автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Энергосберегающий вентильно-индукторный привод

РГ§ "ОД

На правах рукописи

а V!

-■гО

СМЕХНОВ Антон Михайлович

УДК 62-83:621.313

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫЙ ПРИВОД

Специальность 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новоуральск 2000

Работа выполнена в Новоуральском политехническом институте Московского государственного инженерно-физического института (технического уни-) t i > верситета). ■ ; > :

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Р.Т. Шрейнер. Научный консультант: кандидат технических наук, доцент A.A. Ефимов.

Официальные оппоненты:

д.т.н., профессор A.C. Коновалов, к.т.н., доцент Ю.А. Голландцев

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт малых электрических машин (ВНИИ МОМ)

Защита диссертации состоится 19 декабря 2000 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета К.063.21.01 в Санкт-Петербургском государственном университете аэрокосмического приборостроения, по адресу 190000, г. С-Петербург, ул. Б. Морская, 67.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «15» октября 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета:

/ к.т.11., доцент Б.А. Марков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. За последнее десятилетие значительное развитие получили исследования и разработки в области вентильно-индукторных приводов (ВИП), о чем можно судить по большому числу публикаций и докладов. Исследования, проведенные в этом направлении, на сегодняшний день, подтвердили и показали высокую эффективность и надежность приводов на основе вен-тильно-индукторной машины. Были предложены и рассмотрены математические модели вентильно-индукторного двигателя (ВИД), разработаны алгоритмы управления и проектирования ВИП. Синтезированы способы бездатчикового управления. Были проанализированы причины возникновения акустического шума при работе ВИП и разработаны способы управления, обеспечивающие их улучшение.

Однако не- было разработано законченное описание ВИД и коммутатора как единого электромеханотронного преобразователя. Не оценено влияние активного сопротивления фазных обмоток на точность управления в бездачиковых схемах и не предложены методы его коррекции. Недостаточно полно рассмотрены вопросы энергосбережения как с позиций выбора рациональных силовых схем обратимых полупроводниковых преобразователей, так и с позиций алгоритмов управления ими.

Таким образом разработка энергосберегающего вентильно-индукторного привода является актуальной задачей.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является решение научно-технической задачи разработки энергосберегающего ВИП с улучшенной электромагнитной совместимостью с питающей сетью, без использования датчика положения ротора на валу для работы в широких диапазонах изменения скорости вращения и нагрузок.

Для достижения поставленной цели в работе были исследованы и решены следующие задачи:

• разработка математического описания вентильно-индукторного привода как единого электромеханотронного преобразователя, обеспечивающего достаточную точность моделирования при расчете в реальном времени;

• разработка алгоритма определения углового положения ротора без использования датчика на валу двигателя, позволяющего гибко изменять углы включения и отключения фазы для оптимизации работы привода в широком диапазоне скоростей вращения;

• разработка метода адаптивной коррекции параметров математической модели вентильно-индукторного привода, обеспечивающих компенсацию температурной зависимости активного сопротивления фазных обмоток;

• синтез системы управления вентильно-индукторного привода с питанием от сети постоянного тока, обеспечивающей работу в двигательном и генераторном режимах, без использования датчика положения ротора в широком диапазоне скоростей вращения;

• разработка модели активного выпрямителя напряжения для обеспечения улучшенной электромагнитной совместимости вентильно-индукторного привода с питающей сетью; синтез алгоритма управления силовыми ключами, обеспечивающего поддержание заданного уровня постоянного на' пряжения на выходе выпрямителя, потребление из сети синусоидальных токов, регулирование коэффициента мощности по входу выпрямителя и двусторонний обмен энергии с питающей сетью;

• разработка программного комплекса для моделирования вентильно-индукторного привода и проведение исследований работы привода в различных режимах;

• разработка опытного образца вентильно-индукторного привода без использования датчика положения ротора на валу двигателя; экспериментальные исследования и сопоставление с теоретическими результатами.

Методы исследований. При решении поставленных в диссертационной работе задач использованы положения теории автоматизированного электропривода, электрических машин, полупроводниковой преобразовательной техники и теории автоматического управления.

Предлагаемые в диссертационной работе выводы основаны на математическом моделировании и теоретических и экспериментальных исследованиях. Обоснованность и достоверность результатов подтверждается сопоставлением результатов моделирования и теоретических выводов с результатами испытаний опытного образца установки.

На защиту выносятся:

1. математическое описание вентильно-индукторного двигателя и коммутатора, как единого электромеханотронного преобразователя (ЭМТП), включающее в себя расчет фазного напряжения на основе рассмотрения режимов работы фазы; результаты моделирования;

2. метод определения положения ротора вентильно-индукторного двигателя по измеряемым фазным токам и напряжению питания;

3. метод адаптивной коррекции величины активного сопротивления фаз в модели вентильно-индукторного привода;

4. математическая модель активного выпрямителя напряжения, результаты численного моделирования и экспериментального исследования;

5. замкнутая система автоматического регулирования вентильно-индукторного привода, обеспечивающая работу привода в двигательном и генераторном режимах;

6. программный комплекс для моделирования работы вентильно-индукторного привода и активного выпрямителя напряжения, как раздельно, так и в единой системе, что позволяет проводить исследования различных режимов работы привода (двигательного, генераторного, аварийного).

Научная новизна. К новым результатам, полученным в диссертационной работе, можно отнести:

1. алгоритм определения положения ротора вентильно-индукторного двигателя по измеряемым фазным токам и напряжению питания с определением углового положения совокупно по данным от нескольких фаз ВИД;

2. метод адаптивной коррекции величины активного сопротивления фаз в модели вентильио-индукторной машины;

3. модель активного выпрямителя напряжения с координатным подходом к построению коммутационных функций силовых ключей;

4. математическая модель электромеханотронного вентильно-индукторного преобразователя с обобщенным описанием функции формирования фазных напряжений на основе рассмотрения режимов работы фаз;

5. структура системы управления вентильно-индукторного привода с комбинированным способом управления скоростью, без использования датчика положения на валу двигателя и адаптивной коррекцией параметров модели.

Практическая ценность. Разработанный алгоритм определения положения ротора по измеряемым фазным токам и напряжению питания позволяет исключить из схемы вентильно-индукторного привода сложный и ненадежный элемент - датчик положения ротора, без добавления каких бы то ни было новых аппаратных средств. Алгоритм обеспечивает определение углового положения ротора вентильно-индукторного двигателя на всем интервале работы фаз, что позволяет регулировать скорость вращения ротора в широких пределах.

Метод адаптивной коррекции позволяет адаптивно подстраивать величину активного сопротивления фазных обмоток в модели, компенсируя его изменение под воздействием температуры.

Блок распределения общего задания на момент каждой фазы, позволяющий обеспечить более плавную коммутацию фаз вентильно-индукторного двигателя, чем при их раздельной работе.

Разработанный активный выпрямитель напряжения с системой управления может применяться в различных системах электропитания для согласования нагрузки с питающей сетью. Это позволит практически полностью исключить протекание реактивных токов в питающей сети, т.е. повысить эффективность энергопотребления.

Разработанный программный комплекс позволяет проводить исследования вентильно-индукторного привода и активного выпрямителя напряжения в различных режимах работы.

Реализация результатов. Разработанный опытный образец активного выпрямителя напряжения и программа, моделирующая его работу, используются, в НПО «Поиск-93» в рамках совместных работ с НИЦ «ЭЛСИЭЛ» ВЭИ при проведения НИР и ОКР по теме «Разработка транзисторного преобразователя частоты для питания гистерезисных двигателей основного технологического оборудования УИб производства». Программный комплекс моделирования вентильно-

индукторного привода с питанием от активного выпрямителя напряжения используется в учебном процессе Новоуральского политехнического института МИФИ в курсе «Элементы и устройства систем автоматики».

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на: II XI НТК «Электроприводы переменного тока» 24-26 февраля 1998г. в г. Екатеринбурге; Международной (XIII Всероссийской) НТК 23-25 сентября 1998 г. в г. Ульяновске; II Межвузовской отраслевой НТК "Автоматизация и прогрессивные технологии" 27 сентября - 1 октября 1999 г. в г. Новоуральске; Межотраслевой НПК «Снежинск и наука», 29 мая - 2 июня 2000 г. в г. Снежинске; V Международной НТК «Актуальные проблемы электронного приборостроения» 26-29 сентября 2000 г. в г. Новосибирске; заседаниях кафедры «Автоматизации управления» НПИ МИФИ. В полном объеме результаты диссертационной работы докладывались на объединенном заседании кафедр «Автоматизации управления» и «Промышленная электроника» НПИ МИФИ, а также в Санкт-Петербургском государственном университете аэрокосмического приборостроения на кафедре №32.

