Разработка и исследование мехатронного модуля на основе трехфазного бесконтактного двигателя постоянного тока при соединении секций обмотки по схеме "треугольник" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Довгиленко, Сергей Владимирович

  • Довгиленко, Сергей Владимирович
  • кандидат технических науккандидат технических наук
  • 2011, Москва
  • Специальность ВАК РФ05.09.03
  • Количество страниц 253
Довгиленко, Сергей Владимирович. Разработка и исследование мехатронного модуля на основе трехфазного бесконтактного двигателя постоянного тока при соединении секций обмотки по схеме "треугольник": дис. кандидат технических наук: 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы. Москва. 2011. 253 с.

Оглавление диссертации кандидат технических наук Довгиленко, Сергей Владимирович

Список используемых сокращений.

Введение.

1 Описание управления ключевыми элементами импульсного усилителя мощности бесконтактного двигателя постоянного тока.

1.1 Множество допустимых управляющих слов, используемых при управлении БДПТ при соединении секций обмотки в У и А.

1.2 Управление ключевыми элементами импульсного усилителя мощности при 2тг/3 и 71-коммутациях.

1.3 Совокупность условий управления БДПТ. Система логических переменных.

1.4 Законы управления процессом коммутации ключевых элементов импульсного усилителя мощности при соединении секций обмотки бесконтактного двигателя постоянного тока по схеме в У и в А.

1.5 Управляющие логические функции при 2тг/3 и ^-коммутации в случае соединения секций обмотки вУ ивА

1.6 Выводы по разделу 1.

2 Метод анализа законов управления процессом коммутации ключевых элементов импульсного усилителя мощности.

2.1 Определение наличия перехода между любыми двумя управляющими словами закона коммутации.

2.2 Алгоритм определения случаев возникновения сквозных токов и синтеза управляющих слов, позволяющих их избежать.

2.3 Наглядное представление результатов в виде таблицы анализа закона коммутации и синтеза альтернативных управляющих слов.

2.4 Выводы по разделу 2.

3 Применение метода анализа законов коммутации КЭ ИУМ и синтеза альтернативных управляющих слов к законам коммутации в случае

2тг/3 и 7Г-коммутаций при соединении секций обмотки БДПТ в У и в А

3.1 Анализ законов управления процессом коммутации КЭ при

2тг/3 - коммутации.

3.2 Анализ законов управления процессом коммутации КЭ при я-коммутации.

3.3 Выводы по разделу 3.

4 Управляющий логический автомат мехатронного модуля на основе трехфазного БДПТ.

4.1 Формирование тактового импульса и ШИС.

4.2 Запись кода управления и сигналов с датчика положения ротора. Выделение модуля кода управления и знака.

4.3 Формирование переменной ППК, позволяющей реализовать закон поочередной коммутации.

4.4 Формирование управляющих логических функций.

4.5 Формирование сигналов, поступающих на управляющие входы ключевых элементов импульсного усилителя мощности.

4.6 Выводы по разделу 4.

5 Компьютерное моделирование мехатронного модуля на основе трехфазного бесконтактного двигателя постоянного тока.

5.1 Описание компьютерной модели мехатронного модуля на основе трехфазного БДПТ.

5.2 Выбор напряжения питания при моделировании мехатронного модуля на основе БДПТ при 2%!Ъ и тс-коммутации для случаев соединения секций обмотки по схеме по схеме У и по схеме А

5.3 Эпюры напряжений токов, сигналов с ДПР и УЛФ при, 2%/Ъ и тс-коммутации при соединении секций обмотки по схеме У и по схеме А . Гармонический анализ тока. ЮО

5.4 Сравнительный анализ результатов моделирования мехатронного модуля на основе БДПТ при 2п/3 и ^-коммутации при соединении секций обмотки по схеме У и по схеме А

5.5 Эпюры напряжений, токов, сигналов с ДПР, переменных 0 и Р, УЛФ при 27г/3 и тг-коммутации при соединении секций обмотки по схеме У и по схеме А.

5.6 Гармонический анализ токов в случае соединения секций обмотки по схеме А.

5.7 Сравнительный анализ результатов моделирования мехатронного модуля на основе БДПТ при 27г/3 и я-коммутации при соединении секций обмотки по схеме Y и по схеме А в случае широтно-импульсного управления скоростью.

5.8 Дополнительные потери мощности при широтно-импульсном управлении скоростью при соединении секций обмотки по схеме Y и по схеме А.

