автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка и исследование бездатчиковых систем управления вентильно-индукторными электродвигателями

На правах рукописи

Глухенький Тимофей Георгиевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗДАТЧИКОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ

Специальность 05.09.03 — Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Чебоксары 2004

Работа выполнена на кафедре "Системы автоматического управления электроприводами" Чувашского государственного университета им. И.Н. Ульянова.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Александр Карапетович Аракелян

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Валерий Алексеевич Нестерин

доктор технических наук, профессор Михаил Григорьевич Бычков

Ведущее предприятие: ОАО "Электропривод" (г. Москва)

Защита состоится 20 февраля 2004 г. в 15.00 в аудитории В-310 на заседании диссертационного совета Д212.301.02 при Чувашском государственном университете им. И.Н. Ульянова (428015, г. Чебоксары, Московский просп., 15).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим высылать по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Чувашского государственного университета.

Автореферат разослан ■■/У - яи1йря 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.301.02 канд. техн. наук, доцент

Г.П.Охоткин

2тм 3 60/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последние годы внимание разработчиков электроприводов было привлечено новым типом двигателя, получившим название "вентильно-индукторного" (ВИД). Достоинством электрической машины этого типа являются конструктивная простота, надежность и высокая ремонтопригодность в сочетании с весьма высокими энергетическими показателями. По оценкам западных специалистов, по сравнению с самой дешевой машиной переменного тока - двигателем с беличьей клеткой - экономия активных материалов при использовании ВИД достигает 30%, а себестоимость производства оказывается в 1.7-2 раза ниже. Коэффициент полезного действия и удельная мощность ВИД оказываются близкими к аналогичным показателям асинхронного двигателя, уступая лишь вентильному двигателю с постоянными магнитами. При этом в случае работы с недогрузом (30-50% номинальной нагрузки) к.пд. индукторного двигателя оказывается на (5-8)% выше, чем у асинхронного привода с векторным управлением.

В свете вышесказанного можно говорить о целесообразности применения ВИД во многих отраслях промышленности. Двиатели такого типа пригодны как для получения высоких и сверхвысоких скоростей вращения, так и для построения тихоходных высокомоментных электроприводов. Вызывает интерес возможность применения ВИД при создании уникальных механизмов, поскольку стоимость изготовления штучных ВИД оказывается существенно ниже таковой для любых иных типов электрических машин.

Однако вентильно-индукторный привод (ВИП) имеет и ряд недостатков. К ним следует отнести прежде всего высокие пульсации момента ВИД и повышенный уровень шума. Кроме того, распространение ВИП в значительной мере тормозится весьма сложной и не до конца отработанной процедурой проектирования электропривода для достижения высоких энергетических показателей. Сюда выбор

I библиотека I

] СПтрвург^А 5

' 09 У \

конфигурации машины из большого числа ее разновидностей, а также решение вариационной задачи, связанной с поиском оптимальных значений ее геометрических параметров. При этом нередко приходится рассматривать возможные варианты ВИД, отличающиеся не только количеством зубцов, но и фаз; сравнивать машины "классической" конструкции с двигателями, имеющими переменный зазор, многопакетный статор и т. п. Не вполне изученной является проблема взаимосвязи между геометрическими и электрическими параметрами ВИД, что затрудняет исследование поведения систем с ВИД на этапе проектирования.

Еще одной проблемой в создании промышленных приводов на базе ВИД является устранение датчика положения ротора, снижающего надежность и увеличивающего стоимость изделия. Общие принципы создания таких ВИП достаточно изучены. Широко известны работы по бездатчиковым ВИП таких авторов, как P.PAcarnley, P.C.Kjaer, G.Gallegos-Lopez, J.P.Lyons и S.R.MacMinn. Из русскоязычных работ следует отметить публикацию М.Г.Бычкова и Н.Ф.Ильинского (МЭИ), в которой рассматривается способ бездатчикового контроля положения с использованием фазного потокосцепления.

К сожалению, в подавляющем большинстве работ вопросы, связанные с практической реализацией предлагаемых методов, как правило, не рассматриваются. Приняв за основу какой-либо типовой способ контроля положения, разработчик нередко сталкивается с большими, а иной раз - и непреодолимыми трудностями. Многие методики на практике оказываются неработоспособными на низких или, наоборот, на высоких скоростях вращения, имеют недостаточную помехоустойчивость или требуют прецизионных схем измерения. В этой связи представляется целесообразным более детальное изучение ряда перспективных методов бездатчикового контроля положения, как в отношении областей применения, так и используемых схемотехнических решений и программного обеспечения.

Целью работы являются разработка инженерных методик проектирования бездатчиковых ВИП, исследование особенностей применения различных способов контроля положения ротора в реальных системах, разработка методики моделирования типовых ВИД по их геометрическим и обмоточным параметрам.

В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:

• Разработка инженерных методов моделирования фазной цепи типовых ВИД по их геометрическим и обмоточным параметрам.

• Исследование физических процессов в электроприводе при использовании время-импульсного способа измерения положения ротора и практических особенностей его применения.

• Изучение поведения систем с контролем положения ротора по методу "регенеративного тока"; поиск путей улучшения энергетических показателей таких систем.

• Исследование вопроса об устойчивости систем с прогнозированием моментов коммутации фаз при движении ротора ВИД с ускорением.

• Поиск способов повышения помехозащищенности бездатчиковых систем управления ВИП.

Методы исследования. Исследования выполнялись с использованием теории магнитною поля, теории электропривода, микропроцессорных систем управления и методов математического моделирования систем. Численные методы применялись в виде пакетов прикладных программ. Экспериментальные исследования выполнены на опытных образцах ВИП. Научная новизна.

• Предложена методика моделирования фазной цепи двигателя, имеющая в основе расчет магнитной цепи ВИД по ее геометрическим параметрам и позволяющая существенно упростить анализ динамических процессов в электроприводе на этапе проектирования системы.

• На основании комплексного исследования физических процессов в бездатчиковом ВИП с время-импульсным контролем положения ротора, предложены методы определения начального положения ротора и моментов коммутации фаз, в том числе с использованием прогнозирования при высоких скоростях вращения вала двигателя.

• Предложена и экспериментально проверена новая разновидность метода "регенеративного тока", позволяющая существенно улучшить энергетические показатели электропривода.

• Предложен и экспериментально испытан комплекс мер по повышению помехозащищенности бездатчиковых систем управления ВИД. Практическая ценность. Полученные соотношения, разработанные

алгоритмы и методики моделирования позволяют эффективно производить анализ динамики электропривода на этапе проектирования системы. Указанные методики обеспечивают достаточную точность расчетов и существенную экономию машинного времени при их выполнении.

Разработаны бездатчиковые системы управления ВИД с контролем положения как по время-импульсному методу, так и по методу регенеративного тока.

Сформулированы практические рекомендации по проектированию бездатчиковых систем управления ВИД и соответствующего программного обеспечения.

Практическая реализация. Практическая ценность диссертации подтверждается решением ряда практических задач создания новой техники. Предложенные в работе методы и алгоритмы бездатчикового контроля положения ротора взяты за основу при разработке цифровой системы управления ВИП ключа для свинчивания-развинчивания труб на нефтяных скважинах, разрабатываемого для ОЛО "Татнефть" (г.Лльметьевск).

Математические выкладки диссертации использованы при проектировании ряда перспективных электроприводов, разрабатываемых ОАО "ВНИИР" (г.Чебоксары).

На защиту выносятся:

1. Методика составления математической модели индукторного двигателя по геометрическим параметрам магнитной цепи и обмоточным данным.

2. Алгоритмы бездатчикового управления ВИД с использованием время-импульсного метода контроля положения.

3. Метод бездатчикового контроля положения ротора с использованием регенеративного тока и прогнозирования моментов коммутации фаз.

4. Результаты экспериментальных исследований бездатчиковых ВИП, выполненных на опытных и макетных образцах.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждались на научно-технической конференции, посвященной 40-летию ОАО "ВНИИР" (г. Чебоксары, 2001), научно-практической конференции «Электротехника и энергетика. Поволжья на рубеже тысячелетий» (г. Чебоксары, 2002), IV Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике» (г. Чебоксары, 2002), а также внутривузовских научно-технических конференциях.

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь печатных работ, из них четыре научные статьи (в том числе две в центральных изданиях) и три тезиса к докладам на научных конференциях.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 185 наименований и пяти приложений. Основная часть работы изложена на 131 страницах и включает 51 рисунков и 1 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, анализируется современное состояние науки в области вентильно-индук горного электропривода, формулируются задачи, решаемые в диссертационной работе.

В первой главе исследуется задача построения динамической модели фазной цепи ВИД по геометрическим параметрам статора и ротора, а также обмоточным данным. При этом доказано, что приемлемая по точностным показателям модель может быть построена на основании расчетов магнитной цепи двигателя для двух фиксированных положений ротора, при которых фазная индуктивность принимает максимальное и минимальное значения.