По методу определения положения ротора вентильно-индукторного двигателя подана заявка на патент на «Способ определения положения ротора в машинах с двойной зучатостью» №2000105854/09(006086) (авторы: A.M. Смехнов, Р.Т. Шрейнер, A.A. Ефимов), которая рассматривается в настоящий момент в ФИПС.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ. Из них 1 работа представлена на зарубежной конференции (ЕРЕ-99), 5 на международных.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы содержащего 90 источников и приложения, в котором представлены акты внедрения результатов работы. Общий объем работы составляет 98 страниц, в том числе 30 рисунков, список литературы и приложения на 12 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика проблемы создания энергосберегающих приводов, обоснована актуальность работы по созданию энергосберегающих ВИП, обозначены направления исследований.

В первой главе дается описание конструкции и принципа действия вентильно-индукторного привода. Проводится сравнение различных математических моделей вентильно-индукторных двигателей (ВИД). Рассматриваются методы управления без использования датчика углового положения ротора. Анализируются схемы коммутаторов ВИД. Формулируются цели и задачи исследований.

Из сравнения различных моделей выбрана модель реальной насыщенной машины, оптимально сочетающей в себе такие характеристики, как точность описания и простоту. Выявляется потребность в разработке единого описания электромеханотронного вентильно-индукторного преобразователя. Анализ имеющихся методов управления вентилыю-индукторным приводом без датчика положения ротора, показал сложность их использования в при изменении скоро-

сти вращения ротора в широком диапазоне, т.к. они ис обеспечивают простого способа изменения моментов коммутации фаз. Был сделан вывод о необходимости разработки метода бездатчикового управления, удовлетворяющего указанному требованию и разработке способов адаптивной коррекции параметров модели вентильно-индукторного привода. Была поставлена задача разработки активного выпрямителя напряжения и синтеза соответствующей системы управления для обеспечения улучшенной электромагнитной совместимости ВИГТ с питающей сетью.

На основе проведения анализа текущего состояния теории вентильно-индукторного привода формулируются цели и задачи исследования.

Во второй главе рассматривается математическое описание вентильно-индукторного привода. Описывается алгоритм определения положения ротора по фазным токам и напряжению питания. Приводится методика адаптивной коррекции параметров модели вентильно-индукторного привода. Приводятся результаты моделирования.

В основу построения математической модели вентильно-индукторного привода взята модель реальной насыщенной машины. Модель учитывает общее насыщение магнитной системы и локальное насыщение зубцов. Не учитывается влияние динамических процессов на форму кривых намагничивания, не учитывается взаимное влияние фаз, ключи коммутаторы считаются идеальными. Реальная зависимость магнитной проводимости воздушного зазора от угла между зубцами ротора и статора линейно аппроксимируется на участке изменения угла от Д0 = 0, до Ав = 02п вводят участки нечувствительности в области близкой к полному перекрытию {во-0])<А9<(9о + в,) и полному рассогласованию (Дв < -в2 или Ав > +02) зубцов (рис. 1). Кривые намагничивания в координатах потокосцепление-ток аппроксимируются двумя прямыми. Одна на участке с фазным током меньше тока насыщения /ф</„ас, другая на участке насыщения при токе фазы, большем тока насыщения Ц>/нас. При этом считается, что насыщение наступает при одном и том же значении тока /„ас. Наклон прямой на участке насыщения принимается равным наклону прямой намапшчивания при минимальной магнитной проводимости А-Л,п;п. Схема замещения одной фазы ВИД была представлена как элемент с нелинейной индуктивностью и активным сопротивлением.

Питание фазных обмоток ВИД может осуществляться коммутаторами различных конструкций. Для построения единой модели ВИП, было использовано не описание конкретных схем коммутаторов, а описание режимов работы фаз: потребление энергии от источника питания (режим «+»), возврат энергии в конденсатор фильтра (режим «-») и замыкание фазы накоротко (режим «О»). При этом алгоритм формирования фазного напряжения описывается следующей функцией:

иФгЛ/и~/2Ги, (1)

где/!; и/2/ коэффициенты определяемые по режиму работы/-Й фазы.

Режим «+»: /¡у=1,/2=0.

Режим «-»: /¡/=1. Режим «О»: /|/=0,/2/=0.

Рмс. 1. Зависимость магнитной проводимости воздушного зазора от угла между зубцами ротора и статора _ _ _» _ реальная кривая, «-» - аппроксимация

пЛ»)- -

Рис. 2. Кривые намагничивания в 47 - координатах

«— - — -»-реальная кривая, «-» - аппроксимация

1

-Т *) г

Рис. 5. Схема замещения трехфазного ВИП и - напряжение питания, /ф - ток фазы, суммарный ток потребления

С учетом выше изложенного модель ВИД-коммутатор, как единого элек-тромеханотронного преобразователя, описывается системой уравнений (1)-<12):

Л

ао

--О)

Л

(¡1о М - М с

при

хф.I

+ при или ^„>+4^;

" W

^ иау~1 ,шслч -Я/,

^-(А 01-92)-

01-в1

1+(д£?,+02)

? - я.

1пах пнп

при Д01 > Ог или < -Ог; при

при -02 <&в] <-£>,;

при -б», <Д#;

(5)

(6)

(7)

(8)

Момент, развиваемый одной фазой, определяется, как частная производная магнитной энергии по углу положения ротора при постоянстве магнитного потока. После преобразований получено:

М,=

Ф)

М,

~дв'

при ~Хас,<\,<+Ч>„аЛ

эяу 80

(9)

при или

ф] ' нас/

при &01 >+6>2,илиД0, <-02,пт-в1 <А0] <4$,;

л <дЛ <6> вг-вх 1 ' 2 Дт1ах Дтпп

(10)

При-Й; <Ь.в1 <~0Г

Соответственно общий электромагнитный момент, развиваемый ВИД, будет определяться суммой моментов от каждой фазы с учетом знаков:

(и)

Аналогично суммарный ток потребления ВИД:

О

При выборе в качестве схемы коммутатора ВИД схемы несимметричного полумоста (рис. 3) правило формирования коэффициентов Д и через функции управления ключами К^ и Кр будет следующим: при Кл=1 иКп=1;

/.у

0 при Кд = 0 или = 0;

1 при Кп = 0 и Кп = 0;

л -1 =1;

0 при К,

где функции управления ключами и принимают значение 1 при замыкании соответствующего ключа, и 0 при размыкании.

Структурная схема модели ВИП соответствующая уравнениям (3 )-( 12) приведена на рис. 4.

Рис. 4. Структурная схема модели вентильно-индукторного привода

Одним из сложных и ненадежных элементов системы управления ВИП является датчик положения ротора. Для исключения этого элемента из схемы необходимо установить зависимость между электрическими параметрами фаз двигателя и угловым положением ротора. На интервале линейного изменения проводимости в\<Ь.9<9г по измеренному напряжение питания и и току фазы , из уравнений находится модели магнитная проводимость воздушного зазора между зубцами полюса статора и зубцами ротора ^ ( 6 ) и ( 7 ). По известной магнитной проводимости воздушного зазора Яj и аппроксимации ее зависимости от угла между зубцами ротора и зубцами7-й фазы статора определяется модуль угла положения зубцов ротора по отношению к зубцам статора ( 8 ):

шах ^тм

Для определения знака угла между зубцами ротора и зубцами у'-й фазы статора из выражения ( 8 ) данных одной фазы недостаточно, т.к. магнитная проводимость Я,- одинакова при +|Л#| и -|Л#|. На рис. 5 изображены временные диаграммы фазных токов ВИД. В области включения и отключения фаз наблюдается перекрытие интервалов протекания фазного тока. Сравнивая значения магнитной проводимости по двум фазам, однозначно определяется знак угла между зубцами ротора и зубцами _/-й фазы статора. Для случая работы только одной фазы знак угла сохраняется по предыдущему значению. Зная угол между зубцами ротора и зубцами/-й фазы статора Д6}, исходя из геометрии двигателя, рассчитаем абсолютное угловое положение ротора 6\ по отношению к началу отсчета. Проведя такой расчет для всех фаз, в которых присутствует ток (обычно это одна или две фазы), имеем несколько достаточно близких значений углового положения ротора 6). Для получения окончательного значения абсолютного положения ротора используется следующее выражение:

9=кгех + к2-в1+...+ кп-9т (14)

где п - количество фаз, § - угловое положение ротора определенное по данным от_/-й фазы, ^ - весовые коэффициенты. Введение весовых коэффициентов обеспечило унифицированный подход к определению абсолютного положения ротора, что создало предпосылки для разработки оптимального алгоритма с минимальным числом ветвлений. Для фаз, в которых ток отсутствует, а также, для работающих вне области линейной аппроксимации магнитной проводимости Я,<Ят-,„ или Хр>Хтгх% весовые коэффициенты приравниваются нулю.