5.9 Выводы по разделу 5.

6 Экспериментальное исследование мехатронного модуля на основе трехфазного бесконтактного двигателя постоянного тока.

6.1 Устройство управления и импульсный усилитель мощности разработанного мехатронного модуля.

6.2 Экспериментальный стенд.

6.3 Экспериментальное исследование противоЭДС.

6.4 Экспериментальное исследование напряжения и тока БДПТ, разработанного мехатронного модуля.

6.5 Экспериментальное исследование напряжений на секциях обмотки БДПТ при шести вариантах управляющих логических функций.

6.6 Выводы по разделу 6.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Электротехнические комплексы и системы», 05.09.03 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование мехатронного модуля на основе трехфазного бесконтактного двигателя постоянного тока при соединении секций обмотки по схеме "треугольник"»

В последнее время мехатронные модули (ММ) на основе бесконтактных двигателей постоянного тока (БДГТГ) стали серьезными конкурентами коллекторных двигателей постоянного тока (ДПТ). Доля их применения в электротехнических комплексах, там, где раньше применялись ДПТ, неуклонно растет. Мехатронные модули на основе трехфазных БДПТ занимают прочное положение в производственных программах ведущих зарубежных компаний, таких как «Siemens», «К.Е.В.», «Control Techniques» и т.д. К сожалению, в России не производится подобных мехатронных модулей в масштаV бах способных покрыть все возрастающий спрос, что обуславливает технологическую зависимость от зарубежного производителя.

Под бесконтактным двигателем постоянного тока понимается объединение синхронного двигателя с датчиком положения ротора и полупроводникового усилительно-преобразовательного устройства. Эти двигатели называют еще вентильными двигателями. В отечественной литературе также встречаются такие названия как бесколлекторный или бесщеточный двигатель постоянного тока, машины с полупроводниковыми коммутаторами, электронно-коммутируемые двигатели и т.д.

В СССР идея создания электродвигателя, который мог бы стать бесколлекторным (бесконтактным) аналогом ДПТ, возникла в 30-е годы XX века. Бесконтактные аналоги ДПТ должны были обладать хорошими регулировочными характеристиками, большими пусковыми моментами и исключали бы такие недостатки ДПТ как малый срок службы, повышенная чувствительность к воздействиям окружающей среды, образования щеточной пыли и т.д. Работы по созданию БДПТ велись Завалишиным Д.А. [1], Вегнером О.Г. [1], Губановым М.М. [2], Тихменевым Б.Н. [3] и другими [4], ими были заложены теория и принципы функционирования БДПТ. Однако схемы управления БДПТ строились на громоздких ненадежных ионных приборах с низким к.п.д., что ограничивало их практическое применение.

Вновь к созданию и разработке теории управления и принципов действия БДПТ обратились в конце 50-х начале 60-х годов. Что было вызвано, с одной стороны, промышленным освоением производства полупроводниковых приборов, а с другой стороны, возникновением острой потребности бурно развивающейся космической техники в электродвигателях, способных долго работать в сложных условиях окружающей среды [5]. В эти годы количество публикаций посвященных проблемам разработки теории, методов расчета схем и конструкций БДПТ и ИУМ растет необычайно быстро. Среди этих работ следует отметить работы Овчинникова И.Е. и Лебедева Н.И. [6,7], Дубенского А.А. [8], Конева Ю.И [9], Вевюрко И.А. [10], Бута Д.А. [11], Ми-керова А.Г. и Беленького Ю.М. [12,13], Балагурова А.И., Лозенко В.К. [14] и Адволоткина Н.П. [15]. Большинству названных авторов принадлежит большое количество работ, посвященных БДПТ, и, как правило, более поздние работы на более высоком уровне повторяют предыдущие.

Ввиду высокого к.п.д. транзисторов, работающих в режиме переключения, преимущественное распространение получил импульсный метод управления. Развитие импульсного управления БДПТ шло следом за развитием импульсного управления ДПТ. Вследствие чего, схемы импульсного управления, используемые для ДПТ, переходили в область управления БДПТ. Среди работ, посвященных импульсному управлению ДПТ, изложенные в которых идеи и описанные схемы нашли отражение в разработках теорий импульсного управления БДПТ, следует отметить следующие

- Конева Ю.И. [16], где вводятся понятия первый, второй и третий импульсный режимы;