Расчет минимальной индуктивности производится по аналитической методике, имеющей своей основой аппроксимацию пространственной

картины магнитного поля с помощью набора сферических поверхностей. При этом выделяются 3 подобласти (рис.1).

Вклад подобласти 1 в суммарный поток фазы для большинства машин пренебрежимо мал и может не учитываться. Для подобласти 2 поток рассеяния с боковой поверхности зубца статора приблизительно пропорционален кубу числа витков статорной

Рис.1. Разбиение расчетом области на подобласти

обмотки, откуда потокосцепление от подобласти

т

0)

где - число зубцов статора; т - число фаз; уу - число витков одной катушки статора; а ку коэффициент, находимый из следующего выражения:

ку - ¿оР/-'

Л,

(2)

Здесь Ят - расстояние от оси ротора до основания зубца статора,

У?! = Ят -(й„5„ - высота обмотки); к0=\101ст/у2- коэффициент (/£т-

длина пакета статора; Цо - магнитная постоянная; уг - угловая ширина зубца статора); р/. - линейная плотность МДС обмотки статора (Л/м).

Для подобласти 3 выделяются две зоны — наружная и внутренняя (рис.2). Потоки через означенные зоны определяются выражениями:

Рис 2 Аппроксимация магнигного поля в обласги зазора а - внешняя подобласть, б-внутренняя подобласть

Результаты расчетов по разработанной методике и соответствующие экспериментальные данные для трех изготовленных ВИД показаны в таблице.

Двигагель Ьр« (расчетная), Гн 10' Ьр^ (измерение), Гн 103 Относительная погрешность расчета ь,%

4 кВ| (12/8) 18 66 19 6 -4 8

230 Вт (24/16) 26 50 32 2 -17 7

3 кВ| (12/8) 18 70 175 +6 9

Наибольшая погрешность расчета наблюдается в случае машин с коротким сгагором ("плоских" машин), когда возрастает влияние потоков

рассеяния со сторон лобовых частей обмоток (вышеприведенный двигатель 24/16 с толщиной пакета статора 15 мм).

Расчет магнитной цепи для согласованного положения производится с учетом насыщения магнитной цепи методом итераций Потоки рассеяния аппроксимируются по методике, близкой к вышеприведенной. Потокосцепления для промежуточных положений ротора вычисляются по формуле

Ш 1ф) = Урос иФ) + Ь'аЛ'ф) - МД6"9Г >

А _Д

и рас

(5)

где - угловое положение ротора, при котором начинается перекрытие зубцов; Э^ — положение, при котором площадь перекрытия достигает максимума; и - рассчитанные потокосцепления в этих положениях;

- текущее угловое положение - потокосцепление в этом

положении; 1ф - ток фазы.

Средний момент ВИД рассчитывается общепринятым энергетическим методом.

Во второй главе исследуются физические процессы при бездатчиковом контроле положения ротора в ВИД. При этом произведен анализ опубликованных методов контроля положения с точки зрения их точностных показателей, требований к аппаратной части электропривода и помехоустойчивости. Далее в главе рассмотрены два перспективных метода:

время-импульсный метод и метод регенеративного тока.

При использовании время-импульсного метода выделяются три способа измерения индуктивности: времен-

Рис 3 Способы измерения индукчивноии фазы с использованием тестовых импульсов

ной однопороговый (рис. 3, а), временной двухпороговый (рис. 3, б) и амплитудный (рис.3, в). Первые два способа отличаются минимальными требованиями к управляющему микроконтроллеру, а третий - повышенной помехоустойчивостью. Все три способа пригодны для организации измерения скорости без физического датчика скорости. При этом предложен комплекс мер, направленных на снижение влияния насыщения магнитной цепи ВИД на качество измерения скорости. Кроме того, доказана возможность применения время-импульсного метода не только на низких, но и на высоких скоростях за счет прогнозирования моментов коммутации фаз.

При рассмотрении метода регенеративного тока акцент делался на повышение энергетических показателей электропривода. На основании приведенного в работе анализа сделан вывод, что указанные показатели могут быть существенно улучшены при помощи предварительной редукции тока перед ожиданием входа фазы в генераторный режим, а также использования прогнозирования

моментов коммутации фаз на основании измеряемого тактового периода. При 31СМ формируется

специфическая осциллограмма

фазного тока (рис.4). Минимальная (по соображениям качества контроля положения ротора) величина фазного тока связана с угловой скоростью ротора соотношением

где О - угловая скорость ротора; ¿щах - максимальная индуктивность фазы; к/ -- производная фазной индуктивности по углу на рабочем участке; Я -активное сопротивление обмотки статора; - число фаз; - число зубцов

; и V * J I

X/1

\(ф 1 / \ /' / \ f 1 / \ 1 1 1 у гг-Ч, 1 » 1 t- 4 Imat \

/ ; к 1 1 1 • 1 1

/ ; К t • ' i f в

Star 6)01 йэгт1

р и с 4 Форма фазного тока ВИД при кусочно-регенеративном методе контроля «имени ротора

ротора; 1уст - установившийся ток фазы (при котором ЭДС источника питания уравновешивается ЭДС машины); к,Лцц>1 - коэффициент запаса АЦП (отношение общего числа дискрет к их числу, соответствующему номинальному току); Мм(п - число дискрет АЦП; е - допустимая относительная погрешность в определении положения, базовой величиной для которой является угловая ширина зубца статора. С помощью моделирования в работе доказывается, что при продолжительности участка ожидания генерации.(участок 2 на рис.4) до 20% расстояния (0^.-0^,,) снижение среднего электромагнитного момента ВИД не превышает (10-12)% относительно такового при идеальном управлении. Это позволяет говорить о существенном улучшении использования машины по сравнению с классическим методом регенеративного тока.

В главе обращается внимание на возможность потери ориентации в бездатч иковом электроприводе при высоких значениях ускорения вала двигателя из-за возникающих при этом ошибок прогнозирования моментов коммутации. Аналитическим путем доказывается, что для кусочно-регенеративного метода кривые критических ускорений имеют

вид, показанный на рис.5. На ЭТОМ

рисунке приводится семейство кривых для различных углов перехода в режим ожидания генерации (относительно величины ЭЛД-0<.„,.,)-

В третьей главе рассматриваются структуры бездатчиковых систем управления ВИД и алгоритмы соответствующего программного обеспечения. При проектировании систем с использованием время-импульсного метода

Рис.5. Зависимость критического ускорения о г продолжительности ожидания генерации и угловой скорости ротора

контроля положения' ротора особое значение приобретает грамотное построение алгоритма генерации импульсов. Как показано в главе, недостаток внимания к таким явлениям, как задержка прохождения сигналов от микропроцессора к силовым ключам, пульсации напряжения' в звене постоянного тока, перекрестные наводки между фазами- ВИД, может привести к появлению некорректных измерений индуктивности и ошибкам в определении положения. В то же время использование специальных мер позволяет использовать время-импульсный метод даже в системах, проблемных с точки зрения помехоустойчивости, например при наличии длинного кабеля между двигателем и преобразователем. Предложенные в главе методы генерации импульсов используются совместно с программой коммутации фаз, принцип действия которой показан на рис.6. При этом возможна работа электропривода в режиме противовключения.

Рис 6. Алгори гм коммутации фаз и смены тестовых фаз при время-импульсном способе конгроля положения ротора

С точки зрения измерения скорости время-импульсный метод уступает методу с использованием потокосцепления рабочей фазы. При этом на качество измерения скорости значительное влияние оказывает глобальное насыщение магнитной цепи ВИД. Тем не менее указанное влияние может быть существенно снижено за счет использования близких по величине

выборок фазной индуктивности при потактовом измерении последней. Анализ, проведенный в главе, показывает, что требования к аппаратной части ВИП при потребности в измерении скорости намного выше, чем необходимо для бездатчиковой коммутации фаз как таковой. Исходя из этого сделан вывод об экономической целесообразности создания так называемых "квазибездатчиковых" электроприводов (от лат. quasi - "как бы", "вроде"), в которых используется бездатчиковая коммутация фаз, но скорость контролируется при помощи упрощенного импульсного датчика скорости. В диссертации предложен один из вариантов такого датчика, представляющего собой диск с токопроводящими рисками (выполненный при помощи травления), с неподвижным чувствительным элементом в виде кольцевого сердечника с зазором и обмоткой, входящей в состав колебательного LC-контура. Принцип работы устройства основан на модуляции добротности контура за счет потерь в материале риски. Получаемый на контуре сигнал обрабатывается специальной схемой, структура которой показана на рис.7. Проектирование "квазибездатчиковых" ВИП наиболее целесообразно в случае использования относительно маломощных двигателей, поскольку в этом случае стоимость системы управления составляет существенную часть стоимости всего изделия в целом.

