8960329734

Politechnika Opolska

Modele oraz analiza stanów dynamicznych silników SRM

Coraz częściej stosowana procedura projektowania silników reluktancyjnych w oparciu o narzędzia do obliczeń pola elektromagnetycznego wymaga jednak znacznych nakładów czasowych. Złożoność polowego modelowania zjawisk związanych z dynamiką maszyn elektrycznych, wymusza stosowanie znacznie prostszych modeli matematycznych. Modele te w głównej mierze oparte są o dwa równania opisujące maszynę od strony napięciowej i mechanicznej [19, 23, 65, 105, 109, 120]. W związku ze znaczną nieliniowością silników reluktancyjnych, koniecznością w ich modelowaniu staje się podejście uwzględniające tę specyficzną cechę. Jednym z rozwiązań jest implementacja tablic (lock-up table), zawierających informacje o strumieniu oraz momencie elektromagnetycznym, w zależności od prądu oraz położenia kątowego wirnika względem stojana. Takie podejście do modelowania stanów dynamicznych zostało zaprezentowane w pracach: [19, 24, 25, 58, 105, 109]. Wielkości te mogą być wyznaczone na drodze obliczeń polowych z zakresu magnetostatyki, obarczonych znacznie niższymi nakładami czasowymi niż zagadnienia związane z dynamiką. Inne podejście polega na doświadczalnym wyznaczeniu strumienia i momentu poprzez wykonanie serii pomiarów na obiekcie rzeczywistym. Kompromisowym rozwiązaniem wydaje się zastosowanie w modelu tablic wyznaczonych na drodze obliczeń numerycznych chociaż częściowo zweryfikowanych na obiekcie rzeczywistym.

Autorzy prac [24, 25, 89] zwracają również uwagę na uwzględnienie zjawisk związanych ze sprzężeniami magnetycznymi pomiędzy sąsiadującymi ze sobą pasmami.

Bardzo istotnym elementem napędów bazujących na maszynach reluktancyjnych jest przekształtnikowy układ zasilania stanowiący integralną część tych przetworników elektromechanicznych. Dynamiczny rozwój energoelektronicznych elementów mocy pociągnął za sobą liczne prace [42, 64, 83, 84, 91. 113, 109] związane z doborem odpowiedniej konfiguracji układów zasilania ww. maszyn. Zastosowanie odpowiedniej konfiguracji połączeń tych elementów umożliwia kształtowanie przebiegu prądów w poszczególnych pasmach silnika oraz decyduje o szybkości jego narastania i opadania. Od wyboru układu zasilania uzależniony jest również zwrot energii do źródła podczas pracy maszyny. Istotne znaczenie przy doborze układu przekształtnikowego ma liczba pasm maszyny, sposób ich połączenia, osiągane prędkości obrotowe, algorytm sterowania itp. Porównanie właściwości wybranych układów zasilania przedstawiono w pracach [109, 113].

Aplikacja silników reluktancyjnych w przemyśle, związana jest z doborem indywidualnego dla wymagań procesu produkcyjnego bądź charakteru pracy maszyny układu i algorytmu sterowania. W zależności od potrzeb układ sterowania sprowadza się do prostego bądź bardzo skomplikowanego, wykorzystującego liczne układy peryferyjne systemu sterowania. Najprostsza, konwencjonalna metoda sterowania polega na odpowiednim doborze kątów załączenia i wyłączenia pasm. Często stosowany jest również sposób sterowania bazujący na metodzie konwencjonalnej, zapewniający minimalizację energii pobieranej ze źródła[60, 109]. Do bardziej wyrafinowanych technik sterowania należą techniki TSF (ang. Torąue Sharing Function), LDT (ang. Linearization and Decoupling Techniąues), oraz WSR (ang. Wide Speed Rangę) [51, 109].