Журналы
НЕФТЕГАЗОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Серия: Морская техника и технология Серия: РЫБНОЕ ХОЗЯЙСТВО Серия: УПРАВЛЕНИЕ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАТИКА Серия: ЭКОНОМИКА

Вестник АГТУ (АРХИВНЫЙ)
История Ссылки Новости Контакты
Отправить рукопись
Главная / Журналы / Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология / Номер 3 / НАСТРОЙКА ДАТЧИКА ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА РЕАКТИВНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С АНИЗОТРОПНОЙ МАГНИТНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ РОТОРА
НАСТРОЙКА ДАТЧИКА ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА РЕАКТИВНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С АНИЗОТРОПНОЙ МАГНИТНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ РОТОРА
Отправить рукопись
Цитировать
Цитирований:

НАСТРОЙКА ДАТЧИКА ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА РЕАКТИВНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С АНИЗОТРОПНОЙ МАГНИТНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ РОТОРА
Самосейко Вениамин Францевич 1
Шарашкин Сергей Владимирович 2
Авторы:
1.  Государственный университет морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова (доктор технических наук, профессор; профессор кафедры электропривода и электрооборудования береговых установок)

2.  Государственный университет морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова (кандидат технических наук; старший преподаватель кафедры электропривода и электрооборудования береговых установок)

Тип:
Статья
DOI:
https://doi.org/10.24143/2073-1574-2017-3-80-86
Страницы:
с 80 по 86
Статус:
Опубликован
Получено:
20.08.2017
Одобрено:
25.08.2017
Опубликовано:
25.08.2017
Классификаторы:
УДК 621.3.078
ГРНТИ 45.01 Общие вопросы электротехники
ГРНТИ 55.42 Двигателестроение
ГРНТИ 55.45 Судостроение
ГРНТИ 73.34 Водный транспорт
ГРНТИ 44.31 Теплоэнергетика. Теплотехника
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
реактивная электрическая машина, анизотропная магнитная проводимость, настройка датчика положения ротора, математическая модель
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Разработан алгоритм настройки датчика положения ротора реактивной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора. Рассматриваются основные достоинства и недостатки синхронных электрических машин при построении систем электродвижения судов. Отмечаются преимущества реактивных электрических машин с анизотропной магнитной проводимостью ротора при построении гребных электрических установок. Раскрывается сущность метода настройки датчика положения ротора. Получено дифференциальное уравнение настройки датчика угла положения ротора, исследована его устойчивость. Рассмотрена модель реактивной машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора, позволяющая определять ее параметры.