При использовании кусочно-регенеративного метода контроля положения ротора ВИД необходимы процедуры начального запуска и прогнозирования моментов коммутации. Кроме того, возникает

l'nc.7. Сфумурная схема обработки сигнала с головки дшчика положения

необходимость в специальной подпрограмме формирования фазного тока (в соответствии с рис.4). Предложенный в работе алгоритм последней (с вызовом по прерыванию от АЦП) показан на рис.8. В главе также демонстрируется возможность реализации режима рекуперативного торможения двигателя с использованием метода регенеративного тока. Для повышения надежности определения момента смены знака производной тока в фазе, используемой для контроля положения, применяется статистический анализ поступающей с АЦП информации.

В четвертой главе производится анализ требований, предъявляемых к электроприводу ключа для завинчивания труб на нефтяных скважинах. При

этом показано, что основным требованием к электроприводу является обеспечение минимальных потерь в электродвигателе в режимах пуска и торможения. В качестве ВИД выбрана трехфазная машина классической конструкции с конфигурацией 12/8 мощностью 3 кВт при 1000 об/мин. Токомоментная характеристика двигателя представлена на рис.9. На основании приводимого анализа показано, что для реализации бездатчикового управления таким электроприводом достаточно 8-битного контроллера Ы8С-архитектуры, например серии "Л1ше1-ЛУК".

Рис 9 Зависимость момента двигателя но ключаем тока фазы и положения ротора

Опытный образец электропривода разработан в ОАО "ВНИИР" (г.Чебоксары) с участием автора. Устройство состоит из неуправляемого выпрямителя с накопительной емкостью, цепи сброса энергии (в режиме рекуперативного торможения) и преобразователя на ЮВТ-модулях. Изделие прошло успешные испытания на объектах ОАО "Татнефть" в весенне-летний период 2003 г.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные при выполнении настоящей работы теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать целостную методику моделирования динамических процессов в индукторных двигателях, а также выработать практические рекомендации по созданию

бездатчиковых электроприводов на базе таковых. Основные теоретические и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

1. Разработана методика построения динамической модели типовых ВИД по их геометрическим и обмоточным параметрам. Сравнение расчетных и экспериментальных данных свидетельствует о пригодности предложенной методики для проведения расчетов во время проектирования систем с ВИД.

2. Разработаны теоретические основы проектирования бездатчиковых электроприводов с использованием время-импульсного метода контроля положения ротора, а также измерения скорости в таких электроприводах.

3. Предложен новый метод бездатчикового определения положения, являющийся разновидностью метода регенеративного тока. Использование метода приводит к существенному улучшению использования машины, повышению энергетических показателей электропривода. Произведен математический анализ процессов в электроприводе при использовании предложенного метода, исследована область его применимости.

4. Разработаны и экспериментально апробированы алгоритмы программного обеспечения бездатчиковых электроприводов; выработаны практические рекомендации по разработке схемотехники и программного обеспечения для таких электроприводов.

5. Разработан импульсный датчик скорости для совместного применения с электроприводами, использующими бездатчиковую коммутацию фаз. Использование такого датчика позволяет существенно снизить стоимость маломощных ВИП.

6. С участием автора разработан и успешно испытан на объекте заказчика бездатчиковый электропривод для свинчивания и развинчивания труб на нефтяных скважинах.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах

1. Донской Н.В., Глухенький Т.Г. Повышение помехозащищенности бездатчиковых систем управления высокоскоростными вентильно-индукторными двигателями // Тр. акад. электротехн. наук Чувашской Республики. -2002. - №1. - С.27-31.

2. Глухенький Т Г. К расчету минимальной индуктивности фазы в индукторных электродвигателях // Электротехника. - 2003. - № 10. - С.15-20.

3. Лракелян А.К., Донской Н.В., Глухенький Т.Г. Методика моделирования магнитной цепи двигателя с переключаемым магнитным сопротивлением // Сб. тез. докл. поволжской науч.-практ. конференции «Электротехника и энергетика Поволжья на рубеже тысячелетий». -Чебоксары. - 2002. - С.48-49

4. Донской Н.В., Глухенький Т.Г., Альтшуллер М.И., Куклин И.И. Применение вентильного индукторного двигателя в электроприводах с тяговой характеристикой // Материалы науч.-технич. конф., посвященной 40-летию ВНИИР. - Чебоксары. - 2001. - С.215-218.

5. Лракелян А.К., Глухемькмй Т.Г. Определение положения ротора в высокоскоростных бездатчиковых венгильно-индукторных электроприводах. // Электричество. - 2003. - №4. - С.27-30.

6. Глухенький Т.Г., Донской Н.В. Расчет минимальной индуктивности фазы индукторного двигателя. // Сб. тр. «Автоматизированный электропривод». - Чебоксары. - 2003. - С.50-57.

7. Глухенький Т.Г. Кусочно-регенеративный метод контроля положения ротора в бездатчиковых вентилыю-индукторных электроприводах // Сб. тез. докл. IV Всероссийской конференции "Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике". - Чебоксары. - 2002. - С.35-37.

Подписано в печать 12.01.2004. Формат 60x84/16. Печать оперативная. Бумага писчая. Усл.-печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 2.

Отпечатано в типографии Чувашского государственного университета 428015, г. Чебоксары, Московский просп., 15.

Р- 2455

РНБ Русский фонд

2004-4 27933

Введение .V.

Глава 1. Моделирование динамических процессов в индукторных электродвигателях по их геометрическим параметрам

1.1. Расчет индуктивности фазы индукторного двигателя для рассогласованного положения зубцов

1.2. Расчет магнитной цепи индукторного двигателя при согласованном положении зубцов

1.3. Построение динамической модели фазы двигателя.

1.4. Расчет фазной индуктивности для двигателя с бицилиндрическим ротором

Выводы

Глава 2. Физические основы бездатчикового контроля положения в вентильно-индукторныхэлектроприводах

2.1. Современное состояние бездатчиковых систем управления ИД

2.2. Контроль положения ротора время-импульсным методом

2.3. Метод регенеративного тока

2.4. Определение скорости в бездатчиковых электроприводах

2.5. Начальная ориентация в бездатчиковых электроприводах

Выводы

Глава 3. Бездатчиковые системы управления индукторными двигателями: алгоритмы и структуры . у у

3.1. Системы с время-импульсным методом контроля положения

3.2. Системы с контролем положения по методу регенеративного тока

3.3. Бездатчиковое измерение температуры обмоток в индукторных двигателях .^

3.4. Особенности высокоскоростных бездатчиковых электроприводов

Выводы

Глава 4. Разработка и исследование вентильно-индукторного электропривода трубного ключа . Ю

4.1. Разработка требований к электроприводу ключа для завинчивания труб

4.2. Выбор микроконтроллера системы управления

4.3. Структурная схема электропривода трубного ключа.

4.4. Программное обеспечение системы.

Выводы.

Принцип действия абсолютного большинства электрических машин, производимых в настоящее время, основывается на использовании сил, действующих на проводник с током в магнитномчполе. При этом, источником поля могут являться как специальные обмотки возбуждения, так и постоянные магниты. Магнитопровод в такой системе служит фактически для улучшения ее энергетических характеристик, снижая магнитное сопротивление на пути замыкания магнитного потока. Характерно, что такие двигатели, в принципе, работоспособны и при отсутствии магнитопровода, как такового.

Однако возможен и другой подход, а именно — использование общего свойства ферромагнитных тел занимать при наличии магнитного поля положение, соответствующее максимуму магнитного потока в системе и, соответственно, максимальной индуктивности контура, являющегося источником поля (принцип электромагнита). Вопреки распространенному мнению, электродвигатели с таким принципом действия отнюдь не являются новым направлением в конструировании электрических машин. Более того, появление многих образцов таких двигателей датируется еще серединой XIX века. Они были созданы задолго до появления классических машин перемененного тока (напомним, что трехфазная система передачи тока была изобретена лишь в 1891 г.). Из-за питания постоянным током, а также использования механического «коллектора», подобные двигатели, как правило, именуются в литературе «двигателями постоянного тока», хотя речь фактически идет об индукторном двигателе (см. ниже) с механическим коммутатором. Конструктивная сложность и низкая надежность последнего привела к тому, что «электромагнитные» машины оказались вытесненными двигателями постоянного тока.

В течение длительного времени среди разработчиков господствовало убеждение, что электрические машины типа «проводник в магнитном поле» обладают однозначно наилучшими показателями, недоступными для двигателей с «электромагнитным» принципом действия. Подобные суждения хорошо подтверждались на примере сравнения свойств синхронных и асинхронных машин с синхронно-реактивными и шаговыми двигателями, олицетворявшими все возможные альтернативы.

