Диссертация (Методы и программные средства поддержки выбора решений на основе прямого и обратного нечеткого оценивания), страница 4

Результаты моделированияподтверждают адекватность предложенного метода идентификации угловогоположения ротора ВИМ.4.РазработанафункциональнаясхемаВИП,реализующаяпредлагаемый метод идентификации углового положения ротора ВИМ ипозволяющая совместить в пределах одной машины двигательный режим работыи режим «датчика угловых положений».5.Реализован макетный образец, с помощью которого проведеныисследования работы ВИМ в режиме «датчика угловых положений» идвигательном режиме. Результаты могут быть распространены на ВИМ с числомфаз три и более.Выводы по главе 1:Первая глава диссертации посвящена теоретическому обзору.

В главерешены следующие задачи:1.Приведена классификация методов определения угловых положенийротора ВИМ.2.Произведен обзор наиболее распространенных методов определенияуглового положения ротора ВИМ, представлены их основные преимущества инедостатки.213.Обозначена цель работы и ее актуальность. Представлены задачи,решаемые при работе над диссертацией. Представлены преимущества инедостатки рассматриваемого в диссертации метода определения угловогоположения.22ГЛАВА2.ОБОСНОВАНИЕМЕТОДАБЕЗДАТЧИКОВОЙИДЕНТИФИКАЦИИ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА.Как было показано выше, несмотря на наличие большого количестваметодов бездатчиковой идентификации углового положения ротора, в даннойтематике остаются открытыми.В главе 2 произведено математическое и теоретическое обоснованиеспособа идентификации углового положения ротора ВИМ, в основе котороголежитформированиевмагнитнойсистемемашиныдополнительныхизмерительных потоков и измерение фазы ЭДС, наводимой данными потоками.Представлены зависимости фазы измерительной ЭДС от углового положенияротора ВИМ для 3-х и 6-ти фазных исполнений машины.

Представлены ипроанализированы результаты апробации метода бездатчиковой идентификацииуглового положения. Проанализированы варианты бездатчиковой коммутацииуглового положения ротора ВИМ.2.1.Теоретическоеиматематическоеобоснованиеметодабездатчикового определения углового положения ротора ВИМ.Было отмечено, что ВИМ имеют конструктивное сходство с такимидатчикамиугловогоположения,каксинус-косинусныйиндукторныйредуктосин. Рассмотрим, как использовать данные конструктивные сходства дляиспользования ВИМ в режиме датчика угловых положений.

Для этого вполюсах, имеющих разные магнитные проводимости, магнитной системы ВИМнеобходимо сформироватьизмерительныеМДС, связанные между собойквадратурными соотношениями, частотой порядка 10 кГц. Так как магнитнаяпроводимость под полюсами ВИМ различна и зависит от углового положенияротора ВИМ, то связанные между собой квадратурно магнитные потоки будутсуммироваться в магнитной системе ВИМ с разными амплитудами и приводитьк возникновению суммарного магнитного потока, фаза которого зависит отуглового положения ротора ВИМ.23Один из вариантов реализации данного метода – это формированиеизмерительных МДС при помощи дополнительных измерительных катушек,которые следует установить на полюсах ВИМ.

Недостатком данного вариантаявляетсянеобходимостьвмешательствовконструкциюВИМ,чтовпромышленных условиях означает выпуск специальных исполнений машин.Альтернативнымвариантомреализацииданногометодаявляетсяиспользование для формирования измерительных МДС при помощи тех жекатушек, что и для формирования силовых токов, отвечающих за формированиеэлектромагнитного момента ВИМ. В этом случае измерительные токи вкатушках формируются на интервалах коммутации, когда катушки в фазнойобмотке отключены от питающей сети, и не участвуют в формированииэлектромагнитного момента.

В этом случае для использования ВИМ в качестведатчика углового положениясоздадим в двух катушках, расположенных вразных фазных обмотках ВИМ, измерительные токи частотой 10 кГц, связанныеквадратурнымисоотношениями.Измерительныетокиприводятквозникновению в магнитной системе ВИМ измерительных МДС, которые, как итоки,связанныквадратурнымисоотношениями.Таккакмагнитныепроводимости под полюсами фаз двигателя различны и соотношения магнитныхпроводимостей зависит от углового положения ротора двигателя, то потоки,вызванные измерительными МДС, суммируются в магнитной системе с разнымиамплитудами. В результате имеем суммарный магнитный измерительный поток,фаза которого зависит от углового положения ротора двигателя, следовательно,имея информацию о фазе потока можно вычислить текущее угловое положениеротора.

