Особенности режима ослабления поля в вентильно-индукторной электрической машине

  • Александр Борисович Красовский
  • Елена Сергеевна Восторгина
DOI: https://doi.org/10.24160/0013-5380-2022-12-36-47
Ключевые слова: вентильно-индукторная электрическая машина, ослабление магнитного поля, предельная механическая характеристика, скоростные зоны регулирования момента

Аннотация

Режим ослабления магнитного поля электрических машин используется для расширения скоростного диапазона работы электропривода в условиях ограничения напряжения источника питания. В традиционном электроприводе для ослабления магнитного потока двигателя используется реальный либо фиктивный контур его регулирования, создаваемый в системе векторного управления с применением координатных и фазных преобразований соответствующих переменных. Вентильно-индукторные электрические машины, по сравнению с традиционными машинами, имеют конструктивные преимущества, обладают высокой надежностью и широкими возможностями управления. Однако для реализации этих возможностей выбор управляющих воздействий зависит от скоростного диапазона работы. Еще одной их особенностью является отсутствие отдельного контура стабилизации или регулирования магнитного потока. В статье рассмотрены особенности работы вентильно-индукторной машины в разных скоростных диапазонах для их адекватного учета в алгоритмах управления. Исследования проведены с использованием имитационной модели электропривода в среде MATLAB Simulink. Показано, что при работе электропривода на предельной механической характеристике в низкоскоростной зоне в условиях изменения скорости среднее значение потокосцепления фазы можно считать практически неизменным, однако регулирование среднего значения момента путем изменения уровня токоограничения происходит на фоне ослабления магнитного потока. Установлено, что в высокоскоростной зоне при неизменных положениях включения и отключения фаз с ростом скорости естественным образом (без управляющих воздействий) происходит чрезмерное снижение среднего значения потокосцепления, приводящее к резкому уменьшению среднего момента фазы. Компенсации этого снижения можно достичь прогрессирующим смещением положения включения фаз в сторону опережения.

Биографии авторов

Александр Борисович Красовский

доктор техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Электротехника и промышленная электроника», Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет), Москва, Россия

Елена Сергеевна Восторгина

старший преподаватель кафедры «Электротехника и промышленная электроника», Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет), Москва, Россия