Эволюция машин постоянного тока под влиянием стремления разработчиков устранить ненадежный щеточно-коллекторный узел привела к появлению синхронных машин с постоянными магнитами на роторе. Коммутация фаз статорной обмотки в функции положения ротора делает синхронный двигатель бесконтактным аналогом двигателя постоянного тока. Такая машина в настоящее время является наилучшим по характеристикам электромеханическим преобразователем энергии. При этом, однако, синхронные двигатели с магнитами на роторе сложны в изготовлении, требуют применения дорогостоящих магнитных сплавов на основе редкоземельных элементов, и по технологическим причинам могут выполняться лишь на относительно небольшие мощности. Учитывая вышеизложенное, неудивительно, что исследования, направленные на упрощение и удешевление подобных электродвигателей, продолжаются и по сей день.

Всплеск интереса к так называемым индукторным двигателям обычно связывается с именем проф. П. Лауренсона (Великобритания), который организовал разработку и выпуск первых промышленных образцов таких двигателей. Им же заложены теоретические основы их проектирования и создания электроприводов на их базе [123-125]. Большой вклад в развитие нового направления внесли также Т. Lipo [97,127,128,185], Т. J. Е. Miller [146-151] и др. Из отечественных работ следует отметить публикации М.Г.Бычкова [9-18], Л.А.Садовского [49-52] (МЭИ), Л.Ф.Коломейцева и С.А.Пахомина [34-37] (Новочеркасский политехнический институт).

Англоязычный термин SRM/SRD (Switched Reluctance Motor/Drive) наиболее точно отражает физику процессов в двигателе и может быть переведен на русский язык, как «двигатель с переключаемым магнитным сопротивлением» или «переключаемый реактивный двигатель». В отечественной литературе, тем нее менее, наибольшее распространение получило название «вентилыю-индукторный двигатель/привод», призванный подчеркнуть отличие SRM от вентильнореактивных синхронных машин. Этим термином, в его сокращенном варианте (ИД), а также ставшими международной аббревиатурой SRM/SRD мы и будем пользоваться в данной работе.

Типовые геометрические конфигурации ИД показаны в Таблице 1. Для двигателей с фазностью т=3 и более принято краткое обозначение конфигурации, состоящей из чисел зубцов статора и ротора, разделенных наклонной чертой (т.е. 6/4, 12/8, 8/6). Обмотки каждой фазы размещаются на диаметрально противоположных зубцах статора. Исключения составляют конфигурации, полученные, путем удвоения (или учетверения) количества зубцов относительно основной конфигурации (например, 12/8 вместо 6/4), где угловой интервал между осями зубцов, принадлежащих одной фазе, составляет 90 или 45°.

Нетрудно видеть, что возбуждение какой-либо фазы ИД при наличии рассогласования между ее зубцами и ближайшими к ним зубцами ротора приводит к возникновению момента, стремящегося повернуть ротор в положение, при

Таблица 1

Типовые геометрические конфигурации индукторных машин однофазные двухфазные трехфазные четырехфазные

Ш) © Щ) ^vj И / 6/4 8/6

Ш) Ш) ®

6х2)/4 16/12 б котором указанные зубцы окажутся в точке согласования (т.е. площадь их перекрытия достигнет максимума). Путем последовательной перекоммутации фаз можно добиться непрерывности момента на валу двигателя. Очевидно, что рассмотренная машина может работать и в шаговом режиме, однако на практике такой режим применяется крайне редко, несмотря на конструктивное сходство индукторного двигателя с шаговым. Показательно, что П. Лауренсон начинал свою научную карьеру в качестве разработчика именно шаговых двигателей, что нашло свое отражение в конструкции первых индукторных машин. Позднее, однако, было разработано, множество "атипичных" машин, утративших какое либо сходство с шаговыми. Сюда могут быть отнесены, прежде всего, однофазные ИД, двигатели с переменным зазором, а также с дополнительной аксиальной обмоткой возбуждения. На сегодняшний день известно более 50 видов атипичных ИД из которых не менее десяти выпускаются серийно. Учитывая подобное многообразие, представляется целесообразным сформулировать признаки, отличающие ИД от других типов электрических машин:

- отсутствие каких бы то ни было обмоток на роторе, а также сосредоточенный характер статорных обмоток (в отличие от распределенных обмоток традиционных машин переменного тока).;

- токи и потоки в ИД несинусоидальны и имеют, как правило, однополярный характер. Несинусоидальность переменных состояния ИД делает проблематичным использование векторных диаграмм и комплексного исчисления для описания протекающих в нем процессов. В отличие от синхронных и асинхронных машин вектор магнитного поля ИД даже при движении с постоянной скоростью не вращается, а перемещается скачком на фиксированный угол (определяемый геометрической конфигурацией ИД), причем для необращенных машин направление движения поля противоположно направлению вращения ротора.

Кроме того, особенностью ИД является исключительная роль силового преобразователя (инвертора), без которого машина оказывается неработоспособной.

Индукторный двигатель отличается конструктивной простотой, надежностью и высокой ремонтопригодностью. По оценкам западных специалистов, по сравнению с самой дешевой машиной переменного тока - двигателем с беличьей клеткой -экономия активных материалов при использовании ИД достигает 30%, а себестоимость производства оказывается в 1.7-2 раза ниже. Коэффициент полезного действия и удельная мощность ИД оказываются близкими к аналогичным показателям асинхронного двигателя, уступая лишь вентильному двигателю с постоянными магнитами. При этом, в случае работы с недогрузом (3050% номинальной нагрузки) к.п.д. индукторного двигателя оказывается на (5-8)% выше, чем у асинхронного привода с векторным управлением. Весьма показательными в этом отношении являются приведенные в [21] результаты сравнительных испытаний SRD и асинхронного электропривода мощностью 7.5 кВт, 1800 об/мин (Таблица 2).

Довольно перспективным представляется применение ИД для получения высоких и сверхвысоких скоростей вращения. Вызывает интерес возможность применения ИД при создании уникальных механизмов, поскольку стоимость изготовления штучных ИД оказывается существенно ниже таковой для любых иных типов электрических машин. Также представляется целесообразным встраивание элементов индукторного привода в технологические машины: мотор-колесо, крыльчатка вентилятора, совмещенная с ротором обращенной машины, центробежные погружные электронасосы и т.п.

Таблица 2

Режим КПД (Превышение температуры обмотки, °С)

SRD Асинхронный двигатель Энергосберегающий асинхронный двигатель

Ми, пн 91.7(60) 84.3 (106) 89.5 (62)

Ми, 0.5/7// 90.5 (42) 73.6(118) 82.2 (81)

Мн, 0.25л/, 84.1 77 83.5

Однако, индукторный привод имеет и ряд недостатков. К ним следует отнести, прежде всего, высокие пульсации момента ИД и повышенный уровень шума [9]. Кроме того, распространение SRD в значительной мере тормозится весьма сложной и не до конца отработанной процедурой проектирования электропривода для достижения высоких энергетических показателей. Сюда относится, прежде всего, выбор конфигурации машины из большого числа ее разновидностей, а также решение вариационной задачи, связанной с поиском оптимальных значений ее геометрических параметров. При этом нередко приходится рассматривать возможные варианты ИД, отличающиеся не только количеством зубцов, но и фаз; сравнивать машины "классической" конструкции с двигателями, имеющими переменный зазор, многопакетный статор и т.п. Не вполне изученной является проблема взаимосвязи между геометрическими и электрическими параметрами ИД. Методика моделирования типовых ИД по их геометрическим и обмоточным данным рассматривается в первой главе настоящей работы.

Еще одной проблемой в создании промышленных приводов на базе ИД является устранение датчика положения ротора, снижающего надежность и увеличивающего стоимость изделия. Несмотря на практически полное отсутствие отечественных публикаций на эту тему, общие принципы создания таких SRD вполне изучены. Широкую известность получили работы по бездатчиковым SRD работы таких авторов, как P.P.Acarnley [60-63], P.C.Kjaer [118,120], G.Gallegos-Lopez [101,102], J.P.Lyons и S.R.MacMinn [133-139]. Из русскоязычных работ следует отметить публикацию М.Г.Бычкова и Н.Ф.Ильинского [32], касающуюся бездатчикового контроля положения с использованием фазного потокосцепления. К сожалению, в подавляющем большинстве работ, вопросы, связанные с практической реализацией предлагаемых методов, как правило, не рассматриваются. Данное обстоятельство в сочетании с физической простотой большинства методик контроля положения легко создает впечатление, что разработка бездатчикового электропривода является относительно несложной задачей. Однако, приняв за основу какую-либо типовой способ эстимации положения, разработчик нередко сталкивается с большими, а иной раз - и непреодолимыми трудностями. Многие методики на практике оказываются неработоспособными на низких или, наоборот, на высоких скоростях вращения, имеют недостаточную помехоустойчивость или требуют прецизионных схем измерения. В этой связи в данной работе предпринята попытка изучить особенности применения ряда перспективных методов бездатчикового контроля положения, как в отношении используемых схемотехнических решений, так и в отношении программного обеспечения.

