Разработка системы управления для электротрансмиссии с тяговыми вентильно-индукторными двигателями

• Автор: Лашкевич, Максим Михайлович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 155 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Обзор и сравнение различных типов электродвигателей для
применения в качестве тяговых
Глава 2. Разработка алгоритмов и структур управления ВИД НВ
2.1 Состав целевой элсктротрапсмнсснн
2.2 Параметры опытного тягового двигателя ВИД ІІВ и его преобразователя .
2.3 Выбор типа системы управления для ВИД ІІВ
2.4 Структура векторной системы управления
2.5 Выбор координаты управления приводом
2.6 Разработка структу ры предварительной обработки задания
2.7 Взаимодействие системы управления тяговым приводом с другим
оборудованием элсктротрапсмнсснн
2.8 Уменьшение потерь в инверт оре специальными методами ШИМ
Глава 3. Моделирование ВИД НВ и его системы управления
3.1 Моделирование векторной системы управления н структуры
предварительной обработки задания момента
3.2 Доработка модели ВИД І1В по результатам экспериментальных
исследований
3.3 Моделирование алгоритма снижении потерь в инверторе
Глава 4. Разработка программного обеспечения
4.1 Обзор аппаратного состава тягового преобразователя и его контроллера
4.2 Разработка программного обеспечения для контроллера преобразователя.
4.3 Создание программных средств для исследования привода
Глава 5. Экспериментальные исследования
5.1 Испытания основных алгоритмов ПО на лабораторном макете привода
5.2 Испытания опытных образцов тяговых двигателей
5.3 Испытания элсктротрапсмнсснн с двигателями ВИД ИВ на макете
транспортного средства
Заключение
Список литературы
Приложение
Акт внедрения
Введение
Данная работа направлена на создание системы управления электротрансмиссии с тяговыми вентильно-индукторными приводами для пневмоколеспых машин. Основное внимание уделяется изучению свойств вентильно-индукторных двигателей, синтезу алгоритмов управления ими, а также взаимосвязанной работе тяговых приводов с остальными элементами электротрансмиссии. Область применения такой трансмиссии может быть различной, начиная от гибридных грузовиков, троллейбусов и заканчивая многоколесными специализированными тягачами, военной техникой.
Для тягового применения в настоящее время используются различные двигатели переменного тока вместе с соответствующими силовыми преобразователями (чаще всего на основе инвертора напряжения). Классические двигатели постоянного тока также все еще имеют свою нишу, но уже большей частью по историческим причинам, а не из-за технической целесообразности [7]. Сравнивая различные электродвигатели переменного тока с точки зрения применения в электротяге, можно выделить следующие преимущества и недостатки каждого из типов двигателей (более подробно см. Глава 1):
• Асинхронный двигатель. Относительно прост, надежен, дешев, очень хорошо исследован и освоен производством. Имеет проблемы с отводом тепла от ротора, обладает не лучшими массогабаритными показателями.
• Синхронный двигатель с контактными кольцами. Имеет большую зону постоянства мощности благодаря возможности управлять током возбуждения. Хорошо исследован, освоен производством. Обладает плохими массогабаритными показателями и плохой надежностью из-за наличия контактных колец.
• Синхронный двигатель с постоянными магнитами. Лучшие массогабаритные показатели, КПД. Хорошо исследован. Дорог и сложен в производстве, существует проблема надежного крепления

магнитов при больших частотах вращения. Малая зона постоянства мощности, существует риск перенапряжений при отключении преобразователя в зоне ослабления поля.
• Вентильно-индукторный двигатель с самовозбуждением (БКИ). Самый простой, дешевый и технологичный в изготовлении, хорошие массогабаритные показатели, хорошо изучен, имеет большую зону постоянства мощности. Так как имеет однополярное питание, требует специализированного силового преобразователя. Имеет заметные пульсации момента и вибрацию.
• Вентильно-индукторный двигатель с независимым возбуждением (ВИД НВ). Дешев, имеет хорошие массогабаритные показатели, имеет большую зону постоянства мощности. Относительно сложен в сборке (при использовании так называемой «опущенной» обмотки возбуждения). Изучен относительно слабо. Не найдено примеров применения в качестве тягового электропривода.
Актуальность работы. Из данных сравнительных характеристик видно, что вентильно-индукторный двигатель с независимым возбуждением интересен для применения в качестве недорогого тягового электропривода. Большая зона постоянства мощности за счет наличия независимого возбуждения, отсутствие пульсаций момента делают его особенно привлекательным для электротяги. Исследование этого типа двигателя, системы управления для него, построение на основе данного привода электротрансмиссии является актуальной задачей.
Диссертационная работа выполнялась в рамках НИР по созданию нового тягового электропривода на базе ВИД НВ для гибридной электротрансмиссии многоколесных транспортных средств. НИР объединил усилия большого количества научных групп, предприятий. Проектирование тяговых двигателей и генератора выполнялось научной группой Русакова
А.М. (кафедра «Электротехнические комплексы автономных объектов» НИУ «МЭИ»); проектирование и производство микропроцессорных систем

пульсациям момента, так как углы коммутации чаще всего выбираются исходя из оптимума КПД или минимума тока статора, при этом форма момента двигателя часто получается пульсирующей.
Векторное датчиковое управление с ПИ-регуляторалш тока и ШИМ
Преимущества:
1. Линейность и однозначность настройки. По сравнению с режимом автокоммутации не требуется подбирать сложные нелинейные зависимости для обеспечения оптимальной работы.
2. Изменяемая частота ШИМ позволяет найти компромисс между шумом, пульсаций тока и потерями в преобразователе. Так, на высоких частотах вращения частота тока может достигать 500Гц и выше. Для качественного формирования синусоидального тока частота ШИМ при этом должна быть на порядок выше. Современные ГСВТ ключи 12-го класса легко позволяют получать частоту коммутации 10-15кГц при относительно невысоких токах (70-100А). При низкой частоте вращения для создания требуемого на валу момента уровень тока должен быть относительно большим (сотни ампер), однако требования к необходимой частоте ШИМ понижаются. Таким образом, чтобы снизить потери в преобразователе рационально снижать частоту ШИМ на больших токах и повышать при низких токах, обеспечивая тем самым оптимум между шумом, пульсациями тока и потерями в преобразователе.
3. Отсутствие пульсаций момента. Векторное управление оперирует синусоидальными величинами, в результате чего момент двигателя имеет минимум пульсаций по сравнению с режимом авто коммутации.
Недостатки:
1. Уменьшение устойчивости на высоких частотах вращения. При повышении частоты тока в приводе становятся сильнее заметны