Учебное пособие 800617

УДК 621.313.292

В.В. Бабенко, И.С. Федосова, Г.А. Пархоменко

ИМПУЛЬСНЫЙ ИНВЕРТОР БЕСКОНТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГОТОКА

Рассматривается особенность построения импульсного инвертора на базе интеллектуальных силовых модулей для бесконтактного двигателя постоянного тока

Силовой трехфазный импульсный инвертор бесконтактного двигателя постоянного тока (БДПТ) состоит из шести ключей [1]. Каждая обмотка исполнительного синхронного двигателя поочередно подключается через управляемые ключи к положительному или отрицательному выводам выпрямителя.

Ввыходных каскадах инвертора в качестве ключей используют силовые IGBT-транзисторы (биполярный транзистор с изолированным затвором). По сравнению с тиристорами они обеспечивают более высокую частоту переключения, что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями.

Врезультате изучения литературных источников нами установлено, что вместо импульсного инвертора целесообразно использовать интеллектуальные силовые модули. Это гибридный модуль, обозначаемый как интеллектуальный силовой модуль (IPM), который содержит скоростные IGBT-транзисторы.

IGBT-транзисторыв гибридном модуле соединены в определенную конфигурацию, которые имеют свою схему управления, оптимизированную по характеристикам управления затвора для данных транзисторов, а так же схему защиты от перегрузок и схему индикации состояния.

Для обеспечения надежной работы модуля схема защиты IPM анализирует режимы перегрузки по току, короткого замыкания нагрузки, пробоя, перегрев и падение напряжения управления. Она определяет так же превышения напряжения насыщения, падения напряжения питания (контроль питания и падение напряжения управления) и температуру кристалла (датчик перегрева). В модуле может быть встроенный ограничитель для защиты от импульсных перенапряжений.

31

Вслучае перегрева модуля датчик температуры, установленный на основании модуля, формирует сигнал неисправности, и схема управления отключает силовые транзисторы. Отключаются обычно транзисторы нижнего уровня. Повторное включение произойдет только после охлаждения модуля до порога включения.

ВIPM используются IGBT транзисторы со встроенным датчиком тока. В последних разработках IPMсхемы управления различают два пороговых значения тока - перегрузкии короткого замыкания, по которому происходит отключение. Ток перегрузки, это - то пороговое значение, с которого начинается анализ неисправности и формируется контрольный сигнал.

После возникновения состояния перегрузки напряжение на затворе снижается, а это приводит к уменьшению тока коллектора. Затем, если состояние перегрузки не прекращается, через 5 – 10 мкс напряжение на затворе снижается до нуля.

ВIPM используется непрерывный мониторинг тока каждого силового ключа и общего тока потребления. Это необходимо для определения всех видов токовых перегрузок, включая пробой на корпус. Снижение напряжения на затворе транзистора происходит

вописанной выше последовательности для уменьшения уровня переходных перенапряжений.

Для уменьшения времени задержки между моментом обнаружения состояния короткого замыкания и моментом отключения в современных IPM используется так называемая схема контроля тока в реальном времени. Это устройство работает параллельно драйверу, минуя все стадии его работы в режиме короткого замыкания и снижая время обработки сигнала до 100 нс.

Литература

1. Пархоменко Г.А. Исследование характеристик бесщеточных электродвигателей постоянного тока//Энергия – XXI №2(90) 2015. с.7183.

Воронежский государственный технический университет

32

УДК 621.313

В.В. Кравченко, Р.О. Нюхин

АНАЛИЗ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЛИНЕЙНОГО СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Произведен расчет обмоточных данных и распределения силовых линий поля в магнитной системе линейного электродвигателя

Рис. 1. Магнитная система линейного двигателя

Параметры магнитной системы: Внутренний диаметр катушки d1=19 мм Внешний диаметр катушки d2=35 мм Плотность тока в проводниках J=6000000А/м2 Ширина вставки 6 мм Длина магнита 14 мм Диаметр магнита 16 мм

Коэрцитивная материала магнита Hc=860000 А*м Относительная магнитная проницаемость магнита μ=1,13 Полученная результирующая сила в результате моделирования составляет F=28,77Н

Полный ток в катушке составляет I=480А Средний радиус витка найдем как

Магнитный поток приведенный к радиусу витка найдем

Выбор ближайшего стандартного провода (q dм dиз).

Расчет возможности изготовления обмотки в заданных габаритах

заполнения изолированным проводом)

34

Расчет обмоточных данных на основе численного расчета методом конечных элементов.

35

Исходя из условия выполнимости возможно выполнить машину в данном габарите соответствующую требованию технического задания.

Рис. 2. Распределение силовых линий поля в магнитной системе линейного двигателя.