На точность определения углового положения ротора по разработанному алгоритму будет оказывать влияние изменение активного сопротивления фазных обмоток от температуры. С целью компенсации этого влияния были разработаны два метода адаптивной коррекции активного сопротивления фазных обмоток.

Первый метод основан на фиксации момента начала перекрытия зубцов статора и ротора. В начальный момент перекрытия зубцов статора и ротора происходит резкое изменение состояния магнитной системы, которое можно зафиксировать по изменению тока и потокосцепления фазы. Исходя из геометрии машины, при известном относительном положении зубцов фазы статора и ротора можно точно определить угловое положение ротора, и по кривым аппроксимации найти потокосцепление. Из сравнения полученного значения потокосцепле-

ния с текущим расчетным качественно определяется соотношение между активным сопротивлением фазной обмотки в модели и ее реальным значением. Соответственно, увеличивая или уменьшая значение активного сопротивления в модели на малую величину, частично компенсируется это расхождение. Реализация этого метода в реальной системе потребует ощутимых затрат на решение. Другим недостатком этого метода является зависимость от способа управления - на момент начала перекрытия зубцов в фазе должен присутствовать ток.

Второй метод основан на анализе величины потока в фазе на момент пре-

Рис. 6. Изменение потокосцепления в фазе ВИД при различии реального активного сопротивления фазы и его значения в модели

Если значение потокосцепления на момент прекращения протекания фазного тока имеет отрицательное значение ( 3 ), значит реальная величина активного сопротивления фазных обмоток двигателя меньше, чем в модели. И наоборот больше, если потокосцепления положительно. Соответственно увеличив или уменьшая значение активного сопротивления в модели на малую величину, частично компенсируется это расхождение. Т.к. нагрев обмоток это медленный процесс, то для компенсации его действия достаточно медленного регулятора. Поэтому для повышения точности и помехозащищенности этого метода на практике в качестве единичного шага изменения активного сопротивления была выбрана наименьшая возможная величина, определяемая разрядностью арифметико-логического устройства системы управления.

Этот метод по сравнению с первым имеет более простую реализацию и не ограничен способом управления, поэтому он и был выбран на этапе реального макетирования. Тем не менее, первый метод предоставляет в распоряжение разработчика дополнительную информацию, которая может быть использована для подстройки другого параметра модели, например тока насыщения /тс. Полученное значение активного сопротивления, можно использовать для температурного контроля обмоток двигателя.

В третьей главе проводится выбор критериев оптимизации работы вен-тильно-ипдукторного привода и синтез системы управления. Приводятся результаты моделирования.

Рабочий цикл фаз ВИД можно разделить на три интервала: интервал включения фазы, рабочий интервал, интервал торможения. Интервал включения начинается в момент подключения фазы к источнику питания в рассогласованном состоянии зубцов фазы статора и ротора. Интервал включения служит для подготовки фазы к рабочему интервалу. Рабочий интервал начинается с момента

начала перекрытия зубцов фазы статора и ротора и заканчивается при их полном согласовании. Интервал торможения начинается с момента полного согласования зубцов фазы статора и ротора и продолжается до полного прекращения протекания тока в фазной обмотке. Критерием оценки эффективности работы фазы выбрана эффективность преобразования электрической энергии в магнитную, а затем магнитной в механическую. Возможности минимизации электрических потерь за счет изменения формы фазного тока на рабочем интервале достаточно подробно рассмотрены другими исследователями. Поэтому детально были проанализированы интервалы включения и торможения, на которых не создается положительный электромагнитный момент. Интервал включения служит для формирования фазного тока такой величины, который создаст на рабочем интервале момент заданной величины М'г Из уравнения (9) получим:

I раб ~

М„ 1

\у2 дЯ/ /89

+ при М*л > М]

о Я/ „ 2

приМ, <= Мнвс;

(15)

нас *

• (17)

УЛ/ /дв

ч 1 г, дЛ

где М = — -[1 •н')--.

2 К иас ' дв

На интервале включения магнитная проводимость воздушного зазора не изменяется и равна Л„т. Закон изменения тока описывается уравнением: 1 и ■ I

Л*, о К, Минимально необходимое время для достижения током значения 1ра6 равно:

и

Считая, что на интервале включения скорость вращения ротора изменяется незначительно, получено следующее значение для угла включения фазы, обеспечивающее подготовку фазы к рабочему интервалу с наименьшими электрическими потерями:

0т=01+¡раб-а, (18)

где (о— скорость вращения ротора. Верхняя граница для угла включения определяется средним положением зубцов ротора между крайними зубцами соседних фаз статора:

вт тм = —, где 2\ - число зубцов статора. (19)

Угол отключения фазы необходимо выбирать из условия прекращения протекания тока в фазе в момент А&=+в\. При невозможности формирования двигательного момента заданной величины, угол отключения необходимо уменьшать, но не меньше-ф (при аР-0).

В генераторном режиме работы ВИП углы включения и отключения фаз должны быть изменены. Проведя анализ аналогичный тому, что был использован для двигательного режима, для генераторного режима получено следующее значение угла включения, обеспечивающее подготовку фазы к интервалу торможения за наименьшее время:

векл.хи~9\ - ¡рабгсн ■ (0, ( 20 )

Г 3 2

^ раб тзх ^

где = и-• (21)

Угол отключения необходимо выбирать из условия прекращения протекания фазного тока до момента начала перекрытия зубцов ротора с зубцами следующей фазы статора. При невозможности формирования тормозящего момента заданной величины, угол отключения необходимо увеличивать, но не больше чем +ву (при <у>0). Разработанный алгоритм определения углов включения использован в системе управления ВИП.

Управление ВИП можно осуществлять двумя способами: регулированием фазных напряжений и регулированием углов включения и отключения фаз. Была синтезирована система автоматического регулирования, использующая комбинированный подход к управлению.

Регулирование фазного напряжения осуществляется путем реализации алгоритмов двуполярной ШИМ с нулевым уровнем. Управляющие сигналы на ключи коммутатора поступают с выхода замкнутой САР (рис. 7). В ее состав входят: регулятор скорости (РС), формирующий задание на требуемый суммарный электромагнитный момент (М'л), блок распределения задания на момент (РЗМ), формирующий задание на электромагнитный момент каждой фазы (Л/^), регуляторы электромагнитных моментов каждой фазы (РМ). Сигналы обратных связей для САР поступают с модели ВИП, параметры которой адаптивно подстраиваются блоком коррекции (БК).

Описанная САР без регуляторов углов включения позволяет на низких скоростях вращения сформировать в фазе токовую волну (массив значений тока, соответствующий определенным угловым положениям зубцов) оптимальной формы (рис. 8). Синтезированный регулятор углов включения и отключения (Р в) при увеличении скорости вращения или момента нагрузки расширяет рабочий интервал фазы, приближая форму токовой волны к оптимальной. При работе на малых скоростях и малой нагрузке регулятор углов не оказывает значительного воздействия на регулирование, управление осуществляется только за счет регулирования фазного напряжения. По результатам сравнения качества процессов управления и сложности реализации для нескольких типов регуляторов электромагнитного момента фазы был выбран релейный регулятор.

