Состояния синхронного двигателя с постоянным возбуждением

В плане расширения области применяемых методов представляет интерес моделирование вентильного двигателя [46]. Распространённой модификацией такого двигателя является «синхронный двигатель с постоянными магнитами» (СДПМ). Его функциональная схема на рис. 2.28 содержит: АИН — инвертор (автономный инвертор напряжения); СДПМ — электромеханический преобразователь (двигатель); BR — датчик положения ротора; СУ—система управления инвертором. Ротор представляет постоянный магнит.

Рис. 2.28. Функциональная схема вентильного двигателя

При идеальном функционировании схемы «BR-СУ-АИН» на зажимах статора двигателя формируются трёхфазные синусоидальные напряжения U_xs с амплитудой E_s.max, пропорциональной заданной частоте вращения ω_rz и фазой, соответствующей углу поворота ротора θ_r

, (2.49)

где . Потокосцепление контура намагничивания Ψ_f можно рассчитать по паспортными данными двигателя – максимальной ЭДС E_max при максимальной частоте вращения n_max:

. (2.50)

При выводе уравнений цепи статора не имеет прямого смысла применение координатных преобразований, так как при последующем моделировании внешних цепей инвертора с отработкой переключений вентилей в процессе учёта поворота ротора потребуется лишний раз осуществлять переход к непреобразованным величинам в каждый рассчитываемый момент времени. Переход к преобразованным величинам оказывается необходим при моделировании процесса функционирования системы управления, в которой используются координатные преобразования. Для их осуществления несложно применить матрицы поворота статора (2.21).

Уравнения вентильного двигателя в относительных единицах из [46], выведенные для случая соединения обмоток статора в звезду, предусматривают представление электрического равновесия ЭДС вращения E_abc и падений напряжения в фазах обмотки статора относительно напряжений внешнего источника питания U_x на её зажимах

. (2.51)

где (2.52)

электромагнитный момент вычисляется как сумма мгновенных значений моментов по фазам

(2.53)

Угол φ_С представляет сдвиг вращающегося поля статора относительно поля ротора. Его можно использовать для учёта конструктивных особенностей двигателя. Подпрограмма расчёта правых частей (2.51), предусматривающая имитацию функционирования системы управления по ограничению броска пускового тока плавным нарастанием ЭДС питающей сети, представлена на рис. 2.29.

Известен двигатель 6ДВМ215S35Е производства ОАО ЧЭАЗ с двумя парами полюсов на фазу статора, номинальным моментом 35 Н·м при номинальном токе статора 33,6 А, с ЭДС ротора 250 В при максимальной частоте вращения 3000 об/мин, имеющий эквивалентные индуктивность и активное сопротивления статора L_S=0.0029 Гн, R_S=0.46_Ом, момент инерции J=0.022 кг·м². Полученная расчётная диаграмма пусковых токов и частоты вращения ротора для этого двигателя (рис.2.30) согласуется с экспериментальными данными.

%Вентильный двигатель

% Расчёт правых частей при синусоидальном потоке

% с плавным нарастанием синусоидального напряжения статора

function F=fct_Vent_sin_aper(t, Y)

globalU_maxPsi_f L_h1 R_h J M_C omega del M p_pT_aper

fi=Y(4);

omega=Y(3)/p_p;

U_s=U_max*(1-exp(-t/T_aper))*[sin(fi);sin(fi-del);sin(fi+del)];

U_sh=[U_s(1)-U_s(2);U_s(3)-U_s(2)];

C_f=Psi_f*[sin(fi);sin(fi-del);sin(fi+del)];

E_fh=omega*[C_f(1)-C_f(2);C_f(3)-C_f(2)];

I_s=[-Y(1);Y(1)+Y(2);-Y(2)];

M=p_p*(C_f(1)*Y(1)+C_f(2)*(-Y(1)-Y(2))+C_f(3)*Y(2));

F=[L_h1*(U_sh-R_h*[Y(1);Y(2)]-E_fh); (M-M_C)/J;omega];

Рис. 2.29. Файл-функция вычисления правых частей уравнения