Автор искренне надеется, что настоящая работа будет способствовать дальнейшему развитию вентильно-индукторного электропривода и окажется полезной для специалистов, работающих в этой области.

Выводы

Анализ требований к электроприводу трубного ключа, а также теоретические положения, приведенные в предыдущих главах, позволяют сделать следующие выводы:

1. Основным методом борьбы с перегревом двигателя является оптимизация энергетических режимов электропривода при частых пусках и реверсах.

2. При создании пикового момента во время отвинчивания сильно затянутых труб значительную роль играет кинетическая энергия двигателя.

3. Для реализации функции бездатчикового управления двигателем достаточно 8-битного контроллера, имеющего как минимум два таймера, мультиплексируемый АЦП и вход внешних прерываний по уровню. Этим требованиям удовлетворяет микроконтроллер AT90S8535.

4. Бездатчиковую эстимацию положения целесообразно производить при помощи предложенного в работе кусочно-регенеративного метода. При этом начальная ориентация и запуск двигателя выполняется с определением положения по время-импульсному алгоритму.

5. Разработанный образец электропривода трубного ключа работоспособен и соответствует предъявляемым требованиям.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные при выполнении настоящей работы теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать целостную методику моделирования динамических процессов в индукторных двигателях-, а также выработать практические рекомендации по созданию бездатчиковых электроприводов на базе таковых. Основные результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

1. Разработана методика построения динамической модели типовых ИД по их геометрическим и обмоточным параметрам. Сравнение расчетных и экспериментальных данных свидетельствует о пригодности предложенной методики для проведения расчетов во время проектирования систем с ИД.

2. Разработаны теоретические основы проектирования бездатчиковых электроприводов с использованием время-импульсного метода контроля положения ротора.

3. Предложен новый метод бездатчиковой эстимации положения, являющийся разновидностью метода регенеративного тока. Произведен математический анализ процессов в электроприводе при использовании предложенного метода, исследована область его применимости.

4. Разработаны и экспериментально апробированы алгоритмы программного обеспечения бездатчиковых электроприводов; выработаны практические рекомендации по разработке схемотехники и программного обеспечения для таких эл е ктропр и водо в.

6. Предложен и испытан на макете способ повышения помехоустойчивости управления двигателем в высокоскоростных электроприводах без датчика положения ротора с использованием прямого управления ключами инвертора от микропроцессора.

7. Разработан и испытан на объекте заказчика (ОАО "Татнефть") бездатчиковый электропривод для свинчивания/развинчивания труб на нефтяных скважинах.

1. Отечественные издания

2. Аракелян А.К., Глухенький Т.Г. Определение положения ротора в высокоскоростных бездатчиковых вентильно-индукторных электроприводах. // Электричество №4,2003, с. 27-30.

3. Альпер Н.Я., Терзян А.А. Индукторные генераторы. // М. Энергия, 1970, 190с.

4. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. // М.: "Высшая школа", 1973,752 с.

5. Буль Б.К. Основы теории и расчета магнитных цепей. // М.: Энергия, 1964, и 464 с.

6. Бут Д.А. Модификации вентильно-индукторных электродвигателей и особенности их расчетных моделей. // Электричество №7, 2000, с. 33-45.

7. Бут Д.А. Чернова Е.Н. Линейные вентильно-индукторные двигатели. // Электричество №3, 1998, 22 с.

8. Бут Д.А. Чернова Е.Н. Линейные вентильно-индукторные двигатели. Часть II // Электричество №1, 2000, с. 40-45.

9. Бычков М.Г., Кисельникова А.В., Семенчук В.А. Экспериментальные исследования шума и вибраций в вентильно-индукторном электроприводе // Электричество, 1997, № 12, с. 41-46.

10. Ю.Бычков М.Г., Ильинский Н.Ф., Кисельникова А.В. Расчет механических характеристик вентильно-индукторного электропривода // Тр. ин-та / Моск. энерг. ин-т.- 1997. -№675 -с. 16-29

11. П.Бычков М.Г. Алгоритм проектирования вентильно-индукторного электропривода и его компьютерная реализация // Электротехника 1997. - № 2 - с. 11-13.

12. Бычков М.Г. Анализ вентильно-индукторного электропривода с учетом локального насыщения магнитной системы // Электричество. 1998 - № 6. - с. 5053.

13. З.Бычков М.Г. Вентильно-индукторный электропривод электропривод будущего // Энергоменеджер. - Зима 1997. - Вып. 5. - с. 27-29.

14. М.Бычков М.Г. Оптимизация режимов вентильно-индукторного электропривода средствами управления. // Вестник МЭИ, 1998. № 3. с. 73-81.

15. Бычков М.Г. Основы теории, управление и проектирование ВИП. Автореферат диссертации на соискание степени д.т.н., МЭИ, 1999.

16. Бычков М.Г. Элементы теории вентильно-индукторного электропривода // Электричество. 1997. - № 8 - с. 35-44.

17. П.Бычков М.Г., Миронов JI.M., Козаченко В.Ф., Остриров В.Н., Садовский JI.A Новые направления развития регулируемых электроприводов // Приводная техника. 1997 - № 5. с. 5-9.

18. Бычков М.Г., Сусси Р.С. Расчетные соотношения для определения главных размеров вентильно-индукторной машины. // Электротехника № 3, 2000, с. 15-19.

19. Виноградов B.JI. Выбор типа и особенности расчета индукторных двигателей для вентильного электропривода. // Труды конференции МЭИ, 1999 г.

20. Виноградов B.JI. Исследование базовых элементов и разработка метода системного проектирования электроприводов с индукторными двигателями. Автореферат дисс. на соискание уч. степ, к.т.н. М., МЭИ-2000.

21. Гаинцев Ю.В. Еще раз о вентильно-индукторном электроприводе. // Электротехника №6, 1998, с. 25-27.

22. Глухенький Т.Г. К расчету минимальной индуктивности фазы в индукторных электродвигателях.// Электротехника, 2003, № 10.

23. Глухенький Т.Г. Кусочно-регенеративный метод контроля положения ротора в бездатчиковых вентильно-индукторных электроприводах. // тез. докл. науч.-техн. конф. "Динамика нелинейных и импульсных систем" Чебоксары. 2002.

24. Дискретный электропривод с шаговыми двигателями. // Под общей ред. М.Г.Чиликина. М.: Энергия, 1971. - 624 с.

25. Донской Н.В., Глухенький Т.Г. Повышение помехозащищенности бездатчиковых систем управления высокоскоростными вентильно-индукторными двигателями.// Труды академии электротехнических наук Чувашской Республики, 2002, №1.

26. Донской Н.В., Глухенький Т.Г., Альтшуллер М.И., Куклин И.И. Применение вентильного индукторного двигателя в электроприводах с тяговой характеристикой. // Материалы научно-технической конференции, посвященной 40-летию ВНИИР, Чебоксары 2001, с. 215-218.

27. Жуловян В.В. и др. Вентильный индукторный двигатель в системе электропривода. // Автоматизированный электропривод, М.: 1990, с. 405-408.

28. Иванов-Смоленский А В. Электромагнитные силы и преобразование энергии в электрических машинах. // М : Высш. шк., 1989. 312 с.

29. Иванов-Смоленский А. В. Электрические машины. // М.: Энергия, 1980, 927с.

30. Ивоботенко Б.А. Проектирование шагового электропривода. // М. МЭИ. 1985, 100 с.

31. Ильинский Н.Ф., Бычков М.Г. Вентильно-индукторный привод для легких электрических транспортных средств. // Электротехника, №2, 2000, 4 с.

32. Ключев В.И. Теория электропривода. // М.: Энергоатомиздат, 1998. 704 с.

33. Коломейцев Л.Ф., Квятковский И.А., Пахомин С.А. и др. Оптимизация реактивного индукторного двигателя с автономным электропританием. // Изв. вузов. Электромеханика №2, 1999, с. 12-15.

34. Коломейцев Л.Ф., Пахомин С.А. О влиянии чисел зубцов статора и ротора на характеристики трехфазного реактивного индукторного двигателя. // Известия вузов. Электромеханика. 1998, №2-3, с 34-39.

35. Коломейцев Л.Ф., Пахомин С.А., Квятковский И.А. К расчету реактивного индукторного двигателя малой мощности // Изв. вузов. Электромеханика. 1999. № 1. - с. 15-17.

36. Коломейцев Л.Ф., Пахомин С.А., Крайнов Д.В. и др. Математическая модель для расчета электромагнитных процессов в многофазном управляемом реактивном индукторном двигателе // Изв. вузов. Электромеханика. 1998. № 1 - с. 49-53.

