В данной работе рассматривается метод управления синхронным двигателем с постоянными магнитами (СДПМ), который заключается в использовании прогнозирующей модели управления (ПМУ), позволяющей регулировать токи и скорость двигателя с заданной точностью.
Ключевые слова: синхронный двигатель, постоянные магниты, компенсация тока, прогнозирующая модель, трехфазный инвертор.
Синхронные двигатели с постоянными магнитами (СДПМ) широко исследованы и нашли применение в промышленном оборудовании, бытовых приборах, электромобилях, а также аэрокосмической технике [1]. По сравнению с асинхронными двигателями обладают преимуществами более высокого КПД при одинаковых конструкциях статора, а также при условии, что двигатели управляются одним и тем же частотным преобразователем [3].
Рис. 1. Схема трехфазного инвертора для синхронного двигателя с постоянными магнитами (СДПМ)
Также у СДПМ лучший показатель мощность/объем по сравнению с другими двигателями [3].
Существует довольно большое разнообразие методов управления синхронными двигателями, которые обладают своими достоинствами и недостатками. Остановим внимание на методе с использованием прогнозирующей модели управления, учитывая то, что новые разработки в данной области позволяют обратить пристальное внимание на плюсы этого метода, такие как относительная простота схемы реализации обратной связи, а также хороший уровень адаптивных свойств [2]. Данный метод управления динамическими объектами базируется на математических методах оптимизации.
Рис. 2. Схема управления СДПМ при помощи прогнозирующей модели управления (ПМУ)
На рис. 2. изображена схема управления синхронным двигателем с постоянными магнитами. Источником питания для двигателя является трехфазный инвертор, в качестве ключей использующий полевые транзисторы. На затворы транзисторов подаются управляющие сигналы, поступающие с блока управления (БУ), которые формируются прогнозирующей моделью на основе данных обратной связи и эталонной скорости вращения ротора двигателя vэт, которая задается разработчиком. По ветвям обратной связи на входы БУ поступают компоненты статорного тока id и iq, которые получены преобразованием трехфазного тока при помощи блока преобразования (БП) методами преобразования Кларка и Парка. На оставшиеся входы подаются угол положения ротора θ, измеренное значение скорости вращения ротора vизм, а также угловая скорость вращения ротора двигателя ωр. При моделировании двигателю задается момент сопротивления движению Tс.
Моделирование СДПМ в пакете Simulink/Matlab показывает, что по сравнению с распространенным векторным управлением при управлении двигателя с помощью прогнозирующей модели можно достичь меньшего уровня скачков трехфазного тока при запуске двигателя, а также меньших искажений тока в установившемся режиме [1].
Рис. 3. Трехфазный ток двигателя под управлением ПМУ (а), при векторном управлении (б)
На рис. 4. изображен график изменения скорости вращения ротора, включающий в себя пусковой режим и режимы переключения скорости, а также график измеряемой скорости при заданном эталонном значении 1000 об/мин [1]. Результаты моделирования показывают, что измеряемая скорость вращения ротора двигателя в установившемся режиме близка к эталонной скорости 1000 об/мин, отличаясь от неё не более чем на 1 об/мин.
Рис. 4. Скоростные характеристики при разных эталонных скоростях. Полный график изменения скорости до 1000 об / мин (а). График при скорости двигателя 1000 об / мин (б).
Литература:
- Meiling Tang, Shengxian Zhuang, 2018. "On Speed Control of a Permanent Magnet Synchronous Motor with Current Predictive Compensation«, Energies, MDPI, Open Access Journal, vol. 12(1), pages 1–15, December.
- Шайхутдинов Д. В., Дубров В. И., Леухин Р. И., Наракидзе Н. Д., Щучкин Д. А., Январев С. Г. К Выбору типа регулятора для решения задачи управления электромагнитным приводом // Фундаментальные исследования. — 2015. — № 10–1. — С. 107–116.
- Левкин Д. Синхронный двигатель с постоянными магнитами // engineering-solutions.ru: Инженерные решения. URL: https://engineering-solutions.ru/motorcontrol/pmsm/ (дата обращения: 18.06.2019).
