Диссертация (Транзисторный регулятор бездатчикового бесколлекторного двигателя постоянного тока на базе вычислителя потокосцеплений), страница 15

Пуск БДПТ на ХХ с выходом на частоты вращения больше100 рад·с - 1 .Для моделирования этого процесса напряжение питания в момент пускаизменялось скачком до величины, соответствующей желаемой частоте. Переход врежим самокоммутации осуществлялся при частоте 5 рад·с-1 и уровне сигналапсевдо-ЭДС 100 мкВ, как и в предыдущем пункте. Частота импульсов ПБизменялась по закону: ω(t) = 330000·t. При моделировании не удалось произвестипуск, так как после перехода на самокоммутацию, система теряла устойчивость иразгон прекращался. На Рисунке 4.9 представлены результаты эксперимента приUп = 27 В. На нем видно, что возникают колебания частоты вращения.

После серииэкспериментов был сделан вывод, что в результате протекания большого пусковоготока в начальный момент времени, и малого момента инерции ротора, очень быстрорастет частота вращения. При переходе к самокоммутации, она продолжаетнекоторое время расти по инерции, что приводит к ошибкам в коммутации и потереустойчивости.127Рисунок 4.9 – Результаты моделирования пуска БДПТ на ХХ при Uп = 27 В.Для решения описанной проблемы были предложены следующиеспособы:плавное поднятие питающего напряжения;плавное поднятие уровня токоограничения.Было проведено моделирование системы с реализацией этих способов. Приимитации плавного повышения питающего напряжения оно изменялось по закону:tU t   271  e ,(4.10)где τ – постоянная времени процесса увеличения напряжения.Получены положительные результаты при τmin = 100 мс. При больших значениях τпроцесс пуска так же происходит стабильно, однако выход на режим затягивается.На Рисунке 4.10 представлены результаты моделирования пуска при плавномнарастании величины напряжения питания.

Приведен график изменения частотывращения ротора.128Рисунок 4.10 – Пуск БДПТ на ХХ при плавной подаче напряжения питания фаз.При реализации режима плавно возрастающей уставки по току, ее значениеизменялось по закону:tI max t   0,9  14,11  e ,(4.11)где τ – постоянная времени процесса увеличения значения максимального токафазы.Во время эксперимента τ варьировалась. Наилучшего результата удалось достичьпри τ = 100 мс. На Рисунке 4.11 приведены результаты моделирования пуска БДПТна ХХ при Uп = 27 В с плавно нарастающим значением уставки по току фазы.Сравнивая полученные характеристики, можно сделать вывод, чтовторой способ пуска БДПТ позволяет выходить на режим в 10 раз быстрее.129Рисунок 4.11 – Пуск БДПТ на ХХ при плавном увеличении уставки по току фазы.4.4.Пуск БДПТ под нагрузкой с выходом на частоты вращения больше 100рад·с-1После серии экспериментов было установлено, что реализация данногорежима возможна при увеличении порогового значения частоты вращения, накоторой система переходит в режим самокоммутации.

Если пороговое значение неувеличивать, то система теряет устойчивость аналогично с процессом, показаннымна Рисунке 4.9. При увеличении значения частоты вращения, при которойпроисходит переход, до 700 рад·с-1, удалось добиться устойчивого пуска БДПТ приUп = 27 В и Мн = 0.01 Н·м. На Рисунке 4.12 приведены результаты моделирования:графики сигнала переключения на самокоммутацию, тока и противо-ЭДС фазы,частоты вращения.130Рисунок 4.12 – Пуск БДПТ при Uп = 27 В; Мн = 0,01 Н·м.4.5.Сброс и наброс нагрузкиПри моделировании реализован режим сброса и наброса нагрузки в режимесамокоммутации при Uп = 10 В. При набросе нагрузки активный моментизменялся скачком от 0 Н·м до 0,015 Н·м (номинальный момент исследуемогоБДПТ).

При сбросе – наоборот. Результаты моделирования приведены наРисунках 4.13, 4.14.Как следует из результатов моделирования, поведение БДПТ соответствуеттеории вентильных двигателей [23,24]. При увеличении момента нагрузки для егокомпенсации возрастает ток фазы. Как следствие – падает противо-ЭДС и,соответственно, частота вращения. При уменьшении момента нагрузкипроисходит обратный процесс.131Рисунок 4.13 – Наброс нагрузки.Рисунок 4.14 – Сброс нагрузки.132Выводы.1.Разработанная имитационная модель БДПТ в OrCad Schematics сбездатчиковым определением моментов коммутации на основе вычислителяпотокосцеплений можно считать адекватной, так как она позволяет реализоватьреальные режимы работы БДПТ.2.Согласнорезультатаммоделирования,разработанныйметодбездатчикового управления БДПТ работоспособен на большом диапазоне частотвращения: от низких (порядка 10 рад·с-1), до высоких (порядка 4000 рад·с-1).

Приреализациипредложеннойсистемынапрактикеуказанныйдиапазонограничивается параметрами микроэлектронных компонентов и качествомпроектирования печатных плат.3.При пуске БДПТ с выходом на высокие частоты вращения необходимопроизводить при плавно повышающемся напряжении питания или плавноповышающемся значении максимального тока фазы.4.При пуске БДПТ под нагрузкой частота, на которой система переходитв режим самокоммутации, должна быть больше, чем при пуске на ХХ, на двапорядка.5.Результаты моделирования регулятора бездатчикового БДПТ с ПМ набазе вычислителя потокосцеплений позволяют сделать вывод, что предложенныйметод управления работоспособен при различных типах нагрузки.133ЗАКЛЮЧЕНИЕПо работе можно сформулировать следующие основные выводы ирезультаты.1.

