Имитационное моделирование установившихся режимов работы вентильно-индукторного двигателя

В статье приведено обоснование целесообразности разработки отдельных моделей для установившихся и для переходных режимов работы вентильно-индукторных двигателей. Приведены блок-схемы для анализа установившихся режимов работы двигателей в среде Simulink/Matlab . Расчеты с помощью разработанной модели...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2005
1. Verfasser:	Галайко, Л.П.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2005
Schriftenreihe:	Електротехніка і електромеханіка
Schlagworte:	Електричні машини та апарати
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142486
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Имитационное моделирование установившихся режимов работы вентильно-индукторного двигателя / Л.П. Галайко // Електротехніка і електромеханіка. — 2005. — № 1. — С. 24-26. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-142486
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1424862018-10-11T01:22:57Z Имитационное моделирование установившихся режимов работы вентильно-индукторного двигателя Галайко, Л.П. Електричні машини та апарати В статье приведено обоснование целесообразности разработки отдельных моделей для установившихся и для переходных режимов работы вентильно-индукторных двигателей. Приведены блок-схемы для анализа установившихся режимов работы двигателей в среде Simulink/Matlab . Расчеты с помощью разработанной модели проведены для двигателя рудничного электровоза мощностью 27 кВт. Проведено сопоставление результатов расчета на модели и результатов расчета по программе на языке Паскаль. Различие результатов не выходит за пределы инженерной точности. В статті обгрунтувано доцільність розробки окремих моделей для сталих та перехідних режимів роботи вентильно-індукторних двигунів. Приведені блок-схеми для аналізу сталих режимів роботи двигунів в середовищі Simulink/Matlab. Розрахунки за допомогою розробленої моделі виконані для вентильно-індукторного двигуна руднічного електровозу потужністю 27 кВт та частотою обертів 1035 об/хвил.. Порівняно результати розрахунків на моделі та за допомогою програми на алгоритмічній мові Паскаль. Різниця результатів є в межах інженерної точністі. In the article, expediency of development of separate models for steady state and transient modes of switched reluctance motors operation is substantiated. Block diagrams for Simulink/Matlab-based analysis of steady state modes of the motors operation are given. Calculations via a developed model are made for a 27 kW motor of a mine electric locomotive. Results of the modelbased calculation are compared with results obtained with a Pascal program. Scatter of the results does not exceed engineering-evaluation limiting accuracy. 2005 Article Имитационное моделирование установившихся режимов работы вентильно-индукторного двигателя / Л.П. Галайко // Електротехніка і електромеханіка. — 2005. — № 1. — С. 24-26. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2074-272X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142486 621.313.2 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати
spellingShingle	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Галайко, Л.П. Имитационное моделирование установившихся режимов работы вентильно-индукторного двигателя Електротехніка і електромеханіка
description	В статье приведено обоснование целесообразности разработки отдельных моделей для установившихся и для переходных режимов работы вентильно-индукторных двигателей. Приведены блок-схемы для анализа установившихся режимов работы двигателей в среде Simulink/Matlab . Расчеты с помощью разработанной модели проведены для двигателя рудничного электровоза мощностью 27 кВт. Проведено сопоставление результатов расчета на модели и результатов расчета по программе на языке Паскаль. Различие результатов не выходит за пределы инженерной точности.
format	Article
author	Галайко, Л.П.
author_facet	Галайко, Л.П.
author_sort	Галайко, Л.П.