37. Кононенко Е.В. Синхронные реактивные машины. // М. Энергия. 1990, 208 с.

38. Кузнецов В.А., Матвеев А.В. Дискретная математическая модель вентильно-индукторного электродвигателя. // Электричество № 8, 2000, с. 22-27.

39. Кузнецов В.А., Матвеев А.В. К вопросу определения числа витков обмотки фазы вентильного индукторного электродвигателя. // Электротехника № 3, 2000, с.10-15.

40. Кузнецов В.А., Садовский Л.А., Лопатин В.В., Виноградов В.Л. Особенности расчета ИД для вентильного электропривода. // Электротехника №6, 1998, 8 с.

41. Курбасов А.С. Опыт создания индукторных реактивных электрических двигателей. // Электричество № 7,1997, с. 46-49.

42. Курбасов А.С. Параметры синхронных реактивных- электродвигателей. // Электричество, 1994, № 12, с 58-62.

43. Миронов Л.М., Постников С.Г. Электропривод на базе индукторного двигателя с независимым возбуждением. //Труды МЭИ, вып. 676, 2000, 15 с.

44. Патент США № 5043643 (Int. CI.5 Н02Р 6/02)

45. Постников С.Г. Разработка и исследования электропривода на базе индукторного двигателя с независимым возбуждением. // Автореферат дисс. на соискание степени канд. техн. наук М.: МЭИ. 2002.

46. Русаков A.M. Разработка вентильных электродвигателей на базе магнитныхсистем индукторных машин. Диссер. на соискание ученой степени к.т.н. // М.: МЭИ, 1982.

47. Садовский J1.A. и др. Усилитель мощности для шагового двигателя. // а.с. 283361. Опубл. БИ №31, 1970.

48. Садовский J1.A., Виноградов B.J1. Электродвигатели с переменным магнитным сопротивлением для современного регулируемого электропривода (РЭП). // Электротехника №2, 2000.

49. Садовский JI.A., Виноградов B.JL, Черенков А.В. Новые типы двигателей для регулируемого электропривода. // Информэлектро, октябрь, 1999, 23 с.

50. Садовский J1.A., Черенков А.В. Разработка математической модели четырехфазного ВИП. // Труды МЭИ №675, 1997, 10 с.

51. Семенчук В.А. Разработка высокоэффективных микроконтроллерных модульных систем управления вентильно-индукторными двигателями и базового комплекта программного обеспечения // Дисс. на соискание уч. степени канд. техн наук. М , 1998 - 119 с

52. Смирнов Ю.В. Электромагнитный вентильно-индукторный двигатель. // Электротехника №3, 2000, с. 20-22.

53. Сусси Риах Самир. Разработка инженерной методики проектирования вентильно-индукторных машин. // Автореферат диссертации на соиск. уч. степ, к.т.н., МЭИ, 1999, 169 с.

54. Ся Беньчун. Разработка и исследование вентильных реактивных двигателей. // Автореферат дисс. на соискание степени канд. техн. наук М.: МЭИ. 1995.

55. Цаценкин В.К. Безредукторный автоматизированный электропривод с вентильными двигателями М.: Изд-во МЭИ, 1991 - 240 с.

56. Чаронов В.Я., Апьтшуллер М.И., Донской Н.В., Глухенький Т.Г. и др. Вентильно-индукторный электропривод механического ключа для свинчивания и развинчивания нефтяных труб. // Сб. трудов АЛНИ за 2003 г.1. Иностранные издания

57. Acarnley P. Detection of Rotor Position in Stepping and Switched Motors by Monitoring of Current Waveforms IEEE Trans Vol. IE, No. 3, Aug 1985, p. 215-222.

58. Acarnley P. Position Estimation in Switched Reluctance Drives. Proc. EPE-95, Vol. 3, pp. 3.765-3770.

59. Acarnley P.P , French C.D., and AI-Bahadly ,t.H Position estimation in switched-reluctance drives. Proc. EPE-95, Vol. 3, No. 3, 1995. PP. 765 -770.

60. Acarnley P.P., Hill R.J., and Hooper C.W Detection of rotor position in stepping and switched reluctance motors by monitoring of current waveforms. // IEEE Transaction IE. Vol. 32, N5 3, 1985.-pp. 215-222.

61. Arefeen MS., DiRenzo M., Bierke S. DSP for Switched Reluctance Drives -PCIM Europe, 1998, No. 5, pp 276-280

62. Arefeen M. S. Implementation of a Current Controlled Switched Reluctance Motor Drive Using TMS320F240 //Application report SPRA282 Texas Instruments, September 1998.

63. Austermann R. Circuit arrangement for commutating a reluctance motor // Patent No. 5180960 (USA). 19 Jan 1993 U.S Philips Corporation.

64. Backneys et al. Investigation on High Speed SRD Incorporating Amorphous Iron. // Proc. EPE'95., Vol.3, pp. 1460-1464.

65. Barnes M., Pollock C. Two Phase Switched Reluctance Drives with New Power El. Converter for Low Cost Application Proc. EPE-95, Vol 3. pp. 1427- 1430.

66. Bartos R.P., Houle Т.Н., and Johnson J.H. Switched reluctance motor with sensorless position detection // Patent No 5256923 (USA), 26 Oct. 1993 A.O. Smith Corporation.

67. Bass J.T., Ehsani M., Miller T.J-E. Robust Torque Control of Switched-Reluctance Motor Without a Shaft-Position Sensor// IEEE Transaction IE Vol IE-33, No 3. August 1986 pp. 212-216.

68. Bianchi N.,Bolognany S. Parameters and V-A Ratings of SRM for Flux-Weakening Applications Taking into Account Iron Saturation. // ENE 97, pp. 3.6313.625.

69. Bimal В., Miller T. Microcomputer Control of SRM IEEE Trans Vol. LA-22, No. 4. July/Aug 1986. pp. 708-715.

70. Blaabjerg F., Kjaer P.C., Rasmussen P.O., Christensen R., Hansen S . Kristoffersen J.R. Fast Digital Current Control in Switched Reluctance Motor Drive without Current Feedback Filters // EPE'97. 1997, Vol 3. PP 625-630.

71. Bose В К ., Miller T.J.E., Szczesny P.M., Bicknell W.H. Microcomputer Control of Switched Reluctance Motor // IEEE Transactions on Industry Applications. Vol. IA-22, No. 4. - July/August 1986.-pp. 708-715.

72. Brisset S., Brochet P. Numerical Simulation of the Transient of a Switched

73. Reluctance Motor Using an Electronic Magnetic - Mechanical Coupled Finite Element Model.

74. Bychkov M.G., Kiselnikova A.V., Semenchuk V.A. // Experimental Investigation of Noise and Vibration in a Switched Reluctance Drive // Electrical Technology/ 1997. -No. 4.-pp. 111-120.

75. Byrne J.V. Tangent forces in overlapped pole geometries incorporating ideally saturable materiale // IEEE Transactions on MAG, vol. MAG-8. No. 1, March 1972. pp. 2-9.

76. Byrne J.V., O'Connor W.J. Saturable Overlapping Rectangular Poles. -IEEE Transactions on Magnetics. Vol. Mag. -11. No. 5, September 1975, pp. 1547 1549.

77. Cai W., Pillay P. Resonance Frequencies and Mode Shapes of Switched Reluctance Motors. USA-1999.

78. SO.Cameron D., Lang J., Umans S. The Origin and Reduction of Acoustic Noise in Doubly Salient Variable-Reluctance Motors IEEE Transactions on Industry Applications. Vol. 28. No.6, Nov./Dec. 1992.

79. Chabu C.G., Nabeta S.I., Cardoso J.R. Design Aspects of 4:2 Pole Phase Switched Reluctance Motor. Brasil,1999.

80. Chen Hao, Xie Guilin, Liu Diji, Zhu Xuezhond Symmetry of Switched Reluctance Motor Drive. PEMC-96, Vol. 2, pp. 606-610.

81. CIarkson P. J., Acarnley P. P. Simplified approach to the dynamic modeling of variable reluctance stepping motors //IEE Proc . vol. 135, Pt. B. No 1, Jan 1989. pp. 1-10.

82. Comfer T. Microprocessor-Controlled Single-Phase SRM. -Drives/Motors/Control, Brighton, 68-4, 1984.

83. Coros O., Cruceru C. Simplified Calculation of Current and Flux Density for a Switched Reluctance Motor. PEMC-96. Vol. 2, pp. 447-451.

84. Cossar C. , Miller T-J. E. Electromagnetic testing of switched reluctance motors / International Conference on Electrical Machines, Manchester, 1992 September 15-17, p. 470-474.

85. Da Costa Neves C.G., Carlson N., Sadowski N., Bastos J.P.A. Forced Vibrations Calculation in a Switched Reluctance Motor Taking into Account the Viscous Damping. Brasil, 1999.