Рис. 7. Структурная модель САР вентильно-индукторного привода с питанием от сети постоянного тока

Рис. 8. Форма токовых волн формируемых САР вентильно-индукторного привода при отсутствии регулятора углов включения и отключения а) на низкой скорости вращения и малой нагрузке, б) на высокой скорости вращения и большой нагрузке

В четвертой главе рассматриваются вопросы согласования вентильно-индукторного привода с питающей сетью переменного тока. Разработана модель активного выпрямителя напряжения. Проводится синтез системы автоматического управления активным выпрямителем, обеспечивающей согласование нагрузки с питающей сеггью (управление коэффициентом мощности по входу выпрямителя, обеспечение режима рекуперации, поддержание заданного уровня напряжения на выходе). Проводится синтез замкнутой системы автоматического регулирования вентильно-индукторного привода. Приводятся результаты моделирования.

Обеспечения улучшенной электромагнитной совместимости вентильно-индукторного привода с питающей сетью можно добиться, использовав, вместо управляемого выпрямителя с импульсно-фазовым управлением активный выпрямитель напряжения. В результате анализа схемы замещения силовой части АВН получены уравнения равновесия токов и напряжений являющиеся основой

модели активного выпрямителя напряжения с учетом дискретности процессов. В связи с периодическим изменением во времени анализируемых величин в цепи переменного тока, уравнения АВН в преобразованных переменных с использованием трехмерной ортогональной системы координат, оси которой (х,у,г) вращаются в пространстве с произвольной скоростью ык. Использование трехмерной системы преобразованных координат позволило наиболее просто учесть в математической модели АВН различные алгоритмы ШИМ путем введения несущего и вспомогательного модулирующего сигналов по третьей координате т.. Учитывая высокую частоту коммутации ключей в режиме ШИМ, для анализа главных тенденций переходных и установившихся режимов активного выпрямителя целесообразно использовать его более простую эквивалентную непрерывную модель в скалярной форме записи.

Суть проблемы управления режимами активного выпрямителя в системах регулируемого электропривода заключается в комплексном решении двух основных задач: обеспечения требуемого значения выпрямленного напряжения в условиях изменения тока нагрузки и напряжения питающей сети; обеспечения требуемого качества потребления либо рекуперации электроэнергии, важным критерием которого является коэффициент мощности активного выпрямителя напряжения как элемента системы электроснабжения. Один из возможных вариантов реализации такой системы представлен на рис. 9. В соответствии с двух-звенным структурным представлением модели объекта система регулирования выполнена двухконтурной, содержащей внутреннюю двухканальную систему регулирования потребляемых (сетевых) токов и внешнюю одноканальную систему регулирования выпрямленного напряжения.

Внутренняя система осуществляет регулирование компонент вектора сетевых токов во вращающейся системе координат, ориентированной по вектору сетевого напряжения. В соответствии с этим в цепи обратной связи по току предусмотрен преобразователь координат (ПКТ) вектора сетевых фазных токов, измеряемых датчиками тока ДТ,, и ДТг (третий ток вычисляется по условию равенства нулю суммы фазных токов). Сигналы рассогласований между заданными

(¿* , /*) и фактическими (¿х , значениями преобразованных токов обрабатываются пропорционально-интегральными (ПИ) регуляторами токов и после дополнения сигналами компенсирующих связей и ограничения поступают на входы преобразователя координат (ПКН) вектора управляющих напряжений в прямом тракте системы управления. В результате обратного преобразования координат формируются управляющие воздействия ит,ипЬ и и'м. на информационном входе АВН. Для управления преобразователями координат предусмотрен блок ориентации (БО), формирующий координатные функции соб®^ и бш©4 , а также сигналы модуля и и скорости вращения да* ориентирующего вектора. Информация, необходимая для ориентации системы координат по вектору напряжений, поступает на вход БО от датчиков фазных напряжений (ДФН). Внутренняя САР сетевых токов подчинена регулятору внешней системы регулирования выпрям-

ленного напряжения АВН. Задающее воздействие щ для САР выпрямленного напряжения, а также сигналы датчиков поступают на входы блока регуляторов и компенсирующих связей (Р и БКС). Исходя из требований к точности стабилизации выходного напряжения АВН регулятор внешнего контура может быть как ПИ- , так и П-тина с введением в случае необходимости линейных и нелинейных компенсирующих связей, а также элементов ограничения переменных. Синтез регуляторов проведен в соответствии с типовой методикой построения систем подчиненного регулирования с настройкой внутренней системы на модульный, а внешней - на симметричный либо модульный оптимум.

ЛВС

Рис. 9. Функциональная схема векторной системы управления активного выпрямителя напряжения

В пятой главе проводится расчет геометрии и обмоточных данных вентильно-индукторного двигателя для макета установки. Проводится анализ режимов работы силовых ключей активного выпрямителя напряжения. Рассчитывается силовая схема активного выпрямителя напряжения. Приводится сопоставление результатов моделирования и макетных испытаний АВН.

Для проверки предложенных алгоритмов управления и исследования процессов протекающих в вентильно-индукторном приводе была разработана программа, моделирующая его работу. На рис. 10 и рис. 11 приведены процессы изменения параметров на интервале работы фазы ВИД в двигательном и генераторном режимах.

Механическая характеристика ВИД при отсутствии системы управления (стабилизации скорости), рассчитанная на модели, показана на рис. 12а. Как видно из графика в неуправляемом варианте ВИД нет устойчивой зоны работы в генераторном режиме. Это связано с обратно пропорциональной зависимо-

стыо электромагнитного момента двигателя от скорости вращения ротора, сохраняющейся во всех квадрантах. Разрыв механической характеристики в точке М=0 обусловлен изменением закона включения фаз ВИД при изменении знака развиваемого момента. При наличии синтезированной системы стабилизации скорости механическая характеристика вентильно-индуктороного двигателя приобретает вид, показанный на рис. 126.

Рис. 10. Диаграмма работы фазы ВИД в двигательном режиме

Ш

Рис. 11. Диаграмма работы фазы ВИД в генераторном режиме

Для проверки адекватности математической модели вентильно-индукторного привода был рассчитан и изготовлен опытный образец ВИД. Расчетные параметры ВИД:

номинальная мощность - 140 Вт;

номинальная скорость вращения - 2200 об/мин;

номинальный развиваемый момент - 0.61 Н/м; номинальное напряжение питания - 80 В;

ном. действующее значение фазного тока- 1.2 А; количество зубцов ротора/статора - 14/12;

число витков фазной обмотки - 225.

Проведенные испытания позволили сделать вывод о работоспособности разработанного способа управления вентильно-индукторным двигателем без использования датчика положения ротора и с адаптивной коррекцией активного сопротивления фаз ВИД.

об/мин

2000

1000

4-

0.6

ч М,

Н/м

-1.2 -0.6 О а) б)

Рис. 12. Механическая характеристика опытного образца ВИД

а) - без системы управления скорости

б) — с системой стабилизации скорости

Для проверки предложенных алгоритмов управления активным выпрямителем напряжения была разработана специализированная моделирующая программа. Сопоставление результатов моделирования, полученных на непрерывной математической модели и математической модели, учитывающей дискретность процессов в схеме АВН, продемонстрировало их хорошее совпадение по главным тенденциям процессов. Это позволяет проводить анализ АВН по более простой непрерывной модели.

В ходе выполнения НИР был изготовлен макет активного выпрямителя напряжения на выходную мощность 10кВт и номинальное напряжение ином=100 В. Параметры фильтров опытного макета АВН:

индуктивность входного фильтра - 6.5 мГн;

емкость выходного фильтра - 220 мкФ.

На рис. 13-15 приведены результаты экспериментальных испытаний изготовленного макета АВН и их сравнение с результатами, полученными по непрерывной модели.

а) эксперимент б) моделирование

Рис. 13. Отработка АВН ступенчатого увеличения управляющего сигнала по выпрямленному напряжению ил

а) эксперимент б) моделирование

Рис. 14. Отработка АВН ступенчатого уменьшения управляющего сигнала по выпрямленному напряжению и^

а) эксперимент б) моделирование

Рис. 15. Перевод АВН в режим рекуперации

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований успешно решена актуальная задача разработки энергосберегающего вентильно-индукторного привода. К основным результатам работы можно отнести следующие.

1. Разработано математическое описание вентильно-индукторного двигателя, как единого электромеханотронного преобразователя, обеспечивающее необходимую точность моделирования при расчете в реальном времени.