- Гольца М.Е., Гудзенко А.Б., Острерова В.М. и. Шпиглера Л.А [17], где вводятся понятия раздельное и совместное управление, классифицирующие электромеханические процессы в системе «импульсный усилитель мощности — двигатель постоянного тока», а так же введено понятие поочередной коммутации;

-Петрова Б.И. и Полковникова В.А. [18], где вводится понятие диагональной коммутации;

- Конева Ю.И [10], Полковникова В.А., Паппе В.П. [21], Машукова Е.В. [19] и Ногина В.Н. [20], где вводится понятие «сквозной ток короткого замыкания», и разработаны методы борьбы со сквозными токами и защиты от их действия;

- Конева Ю.И [16], Гольца М.Е., Гудзенко А.Б. [17], Полковников В.А., Петрова Б.И.,[18], Глазенко Т.А. [22], где проанализированы электромагнитные процессы, протекающие в ДГТГ при импульсном управлении.

Очередным этапом в развитии БДПТ можно считать вторую половину

70-х и начало 80-х годов, когда произошло существенное расширение номенклатуры интегральных схем, что позволило обеспечить цифровую реализацию импульсных методов управления [15,18,23]. В это время получает известность термин «прямое цифровое управление», под которым понималась цифровая реализация импульсного управления.

В 80-е — 90-е годы появляются процессоры обработки сигналов (DSP — Digital Signal Processors) со встроенными средствами цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразования, процессоры с RISC-архитектурой (RISC - Reduced Instruction Set Computer, компьютер с сокращенным набором команд). Тогда же формируются понятия проблемно-ориентированных кристаллов типа базовые матричные кристаллы, появляются программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС), позволяющие реализовать практически любые цифровые автоматы, в том числе микроконтроллеры электродвигателей. В конце 90-х годов появился новый класс микропроцессорных устройств, ориентированных на управление электродвигателями - Motor Control [24-27]

Данные тенденции сделали необратимым процесс перехода от аналоговых систем управления приводами к системам, построенных на принципе прямого цифрового управления. При этом под прямым цифровым управлением теперь понимается не только непосредственное управление полностью управляемыми полупроводниковыми приборами импульсного усилителя мощности от управляющего логического автомата (УЛА), но и обеспечение возможности ввода в УЛА в цифровом виде сигналов различных обратных связей.

Среди работ, посвященных управлению БДПТ от УЛА при прямом цифровом управлении, следует отметить работы

- Попова Б.Н. [28-31], в которых представлена теория синтеза законов управления процессом коммутации ключевых элементов (КЭ) ИУМ, введено определение закона управления процессом коммутации КЭ и классификация законов, рассмотрены законы управления процессом коммутации КЭ ИУМ БДПТ при 7Г-коммутации при соединении обмоток БДПТ по схеме «звезда»;

- Козаченко В.Ф. [32,33], в которых описана реализация векторного управления БДПТ на микроконтроллерах;

- Рывкина С.Е. [34,35], в которых описываются алгоритмы управления КЭ реализуемые на базе цифрового микропроцессора;

- Кривилева A.B. [36], где рассмотрены законы управления процессом коммутации КЭ ИУМ БДПТ при 27г/3-коммутации при соединении секции обмотки по схеме «звезда».

Бесконтактные двигатели постоянного тока различаются по способу соединения секций (фаз) обмотки, по количеству секций и способу их питания [6,7]. Наибольше распространение получили трехфазные БДПТ с реверсивным питанием [37]. Секции обмотки трехфазного БДПТ могут быть соединены по схеме «звезда» (далее по тексту Y) или по схеме «треугольник» (далее по тексту А) или иметь независимое соединение. На практике наибольшее применение нашло соединение секций обмотки в Y. Такой выбор объясняется тем, что при соединении секций обмотки в А в том случае, если в спектре фазного тока присутствуют гармоники, порядок которых кратен трем, будут иметь место дополнительные потери мощности от контурных токов [9,38]. Тем не менее, на мировом рынке мехатронных модулей на основе трехфазных БДПТ присутствует ряд фирм, выпускающих двигатели с соединением секций обмотки по схеме А. Например, компании «Portescape», «Махоп motors» и «Faulhaber» выпускают подобные мехатронные модули мощностью до 0,2 кВт. Отечественное предприятие «Машиноаппарат» выпускает бесконтактные моментные электродвигатели серии ДБМ с возможностью соединения секций обмотки по схеме А [39].