86. Davis R. Variable Reluctance Rotor Structures-Their Influence on Torque Production. -IEEE Transactions on Ind. Electron , Vol. 39, No 2, Apr. 1992, pp. 168174.

87. Dawson G.E. Switched reluctance motor torque characteristic: finite-element analyses and test results // IEEE transactions on IA, Vol. IA-23, No 3, May/June 1987. pp. 532-537.

88. Digital Signal Processing Solutions for Switched Reluctance Motor. // Texas Instruments Europe. July 1997.

89. DiRenzo M.T. Developing an SRM Drive System Using the TMS320F240 //Application report: SPRA420. Texas Instruments, March 1998.

90. Ehsani M., Bass J.T., Miller J.T.E., Steigerwald R.L. Development of a unipolar converter for variable reluctance motor drives // IEEE Trans, on 1A. vol. IA-23. No. 3, May 1987. pp. 545-553.j

91. Ehsani M., Husain I., and Kirtkami A.B. Elimination of discrete position sensor and current sensor in switched reluctance motor drives // IEEE Transaction IA, Vol. 28. № 1. 1992.-pp. 128-135.

92. Ehsani M Position sensor elimination technique for the switched reluctance motor drive// Patent № 5072166 (USA). 10 Dec. 1991. The Texas A&M University System.,

93. Elmas C. and Zetaya de la Рагга H. Position sensorless operation of a switched reluctance drive based on observer // Proc. EPE'93, 1993 pp. 82 - 87.

94. Fahimi В., Suresh G., Ehsani M. Large Switched Reluctance Machines: A 1 MW Case Study. -USA, 1999.

95. Fen Liang, Liao, Lipo T. A New Variable RM Utilizing an Auxiliary Commutation Winding.//Trans. IEEE. Vol.30.,No.2, March/Apr. 1994.

96. Ferrero A. An Indirect Test Method for the Characterization of Variable Reluctance Motors IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 42. No. 6, December 1993. pp. 1020-1025.

97. Fitzgerald A.E., Kingsley C. Electric Machinery. The Dynamics and Statics Electromechanical Energy Conversion. New York, Toronto, London , McGraw-Hill Book Company, 1961. 568 p.

98. Francecshini, Rosso G., Fratta A., Vageti A- Performance of SRM in Servo-Drive Applications. Proceedings Intelligent Motion, June 1993. pp. 16-27.

99. Gallegos-Lopez G. A New Sensorless Low-cost Methods for Switched Reluctance Motor Drives // University of Glasgow SPEED Laboratory - August 30, 1997 (Обзор)

100. Gallegos-Lopez G., Kjaer P.C., Miller T.J.E. A New Rotor Position Estimation Method for Switched Reluctance Motors Using PWM Voltage Control. EPE-97 Trondneim. 13-16.9.1997. pp. 3.580-3585

101. GrondonaL SR Motors from Italy PCIM Europe Jan./Febr. 1994, pp. 18-19.

102. Harris M.R., Miller T.J.E. Comparison of design and performance in switched reluctance and induction motors / Proc. record of Fourth international conference on Electrical Machines and Drives. Sept. 1989, pp. 303-307.

103. Harris W A., Goetz R., and Stalsberg K.J. Switched reluctance motor position by resonant signal injection // Patent № 5196775 (USA), 23 March 1993. Honeywell Inc.

104. Hashem AM., Shanawany M. El., Abignall M. A complete model for transient analysis of the stepping motor // IEE Third International Conference on Electrical Machines and Drives, 1987. pp. 325-529.

105. Hedlund G. and Lundberg H. Energizing system for a variable reluctance motor // Patent No. 5043643, (USA), 27 Aug. 1991. EMS Electronic Motor System AB.

106. Hedlund G. and Lundberg H. Motor energizing circuit // Patent № 4868478 (USA), 19 Sept. 1989. EMS Electronic Motor System AB

107. Hill R.J. and Acarnley P.P. Stepping motors and drive circuits therefor // Patent N5 4520302 (USA), 28 May 1985, National Research Development Corporation, London, England.

108. Hoang E., Mutton В., Gabsi M. Enhanced Accuracy Method for magnetic Loss Measurement in Switched Reluctance Motor. Proc. ICEM-94, C.5 Tests and Measurements, pp. 437-442.

109. Hopper E. The Development of Switched Reluctance Motor Applications. -PCIM Europe, 1995. No 5, pp. 236-241

110. Huang S., Luo J., Leonardi F., Lipo T.A. A General Approach to Sizing and Power Density Equations for Comparison of Electrical Machines.

111. Husain I. and Ehsani M. Rotor position sensing in switched reluctance motor drives by measuring mutually induced voltages // IEEE Transaction IA, Vol 30. No. 3, 1994-pp. 665 -672.

112. IEEE-488 and VXIbus Control. Data Acquisition, and Analysis // Каталог фирмы National Instruments Corporation. 1992.

113. Implementation of a Sensorless Speed Controlled Brushless DC drive using TMS320F240 //Application Note BPRA072 Texas Instruments Europe - November, 1997.-41 p.

114. Joseph D. Law. Modeling of field regulated reluctance machines // Ph. В Thesis. University of Wisconsin-mandison, USA. 1991.

115. Jufer M. Indirect Sensors for Elecric Drives. // EPE' 1995, pp. 1.836-1.840.

116. Kjaer P., Cossar C., Miller T. Efficiency Optimisation in Current Controller Variable-Speed SRD. Proc. EPE-95, pp. 3 741-3 747.

117. Kjaer P.C., Blaabjerg P., Pedersen J. K., Nielsen P., Andersen L. A New Indirect Rotor Position Detection Method for Switched Reluctance Drives // ICEM'94, Vol. 2, Paris, 1994. pp. 555 -560.

118. Kreifman R., Materu P. Design of a Single Switched per Phase Converter for SRD. // IEEE Transactions of Industrial Elecronics., Vol. 37., No 6, Dec. 1990.

119. Laurent and an A New Inderect Rotor Position Sensing with Resonant Method for SRM. -Proc. Intel Motion. June 1993, pp. 324-331

120. Laurent P., Gabsi M., and Multon M. Sensorless rotor position analysis using resonant method for switched reluctance motor // Proc. IEEE-IAS'93. 1993. pp. 687 -694.

121. Lawrenson P. et al. Variable-Speed SRM. // IEEE Proc. Vol.127, No. 4., July 1980.

122. Lawrenson P. J. Brief Status Review of Switched Reluctance Drives. EPE Journal. Vol.2, No.3, Oct. 1992. pp. 133-144.

123. Lawrenson P.J., Stephenson J.M., Blenkinsop P.T., Cord J., Fulton N.N. Variable-speed switched reluctance motors // IEE Proc . vol. 127, Pt- B. No 4 , June 1980. pp. 253-265.j

124. Liou S.P., Wang W. Indirect Rotor Position Sensing via Search Coil for Switched Reluctance Motor. PEMC-96. Vol 2. pp. 505-508.

125. Lipo T. Advanced Motor Technologies: Converter Fed Machines. IEEE Trans. 1997, No. 4. pp. 204-222.

126. Lipo T.A., Li Yue CFMs A New Family of Electrical Machines. - Conf. Rec. IPEC95, Japan, April 3-7. 1995.

127. Louis J.P., Frieller D. Precise Discrete Modeling of Electrical System Including Static Converters : Problematic. Concrete Illustration : Application to Dynamic Modeling of a Switched reluctance Drive—PEMC-96, Vol. 2, pp. 94-101.

128. Low Т., Lin H., Chen S. An Approach to Design and Simulation of Fraction -Horse Power (FHP) Switched Reluctance Drive Proc ICEM-94, D.7 Machines, Vol. 4, pp. 145-150.

129. Luk P. Jinupun. Direct Torque Sensorless Control for Switched Reluctance Motor Drives, UK-1999.

130. Lumsdaine A.H. and Lang J.H. State observers for variable-reluctance motors // IEEE Transaction IA, Vol. 37., No.2, 1990. pp. 133-142.

131. Lyons J.P. and MacMinn S . Rotor position estimator for a switched reluctance machine // Patent No 5097190 (USA), 17 March 1992. General Electric Company.

132. Lyons J.P., MacMinn S.R., and Preston M.A. Discrete position estimator for a switched reluctance machine using a flux-current map comparator// Patent No. 5140243 (USA). 18 Aug., 1992 General Electric Company

133. Lyons J.P., MacMinn S.R., and Preston M.A. Flux/current methods for srm rotor position estimation // Proc. IEEE-IAS'91, 1991. pp. 482 - 487.

134. Lyons J.P., MacMinn S.R., and Preston M.A. Rotor position estimation for a switched reluctance machine using a lumped paramenter flux/current model // Patent No. 5107195 (USA). 21 Apr. 1992. General Electric Company.