2. Разработан алгоритм определения углового положения ротора без использования датчика на валу двигателя, по измеряемым фазным токам и напряжению питания для работы в широком диапазоне скоростей вращения.

3. Разработаны методы адаптивной коррекции параметров математической модели вентильно-индукторного привода.

4. Синтезирована система управления вентилыю-индукторным приводом без использования датчика положения ротора.

5. Разработана математическая модель активного выпрямителя напряжения в самоориентирующейся координатной системе, связанной с результирующим

вектором напряжения питающей сети, предоставляющая широкие возможности для анализа процессов в нем и синтеза системы управления.

6. Синтезирована замкнутая система автоматического регулирования вентиль-но-индукторного привода с питанием от активного выпрямителя напряжения, обеспечивающая управление вентилыго-индукторным приводом в двигательном и генераторном режимах работы без использования датчика положения ротора и улучшенную электромагнитную совместимость с питающей сетью переменного тока.

7. Разработан программный комплекс для моделирования вентильно-индукторного привода и активного выпрямителя напряжения, позволяющий проводить исследование их работы в различных режимах, как раздельно, так и в едином комплексе.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ СОИСКАТЕЛЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Шрейнер Р.Т., Ефимов A.A., Калыгин А.И., Смехнов A.M. Применение математического моделирования для разработки энергосберегающих систем электропривода переменного тока И Проблемы автоматизированного электропривода: Тезисы докладов II Международной (XIII Всероссийской) научно-технической конференции, 23-25 сентября. Под ред. М.А. Боровикова. Ульяновск: УлГТУ, 1998. С. 61 -62.

2. Смехнов A.M. Математическое моделирование и синтез векторных систем регулирования активных выпрямителей // II Московская Международная телекоммуникационная конференция студентов и молодых ученых, "Молодежь и Наука", 25 сентября - 25 ноября. Научная сессия МИФИ-99. Сб.научиых трудов. М.:МИФИ, 1999. Т. 10. С. 25-26.

3. Rudolf Т. Shreiner, Alexander A. Efîmov, Grigory S. Zinoviev, etc. Energy-Efficient Alternative Current Drives with ZC/DC Converters based on Active Rectifier // Proceeding of 8th European Conference on Power Electronics and Applications EPE-99,7-9 Sept. Luasanne EPFL, 1999. (CD-ROM)

4. Шрейнер P.T., Смехнов A.M., Ефимов A.A. Разработка вентильно-индукторного привода без датчика положения ротора // Труды II Межвузовской отраслевой научно-технической конференции "Автоматизация и прогрессивные технологии", 27 сент. - 1 окт., АПТ-99. Новоуральск: НПИ МИФИ, 1999. Ч. 1. С. 272-275.

5. Шрейнер Р.Т., Ефимов A.A., Зиновьев Г.С., Смехнов A.M., Калыгин А.И. Энергосберегающие электроприводы переменного тока на базе преобразователей частоты с активными выпрямителями // Труды Всероссийского электротехнического конгреса с международным участием «На рубеже веков: итоги и перспективы», ВЭЖ-99. Том. 1. M.: 1999.

6. Смехнов A.M., Шрейнер Р.Т., Ефимов A.A. Система управления вентилыю-индукторного привода // Труды V Международной научно-технической кон-

ференции АПЭП-2000, 26-29 сентября. Новосибирск: НГТУ, 2000. Т4. С. 151' 156.

7. Anton M. Smekhnov, Rudolf Т. Shreiner, Alexander A. Efimov The Switched Reluctance Drive Control System // V International conference APEIE-2000, 26-29 sept. Новосибирск: НГТУ, 2000. P. 188-193.

8. Шрейнер P.T., Ефимов A.A., Смехнов A.M. Математическая модель и синтез управления вентильно-индукторным приводом без ДПР // Международная электронная научно-техническая конференция "Автоматизация и информатизация в машиностроении", АИМ-2000. Тула: ТулГУ. 2000. С. 131.

9. Смехнов A.M., Шрейнер Р.Т., Ефимов A.A. Управление вентильно-индукторным приводом без ДПР // Тез. докл. "Снежинск и Наука" 29 мая - 2 июня. Снежинск: СФТИ, 2000. С.266-267.

Ю.Вохмяков C.B., Ефимов А.А, Зиновьев Г.С., Смехнов A.M. Разработка микроконтроллера для системы управления электроприводами // Труды XI научно-технической конференции «Электроприводы переменного тока», 24-26 февраля , ЭППТ-98. Екатеринбург: УПИ, 1998. С. 138-141.

11. Смехнов A.M., Шрейнер Р.Т., Ефимов A.A. Система управления энергосберегающего вентильно-индукторного привода // Труды научно-технической конференции посвященной 80-летию УПИ, 27 сентября - 1 октября. Екатеринбург: УПИ, 2000.

Оглавление.

Список сокращений.

Введение.

1. Анализ существующей проблематики по ВИЛ.

1.1. Структура и принцип действия вентильно-индукторного двигателя.

1.2. Математические модели вентильно-индукторного двигателя.

1.3. Анализ схем силовых преобразователей для ВИЛ.

1.4. Анализ методов бездатчикового управления ВИЛ.

1.5. Схемы выпрямителей для ВИЛ.

1.6. Постановка задачи.

2. Вентильно-индукторный привод с питанием от сети постоянного тока.

2.1. Разработка математической модели ВИД.

2.2. Алгоритм определения положения ротора ВИД.

2.3. Адаптивная коррекция параметров модели ВИД.

2.4. Выводы.

3. Синтез системы управления ВИЛ с питанием от сети постоянного тока.

3.1. Выбор критериев оптимизации.

3.1.1. Снижение электрических потерь.

3.1.2. Условия выбора углов включения и отключения.

3.1.3. Улучшение виброакустических характеристик.

3.2. Синтез замкнутой САР.

3.3. Выводы.

4. Согласование ВИЛ с сетью переменного тока.

4.1. Математическая модель активного выпрямителя напряжения.

4.2. Задачи управления активным выпрямителем напряжения.

4.3. Синтез системы управления активного выпрямителя напряжения.

4.3.1. Синтез регулятора контура тока.

4.3.2. Синтез регулятора контура напряжения.

4.3.3. Задатчики интенсивности.

4.4. Синтез замкнутой САР ВИЛ с питанием от сети переменного тока.

4.5. Выводы.

5. Экспериментальные испытания.

5.1. Испытания ВИЛ с питанием от сети постоянного тока.

5.1.1. Моделирование вентильно-индукторного привода.

5.1.2. Проектирование геометрии ВИД.

5.2. Испытания активного выпрямителя напряжения.

5.2.1. Моделирование активного выпрямителя напряжения.

5.2.2. Анализ электромагнитных процессов в АВН.

5.2.3. Драйвер управления силовыми ключами.

5.2.4. Макетные испытания АВН.

Ежегодно в мире выпускается порядка 7 млрд. электродвигателей. Электродвигатели потребляют порядка 70% общего количества произведенной электроэнергии и соответственно являются основными её потребителями. Поэтому в настоящее время достаточно остро стоит задача оптимального управления электродвигателями не только с технологической точки зрения, но и с точки зрения экономии электроэнергии. Приблизительные подсчеты говорят о том, что если эффективность управления мощными электродвигателями повысить всего лишь на 1%, то отпадает необходимость в электроэнергии порядка 1000 МВт [1].

Эффективность энергосберегающих технологий в значительной мере определяется эффективностью электропривода (ЭП). Разработка высокопроизводительных, компактных и экономичных систем привода является приоритетным направлением развития современной техники. Современные технологии требуют от ЭП повышения точности движения (как в статике, так и в динамике), быстродействия, надежности, эффективности работы, понижения вносимых приводом искажений в сетевое напряжение. Это, в свою очередь, требует применения как "новых" двигателей (вентильных, вентильно-индукторных, бесколлекторных), так и новых силовых преобразователей, обеспечивающих требуемые показатели качества выходного напряжения и электромагнитную совместимость с питающей сетью.