Рис. 3. Схема соединения катушек фазных обмоток линейного синхронного электродвигателя

Воронежский государственный технический университет

36

УДК 621.313.292

Д.П. Киселёв, А.В. Романов, О.А. Киселёва

ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ НАСТРОЙКА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ БЕСКОНТАКТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Рассматриваются вопросы параметрической настройки регуляторов скорости систем управления бесконтактным двигателем постоянного тока при отработке возмущающих воздействий

Исследование систем управления бесконтактным двигателем постоянного тока (БДПТ) является важной задачей при разработке электроприводов. Электромеханические системы, созданные на базе БДПТ, в настоящее время наиболее перспективные, особенно в диапазоне малых и средних мощностей. Исполнительный элемент такого электропривода – синхронный двигатель с постоянными магнитами, прост по конструкции, не имеет потерь на возбуждение и обладает высокой стабильностью частоты вращения ротора. Разработанные математические модели систем управления БДПТ с различными регуляторами скорости позволили исследовать поведение системы, как при структурной, так и при параметрической настройки параметров [1, 2].

На рис.1 приведены переходные процессы системы управления БДПТ с различными структурами регуляторов при ступенчатом подключении нагрузки, а на рис.2 при отключении нагрузки.

Рис.1. Переходные процессы при ступенчатом подключении нагрузки

37

Рис.2. Переходные процессы при ступенчатом отключении нагрузки

При исследовании рассматривались ситуации, когда структура регулятора скорости могла обеспечивать преобразование ошибки в управляющие сигналы по пропорциональному, а затем пропорционально-интегральному закону и преобразование пропорционального закона в пропорционально-интегрально- дифференциальный. Как видно из характеристик, приведенных на рисунках, качество отработки возмущающих воздействий зависит не только от структуры регуляторов, но и от их параметров.

Литература

1.Романов А.В. Влияние нулевых векторов на управляющую функцию бесконтактного двигателя постоянного тока/А.В. Романов, О.А. Киселева, Д.П. Киселёв// Энергия – ХХ1 век. Научно-практический вестник.2015. №2 (90) –с.108-113.

2.Киселёва О.А. Математическая модель системы управления бесконтактным двигателем постоянного тока/ О.А. Киселёва, А.В. Романов, Д.П. Киселёв// Моделирование, оптимизация и информационные технологии.-2015.- №1(8)

Воронежский государственный технический университет

38

УДК 621.313.292

Д.П. Киселёв, И.С. Федосова, О.А. Киселёва

МОДИФИКАЦИЯ НАБЛЮДАТЕЛЕЙ СОСТОЯНИЙ В БЕСКОНТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Рассматривается влияние модификаций наблюдателей состояний на системы управления бесконтактным двигателем постоянного тока

В электроприводе с бесконтактным двигателем постоянного тока (БДПТ) исполнительным элементом чаще всего является синхронный электродвигатель с постоянными магнитами, а система управления строится на принципе частотного регулирования с самосинхронизацией, которая обеспечивается путем управления вектором магнитного поля статора в зависимости от положения его ротора [1,2].

Для определения положения ротора в пространстве относительно обмоток статора необходимы датчики непосредственного или косвенного измерения. Использование электромеханических датчиков увеличивает габариты и снижает надежность всего электропривода. Применение косвенного измерения не дает полной информации о выходных координатах. Для восстановления выходных координат с помощью наблюдателя состояний электромеханические свойства БДПТ можно описать уравнениями электродинамики

где R — сопротивление статора;

, - электрические токи статора в проекциях и ;

, - разности потенциалов в проекциях и ;

, - ЭДС, в проекциях и ; L - индуктивность обмоток статора.

Применять наблюдатели состояний в системах управления БДПТ можно различных модификаций. В данном случае

39

рассматривалось две модификации. На рисунке приведены графики, полученные при восстановлении координат угла положения ротора.

Графики угла положения ротора, полученные по различным модификациям наблюдателя состояния в цепи обратной связи

Как видно из графиков, координаты угла положения ротора можно получить без использования электромеханических датчиков положения, но это связано с необходимостью получения более точной информации о параметрах исполнительного элемента.

Литература

1.Киселёва О.А. Моделирование наблюдателя состояния в электромеханической системе на базе бесконтактного двигателя постоянного тока/ О.А. Киселёва, Д.П. Киселёв // Моделирование, оптимизация и информационные технологии.- Научный журнал 2014.- №3(6) - с.4-6.

2. Киселёв Д.П. Формирование управляющих импульсов бесконтактного двигателя постоянного тока в пусковом режиме/ Д.П.Киселёв, И.С. Федосова, О.А.Киселёва// Моделирование, оптимизация и информационные технологии. Научный журнал №4(11) – 2015, 5с. http://moit.vivt.ru/

Воронежский государственный технический университет

40