135. MacMinn S.R. and Roemer P.B. Rotor position estimator for switched reluctance motor// Patent № 4772839 (USA), 20 Sept., 1988, General Electric Company.

136. MacMinn S.R., Rzezos W.J., Szczesny P.M., and Jahns T M. Application of sensor integration techniques to switch reluctance motor drives. // Proc. IEEE-IAS'88, 1988.-pp. 584-588.

137. MacMinn S.R., Stephens C.M., and Szezesny P.M. Switched reluctance motor drive system and laundering apparatus employing same // Patent № 4959596 (USA). 25 Sept 1990. General Electric Company.

138. Manzer D. G., Varghese M., Thorp J. S. Variable reluctance motor characterization// IEEE Trans, on IE, vol. IE-36, No. 1, Feb 1989. pp. 56-63.

139. Marcinkiewicz J.G., Thorn J S., and Skinner J.L. Improved Sensorless commutation controller for a poly-phase dynamoelectric machine. // European Patent Application No. 95630049.5, 29 Nov. 1995. Emerson Electric Co.

140. Matery N. Krishnan R Steady-State Analysis of the Variably-Speed SRM Drive IEEE Trans, on Ind. Electronic. Vol 36, No 4, Nov ; 1989.

141. Mayergoyz I. D., Emad F. P. A new method for the calculation of magnetic field in AC machines // lEEETmas. on MAG, vol. MAG-22. No. 5, Sept. 1986. pp. 10461048.

142. Michaliedes A., Pollock C. Design and Performance of High Effec. 5-ph. SRD. // Proc. EPE'95., Vol.3, p. 3.143-3.148.

143. Miles A. Design of a 5 MW, 900 V SRM. // IEEE Transactions on EC., Vol. 6., No 3, Sept. 1991., p. 484-491.

144. Miller T. Brushless Perman.-Magnet and Reluctance Motor. // Oxford, Clarendon Press, 1989.

145. Miller T.J.E. Switched Reluctance Motors and Their Control. Oxford : Magna Physics Publishing and Clarendon Press, 1993. - 205 p.

146. Miller T.J.E., Bass J.T. Switched Reluctance Motor Drive Operating Without a Shaft Position Sensor. // Patent № 4611157 (USA), September 9, 1989. General Electric Company.

147. Miller T. Converter Volt-ampere Requirements of the SRM Drive. IEEE Trans, on Ind. Appl., Vol. 1A-21, No.5, 1985.

148. Miller T. Synchronous and SRM PCIM Proc. Intel motion, Apr., 1992.

149. Miller Т., Me. Gilp M. Nonlinear Theory of the SRM for Rapid Computer-aided design. -Proc. IEE, 1990, 137, Pt.B, No 6, pp. 337-347.

150. Moghbelly H., Adams G., Hoft R. Prediction of the Instant and Steady-State Torque of the SRM Using FEM with Exper. Results Comparison. //El. machines and Power Systems. 19: 287-302., 1991.

151. Morimoto M., Aiba K. Simple Reluctance Motor Drive System -EPE 1993, pp 88-91.

152. Nicolai J. Simplified Electronics Bring the SRM to the Mass Market. Proc. EPE-95, Vol. 3. pp. 3903-3907.

153. Ojo J. 0., Lipo T. A An improved model for saturated salient pole synchronous motors //lEEEtrans. on EC, vol. 4, No. 1. March 1989 pp. 135-142.

154. Oldenkamp J.L. Reversible Switched Reluctance Motor Operating Without a Shaft Position Sensor // Patent № 5440218 (USA). 8 August 1995. General Electric Company.

155. Omekanda A., Broche S., Crappe M., Baland R. Magnetic Analysis of a Switched Reluctance Machine using a Cubic Finite Element Boundary Element Coupling Method.

156. Osheba S.M., Abdel-Kader F. M. Dymamic performance analysis of reluctance motors using damping and synchronising torques // IEE Proc., vol. 137, No. 4 July 1990 pp. 231-238.

157. Pollock C., Williams B. Power Converter for SRM with minimum Number of switches. -IEEE Proc., Vol 137, No. 6, Nov. 1990.

158. Preston M.A., Lyons J.P. A Switched Reluctance Motor Model with Mutual Coupling and Multi-Phase Excitation/ IEEE Transactions and Magnetics, November 1991, Vol. 27, No. 6. pp.5423-5425.

159. Pulte D., Lai J., Milthorpe J., Huynh N. Quantification and Analysis of Acoustic Noise in Switched Reluctance Drives EPE-93 Brigton, 13-1691993, pp. 65-70

160. Radun Arthur V. High-Power Density SRM Drive for Aerospace Applications. // IEEE Trans, on Industry Applications. Jan 1992, Vol. 28, No.l, pp. 113-119.

161. Ray W.F. and Al-Bahadly I.H . A Sensorless method for determining rotor position for switched reluctance motors // Conf. Proc of Power electronics and variable-speed drives, Oct. 1994.-PP. 13-17

162. Ray W.F. Sensorless rotor position measurement in electric machines // Patent No. 5467025 (USA), 14 Nov 1995 Switched Reluctance Drives Limited.

163. Reichard J.G. and Weber D В. Switched reluctance electric motor with regeneration current commutation // Patent application No. C. 7566-2306. (USA), 23 May 1989. A.O. Smith Corporation

164. Reinert J., Inderka R., Menne M., De Doncker R.W. A Switched Reluctance Drive lor Electric Vehicles with Optimized Efficiency in each Working Point. EVS'98, Febr. 1998.

165. Rex M. Davis. Variable Reluctance Rotor Structures their Influence on Torque Production. // IEEE Transactions on Industrial Electronics., Vol. 39., No 2, Apr. 1992.

166. Scharf A. Motion Depends on Electronics. PCIM Europe. 1994. No. 5, p. 210211.

167. Scharf A. Optimism for SR Drives. PCIM Europe, Jan./Febr. 1994, p. 16-17.

168. Scharf A. PCIM'95 Exhibition and Conference Recognized Event on European Scale.-PCIM Europe, July/August 1995. p. 154-159.

169. Simkin J. A comparison of integral and differential equation solutions for field problems // IEEE Trans on MAG, vol. MA 18, No 2, March 1982 pp. 401-405.

170. Sood P.K., Skinne L. and Petty D.M. Method and apparatus of operating a dynamoelectric machine using с -JS current profile // Patent No. 5420492 (USA), 30 May 1995. Emerson Electric Co.

171. Stephen R., McMinn., William J. Rzesos. Application of Sensor Integration

172. Techniques to Switched Reluctance Motor Drives. // IEEE Transactions: Industry Applications., Vol. 28., No 6, Dec. 1992.

173. Stephenson J.M, El-Khazendar M A. Saturation in Doubly Salient Reluctance Motors. -IEE Proc. Vol. 136, Pt. B, No. 1. Jan. 1989. pp. 50-58.

174. Stephenson J.M., Eng C., Corda J. Computation of Torque and. Current in double salient reluctance motors from nonlinear magnetisation data. IEE Proc., Vol. 126, No. 5, May 1979, pp. 393-396.

175. Torrey D., Lang J. Optimal Efficiency Excitation of VRM drives IEEE Proc , R. B, Vol. 138. No. 1, Jan., 1994.

176. Trifa V. et al. Tracking Control with SRM.// PEMC-94. Poland.

177. Trowbridge C.W. An introduction to computer aided electromagnetic analysis / Published by Vector Fields Ltd. 1990.

178. Van Sistine T.G. Switched reluctance motor providing rotor position detection at tow speeds without a separate rotor shaft position sensor // Patent № 5525887 (USA), 11 June 1996 AO. Smith Corporation.

179. Van Sistine T.G., Bartos R.P., Mehlhorn W.L. and Houle Т.Н. Switched reluctance motor providing rotor position detection at high speeds without a separate rotor shaft position sensor // Patent Ms 5537019 (USA), 16 July 1996. A.O. Smith Corporation

180. Visinka R., Chalupa L., Skalka I. Системы управления электродвигателями на микроконтроллерах фирмы Моторола //CHIP NEWS- 1999 - № 1. - pp. 10 - 16.

181. Vukosavic et al. Sensorless Operation of the SR Motor with Constant Dwell // Proc. IEEE PESC-90, 1990. PP. 451-454.

182. Winter U. Comparison of different drive system technologies for electric vehicles. // EVS'98. Febr. 1998.

183. Wolf J., Spath H. SRM with 16 Stator Poles and 12 Rotor Teeth. // EPE-97, pp. 3.558-3.563.

184. Xu, Lipo T. Raos. Analysis of a New Variable Speed Singly Salient Reluctance Motor Utiliting Only two Transistor Switches. // IEEE Trans. Ind., Vol.26. March 1990, p 229-236.