Русская версия English version

Разработка уточненной математической модели синхронного двигателя с постоянными магнитами для расчетов в реальном времени

А.В. Алейников, А.Н. Голубев, В.А. Мартынов

Вестник ИГЭУ, 2017 г. выпуск 5, сс. 37—43

Скачать PDF

Аннотация на русском языке: 

Состояние вопроса: В настоящее время математическое моделирование динамических режимов работы m-фазных синхронных двигателей (m ≥ 3) основано на моделях, имеющих ряд существенных допущений, в числе которых допущение о гладком воздушном зазоре машины и отсутствии насыщения магнитопровода. Использование полевых моделей возможно только при проектировании в связи со значительным использованием машинного времени и не подходит для управления в реальном времени. В связи с этим актуальной становится разработка математической модели синхронного двигателя с постоянными магнитами, позволяющей вести расчет в режиме реального времени и учитывающей реальную геометрию двигателя, насыщение магнитной цепи, дискретное распределение обмоток по пазам.

Материалы и методы: При разработке математической модели использованы метод переменных состояния и метод моделирования поля в среде Elcut. Для построения разработанной модели использован пакет MatLab Simulink.

Результаты: Предложена математическая модель m-фазного синхронного двигателя с постоянными магнитами, позволяющая, предварительно определив зависимость потокосцепления фаз от угла поворота ротора, обусловленного действием индуктора, методом конечных элементов производить расчет динамических режимов работы в реальном времени. При этом учитывается реальное распределение магнитного поля в активной зоне машины с учетом насыщения магнитной цепи, дискретного распределения многофазной обмотки статора по пазам и перемещения зубчатого сердечника статора относительно ротора с постоянными магнитами.

Выводы: Разработанную модель предлагается использовать в системах управления в реальном времени динамическими режимами работы синхронных двигателей с постоянными магнитами. На ее основе возможна разработка алгоритмов управления двигателем, улучшающих виброшумовые показатели электропривода. Достоверность результатов, полученных посредством нового подхода, подтверждается сопоставлением с результатами, полученными в современных программах расчета методами конечных элементов. При этом данная модель производит расчет работы двигателя в 4 раза быстрее реального времени.

Список литературы на русском языке: 

1. Стрижков И.Г. Основы теории синхронных машин с несколькими обмотками на статоре // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГАУ, 2012. – № 10(84). – С. 469–507.

2. Wallmark O. Control of a Permanent Magnet Synchronous Motor with Non-Sinusoidal Flux Density Distribution. – Gothenburg: Chalmers University of Technology, 2001. – 65 p.

3. Руденко Е.С., Морозов Д.И. Линеаризованная математическая модель синхронного двигателя с постоянными магнитами как объекта управления // Сборник научных трудов ДонГТУ. – 2016. – № 1. – С. 88–93.

4. Kaushik J., Pradip K.S., Goutam K.P. Vector Control of Permanent Magnet Synchronous Motor Based On Sinusoidal Pulse Width Modulated Inverter with Proportional Integral Controller // Int. Journal of Engineering Research and Applications. – 2013. – Vol. 3, Issue 5. – Р. 913–917.

5. Баранов М.В., Корчагин О.А. Разработка математической модели высокомоментного синхронного двигателя при проектировании прецизионных приводов // Инженерный журнал: наука и инновации. – 2013. – Вып. 8. – 10 c. doi: 10.18698/2308-6033.

6. Технология моделирования в Simulink динамических режимов работы электрических машин с использованием библиотеки полевых расчетов / А.И. Тихонов, А.В. Гусенков, Ю.В. Тамьярова, А.В. Подобный // Вестник ИГЭУ. – 2016. – Вып. 6. – С. 57–65. doi: 10.17588/2072-2672.2016.6.057–065.

7. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: учеб. для вузов. – М.: Высш. шк., 2001. – 327 с.

8. Мартынов В.А., Голубев А.Н., Алейников А.В. Математическое моделирование режимов работы многофазных синхронных двигателей с постоянными магнитами // Вестник ИГЭУ. – 2013. – Вып. 2. – C. 62–66.

 

9. ElCut. Моделирование электромагнитных, тепловых и упругих полей методом конечных элементов: руководство пользователя. Версия 6.3. – СПб.: ООО «Тор», 2017. – 296 с.

Ключевые слова на русском языке: 
синхронный электропривод, математическая модель, многофазный синхронный двигатель, виброшумовые характеристики, возбуждение от постоянных магнитов, пульсация электромагнитного момента.
Ключевые слова на английском языке: 
Synchronous electric drive, mathematical model, multiphase synchronous motor, vibronoise characteristics, permanent magnet excitation, electromagnetic torque pulsation.
Индекс DOI: 
10.17588/2072-2672.2017.5.037-043
Количество скачиваний: 
55