Розділ 2
МЕтодИ підвищення методичної складової
достовірності ІВС діагностування БЕМП
Одним з найважливіших питань при розробці та дослідженні ІВС діагностування
БЕМП є підвищення та оцінювання достовірності діагностування. Методична
складова достовірності виходячи з [30], залежить від кількості несправностей,
що визначається. Як показано у розділі 1, для підвищення методичної складової
достовірності необхідно розробляти чи вдосконалювати існуючі методи ТД БЕМП, з
урахуванням комплексної зміни несправностей, що виникають у вентильний та
електромеханічній частині БЕМП. Для того щоб проаналізувати, які діагностичні
параметри необхідно використовувати для визначення тої чи іншої несправності,
потрібно дослідити сам БЕМП як об’єкт діагностування у різних режимах його
роботи.
2.1. Моделювання БЕМП як об’єкта діагностування
Класичний БЕМП може бути визначений як електромеханічний перетворювач, який має
сенсор положення ротора, що керується напівпровідниковим пристроєм, який
здійснює узгоджену комутацію обмотки якоря, таким чином, щоб забезпечувати
підтримку кута між вектором намагнічуваної сили індуктора та середнім
положенням вектора намагнічуваної сили якоря на постійному рівні.
В більш загальному сенсі БЕМП – це електрична машина зі зворотнім зв’язком, що
керується напівпровідниковим пристроєм, який комутує якірну обмотку таким
чином, щоб підтримувати на потрібному рівні кутову координату, яка характеризує
положення ротора.
Особливу специфіку в роботу та характеристики БЕМП вносять живлення від
напівпровідникових комутаторів та використання сенсорів Холла, як сенсорів
положення ротора [9].
Розглянемо БЕМП з постійними магнітами виробництва фірми AVEOX 1005/4 [21,74],
структурна схема наведена на рис. 2.1.
Рис.2.1. Структурна схема приводу БЕМП
БЕМП складається з генератора зразкового струму, контролера ШІМ, сенсорів
положення ротора, безпосередньо самого електричного мотора з постійними
магнітами (ЕМПМ) та IGBT інвертора.
Амплітуда зразкового трифазного струму І* визначається зразковим моментом Т* та
константою проти ЕРС ke
І*=. (2.1)
Залежно від позиції ротора, генератор зразкового струму формує трифазні
зразкові струми (ia*, ib*, ic*), використовуючи величину зразкового струму та
нуль. Порядок перемикання показаний у табл. 2.1 [74].
Таблиця 2.1
Залежність струму від положення ротора
qr
i1
i2
i3
00 - 600
I*
- I*
600 - 1200
I*
- I*
1200 - 1800
I*
- I*
1800 - 2400
- I*
I*
2400 - 3000
- I*
I*
3000 - 3600
- I*
I*
Контролер ШІМ формує сигнали перемикання на інвертор. Логіка перемикання
показана у табл. 2.2, тут іі – струм і-ї фази; іі* - зразковий струм і-ї фази;
hb – гістерезіс навколо струму.
Таблиця 2.2
Логіка вмикання/вимикання ключів
Умова
Вмикання ключа
Вимикання ключа
і1 < (i1* – hb)
і1 > (i1* + hb)
і2 < (i2* – hb)
і2 > (i2* + hb)
і3 < (i3* – hb)
і3 > (i3* + hb)
Проти ЕРС у БЕМП трапецивидна та є функцією кутової швидкості wr і кута
повороту ротора qr. Проти ЕРС ein можна задати як показано у табл. 2.3.
Позначимо
еаn = kEwrfa(qr), еbn = kEwrfb(qr), еcn = kEwrfc(qr). (2.2)
Безпосередньо сам БЕМП та вентильні перетворювачі (інвертори) показані на рис.
2.2.
Промоделюємо БЕМП у трифазній системі координат аbс.
Таблиця 2.3
Зміна ЕРС в залежності від положення ротора
еan
qr
kEwr
00 - 1200
kEwr((6/p)(p - qr) - 1)
1200 - 1800
- kEwr
1800 - 3000
kEwr((6/p)(p - qr) + 1)
3000 - 3600
еbn
kEwr((6/p)(p - qr) - 1)
00 - 600
- kEwr
600 - 1800
kEwr((6/p)(p - qr) + 1)
1800 - 2400
kEwr
2400 - 3600
еcn
kEwr((6/p)(p - qr) + 1)
600 - 1200
kEwr
1200 - 2400
kEwr((6/p)(p - qr) - 1)
2400 - 3000
- kEwr
3000 - 4200
Рис. 2.2. Структурна схема інвертора та БЕМП
Рівняння БЕМП можна представити у вигляді:
(2.3)
де uan, ubn, ucn – фазові напруги, які можуть бути визначені:
uan = ua0 - un0; ubn = ub0 - un0; ucn = uc0 - un0; (2.4)
де uan, ubn, ucn та un0 – трифазні напруги та нейтральна напруга по відношенню
до нульового потенціалу у середній точці;
R – опір обмоток;
еan, еbn, еcn – фазові ЕРС. Зміна ЕРС в залежності від положення ротора (див.
табл. 2.3);
yа, yb, yc – потокозчеплення на відповідних фазах:
yа = Lsia – M(ib+ic); yb = Lsib – M(ia+ic); yс = Lsic – M(ib+ia); (2.5)
де Ls, M – індуктивність та взаємоіндуктивність відповідно.
Так як БЕМП не має нейтрального з’єднання
iа + ib + iс = 0. (2.6)
Підставляючи (2.6) у (2.5) отримаємо:
yа = ia (Ls + M); yb = ib (Ls + M); yс = ic (Ls + M). (2.7)
Враховуючи (2.7) та (2.3) отримаємо
(2.8)
Електромагнітний момент можна представити у вигляді [74,75]
Mе = (еаn іа + еbn іb + есn іс)/wr.
Підставивши значення ЕРС, отримаємо
Mе = kE (fа(qr)іа + fb(qr)іb + fс(qr)іс). (2.9)
Рівняння механічного руху БЕМП
, (2.10)
де Р – кількість полюсів;
J – момент інерції;
Mн – момент навантаження;
Мпот – момент втрат, зумовлений тертям.
Мпот = ссsign(wr) + cvwr, (2.11)
де сс та сv – коефіцієнт тертя у підшипниках та коефіцієнт сухого тертя
відповідно.
Похідна кута повороту ротора
. (2.12)
Потенціал нейтральної точки можна отримати підставивши рівняння (2.4) у (2.3)
та додавши ці рівняння
ua0 + ub0 + uc0 - 3un0 = (еan + еbn + еcn).
Таким чином
un0 = (ua0 + ub0 + uc0 - (еan + еbn + еcn))/3. (2.13)
Диференційні рівняння (2.8), (2.10) та (2.11) представляють модель БЕМП зі
змінними іа, іb, іс, wr, Q та незалежною змінною часу
(2.14)
Представлена в (2.14) модель була промодельована у Simulink Matlab [76,77] и
показана на рис. 2.3.
Рис. 2.3. Імітаційна модель БЕМП
На рис.2.3 прийняті такі позначення:
блоки «T*», «kb», «R2»