РАЗДЕЛ 2
СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ВРД
2.1. Структура ВРД
Современный интеллектуальный ВРД имеет сложную разветвленную структуру с обратными связями, которая изображена на рис. 2.1. Структурная схема интеллектуального ВРД включает принципиально необходимые составляющие, такие как источник питания (ИП), СПП, ЭМП, УУ, ДПР, а также вспомогательные - датчик тока (ДТ), преобразователь напряжения (ПН), драйверы управления (ДУ), усилитель-ограничитель (УО), пульт управления (ПУ), обеспечивающие сопряжение узлов, которые не могут взаимодействовать непосредственно.
ИП вырабатывает постоянное напряжение, которое питает СПП и ПН. Последний узел обеспечивает преобразование сравнительно высокого напряжения ИП в низковольтные стабилизированные напряжения Uп1, Uп2, Uп3, питающие все остальные электронные узлы. СПП формирует напряжения Uф, которые прикладываются к фазным обмоткам ЭМП. В цепь питания каждой фазы включены датчики тока, выходные сигналы которых ui пропорциональны фазным токам двигателя. УО обеспечивает нормализацию выходного напряжения ДТ до уровня Ui, определяемого типом аналого-цифрового преобразователя или широтно-импульсного модулятора, используемого в УУ. ДПР имеет жесткую механическую связь с ротором ЭМП, выходные сигналы ДПР позволяют дискретно определять угловое положения ротора ?, а также рассчитывать угловую скорость ротора ?. УУ обеспечивает алгоритм формирования траектории переключения фаз, выбор и поддержание режима работы с помощью пульта индикации и управления, контрольную диагностику ВРД, а также программное формирование характеристик. УУ определяет моменты включения и выключения тока фаз при соответствующих угловых положениях ротора ?on , ?off и воздействует на полупроводниковые ключи СПП через драйверы управления, которые формируют безопасную траекторию переключения полупроводниковых ключей СПП. Узел ДУ также обеспечивает непосредственную защиту полупроводниковых ключей СПП от перегрузок по току и перегреву. Перегрев ЭМП контролируется УУ.
Характеристики ВРД в значительной мере зависят от устройства и реализации основных узлов, поэтому далее исследованы особенности расчета и реализации, возможности усовершенствования ЭМП, СПП, ДПР, УУ. Вспомогательные узлы являются стандартными и не требуют дополнительного описания.
2.2. Электромеханический преобразователь энергии
Несмотря на то, что большинство публикаций по ВРД посвящены исследованиям ЭМП, некоторые вопросы его теоретического описания и выбора параметров конструкции и управления остались нерассмотренными или изученными недостаточно.
Достоинства и недостатки вариантов конфигурации магнитной системы ЭМП анализировались многими исследователями [3, 15, 19]. В результате был сделан вывод о преимуществе известной конфигурации 8/6 (8 полюсов статора и 6 полюсов ротора) над остальными для большинства двигателей общего назначения. Эта конфигурация является рациональным вариантом между простыми конфигурациями с меньшим числом полюсов, характеризующихся меньшим средним значением момента при больших пульсациях, и сложными конфигурациями с большим числом полюсов, которые имеют больший средний момент при меньших пульсациях, но являются сложными в изготовлении и при прочих равных условиях работают при более высоких частотах коммутации СПП, что повышает требования ко всем узлам ВРД.
ВРД с конфигурацией магнитной системы "8/6" имеет четыре фазы, каждая из которых образуется двумя полуобмотками, расположенными на диаметрально противоположных полюсах статора и соединенных последовательно и согласно (рис. 2.2). Магнитная система ВРД имеет явновыраженные полюса на статоре и на роторе, поэтому при изменении углового положения ротора существенно изменяется магнитная проводимость. Изменение магнитной проводимости вызывает соответствующее изменение магнитной энергии возбужденной фазы, а оно приводит к возникновению вращающего момента.
Математическое описание процессов в ЭМП ВРД становится возможным только при принятии ряда важных допущений. Эти допущения облегчают расчеты необходимых величин ВРД при сохранении основополагающих принципов. Большинство допущений являются типичными для общей теории электрических машин. Некоторые величины возможно оценить только при значительных упрощениях теории. Погрешности, которые возникают при этом, можно уточнить или оценить с использованием более точных теоретических описаний.
Наличие воздушного зазора, имеющего значительное магнитное сопротивление по сравнению с сопротивлением стальных участков магнитной системы, позволяет упрощенно принять проводимость магнитной системы равной проводимости воздушного зазора двигателя .
Другим важным упрощением является пренебрежение потоками рассеяния фаз, при этом будем считать, что основная часть магнитного потока замыкается через полюса возбужденной фазы, ближайшие полюса ротора, с которыми осуществляется магнитное взаимодействие, и ярмо статора. Справедливость этого упрощения подтверждается моделированием картин магнитного поля возбужденной фазы ВРД, выполненного в [1]. Если возбужденными оказываются две фазы двигателя, то предполагается, что каждая из них не оказывает магнитного влияния на другую, т.е. их работа рассматривается отдельно, а результирующий момент ВРД определяется суперпозицией фазных моментов.
На начальном этапе создания нового двигателя особенно важны упрощенные расчеты, которые позволяют быстро и с достаточной точностью определять его характеристики. Эти расчеты могут выполняться на основе моделей ИЛМ и ИНМ [30]. Модель ИНМ при своей простоте отражает основные особенности ВРД и позволяет рассчитывать характеристики двигателя при значительных допущениях, что оправдывается недостаточным количеством данных на начальном этапе исследований.
Не усложняя эту модель, введем в нее некоторые уточнения. В полученном в [30] выражении для определения среднего значения момента фазы ВРД на модели ИНМ учтем последовательную работу всех фаз ВРД. В результате уточнения выражение для определения среднего момента фазы ВРД имеет вид:
, (2.1)
г
- Київ+380960830922