 


 


Приложение 3

Расчёт относительных переменных и параметров для двигателя ДБМ185-6-0,2-2


Базовые величины определяем по зависимостям:







Относительные параметры:


 


 


Приложение 4


Общее описание двигателей серии ДБМ


ДБМ - двигатели бесконтактные моментные. Двигатель состоит из синхронного двигателя, выполненного в виде плоской, встраиваемой конструкции с многополюсным ротором коллекторного типа, содержащей редкоземельный магнит и двухфазные или трёхфазные обмотки статора. Существуют два вида статора: гладкий и пазовый статор (см. рис. 1 а,б).



Рис. 1. Конструктивные схемы двигателей ДБМ: а) с пазовым статором, б) с гладким статором.


Серия двигателей имеет 26 типоразмеров, номинальное напряжение питания 27 В. Пульсации момента по углу поворота для двигателей с гладким статором 3-5%, а с пазовым ротором 10%.


Страницы: 1, 2



2012 © Все права защищены
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.