Анализировать фазу потока можно по фазе ЭДС наводимой вотключенных обмотках машины.24Рис. 2.1. Трехфазная ВИМ конфигурации 12/8.Рассмотрим реализацию метода на примере трехфазной ВИМ конфигурации12/8 (рисунок 2.1.). Для управления формированием электромагнитного моментаВИМ используем одиночную коммутацию фаз. Таким образом, в каждыймомент времени только через одну фазную обмотку ВИМ протекают силовыетоки, при этом катушки в данной фазе соединены последовательно и согласно.Для того что бы ВИМ работал одновременно в режиме двигателя и датчикауглового положения, создается в двух катушках, незадействованных в данныймоментвременидляформированияэлектромагнитногомоментирасположенных в разных фазных обмотках, измерительные токи, связанныеквадратурнымисоотношениями. Таким образом, еслив формированииэлектромагнитного момента задействована фазная обмотка C, то в однойкатушке фазной обмотки А и одной катушке фазной обмотки B формируютсяизмерительные переменные токи частотой 10 кГц, связанные квадратурой.

Дляисключениявлиянияизмерительныхтоковнаэлектромеханическуюхарактеристику ВИМ, их величина будет как минимум на порядок меньшеноминальной. Протекающие по катушкам силовые и измерительные токисоздают в магнитной системе машины МДС.При условии, что магнитная проводимость стали равна бесконечности, иотсутствует поток рассеяния статора, то магнитные потоки статора будутзамыкаться через его зубцы, а магнитная проводимость магнитной цепи будетопределяться магнитной проводимостью воздушного зазора между зубцами25статора и ротором, насыщение магнитной цепи обусловлено насыщениемзубцовой зоны ВИМ.

В этом случае справедлива, представленная на рисунке 2.2.схема замещения магнитной цепи ВИМ. МДС FA и FB возникают в результатепротекания по катушками ВИМ измерительных токов. МДС FC и F'C возникаютвследствие протекания по катушкам ВИМ силовых токов.Рис 2.2. Схема замещения магнитной системы трехфазной ВИМ конфигурации 12/8Для упрощения математического описания можно принять, что магнитныепроводимости в зависимости от углового положения ротора ВИМ изменяются посинусоидальному закону от 0 до λmax .Магнитные проводимости под полюсами трехфазной ВИМ конфигурации12/8 описываются уравнениями:Магнитная проводимость в воздушном зазоре под полюсами фазы А:λ A = 0,5 ⋅ λmax (1 + cos(Θ))(2.1)Магнитная проводимость в воздушном зазоре под полюсами фазы В.λ B = 0,5 ⋅ λmax (1 + cos(1200 + Θ))(2.2)Магнитная проводимость в воздушном зазоре под полюсами фазы Сλ C = 0 ,5 ⋅ λ max (1 + cos( 120 0 − Θ )) ,гдеΘ(2.3)- угол рассогласования зубцов ротора и статора под полюсом фазыА, λmax - максимальная магнитная проводимость под полюсами фаз.МДС в магнитной системе ВИМ приводят к возникновению разностимагнитных потенциалов между статором и ротором:ϕ 2 − ϕ1 =FAλ A + FB λB + 2 FС λС − 2 F 'С λС4(λ A + λB + λC )(2.4)26При включении катушек в фазной обмотке ВИМ во время формированиясиловых токов последовательно согласно справедливо выражение: FC = F 'C .Разность магнитных потенциалов между статором и ротором приобретаетвид:ϕ 2 − ϕ1 =FA λ A + FB λ B4 ( λ A + λ B + λC )(2.5)Так как по катушкам фаз А и В протекают токи связанные квадратурнымисоотношениями, то МДС рассчитываются по формулам:FA = W ⋅ I ⋅ sin( ω t ) = F ⋅ sin( ω t )– МДС фазы А.(2.6)FB = W ⋅ I ⋅ cos(ωt ) = F ⋅ cos(ωt )– МДС фазы В.(2.7)В результате в катушках, в которых не производится модулированиеквадратур токов, имеем измерительный магнитный поток:[Ф = Ф max sin( ω t )(1 + cos( Θ )) + cos( ω t )(1 + cos( 120где Ф max =0+ Θ ))],(2.8)λА– максимальный поток для фазы А,4(λ А + λ B + λ C )Ф max =λВ– максимальный поток для фазы В,4(λ А + λ B + λ C )Ф max =λС– максимальный поток для фазы С.4(λ А + λ B + λ C )Измерительный поток приводит к возникновении измерительной ЭДС:11cos(ωt ) + cos(ωt − Θ ) + cos(ωt + Θ ) − sin(ωt ) − dФ22E=−= − E max =dt− 1 sin ωt − 120 0 − Θ − 1 sin ωt + 120 0 + Θ2 2([)(= − E max cos(ωt )(1 + cos(Θ)) + sin(ωt )(1 + cos(120 0 + Θ)))(2.9)]Как видно, фаза измерительной ЭДС зависит от углового положения роторадвигателя и не зависит от величины силового тока.

