Аннотация
В статье рассматривается синтез системы прямого управления моментом двухфазного асинхронного электродвигателя с внешним ротором. В двигателях небольшой мощности размещение трехфазной обмотки может быть затруднительно. В этом случае используют двухфазную статорную обмотку. Также представляют интерес системы управления без датчика обратной связи по скорости для механизмов, к которым не предъявляются повышенные точности регулирования, либо вообще разомкнутые по скорости вращения. Последние используются в тяговых электроприводах передвижных установок, например электровелосипедах, скутерах. За основу взята известная система электропривода для трехфазных двигателей. В статье показан принцип разбиения пространственных положений вектора напряжения на 8 позиций в зависимости от номера включенных транзисторов двухфазного автономного инвертора. Синтезирован алгоритм формирования управляющих сигналов силовыми ключами в виде таблиц в зависимости от комбинаций состояний релейных регуляторов потокосцепления статора и электромагнитного момента, а также с учетом номера сектора текущего положения вектора потокосцепления. Каждый регулятор имеет три фиксированных состояния с переходами по петлям гистерезиса. Для проверки работоспособности алгоритма разработана имитационная модель тягового электропривода в системе MatLab Simulink. Показана структура системы управления и принцип табличного формирования сигналов управления силовой частью. Для ограничения полного тока статора введен дополнительный релейный регулятор тока, устанавливающий нулевые векторы напряжения при достижении амплитуды тока заданных значений. Для апробации системы управления спроектирован и изготовлен экспериментальный образец электропривода с системой управления на базе микроконтроллера STM32F407 с тяговым двухфазным трехполюсным асинхронным двигателем мощностью 500 Вт. Приведены графики экспериментальных исследований, доказывающие работоспособность предложенных технических решений.
Ключевые слова
Прямое управление моментом, двухфазный асинхронный электродвигатель, двигатель с внешним ротором, автономный инвертор, потокосцепление статора, имитационная модель.
1. Овсянников Е.М., Нгуен К.Т. Система прямого управления моментом и потокосцеплением ротора асинхронного электродвигателя // Известия вузов. Машиностроение. 2011. № 7. С. 27-30.
2. Takahashi I., Noguchi T. A new quick-response and high-efficiency control strategy of an induction motor // IEEE Trans. Ind. Applications. 1986. Vol. IA-22(5). Рp. 820-827. doi: 10.1109/TIA.1986.4504799
3. Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Барац Е.И. Адаптивная система прямого управления моментом асинхронного двигателя // Электротехника. 2001. № 11. С. 35-39.
4. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. М.: Изд. центр «Академия», 2007. 272 с.
5. Об испытании двухфазного асинхронного электродвигателя с внешним ротором и несимметричной обмоткой статора / Э.Л. Греков, М.П. Саликов, И.И. Ямансарин, А.С. Безгин // Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии (XIX Бенардосовские чтения): материалы Междунар. науч.-техн. конф. посвящ. 175-летию со дня рождения Н.Н. Бенардоса. Иваново: Иванов. гос. энергет. ун-т им. В. И. Ленина, 2017. Т. III: Электротехника. С. 154-158.
6. Фираго Б.И., Павлячик Л.Б. Регулируемые электроприводы переменного тока. Минск: Техноперспектива, 2006. 363 с.
7. Фираго Б.И., Васильев Д.С. Векторные системы управления электроприводами. Минск: Вышэйш. шк., 2016. 159 с.
8. Vas P. Sensorless Vector and Direct Torque Control. London, U.K.: Oxford Science Publication, 1998. 729 p.
9. Безгин А.С. Математическая модель двухфазного асинхронного электродвигателя с разделенными обмотками и короткозамкнутым ротором в Matlab Simulink // Наука и образование: фундаментальные основы, технологии, инновации: сб. материалов Междунар. науч. конф., посвящ. 60-летию Оренбург. гос. ун-та. Оренбург: Оренбург. гос. ун-т, 2015. Ч. 1. С. 270-276.
10. Shokhin V.V., Kornilov G.P., Permyakova O.V., Faryma V.N., Shestalyuk K.A. Investigation of braking modes in the electric drive with direct torque control system // Proceedings of International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). 2021. Pp. 329-333. doi: 10.1109/ICIEAM51226.2021.9446465
Греков Э.Л., Безгин А.С. Прямое управление моментом двухфазного асинхронного электродвигателя // Электротехнические системы и комплексы. 2022. № 4(57). С. 54-59. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2022-4(57)-54-59