Ключевые слова:
реактивная электрическая машина, анизотропная магнитная проводимость, настройка датчика положения ротора, математическая модель
Текст
Введение В настоящее время вопрос построения систем электродвижения судов является актуальным, при этом все чаще разработчики отдают предпочтение в выборе приводного электродвигателя синхронным электрическим машинам, поскольку этот тип двигателей является наиболее перспективным [1-3]. В настоящее время синхронные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов обладают наилучшими энергетическими характеристиками и наименьшими габаритами [4, 5]. Тем не менее, они имеют ряд недостатков, таких как невозможность снятия магнитного поля с ротора, что приводит к аварийным ситуациям; необходимость обеспечения защиты от металлической пыли, которая притягивается к ротору и может привести к заклиниванию ротора и искажению симметрии магнитной системы. Существуют синхронные реактивные двигатели с анизотропной магнитной проводимостью ротора (РЭМ с АМПР), которые не уступают машинам с постоянными магнитами в энергетических характеристиках и массогабаритных показателях, помимо этого данный тип машин обладает пассивным ротором, который не нуждается в дополнительном охлаждении и не обладает собственным магнитным полем, что исключает недостатки вышеописанных машин [6-9]. При реализации системы электродвижения на базе любого типа синхронных машин необходимо использовать инкрементальный энкодер, поскольку при формировании алгоритма управления двигателем в систему управления требуется вносить информацию о положении ротора. При этом точность положения играет важную роль, ошибка измерения положения ротора более 5 % приводит к невозможности управления двигателем. Отсюда следует, что настройка инкрементального энкодера является важной задачей при построении системы управления [10-13]. Настоящая статья посвящена вопросу автоматической настройки датчика положения ротора. Автоматическая настройка датчика угла положения ротора В данном разделе рассматривается процедура автоматической настройки датчика положения ротора с использованием уравнений напряжения при вращении ротора, где ud, uq - элементы вектора напряжений статора; R1 - сопротивление статорных обмоток; id, iq - элементы вектора токов статора; ω - угловая частота сети питающего напряжения; Ld, Lq - полная продольная и поперечная индуктивности машины по осям координат d, q; p - оператор дифференцирования. Будем полагать, что положение углов (1) (где e - коэффициент, учитывающий число фаз m (e = 1 при четном m и e = 2 при нечетном m); A - порядковый номер фазы (A = 0, 2, …, m - 1)) относительно продольной оси ротора d известны с точностью до некоторого угла настройки датчика положения a ¹ 0. Угол настройки датчика положения a будем рассматривать как функцию времени t. Полярные углы aA фазных обмоток статора определяются соотношением (1). Суть метода настройки состоит в сравнении результатов наблюдений токов машины с результатами расчетов токов по модели, синтезе дифференциального уравнения настройки, решение которого в реальном времени позволяет найти начальный угол датчика положения ротора. Иллюстрация алгоритма настройки датчика приведена на рис. 1. Рис. 1. Алгоритм настройки датчика угла положения ротора: A - алгоритм преобразования координат; Б - преобразователь частоты; В - алгоритм решения дифференциального уравнения настройки угла положения ротора; xd, xq - элементы вектора X1; id*, iq* - элементы вектора I1*; Tα - постоянная времени; t - время; US* - вектор напряжений статора в естественных координатах; U1* - в координатах d-q. Вектор токов с датчиков IS* отображается на плоскость поперечного сечения машины согласно преобразованию координат: где DS - фазная матрица. Так как угол положения оси ротора a неизвестен, то токи I1¢* будут функциями угла a, отсчитываемого от продольной оси ротора d. Для управления реактивной машиной необходимо, чтобы a = 0. При a = 0 вектор отображений токов статора на плоскость поперечного сечения машины будет определяться выражением Информация об элементах этого вектора необходима для управления реактивной машиной. Так как угол положения оси ротора a неизвестен, то неизвестен вектор токов I1*. Связь векторов токов определена выражением (2) где V (α) - матрица вращения; ia - амплитудное значение тока. Для получения информации о токе I1* воспользуемся уравнениями напряжений реактивной машины (1), которые перепишем в следующем виде: (3) где R1 - отображение сопротивления обмотки статора на плоскость поперечного сечения машины; L01 - матрица полных индуктивностей обмотки статора; X1 - отображение вектора токов статора на плоскость поперечного сечения машины, полученное в результате решения уравнения в реальном времени; Е = V (p/2). Если предположить, что математическая модель машины, представленная уравнениями напряжений реактивной машины, полностью совпадает с самой машиной, то . Составим функции рассогласования векторов токов I1¢*и I1*= X1: . Используя введенную функцию рассогласования токов, запишем дифференциальное уравнение настройки датчика угла положения ротора: (4) где Ta - постоянная времени уравнения настройки датчика угла положения ротора. Используя связь векторов токов I1¢*и I1*, определенную выражением (2), функцию рассогласования векторов I1¢*и I1* запишем в следующем виде: (5) Тогда дифференциальное уравнение (4) примет следующий вид: (6) Из данного уравнения следует, что неподвижной точкой данного уравнения является значение a = 0. Если неподвижная точка a = 0 дифференциального уравнения (4) устойчива, то решение уравнения (3) в реальном времени приведет к настройке датчика угла положения ротора. Исследуем устойчивость решения данного уравнения, полагая, что I1*=X1. Для этого разложим функцию рассогласования векторов I1¢*и I1*, определенную выражением (5), в ряд Маклорена с точностью до первого члена: . Дифференциальное уравнение (6) заменим дифференциальным уравнением Корень характеристического уравнения данного дифференциального уравнения будет всегда отрицательным. Следовательно, неподвижная точка a = 0 дифференциального уравнения (4), согласно теоремам Ляпунова об устойчивости решений дифференциальных уравнений, устойчива. Дифференциальное уравнение (5) имеет решение где a(0) - начальное значение угла положения ротора. Вид функций решения дифференциального уравнения (5) при различных начальных значениях угла настройки положения ротора приведен на рис. 2. Рис. 2. Вид функций решения дифференциального уравнения (4) при различных начальных значениях угла настройки положения ротора Постоянная времени дифференциального уравнения (4) настройки датчика угла положения ротора Ta может быть выбрана достаточно малой. Однако при существенном отличии параметров модели от параметров машины выбор малого значения Ta может привести к потере устойчивости управления реактивной машиной. Таким образом, результаты исследования свидетельствуют о том, что решение дифференциального уравнения настройки датчика угла положения ротора (4) в режиме реального времени позволяет автоматически настраивать датчик положения ротора. Заключение В работе изложена суть метода настройки датчика положения ротора, этот метод позволяет обеспечивать высокую точность настройки в режиме реального времени и поддержание высокой точности регулирования частоты вращения и положения ротора. Получено дифференциальное уравнение настройки датчика угла положения ротора. В ходе исследования установлено, что уравнение является устойчивым. Приведенная модель реактивной машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора позволяет определять ее параметры, благодаря чему возможно отслеживать положение ротора электрической машины во время ее работы. Предложенные алгоритмы настройки датчика положения ротора являются эффективными и обеспечивают необходимую точность получаемой информации об угле поворота ротора для построения систем электродвижения судов.
Список литературы