Сравнительный анализ методов бездатчикового управления показал, чтонаиболее целесообразным и простым является метод на основе вычисленияпротиво-ЭДС фаз.2. Предложенные алгоритмы формирования сигналов переключения повычисленным противо-ЭДС позволяют организовать как 120-градусную, так и 180градусную коммутацию силовых транзисторных ключей инвертора.3. Дано теоретическое обоснование метода бездатчикового управления наоснове анализа противо-ЭДС фаз, полученных с помощью вычислителяпотокосцеплений.4. Предложенодлявычисленияпотокосцепленийиспользоватьапериодическое звено в качестве интегратора. Такой подход не требует заданияконстанты интегрирования, а также позволяет решить проблемы, связанные сналичием смещения по постоянному току входных сигналов.5.

Сравнение двух методик вычисления сигнала, позволяющего определятьмоменты коммутации показало, что метод на базе вычислителя потокосцеплений сиспользованием апериодического звена менее чувствителен к разбросу параметровобмотки якоря и ВЧ помехам, чем метод на базе вычислителя противо-ЭДС сиспользованием дифференцирующего звена.6. Предложенныйспособкоррекциивычисленногосигналаприиспользовании апериодического звена в качестве интегрирующего позволяетполучать сигналы противо-ЭДС фаз на низких частотах вращения БДПТ.7.

Предложен способ вычисления корректирующего коэффициента сиспользованием перемножителей напряжения.8. Предложенный способ определения частоты вращения ротора повычисленным потокосцеплениям с использованием 18-пульсной схемывыпрямления может быть использован на низких частотах вращения БДПТ.1349. Предложенная структурная схема регулятора БДПТ обеспечиваетстабилизацию частоты за счет введения компенсирующих сигналов понапряжению питания и току фаз двигателя.10. Разработаны структурные, функциональные и схемотехническиерешения для блоков регулятора БДПТ.11. Разработана имитационная модель регулятора БДПТ на базевычислителя потокосцеплений в среде OrCad 9.2, реализующая 120-градусныйи 180-градусный законы коммутации.12.

Получены аналитические соотношения для задания частотывращения поля якоря БДПТ при пуске под нагрузкой. Проанализированыразные типы момента нагрузки.13. Результаты компьютерного моделирования регулятора подтвердилиработоспособность предложенного метода бездатчикового управления БДПТдля различных типов нагрузок.135СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ1. Архангельский А.Я. PSpice и Design Center. Части 1 и 2. – М.: МИФИ, 1996.2. Балагуров В.А., Гридин В.М., Лозенко В.К.

Бесконтактные двигателипостоянного тока с постоянными магнитами. – М.: Энергия, 1975.3. БесекерскийВ.А.,ПоповЕ.П.Теориясистемавтоматическогорегулирования. – М.: Наука, 1972. – 768с.4. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. – М .: Высшая школа, 1990.– 416 с.5.

ВагановМ.А.,МатюховВ.Ф.,СеверинВ.М.Проектирование вентильных элекромеханотронных преобразователей:Учебное пособие. – СПб.: ЭТИ, 1992.6. Воронин С.Г., Курносов Д.А. Кульмухаметова А.С. Сравнительная оценкаразличных способов управления коммутацией вентильных двигателей поэнергетическим показателям и регулировочным свойствам// ВестникЮжно-Уральского государственного университета.

Серия: Энергетика. –2013. – №1. Т.13. – С. 96-102.7. Воронин, С.Г., Динамические модели вентильного двигателя при различныхсочетаниях параметров / С.Г. Воронин, Д.В. Коробатов, Р.Т. Киякпаев, А.С.Кульмухаметова // Известие Академии электротехнических наук, 2011 –стр.58–63.8. Гальперин М.В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике.– М.: Энергоатомиздат, 1987.

– 320 с.9. Герман-Галкин С.Г., Лебедев В.Д., Макаров Б.А., Чичерин Н.И.Цифровые электроприводы с транзисторным преобразователями. – Л.:Энергоатомиздат, 1986.10.Джексон Р.Г. Новейшие датчики. М.: Техносфера, 2007. – 384 с.11.Дубенский А.А. Бесконтактные двигатели постоянного тока. М.: Энергия. –1967. – 144 с.13612.Егупов, Н.Д.

Методы классической и современной теории автоматическогоуправления: Учебник в 3-х т. Т. 1: Анализ и статистическая динамика системавтоматического управления / Под ред. Н.Д. Егупова. – М.: Изд-во МГТУим. Н.Э. Баумана, 2000. – 748 с.13.Зевеке Г.В. и др. Основы теории цепей. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528с.14.Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: учебник для вузов.1. М.:Энергия, 1980.15.Клименко К. А. Сравнительный анализ современных датчиков тока //Молодой ученый.

— 2011. — №8. Т.1. — С. 66-68.16.Козаченко, В.Ф. Основные тенденции развития встроенных системуправления двигателями и требования к микроконтроллерам / В.ФКозаченко // Chip News. – 1999. – № 5. – С. 24–2917.Кондратьев, А. Б. Исследование мехатронного модуля привода стрёхфазным вентильным двигателем при 180-градусном управлении / А.

Б.Кондратьев, А. В. Кривилев, А.В. Ситникова // Электронный журнал«ТрудыМАИ»,2012г.–№50.–http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=2882518.КоневЮ.И.Структурыполупроводниковыхпреобразователейдля бесколлекторных двигателей// Электронная техника в автоматике.Сборник статей. – Выпуск 17. – М.: Радио и связь, 1986.19.Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин.Второе издание, переработанное и дополненное. – М.: Высшая школа, 1994.20.Мамий А.Р., Тлячев В.Б. Операционные усилители.