title	Имитационное моделирование установившихся режимов работы вентильно-индукторного двигателя
title_short	Имитационное моделирование установившихся режимов работы вентильно-индукторного двигателя
title_full	Имитационное моделирование установившихся режимов работы вентильно-индукторного двигателя
title_fullStr	Имитационное моделирование установившихся режимов работы вентильно-индукторного двигателя
title_full_unstemmed	Имитационное моделирование установившихся режимов работы вентильно-индукторного двигателя
title_sort	имитационное моделирование установившихся режимов работы вентильно-индукторного двигателя
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2005
topic_facet	Електричні машини та апарати
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142486
citation_txt	Имитационное моделирование установившихся режимов работы вентильно-индукторного двигателя / Л.П. Галайко // Електротехніка і електромеханіка. — 2005. — № 1. — С. 24-26. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT galajkolp imitacionnoemodelirovanieustanovivšihsârežimovrabotyventilʹnoinduktornogodvigatelâ
first_indexed	2025-07-10T15:06:55Z
last_indexed	2025-07-10T15:06:55Z
_version_	1837272947913392128
fulltext	24 Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №1 ISBN 966-593-254-4 УДК 621.313.2 ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ Галайко Л.П., к.т.н., доц. Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт” Украина, 61002, Харьков, ул. Фрунзе, 21, НТУ “ХПИ”, кафедра “Электрические машины” тел. (0572) 47-31-77. В статті обгрунтувано доцільність розробки окремих моделей для сталих та перехідних режимів роботи вентильно- індукторних двигунів. Приведені блок-схеми для аналізу сталих режимів роботи двигунів в середовищі Simulink/Matlab. Розрахунки за допомогою розробленої моделі виконані для вентильно-індукторного двигуна руднічного електровозу поту- жністю 27 кВт та частотою обертів 1035 об/хвил.. Порівняно результати розрахунків на моделі та за допомогою про- грами на алгоритмічній мові Паскаль. Різниця результатів є в межах інженерної точністі. В статье приведено обоснование целесообразности разработки отдельных моделей для установившихся и для переход- ных режимов работы вентильно-индукторных двигателей. Приведены блок-схемы для анализа установившихся режи- мов работы двигателей в среде Simulink/Matlab . Расчеты с помощью разработанной модели проведены для двигателя рудничного электровоза мощностью 27 кВт. Проведено сопоставление результатов расчета на модели и результатов расчета по программе на языке Паскаль. Различие результатов не выходит за пределы инженерной точности. Вентильные индукторные двигатели (ВИД) (в за- падной литературе Switched Reluctance Motors (SRM)) находят применение для широкорегулируемых при- водов уже около 25 лет, однако до настоящего време- ни отсутствует единая общепризнанная методика рас- чета и исследования режимов работы этих машин. В последние годы некоторые исследователи для анализа работы ВИД применяют имитационное моделирова- ние в среде Simulink/Matlab [1,2]. В работе [1] приведена универсальная модель ВИД в среде Simulink/Matlab с использованием Sim- PowerSystems-библиотеки энергетических элементов и элементов силовой электроники. Модель позволяет проводить совместные расчеты электромагнитных и электромеханических процессов в элементах системы с учетом коммутационных процессов в инверторе, драйвере, силовом преобразователе. По мнению авто- ров, модель ориентирована на оптимизацию конст- руктивных параметров ВИД и его алгоритмов управ- ления. Однако, в работе не отображены в достаточной степени возможности модели для анализа установив- шихся и переходных процессов. Отсутствует сравне- ние результатов анализа, полученных на модели и с помощью других методов или из эксперимента. В работе [2] приведена модель ВИД в среде Simulink/Matlab для анализа установившихся и пере- ходных режимов работы без учета специфических явлений в диодах и ключевых элементах инвертора. Модель реализует расчетные соотношения, приведен- ные в работе [3]. Проведено сопоставление кривых фазных токов и момента для установившегося режима, полученных на модели