Чуприна Н.В., Пугачев А.А., Моделирование системы векторного управления тяговым синхронным двигателем с постоянными магнитами

скачать PDF

Аннотация

В последние годы в регулируемых электроприводах переменного тока наблюдается устойчивая тенденция к более широкому использованию разновидностей синхронных двигателей. Обзор отечественных и зарубежных исследований показал, что для тяговых электроприводов перспективным вариантом является синхронный двигатель с постоянными магнитами (СДПМ). Анализ систем управления показал, что наиболее целесообразным является применение системы векторного управления. В данной статье поставлена задача разработки математической модели электропривода с СДПМ и системой векторного управления для ее последующей реализации средствами программного комплекса Matlab. Для достижения поставленной задачи использованы методы теории электропривода, теории автоматического управления, аналитического и численного решения уравнений, компьютерного моделирования. На основании эквивалентной схемы замещения СДПМ и преобразований Парка-Горева синтезированы уравнения и структурные или функциональные схемы основных элементов электропривода с системой векторного управления. Показана значимость выбора расположения осей d и q после преобразования Парка-Горева. В силовом канале электропривода использован двухуровневый автономный инвертор частоты с алгоритмами пространственно-векторной модуляции. Проанализирована возможность интеграции системы векторного управления во внешний контур системы управления тягового электропривода рельсового подвижного состава, регулирующей скольжение или силу тяги. Подробно описана реализация электропривода, содержащего двигатель мощностью 133 кВт, с помощью элементов библиотеки Simulink; рассчитаны и приведены числовые значения параметров всех функциональных блоков, зависящих от типа применяемого двигателя. Приведены основные результаты моделирования переходных режимов, анализ которых показал адекватность разработанной модели. Установлено, что применение системы векторного управления СДПМ позволяет получить высокие быстродействие и точность регулирования момента и частоты вращения.

Ключевые слова

синхронный двигатель, постоянные магниты, система векторного управления, тяговый электропривод, эквивалентная схема замещения, преобразования Парка-Горева, моделирование.

Чуприна Николай Валентинович – аспирант, ассистент, кафедра промышленной электроники и электротехники, Брянский государственный технический университет, Брянск, Россия, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., https://orcid.org/0000-0001-8915-0926

Пугачев Александр Анатольевич – д-р техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, кафедра промышленной электроники и электротехники, Брянский государственный технический университет, Брянск, Россия, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., https://orcid.org/0000-0002-1836-0923

  1. Анализ и систематизация систем электропривода тягового подвижного состава / А.С. Космодамианский, В.И. Воробьев, А.А. Пугачев, С.Г. Волохов // Мир транспорта и технологических машин. 2013. № 2(41). С. 46-53.
  2. Анучин А.С. Системы управления электроприводов: учебник для вузов. М.: Издательский дом МЭИ, 2015. 373 с.
  3. Козярук, А.Е., Рудаков В.В. Современное и перспективное алгоритмическое обеспечение частотно-регулируемых электроприводов. СПб.: С.-Петерб. электротехн. компания, 2004. 128 с.
  4. Thanga R.C., Srivastava S.P., Agarwal P. Energy efficient control of threephase induction motor - a review // Interna-tional Journal of Computer and Electrical Engineering. 2009. Vol. 1 (1). Pp. 61-70. doi: 10.7763/IJCEE.2009.V1.10
  5. Hill R.J. Traction drives and inverters // Railway Electrification Infrastructure and Systems. 2007. Pp. 185-196. doi: 10.1049/IC.2007.1652
  6. Matsuoka K. Development Trend of the Permanent Magnet Synchronous Motor for Railway Traction // IEEJ Trans. 2007. Vol. 2. Pp. 154-161. doi: 10.1002/tee.20121
  7. Simulation of a permanent magnet synchronous motor using Matlab-Simulink / A. Apte, R. Walambe, V. Joshi, K. Rathod, J. Kolhe // Annual IEEE India Conference (INDICON). 2014. Pp. 1-5. doi: 10.1109/INDICON.2014.7030469.
  8. Comparison of Interior Permanent Magnet Motor Topologies for Traction Applications / Y. Yang, S. Castano, R. Yang, M. Kasprzak, B. Bilgin, A. Sathyan, H. Dadkhah, A. Emadi // IEEE Trans. Topologies for Traction Applications. 2017. Vol. 3(1). Pp. 86-97. doi: 10.1109/TTE.2016.2614972
  9. Nagamani C., Somanatham R. Design and Analysis of Trac-tion Drive System for Hybrid Locomotives using 5-phase Permanent Magnet Synchronous Motors as Traction Mo-tors // Journal on Electrical Engineering. 2016. Vol. 10(2). Pp. 27-45. doi: 10.26634/jee.10.2.8324 
  10. Dhir S, Marinov M., Worsley D. Application of the analytic hierarchy process to identify the most suitable manufacturer of rail vehicles for High Speed 2 // Case Studies on Transport Policy. 2015. Vol 3(4). Pp. 431-448. doi: 10.1016/j.cstp.2015.08.004
  11. Кузнецова И.А. Оценка технико-энергетической эффективности работы маневровых тепловозов путем моделирования рабочих процессов оборудования в режимах эксплуатации: дис. … канд. техн. наук. 05.22.07 / Кузнецова Ирина Алексеевна. Москва, 2018.
  12. Vector control of a permanent magnet synchronous motor / R.K. Sharma, V. Sanadhya, L. Behera S. Bhattacharya // India Conference. 2008. Vol. 1. Pp. 81-86. doi: 10.1109/INDCON.2008.4768805
  13. Виноградов А.Б. Развитие теории и практическая реализация векторных электроприводов переменного тока с микропроцессорным управлением: дис. … д-ра. техн. наук. 05.09.03 / Виноградов Анатолий Брониславович. Иваново, 2011. 
  14. Мещеряков В.Н., Данилов В.В. Повышение энергоэффективности асинхронного электропривода с векторным управлением за счет регулирования продольной составляющей тока статора при неполной статической нагрузке // Электротехнические системы и комплексы. 2018. №3(40). С. 4-11. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2018-3(40)-4-11
  15. Control strategy for synchronous homopolar motor in traction applications / M. Lashkevich, A. Anuchin, D. Aliamkin, F. Briz // 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON). 2017. Pp. 6607-6611. doi: 10.1109/IECON.2017.8217153
  16. An Q., Wang G., Sun L. A Fault-Tolerant Operation Method of PMSM Fed by Cascaded Two-Level Inverters // 7th International Power electronics and motion control conference (IPEMC). 2012. Pp. 1310-1313. doi: 10.1109/IPEMC.2012.6259047
  17. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов. М.: Академия, 2005. 304 с.
  18. Моделирование электропривода переменного тока с алгоритмами пространственно-векторной модуляции / Н.В. Чуприна, С.В. Седых, А.А. Пугачев, В.П. Маклаков // Автоматизация и моделирование в проектировании и управлении. 2022. №1(15). С. 80-88. doi: 10.30987/2658-6436-2022-1-80-88
  19. Повышение энергоэффективности тяговых электроприводов с асинхронными двигателями и системой векторного управления / Ю.М. Иньков, А.С. Космодамианский, А.А. Пугачев, С.В. Морозов // Электротехника. 2021. № 9. С. 10-15. doi: 10.3103/S1068371221090066

Чуприна Н.В., Пугачев А.А. Моделирование системы векторного управления тяговым синхронным двигате-лем с постоянными магнитами // Электротехнические системы и комплексы. 2022. № 2(55). С. 10-17. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2022-2(55)-10-17

Подробности
Просмотров: 371