В связи с чем, для измеренияуглового положения ротора ВИМ достаточно измерять фазу ЭДС, наводимойизмерительными потоками в одной из незадействованных катушек. На рисунке2.3 приведены семейства зависимостей фазы измерительной ЭДС от угловогоположения ротора ВИМ для трех случаев модулирования измерительных токов:271. Модулирование измерительных токов осуществляется в катушкахфазных обмоток А и В;2. Модулирование измерительных токов осуществляется в катушкахфазных обмоток B и С;3.

Модулирование измерительных токов осуществляется в катушкахфазных обмоток А и С;123Рис. 2.3. Семейство зависимостей фазы измерительной ЭДС от углового положенияротора ВИМ.1 – зависимость при модулировании измерительных токов в катушках фазных обмоток А и В2 – зависимость при модулировании измерительных токов в катушках фазных обмоток B и C3 – зависимость при модулировании измерительных токов в катушках фазных обмоток C и AВ случае использования предлагаемого метода определения угловогоположения ротора применительно к ВИМ, количество фазных обмоток которойболее 3-х, имеем большее количество неиспользуемых катушек, установленныхна полюсах, воздушные зазоры под которыми имеют различную магнитнуюпроводимость. В связи с чем, появляется большее количество вариантов длявыбора катушек для модулирования квадратур информационных токов.

Врезультате имеем большее количество зависимостей фазы измерительной ЭДСот углового положения ротора ВИМ, что позволяет исключить возникновенияусловий, когда не возможно однозначно определить угловое положение ротораВИМ, а это возможно в случае работы вблизи экстремума зависимостей.28Использование предлагаемого метода в ВИМ с большим количеством фазныхобмоток позволяет сделать метод определения углового положения болеегибким и применимым практически к любым режимам работы ВИМ и режимамкоммутации силовых токов. В случае использования 6-ти фазной ВИМ,имеющей 12 зубцов на статоре и 10 на роторе, магнитные проводимости подполюсами в зависимости от углового положения ротора будут описыватьсяуравнениями:Магнитная проводимость в воздушном зазоре под полюсом фазы А:λA = 0,5 ⋅ λ(1 + cos(Θ))(2.10)Магнитная проводимость в воздушном зазоре под полюсом фазы B:λ B = 0,5 ⋅ λ (1 + cos( 60 0 + Θ ))(2.11)Магнитная проводимость в воздушном зазоре под полюсом фазы C:λ C = 0 ,5 ⋅ λ (1 + cos( 1200+ Θ ))(2.12)Магнитная проводимость в воздушном зазоре под полюсом фазы D:λ D = 0,5 ⋅ λ (1 + cos( 180 0 − Θ ))(2.13)Магнитная проводимость в воздушном зазоре под полюсом фазы E:λ E = 0 ,5 ⋅ λ (1 + cos( 120 0 − Θ ))(2.14)Магнитная проводимость в воздушном зазоре под полюсом фазы F:λ F = λ (1 + cos( 60 0 − Θ ))(2.15)Разность магнитных потенциалов между статором и ротором в зависимостиот углового положения ротора для 12-ти фазной ВИМ при формированииизмерительных МДС в катушках фазных обмоток А и В имеет вид:ϕ2 − ϕ1 =FAλA + FB λBλF sin(ωt )(1 + cos(Θ)) + λF cos(ωt )(1 + cos(600 + Θ))=2(λA + λB + λC + λD + λE + λF )2(λA + λB + λC + λD + λE + λF )(2.16)Разность магнитных потенциалов вызывает возникновение измерительногопотока()Ф = Ф max sin( ω t )(1 + cos( Θ )) + cos( ω t )(1 + cos( 60 0 + Θ )) .