и в эксперименте, которое подтвердило адекватность модели. При этом следует учесть, что при разработке модели были использованы экспериментальные зависимости потокосцепления Ψ от тока I и угла между полюсами статора и ротора Θ-Ψ(I,Θ). В работе [2] высказана мысль: модель имеет практическую ценность только в том случае, если отражает лишь те свойства реальной системы, кото- рые влияют на значение исследуемого показателя ее эффективности. При этом нужно стремиться к тому, чтобы модель была как можно проще, а степень ее детализации правильно выбрана, что, безусловно, зависит от цели исследования. Отсюда делаем вывод, что если поставить цель исследовать параметры толь- ко установившегося режима, можно существенно уп- ростить имитационную модель ВИД по сравнению с рассмотренными в работах [1,2]. Таким образом, целью статьи является представ- ление имитационной модели ВИД только для устано- вившихся режимов работы. Эта модель существенно проще рассмотренных в работах [1,2], так как в ней моделируются процессы только в одной фазе. Отсюда следует также, что модель может быть использована для анализа установившихся режимов работы ВИД с любым числом фаз и любым числом полюсов (изме- няются только параметры блоков). И с этой точки зрения она является универсальной. Модель основана на расчетных соотношениях и допущениях, приведенных в работе [4], где описана математическая модель ВИД для анализа установив- шихся режимов работы. Однако, имеются некоторые изменения и дополнения. В модели реализуются сле- дующие соотношения: );,(ô ΘΨ⋅−= Ψ iRU dt d (1) ;/180âêë π⋅⋅Ω−Θ=Θ t (2) Здесь Θвкл- угол между полюсами статора и рото- ра при включении транзисторов.(угол Θ принят рав- ным нулю при согласованном положении полюсов); R.- сопротивление фазы; Ω –круговая частота враще- ния; t- время; Uф –напряжение питания фазы. Напряжение питания фазы задается по следую- щему алгоритму: если Θ >Θоткл , Uф =U,. где U- напряжение источ- ника питания; если Θ <Θоткл, Uф =-U. Здесь Θоткл - угол между полюсами статора и ротора, при котором про- исходит отключение транзисторов; ISBN 966-593-254-3 Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №1 25 XY Graph5 XY Graph4 XY Graph3 XY Graph2 XY Graph1 XY Graph Transport Delay1 In1In2In3In5In6 Out1 SubSystem Product1 Product Look-Up Table (2-D)1 Look-Up Table (2-D) s 1 Integrator1 s 1 Integrator abs(u) FcnDot Product1 Dot Product 0Display 0 Constant7 57.297 Constant6 0.001 Constant5 11 Constant4 120 Constant3 30 Constant2 1.04667 Constant10 0.029 Constant1 225 Constant Clock3 Clock2 Clock1 Clock Рис. 1. Основная модель ВИД для установившихся режимов работы 1 Out1 XY Graph In1 In2 In3 Out1 SubSystem Sign1 Sign Look-Up Table (2-D)abs(u) Fcn Dot Product3 Dot Product2 Dot Product1 Dot Product Clock 5 In6 4 In5 3 In3 2 In2 1 In1 Рис. 2. Субмодель для вычисления правой части уравнения (1) 1 Out1 Switch1 Switch > Relational Operator Hit Crossing1 Hit Crossing Dot Product1 Dot Product 1 Constant3 -1 Constant2 1 Constant1 -1 Constant 3 In3 2 In2 1 In1 Рис. 3. Субмодель для учета ограничения тока фазы при Θ>Θоткл если i>imax , Uф=-U; если i<imin , Uф=U. (это условие осуществляет ограничение тока фаз на основе принципа жесткой коммутации). Исходные данные для расчета на модели: напря- жение источника питания U; углы включения и от- ключения Θвкл , Θоткл; сопротивление фазы R; угловая частота вращения Ω; значения максимального и ми- нимального токов imax , imin ; величина периода фазы в радианах (необходима для расчета среднего значения момента за период); зависимости i(Ψ,Θ); зависимости M(i,Θ). Здесь M- электромагнитный момент фазы. 26 Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №1 ISBN 966-593-254-4 Зависимости i(Ψ,Θ) перестраиваются из магнит- ных характеристик Ψ(i) при разных Θ. Магнитные характеристики могут быть получены одним из сле- дующих способов: 1) путем расчета магнитного поля методом ко- нечных элементов; 2) приближенным методом, описанным в работе [5]; 3) из эксперимента, если расчет модели прово- дится для реального двигателя. Зависимость M(i, Θ) рассчитывается с помощью магнитных характеристик по соотношениям ;; 0 co co diW d dWM i consti ⋅Ψ= Θ = ∫ = Модель предназначена для определения следую- щих параметров установившегося режима: • среднего момента фазы Mср и результирующего момента Mрез=Mср ⋅m, где m- число фаз; • максимального результирующего момента Mmax и коэффициента пульсаций момента kп=Mmax /.Mрез ; • среднего, эффективного и максимального значе- ния тока фазы; • среднего и максимального значения результи- рующего тока. С помощью этих параметров определяются ме- ханические характеристики при разных параметрах регулирования, осуществляется выбор элементов полупроводникового преобразователя и выбор параметров источника питания. Основная модель представлена на рис.1. Она включает субмодель SubSistem, приведенную на рис.2 и предназначенную для вычисления правой части уравнения (1). В свою очередь, эта субмодель содер- жит другую субмодель, приведенную на рис.3, кото- рая предназначена для реализации определения напряже- ния фазы с учетом ограничения величины тока фазы. Исходные данные U, R, Θвкл, Θоткл, Ω, и величина периода фазы задаются как параметры констант. Зна- чения imax , imin заданы в качестве параметров в блоках Hit Crossing в субмодели на рис.3. Блоки Switch в этой субмодели настроены таким образом, чтобы пе- редавать отрицательный сигнал при определении кри- тических токов с помощью блоков Hit Crossing. Зави- симости i(Ψ,Θ) и M(i,Θ). приведены в качестве параметров в блоках Look-Up Table (2-D), которые осуществляют кусочно-линейную интерполяцию двумерного сигнала. Блоки Sign на рис.2 изменяют знак напряжения при выполнении условия Θ<Θоткл и останавливают работу модели при выполнении условия Ψ=0. Проин- тегрировав полученную зависимость M(t) и разделив результат интегрирования на значение периода фазы, получаем среднее значение момента фазы, которое выводим на дисплей. Подобным образом определяет- ся среднее значение тока фазы (на рис.1 не показано). Для определения максимального результирую- щего момента и коэффициента пульсаций использу- ется блок Transport Delay, который задерживает вели- чину сигнала момента на время, через которое проис- ходит включение следующей фазы. Затем моменты двух фаз суммируются и результирующий момент выводится на экран. Максимальное значение момента определяется визуально из графика. Для апробации модели были проведены расчеты для исходных данных, приведенных в работе [6]. Ре- зультаты расчета на модели и результаты из работы [6], полученные c помощью расчета по программе на языке Паскаль для математической модели из работы [4], приведены в таблице. Таблица Mср/kп,, Н/о.е. U, В Θвкл, Θоткл, град Ω, рад./ c Simulink Pascal 225 30, 11 120 240/1.25 222/1.28 150 134/1.34 115/1.42 170 102/1.45 84/1.46 26,7 90 210/1.38 202/1.35 100 163/1.62 153/1.62 120 91.2/1.54 86.5/1.48 150 62/1.6 50.6/1.44 22,6 50 192/1.33 194/1.39 60 175/1.48 168/1.58 70 145/1.76 140/1.83 110 30, 11 100 71/1.55 54.4/1.47 120 51/1.57 37.2/1.46 ВЫВОД Является целесообразным использование специ- альной имитационной модели для анализа устано- вившихся режимов работы ВИД; Для улучшения качества модели необходимо совершенствовать интерполирование зависимостей i(Ψ,Θ) и M(i,Θ) путем создания более рациональных таблиц и использования сплайнов (с помощью собственного блока). ЛИТЕРАТУРА [1] Карпович О.Я, Онищенко О.А. Компьют. исследование динамических свойств вентильно-индукторного двига теля.// Электротехника и электромеханика, 2003,№4. [2] Красовский А.Б. Применение имитационного моделиро вания для исследования вентильно-индукторного элект ропривода. //Электричество, 2003, №3. [3] Бычков М.Г. Анализ вентильно-индукторного электро привода с учетом локального насыщения магнитной системы.// Электричество, 1998, №6. [4] Галайко Л.П. Расчет зависимостей тока и момента вен- тильного индукторного двигателя различными метода- ми. // Вестник НТУ " ХПИ", 2001, №17. [5] Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. Учеб. пособие. Издательство МЭИ.,М.,2003. [6] Галайко Л.П. Механич. характеристики вентильно ин- дукторного двигателя.// Вестник НТУ "ХПИ".9'2002. №4. Поступила 10.09.2004

Имитационное моделирование установившихся режимов работы вентильно-индукторного двигателя

Institution

Ähnliche Einträge