1. Григорьев А. В. Судовая система электродвижения нового поколения // Морской флот. 2012. № 2. С. 38-40.

2. Васин И. М. Особенности создания гребного автоматизированного электропривода для судов с электродвижением ледового класса // Тр. VIII Междунар. (XIX Всерос.) конф. по автоматизированному электроприводу АЭП-2014. Саранск: Национ. исслед. Мордов. гос. ун-т им. Н. П. Огарёва, 2014. С. 458-462.

3. Мустафа Г. М., Волков С. В., Ершов А. А., Сеннов Ю. М., Минаев Г. М. Преобразователь частоты для гребного электродвигателя // Электротехника. 2014. № 1. С. 46-53.

4. Григорьев М. А., Шишков А. Н., Белоусов Е. В., Сычев Д. А., Меньшенин А. С., Хаятов Е. С. Система импульсно-векторного управления синхронным реактивным электродвигателем с независимым управлением по каналу возбуждения // Научная дискуссия: вопросы технических наук. 2015. № 5-6. С. 110-116.

5. Григорьев А. В., Глеклер Е. А. Перспективная судовая единая электроэнергетическая установка // Эксплуатация морского транспорта. 2008. № 3. С. 68-70.

6. Самосейко В. Ф., Гельвер Ф. А. и др. Синхронные машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора. Методика проектирования. Алгоритмы управления / под ред. Самосейко В. Ф. СПб.: Крылов. гос. науч. центр, 2016. 174 с.

7. Hofmann H. H., Sanders S. R. High-speed synchronous reluctance machine with minimized rotor losses // IEEE Transactions on Industry Applications. 2000. Vol. 36. Iss. 2. Pp. 531-539. DOI:https://doi.org/10.1109/28.833771.

8. Пат. 2603200 Российская Федерация, МПК H 02 K 1/24, H 02 K 37/04. Синхронный электрический двигатель с анизотропной магнитной проводимостью ротора / Хомяк В. А., Самосейко В. Ф., Шарашкин С. В., Гельвер Ф. А.; № 2015140439/07; заявл. 22.09.2015; опубл. 27.11.2016; бюл. № 33.

9. Самосейко В. Ф., Шарашкин С. В. Управление гребным реактивным электродвигателем с анизотропной магнитной проводимостью ротора // Вестн. Гос. ун-та мор. и речн. флота им. адм. С. О. Макарова. 2017. Т. 9. № 2. С. 390-401.

10. Исаков А. С. Синтез алгоритмов управления частотно-регулируемым электроприводом в условиях информационной неопределенности: дис. … канд. техн. наук. СПб., 2009. 140 с.

11. Безгин А. С., Греков Э. Л. Применение инкрементального энкодера как датчика скорости в цифровых системах управления экскаваторного электропривода переменного тока // Науч.-техн. вестн. Поволжья. 2013. № 3. С. 72-76.

12. Anuchin A., Dianov A., Shpak D., Astakhova V., Fedorova K. Speed estimation algorithm with specified bandwidth for incremental position encoder. 17th International Conference on Mechatronics - Mechatronika 2016 (ME) (Prague, Czech Republic, December 7-9, 2016). Prague, 2016. Pp. 1-6.

13. Ichikawa S., Zhiqian Ch., Tomita M., Doki S., Okuma S. Sensorlesscontrol of an interior permanent magnet synchronous motor on the rotating coordinate using an extended electromotive force. Industrial Electronics Society, 2001. IECON '01. The 27th Annual Conference of the IEEE (Denver, CO, 2001). Denver, 2001. Vol. 3. Pp. 1667-1672.

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 3.0 Unported

© "Редакция научных журналов"
Поддержка Powered by Editorum,  Инструкции
Войти или Создать
* Забыли пароль?