Следует отметить, что абсолютное большинство электрических машин выполнялись и выполняются на основе принципа «проводник в магнитном поле». При этом не существенно, что является источником магнитного поля - постоянный магнит, специальная катушка возбуждения или соседние проводники. Иной принцип использован в работе так называемых реактивных машин, в которых электромагнитный момент создается за счет асимметрии магнитной системы. На практике нашли применение синхронные реактивные машины, которые, однако, имеют низкие энергетические показатели. Другая сфера примене6 ния реактивных машин - шаговые электроприводы, однако, при их проектировании ориентируются на получение высоких показателей точности воспроизведения движения, а энергетические показатели имеют второстепенное значение.

Перспективным направлением в области повышения энергетических показателей ЭП является использование синхронных машин с применением постоянных магнитов на роторе. Коммутация фаз статорной обмотки электронными ключами в функции положения ротора переводит синхронную машину в режим бесконтактной машины постоянного тока. Такая вентильная машина в случае применения магнитов из редкоземельных сплавов обладает лучшими в настоящее время удельными энергетическими показателями, однако, имеет высокую стоимость и сложную технологию изготовления.

За последнее десятилетие значительное развитие получили исследования и разработки в области вентильно-индукторных машин, о чем можно судить по большому числу публикаций и докладов [2-14]. Первые работы по вентильно-индукторному приводу (ВИП) и основы их теории разработаны П. Лоуренсо-ном [15, 16]. Дословный перевод с английского (Switched Reluctance Drive -двигатель с переключаемым магнитным сопротивлением), хотя и наиболее точно отражает принцип действия, не содержит употребительных в отечественной практике терминов. Их принято называть вентильно-индукторными двигателями (ВИД), чтобы отличать от вентильно-реактивных синхронных машин. ВИД относится к высоко используемым по активным материалам электрическим машинам с сильно насыщенным магнитопроводом. Это позволяет достичь таких удельных энергетических и массогабаритных показателей, с которыми может конкурировать только вентильный двигатель с высококоэрцитивными постоянными магнитами [17].

В сравнении с вентильными машинами с применением постоянных магнитов из редкоземельных металлов ВИД, обладая близкими к ним энергетическими показателями [18-22] имеет предельно простую конструкцию и низкую 7 себестоимость. Сочетание таких характеристик, как предельная простота конструкции (безобмоточный ротор, сосредоточенные обмотки на статоре), технологичность изготовления, надежность и низкая себестоимость снискали большое внимание к ВИП. Однако ВИП обладает рядом характеристик стоящих на пути его широкого внедрения - отсутствие проработанной методики проектирования и оптимального управления вентильно-индукторных машин, наличие датчика положения ротора (ДПР) в структуре системы управления (СУ) и относительно низкие виброакустические характеристики.

ДПР обычно выполняют с использованием датчиков Холла, оптических, емкостных, трансформаторных и других позиционных датчиков. Введение датчиков Холла усложняет конструкцию ВИД. Применение же других позиционных датчиков, как правило, связано с использованием подвижных механических частей, что снижает надежность привода в целом, и требует предварительной настройки "на месте".

В отличие от наиболее близких по конструкции шаговых электродвигателей, которые, как правило, питаются от регулируемых источников тока и не рассчитаны на работу с высокими скоростями вращения, ВИД питаются от источника постоянного напряжения. В этом режиме токи в обмотке ВИД определяются как управляющими воздействиями (моментами включения и отключения фазы и прикладываемыми к обмотке напряжениями), так и параметрами машины (геометрическими размерами, обмоточными данными, магнитными свойствами стали).

Особые надежды связывают с перспективами применения ВИП для электрических транспортных средств нового поколения [19, 23, 24, 25]. Прогрессивным шагом на пути разработки электропривода для транспортных средств является создание безредукторного мотор-колеса, в котором внешний ротор и является колесом. Такой привод может быть реализован, например, на базе вентильного двигателя с постоянными магнитами или на базе ВИД [26]. Сравнение этих двух технологий показывает [2, 19], что основные технические характери8 стики ВИД (механические, энергетические) близки к характеристикам вентильного двигателя с постоянными магнитами. В тоже время по таким параметрам как, стоимость и надежность ВИД оказывается более перспективным для массового применения в электрических транспортных средствах.

Необходимо обратить внимание на предпосылки наблюдаемого сейчас бурного развития этого типа привода, чтобы понять, почему конструкция, изобретенная еще в прошлом веке, становится конкурентоспособной только в настоящее время. К предпосылкам можно отнести:

• создание силовых полупроводниковых ключей с высокими характеристиками по быстродействию и потерям;

• опыт разработки вентильных и шаговых двигателей различной конфигурации;

• опыт разработки систем «преобразователь частоты — асинхронный двигатель с широтно-импульсным модулятором», позволяющих формировать требуемую форму тока;

• развитие микроконтроллеров, цифровых сигнальных процессов, в значительной мере снимающее ограничение по сложности реализуемых алгоритмов управления.

Последнее обстоятельство имеет особое значение, поскольку при исключительной простоте конструкции электрической машины, что является основным достоинством ВИД, требуется «интеллектуальное» управление ее работой для получения высоких эксплуатационных характеристик.

Стремление предельно удешевить привод, особенно для массовых применений в бытовой технике (пылесосы, стиральные машины, холодильники, кондиционеры и т. д.), привело к отказу от датчиков механических переменных и переходу к системам бездатчикового управления, где для оценки механических координат привода (положения, скорости, ускорения) используются специальные цифровые наблюдатели [27 - 30]. 9

При разработке энергосберегающего ЭП нельзя обойти вниманием вопросы согласования ЭП с питающей сетью. Выпрямительное устройство для питания ВИП от промышленной сети переменного тока должно обеспечивать режим рекуперации энергии в питающую сеть, единичный коэффициент мощности по входу и малые искажения тока.

При использовании неуправляемого выпрямителя напряжения в качестве источника питания для ВИП остаются нерешенными вопросы реализации генераторного режима работы электрической машины с рекуперацией энергии в питающую сеть. Одним из возможных решений выше обозначенной проблемы является использование активного выпрямителя напряжения (АВН), выполненного на силовых транзисторах или ЮВТ модулях, в место неуправляемого. Данный вариант реализации выпрямителя наиболее предпочтителен в плане реализации энергосберегающих систем электропривода, т.к. позволяет обеспечить двухсторонний обмен энергией с питающей сетью, практически синусоидальный ток, потребляемой из сети (за счет реализации в схеме АВН режима ШИМ) и позволяет регулировать в широких пределах коэффициент мощности по входу.

Сохранение электрической энергии становится важной частью общей тенденции по защите окружающей среды. Электродвигатели, приводящие в действие системы в быту и на производстве, потребляют значительную часть производимой энергии. Большинство этих двигателей работают в нерегулируемом режиме и, следовательно, с низкой эффективностью. Недавний прогресс в полупроводниковой индустрии, особенно в силовой электронике и микроконтроллерах, сделали приводы с регулированием скорости более практичными и значительно менее дорогими. Регулируемые электроприводы требуются сегодня не только в высокопрофессиональных и мощных промышленных установках, таких как обрабатывающие машины или подъемные краны, но все больше и больше в бытовой технике, например, в стиральных машинах, компрессорах, небольших насосах, кондиционерах воздуха и т.п. Цифровые системы управле

10 ния позволяют использовать сложные алгоритмы, обеспечивающие более высокие энергетические показатели по сравнению с неуправляемыми системами. Позволяют вводить более гибкие интерфейсные функции для связи с другими системами и человеком. Внесение изменений в цифровую систему, как правило, не затрагивает аппаратную часть, а требует только изменения программного обеспечения [31].

С выполнением приводов регулируемыми, сложность системы увеличивается. Основным условием их использования является сохранение общей стоимости системы в обоснованных границах [32]. Для ряда систем, особенно в быту, общая стоимость должна быть эквивалентна стоимости нерегулируемого варианта.

Т.о. разработка энергосберегающего вентильно-индукторного электропривода, обеспечивающего высокие энергетические показатели, является актуальной задачей.

11

Заключение

В результате проведенных исследований успешно решена актуальная задача разработки энергосберегающего вентильно-индукторного привода. К основным результатам работы можно отнести следующие.

1. Разработано математическое описание вентильно-индукторного двигателя, как единого электромеханотронного преобразователя, обеспечивающее необходимую точность моделирования при расчете в реальном времени.

2. Разработан алгоритм определения углового положения ротора без использования датчика на валу двигателя, по измеряемым фазным токам и напряжению питания для работы в широком диапазоне скоростей вращения.