Литература

1. Song. Ch.-H., et al. A Design of IPMSM for High-Power Electric Vehicles with Wide-Field-Weakening Control Region. – IEEE Transactions on Magnetics, 2022, vol. 58, No. 2, DOI: 10.1109/TMAG.2021.3089512.
2. Kumar V., Mishra S. Speed and Current Controller Modelling for Close Loop Control of Separately Excited DC Motor for Constant Flux and Flux Weakening Operation. – IEEE Conference on Computing, Power and Communication Technologies (GUCON), 2020, pp. 803–808, DOI: 10.1109/GUCON48875.2020.9231111.
3. Qing-long W., et al. Field Weakening Control Technology for Asynchronous Motor of Electric Vehicle. – 2020 International Con-ference on Artificial Intelligence and Electromechanical Automation (AIEA), DOI: 10.1109/AIEA51086.2020.00074.
4. Анучин А.С. Системы управления электроприводов. М.: Издательский дом МЭИ, 2015, 373 с.
5. De Doncker R.W., Pulle D.W.J., Veltman A. Advanced Electrical Drives, Analysis, Modeling, Control. Springer, 2020, 415 p.
6. Попов А.А., Онищенко Г.Б., Гуляев И.В. Анализ быстродействия системы управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором с оптимизацией по минимуму тока статора. – Интеллектуальная электротехника, 2022, № 2, с. 4–15.
7. Krishnan R. Switched Reluctance Motor Drives: Modeling, Simulation, Analysis, Design, and Applications. Cambridge: CRC Press, 2001, 432 p.
8. Bilgin B., Jiang J.W., Emady A. Switched Reluctance Motor Drives, Fundamentals to Application. Boca Raton: CRC Press, 2018, 824 p., DOI: https://doi.org/10.1201/9780203729991.
9. Alamoudi Ya.A., et al. State-of-the Art Electrical Machines for Modern Electric Vehicles. – 2019 Advances in Science and Engineering Technology International Conferences (ASET), 2019, DOI: 10.1109/ICASET.2019.8714343.
10. Miller T.J.E. Electronic Control of Switched Reluctance Machines. Oxford: Newnes, 2001, 272 p.
11. Preethishri R.S., Roseline A. Switched Reluctance Motor (SRM) Development by Using Matlab-Simulink. – 2nd International Conference on Power and Embedded Drive Control (ICPEDC), 2019. DOI: 10.1109/ICPEDC47771.2019.9036644.
12. Chichate K.R., Gore S.R., Zadey A. Modelling and Simulation of Switched Reluctance Motor for Speed Control Applications. – 2nd International Conference on Innovative Mechanisms for Industry Applications (ICIMIA 2020), DOI: 10.1109/ICIMIA48430. 2020.9074845.
13. Красовский А.Б. Имитационные модели тягового вентильно-индукторного электропривода для решения типовых задач проектирования. – Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2012, № 12, с. 26–33.
14. Krasovsky A. Simulation and Analysis of Improved Direct Torque Control of Switched Reluctance Machine. – Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science, 2019, vol 18 (1), pp. 251–260, DOI: DOI:10.11591/ijeecs.v18.i1.pp251-260.
15. Hamouda M., et al. Comparative Evaluation for an Improved Direct Instantaneous Torque Control Strategy of Switched Reluctance Motor Drives for Electric Vehicles. Mathematics, 2021, vol. 9, No. 302, DOI: DOI:10.3390/math9040302.
16. Hunasikatti K.B., Naik R.L., Nayak V. Critical Review of Control Strategies for Switched Reluctance Motor Employed in Electric Vehicle. – 2018 Second International Conference on Advances in Electronics, Computer and Communications (ICAECC), 2018, DOI: 10.1109/ICAECC.2018.8479510
#
1. Song. Ch.-H., et al. A Design of IPMSM for High-Power Electric Vehicles with Wide-Field-Weakening Control Region. – IEEE Transactions on Magnetics, 2022, vol. 58, No. 2, DOI: 10.1109/TMAG.2021.3089512.
2. Kumar V., Mishra S. Speed and Current Controller Modelling for Close Loop Control of Separately Excited DC Motor for Constant Flux and Flux Weakening Operation. – IEEE Conference on Computing, Power and Communication Technologies (GUCON), 2020, pp. 803–808, DOI: 10.1109/GUCON48875.2020.9231111.
3. Qing-long W., et al. Field Weakening Control Technology for Asynchronous Motor of Electric Vehicle. – 2020 International Conference on Artificial Intelligence and Electromechanical Automation (AIEA), DOI: 10.1109/AIEA51086.2020.00074.
4. Anuchin A.S. Sistemy upravleniya elektroprivodov (Electric Drive Control Systems). М.: Izdatel'skiy dom MEI, 2015, 373 p.
5. De Doncker R.W., Pulle D.W.J., Veltman A. Advanced Electrical Drives, Analysis, Modeling, Control. Springer, 2020, 415 p.
6. Popov A.A., Onishchenko G.B., Gulyaev I.V. Intellektual'naya elektrotekhnika – in Russ. (Smart Electrical Engineering), 2022, No. 2, pp. 4–15.
7. Krishnan R. Switched Reluctance Motor Drives: Modeling, Simulation, Analysis, Design, and Applications. Cambridge: CRC Press, 2001, 432 p.
8. Bilgin B., Jiang J.W., Emady A. Switched Reluctance Motor Drives, Fundamentals to Application. Boca Raton: CRC Press, 2018, 824 p., DOI: https://doi.org/10.1201/9780203729991.
9. Alamoudi Ya.A., et al. State-of-the Art Electrical Machines for Modern Electric Vehicles. – 2019 Advances in Science and Engineering Technology International Conferences (ASET), 2019, DOI: 10.1109/ICASET.2019.8714343.
10. Miller T.J.E. Electronic Control of Switched Reluctance Machines. Oxford: Newnes, 2001, 272 p.
11. Preethishri R.S., Roseline A. Switched Reluctance Motor (SRM) Development by Using Matlab-Simulink. – 2nd International Conference on Power and Embedded Drive Control (ICPEDC), 2019. DOI: 10.1109/ICPEDC47771.2019.9036644.
12. Chichate K.R., Gore S.R., Zadey A. Modelling and Simulation of Switched Reluctance Motor for Speed Control Applications. – 2nd International Conference on Innovative Mechanisms for Industry Applications (ICIMIA 2020), DOI: 10.1109/ICIMIA48430.2020.9074845.
13. Krasovskiy A.B. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy, Mashinostroenie – in Russ. (News of Higher Educational Institutions. Mechanical Engineering), 2012, No. 12, pp. 26–33.
14. Krasovsky A. Simulation and Analysis of Improved Direct Torque Control of Switched Reluctance Machine. – Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science, 2019, vol 18 (1), pp. 251–260, DOI: DOI:10.11591/ijeecs.v18.i1.pp251-260.
15. Hamouda M., et al. Comparative Evaluation for an Improved Direct Instantaneous Torque Control Strategy of Switched Reluctance Motor Drives for Electric Vehicles. Mathematics, 2021, vol. 9, No. 302, DOI: DOI:10.3390/math9040302.
16. Hunasikatti K.B., Naik R.L., Nayak V. Critical Review of Control Strategies for Switched Reluctance Motor Employed in Electric Vehicle. – 2018 Second International Conference on Advances in Electronics, Computer and Communications (ICAECC), 2018, DOI: 10.1109/ICAECC.2018.8479510
Опубликован
2022-10-27
Выпуск
№ 12 (2022): Выпуск № 12
Раздел
Статьи