3. Разработаны методы адаптивной коррекции параметров математической модели вентильно-индукторного привода.

4. Синтезирована система управления вентильно-индукторным приводом без использования датчика положения ротора.

5. Разработана математическая модель активного выпрямителя напряжения в самоориентирующейся координатной системе, связанной с результирующим вектором напряжения питающей сети, предоставляющая широкие возможности для анализа процессов в нем и синтеза системы управления.

6. Синтезирована замкнутая система автоматического регулирования вентиль-но-индукторного привода с питанием от активного выпрямителя напряжения, обеспечивающая управление вентильно-индукторным приводом в двигательном и генераторном режимах работы без использования датчика положения ротора и улучшенную электромагнитную совместимость с питающей сетью переменного тока.

Разработан программный комплекс для моделирования вентильно-индукторного привода и активного выпрямителя напряжения, позволяющий

НПО "ПОИСК-93" V г.Новоуральск

1. Козаченко В.А. Основные тенденции развития встроенных систем управления двигателями и требования к микроконтроллерам // «CH1. NEWS», Новости о микросхемах, 1999. №1.

2. Miller T.J.E. Switched reluctance motor and their control / Oxford: Magna physics publishing and clarendon press, 1993, P. 205.

3. Low Т., Lin H., Chen S. An approach to design and simulation of fraction-horse power SRD / Proc. ICEM-94, D.7 Machines.Vol. 4. P. 145-150.

4. Садовский JI.A., Черепков A.B. Разработка математической модели 4-х фазного вентильно-индукторного привода // Сборник науч. трудов. М.:МЭИ, 1997г. №675. С.30-40.

5. Петрушин А.Д. Вентильно-индукторный привод: опыт разработки и внедрения // «Приводная техника», 1998. №2, С. 14-15.

6. Петрушин А.Д., Смачный Ю.П. Тяговый вентильно-индукторный привод // Мат. межотраслевой науч.-тех. конф. «Актуальные проблемы развития ж.д. транспорта и подготовки специалистов». Ростов-на-Дону: РГУПС, 1998. С. 69-70.

7. Петрушин А.Д. Энергосберегающие вентильно-индукторные и асинхронные электроприводы для электроподвижного состава. / Изд. Северо-Кавказского науч. центра высшей школы, 1999. 72 с.

8. Чернова Е.Н. Приближенная математическая модель вентильно-индукторного двигателя // Тез. докл. ЭКАО-99. М.:МЭИ, 1999. С.111.89

9. Бычков М.Г., Ильинский Н.Ф., Кисельникова А.В. Расчет механических характеристик вентильно-индукторного электропривода // Сборник науч. трудов МЭИ №675, 1997г., с. 16-29.

10. Бут Д.А., Чернова Е.Н. Линейные вентильно-индукторные двигатели. ч.2. // «Электричество», 2000. №2.

11. П.Кузнецов В.А., Садовский JI.A., Виноградов В.Л., Лопатин В.В. Особенности расчета индукторных двигателей для вентильного электропривода // «Электротехника», 1998. №6. С. 35-43.

12. Scharf A. Optimism for SR Drives // PCIM Europe, Jan.-Feb., 1994.

13. Lipo T. Advanced motor technologies // IEEE Transactions of industry applications, 1997. Vol.2. P.203-222.

14. Бычков М.Г. Алгоритм проектирования вентильно-индукторного привода и его компьютерная реализация // «Электротехника». 1997. №2. С. 11-13.

15. Lawrenson P.J. Variable Speed switched reluctance motors // IEEE Proc. July 1980. Vol. 127. №4.

16. Lawrenson P.J. Brief Status Review of Switched Reluctance Drives // EPE Journal, Oct. 1992. Vol.2. №3.

17. Жуловян B.B., Ким Т.Д., Панарин А.Н. Вентильный индукторный двигатель в системе электропривода. Автоматизированный электропривод / Под общ. ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г. Юнькова М: Энергоатомиздат, 1990.

18. Ильинский Н.Ф. Вентильно-индукторный электропривод перед выходом на широкий рынок // Приводная техника, 1998. .№3. С. 2-5.

19. Ильинский Н.Ф., Бычков М.Г. Вентильно-индукторный привод для легких электрических транспортных средств. // Электротехника, 2000. №2. С. 28-31.90

20. Ильинский Н.Ф. Перспективы применения ВИП в современных технологиях // «Электротехника», 1997. №2. С.2.

21. Садовский JI.A., Виноградов В.Л. Электродвигатели с переменным магнитным сопротивлением для современного регулируемого электропривода. // «Электротехника», 2000, №2, с.54-59.

22. Гаинцев Ю.В. Еще раз о вентильно-индуктором электроприводе. // «Электротехника», 1998. №6. С.25-27.

23. Hopper Е. The Development of Switched Reluctance Mototor Applications // PCIM Europe, May. 1994.

24. Ксеневич И.П., Изосимов Д.Б. и др. Тенденции и стратегия развития электромобильной техники // «Приводная техника», 1999. № 11/12. С.4-13.

25. Ильинский Н.Ф. Легкие электрические транспортные средства // «Приводная техника». 1999. № 11/12. С.14-16.

26. Лопухина Е.М., Семенчуков Г.А., Авдонин А.Ф., Захаренко А.Б. Новый тихоходный вентильный двигатель с постоянными магнитами для мотор-колес // «Электричество», 2000. №6. С. 54-60.

27. Воронин С.Г., Кузьмичев А.Р. Мат. модель для определения координат в электроприводе с вентильным двигателем постоянного тока // «Электричество», 2000. №3. С.34.

28. Изосимов Д.Б. Синтез алгоритмов цифрового управления синхронным электроприводом без датчика на валу двигателя // «Электричество», 1998. №9. С.26-32.

29. Изосимов Д.Б. Новые подходы к синтезу цифрового управления электроприводом переменного тока. // «Приводная техника», 1997. № 4-5.91

30. Вохмяков C.B., Ефимов А.А, Зиновьев Г.С., Смехнов A.M. Разработка микроконтроллера для системы управления электроприводами // Труды XI научно-технической конференции электропривода переменного тока (ЭППТ -98), 24-26 февраля, 1998 г. С. 138 141.

31. Семенчук В.А. Технико-экономические аспекты создания контроллеров для вентильно-индукторного электропривода на основе процессора Intel 8хС196МН // «Электричество». 2000. №5. С. 42-45.

32. Смирнов Ю.В. Электромагнитный вентильно-индукторный двигатель. // «Электротехника», 2000. №3. С. 20-22.

33. Смирнов Ю.В. Шаговый электродвигатель // а.с. 1399862, Открытия. Изобретения, 1998. №5.

34. Бут Д.А. Модификации вентильно-индукторных двигателей и особенности их расчетных моделей // «Электричество», 2000. №7. С. 34-44.

35. Рубцов В.П. Анализ перспективности разработки и применения вентильно-индукторного электропривода // Тез. докл. научно-технического семинара «Вентильно-индукторный электропривод проблемы развития и перспективы применения». М.: МЭИ, 1996.

36. Курбасов A.C. Параметры синхронных реактивных электродвигателей. // «Электричество», 1994. №12.92

37. Бычков М.Г. Элементы теории вентильно-индукторного электропривода // «Электричество», 1997. №8. С. 35-44.

38. Stephenson J., Ei.Khazendar M. Saturation in doubly salient R.M. // IEE Proc., 1989. Vol.136. №1.

39. Бычков М.Г. Анализ вентильно-индукторного привода с учетом локального насыщения магнитной системы // «Электричество», 1998. №6. С. 50-53.

40. Бут Д.А., Чернова E.H. Линейные вентильно-индукторные двигатели. ч.1. // «Электричество», 1999. №12.

41. Петрушин А.Д., Янов В.П. Оптимизация режимов работы тягового вентиль-но-индукторного двигателя // «Электромеханика», 1999. №3.

42. Preston M.A., Lyons J.P. A switched reluctance motor model with mutual coupling and multiphase excitation // EPE Journal, 1991. Vol.27. №6. Nov.

43. Коломейцев Л.Ф., Пахомин C.A., Крайнов Д.В., Коломейцев В.Л. Мат-я модель для расчета электромаг-х процесс, в многофазном управляемом реактивном индукторном двиг // «Электромеханика», 1998. №1.

44. Веселовский О.Н., Калужский Д.Л. Уравнения электрического равновесия синхронных и асинхронных двигателей с дискретно-распределенными обмотками/ «Электричество». 2000. №5. С.31-36.

45. Птах Г.К., Коломейцев Л.Ф., Евсин Н.Ф. Переходные характеристики для зубцовой зоны однофазного индукторного генератора // Изв. вузов. Электромеханика, 1984. №4. С.14-19.

46. Иванов Смоленский A.B. Электромагнитные силы и преобразование энергии в электрических машинах: Учеб. Пособие для студентов вузов. / М. Высш. шк, 1989. 312 с.93

47. Смехнов A.M., Шрейнер Р.Т., Ефимов A.A. Система управления вентильно-индукторного привода // Труды Y Международной научно-технической конференции АПЭП-2000, 26-29 сентября. Новосибирск: НГТУ, 2000. Т4. С.151-156.

48. Anton M. Smekhnov, Rudolf Т. Shreiner, Alexander A. Efimov The Switched Reluctance Drive Control System // V International conference APEIE-2000, 26-29 sept. Novosibirsk: NSTU, 2000. P. 188-193.

49. Digital Signal Processing Solutions for the Switched Reluctance Motor. Publ. Texas Instruments. Application Report: BPRA058. 1997.

50. Бычков М.Г. Основы теорий, управление и проектирование вентильно-индукторного электропривода / Автореферат дисс. на соискание уч. ст. д.т.н. М.: МЭИ. 1999.

51. Developing an SRM Drive System Using the TMS320F240. Publ. Texas Instruments. Application report: SPRA420. 1998.

52. Шрейнер P.T. Системы подчиненного регулирования электроприводов. Часть 1. Электроприводы постоянного тока с подчиненным регулированием координат / Екатеринбург: УГППУ, 1997. 279с.

53. Слежановский О.В., Дацковский JI.X., Кузнецов И.С. и др. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями /М.:Энергоатомиздат, 1983. 256 с.94

54. Калиткин H.H. Численные методы. / М. Наука, 1978. 512 с.\

55. Смехнов A.M., Шрейнер Р.Т., Ефимов A.A. Управление вентильно-индукторным приводом без ДПР // Тез. докл. "Снежинск и Наука" 29 мая 2 июня. Снежинск: СФТИ, 2000г. С.266 - 267.

56. Смехнов A.M., Шрейнер Р.Т., Ефимов A.A. Система управления энергосберегающего вентильно-индукторного привода // Труды научно-технической конференции посвященной 80-летию УПИ, 27 сентября 1 октября. Екатеринбург: УПИ, 2000.

57. Смехнов A.M., Шрейнер Р.Т., Ефимов A.A. Способ определения положения ротора в машинах с двойной зубчатостью // Заявка на патент №2000105854/ 09(006086), рассматривается в ФИПС.95

58. Бычков М.Г. Оптимизация режимов вентильно-индукторного привода средствами управления / вестник МЭИ, 1998. №3. С.73-81.

59. Петрушин А.Д. Энергосберегающие приводы электроподвижного состава на базе вентильно-индукторных и асинхронных электрических машин // Автореферат дисс. на соискание уч. ст. д.т.н. Ростов-на-Дону: РГУПС. 1999.

60. Петрушин А.Д. Применение метода Ньютона-Рафсона для оптимизации вентильного индуктороного электропривода // Тез. докладов 57 науч.-тех. конф. «Актуальные проблемы развития ж.д. транспорта и подготовки специалистов». Ростов-на-Дону: РГУПС, 1998.

61. Cameron D., Lang J., Umans S. The Origin and Reduction of Acoustic Noise in Doubly Salient Variable-Reluctance Motors // IEEE Transactions on Industry Applications, Nov./Dec. 1992. Vol. 26. №6.

62. Pulle D., Lai J., Milthorpe J., Huynh N. Quantification and Analysis of Acoustic Noise in Switched Reluctance Drives // EPE-93, 13-16 sept. Brigton, 1993.

63. Бычков М.Г., Кисельникова A.B., Семенчук B.A. Экспериментальные исследования шума и вибраций в вентильно-индукторном электроприводе. // «Электричество», 1997. №12, С. 41-45.

64. Вейнгер A.M. Регулируемый синхронный электропривод // М. Энергоатом-издат, 1985. 223 с.

65. Шрейнер Р.Т., Дмитренко Ю.А. Оптимальное частотное управление асинхронными электроприводами // Кишинев: Штиинца, 1982. 284с.

66. Шрейнер Р.Т. Асинхронные электроприводы с полупроводниковыми преобразователями частоты (математическое моделирование, оптимизация режимов, структуры систем управления) // Автореферат дис. доктора техн. наук.-М.:МЭИ, 1990. 39с.96

67. Veas D.R., Dixon J.W.and Ooi B.T. A Novel Load Current Control Method fore Leading Power Factor Voltage Source PWM Rectifier // IEEE Transactions on Power Electronics. Vol. 9. №2, 1994, P. 153-159.

68. Habetler T.G. A Space Vector-Based Rectifier Regulator for AC/DC/AC Converters // IEEE Transactions on Power Electronics. Vol. 8. №1, 1993, P. 30-36.

69. Boon Teck Ooi, John C.Salmon, Juan W.Dixon, Ashok B.Kulkarni A Three-Phase Controlled-Current PWM Converter with Leading Power Factor // IEEE Transactions of industry applications, Jan . №1. p. 78, 1987.

70. Diego R.Veas, Juan W.Dixon, Boon-Teck Ooi A Novel Load Current Control Method for a Leading Power Factor Voltage Source PWM Rectifer // IEEE Transactions on power electronics, march. №2, 1994. P. 15.

71. DeirAquila., Montarueli E., Zanchetta P. ШИМ для Зх фазных выпрямителей / СПб: ЭМТ. С.80-81.

72. Шрейнер Р.Т., Ефимов А.А. Активный фильтр как новый элемент энергосберегающих систем электропривода // «Электричество», 2000. №3, С.46.

73. Смехнов A.M. Математическое моделирование и синтез векторных систем регулирования активных выпрямителей // II Московская Международная телекоммуникационная конференция студентов и молодых ученых. М. "Молодежь и Наука", 25 сент. -25 нояб. 1998 г.

74. Shreiner Rudolf Т., Efimov Alexander A, Zinoviev Grigory S., Smekhnov Anton M., Kalygin Andrey I. Energy-Efficient Alternative Current Drives with ZC/DC97• th .

75. Converters based on Active Rectifier I I Proceeding of 8 European Conference on

76. Power Electronics and Applications EPE-99, 7-9 Sept. 1999, Luasanne EPFL.

77. Shreiner R.T., Efimov A.A., Kalygin A.I. Active Current Converter Mathematical Model // EPE PEMC-2000, 5-7 September, Koisice, Slovakia. 2000. vol.1. (CD-ROM)

78. Кузнецов B.A., Матвеев A.B. Дискретная математическая модель вентильно-индукторного двигателя // «Электричество». 2000. №8. С. 22-27.

79. Глазунов В.Ф. И др. Формирование тока в системах с ключевыми элементами // «Электротехника», 1997. №10. С.20-25.

80. Кузнецов В.А., Матвеев A.B. К вопросу определения числа витков обмотки фазы вентильного индукторного двигателя // «Электротехника», 2000. №3. С.10-15.

81. Коломейцев Л.Ф., Пахомин С.А., Квятковский И.А. К расчету реактивного индукторного двигателя малой мощности // Изв. вузов. «Электромеханика»,1999. №2. С. 15-16.

82. Коломейцев Л.Ф., Квятковский И.А., Пахомин С.А., Реднов Ф.А. Оптимизация реактивного индукторного двигателя с автономным электропитанием // «Электромеханика», 1999. №2. С. 12-15.

83. Бычков М.Г., Сусси Риах Самир Расчетные соотношения для определения главных размеров вентильно-индукторной машины // «Электротехника»,2000. №3. 15-19.

84. Коломейцев Л.Ф., Пахомин С.А. и др. Расчет пускового момента в тяговом индукторном двигателе // Изв. вузов. «Электромеханика», 1993. №4. С.23-26. \