Среди работ, в которых рассматривается соединение в А, следует отметить следующие работы

- Глазенко Т.А., Гончаренко Р.Б. [40], Кенио Т., Нагомори С. [41], в которых описывается последовательность включения КЭ при соединении секций обмотки в А при углах коммутации 2%/Ъ и тс эл. радиан, а также в работе [40] приведены эпюры напряжений, прикладываемых к секциям обмотки от источника постоянного напряжения, в зависимости от последовательности включения КЭ;

- Пархоменко Г.А. [42,43], в которых при 7Г-коммутации исследована форма тока в секциях обмотки двигателя при соединении в А, представленной в виде эквивалентной схемы и состоящей из двух источников питания (напряжения питания и противоЭДС) с индуктивно-активной нагрузкой;

- Овчинникова И.Е., Лебедева Н.И. [6,7] и Вевюрко И.А. [44], в которых исследованы характеристики БДПТ при замкнутом соединении секций обмотки. В работе [7] сделан вывод о получении одинакового значения к.п.д., определяемого как отношение полезной мощности к потребляемой^ при соединении секций обмотки в¥'ивА;

- Беленького Ю.М. и Микерова А.Г. [39], в которой приводится методика программирования^ параметров двигателей ДБМ при соединении секций обмотки в А при 2тс/3 и ^-коммутациях и показано, что при соединении секций обмотки в А при одном и том же напряжении питания-будет момент и скорость в 1,73 раза больше, чем при соединении секций в У;

- Кривилева А.В. [45], в которой приведено исследование дополнительных потерь мощности, возникающих при широтно-импульсном управлении скоростью для несимметричного, симметричного и модифицированного несимметричного законов коммутации при соединении секций обмотки в А в случаях 2%!Ъ и тс-коммутации.

Постановка!задачи. В диссертационной работе рассматривается меха-тронный модуль на основе трехфазного БДПТ, являющийся сложным электротехническим комплексом с собственной системой управления. Рассматриваемый мехатронный модуль входит в состав цифрового следящего привода (ЦСП) с прямым цифровым управлением, блок-схема которого представлена на рис. 0.1.

Цифровая управляющая машина (ЦУМ) формирует требуемый закон перемещения объекта управления «и передает его на вход специализированного микропроцессорного вычислителя (СМВ) в виде двоичного и-разрядного входного кода Кв. Специализированный микропроцессорный вычислитель принимает этот код и двоичный «-разрядный код Кос, пропорциональный положению объекта управления. В зависимости от реализуемого в СМВ' алгоритма управления в него могут поступать дополнительные сигналы, например, сигналы по скорости и/или ускорению от дополнительных датчиков. На: основании полученных сигналов СМВ, выполняя заданные алгоритмы коррекции, формирует код управления Ку, который содержит информацию о требуемой скорости и направлении вращения и поступает на вход ММ. Преобразование в двоичный код перемещения объекта управления осуществляется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). ог дополнительных датчиков

ЦУМ кв 1

СМВ

7Т мехатронныи модуль

КУ\

УЛА сиг ИУМ Чес . СД, МП

Чел % ф® Ул, У*. Ус

ДПР:

Ф»

АЦП

ЦУМ - цифровая управляющая машина; СМВ — специализированный микропроцессорный; • ".' вычислитель; УЛА - управляющий логический автомат; ИУМ:- импульсный усилитель: мощности; СД - синхронный» двигатель с магнитоэлектрическим возбуждением; -МП — механическая передача; ДПР - датчик положения ротора; АЦП - аналого-цифровой; преобразователь;' Кь — входной код; -Кос — код обратной связи; А"У — код управления;. ' СГГ - управляющее слово;; УА, Ув, 1с - сигналы, поступающие с ДПР; им, Иве, "ел - напряжения, прикладываемые к обмоткам двигателя; ш^, - скорость вращения; ' , вала двигателя; фя, — угол поворота вала двигателя; ср„->тол поворота выходного вала МП

Рис. 0.1. Блок-схема цифрового следящего привода

Мехатронныи;модуль, более подробная блок-схема которого представлена на рис. 0.2, включает УЛА,. импульсный усилитель мощности; (И¥М), синхронный-двигатель с магнитоэлектрическим, возбуждением (С Д) и датчик положения ротора (ДПР), построенный на трех датчиках Холла.

Управляющий логический автомат на основании кода управления Ку и сигналов с ДПР в соответствии с требуемым-законом управления процессом коммутации КЭ формирует необходимые значения управляющих логических функций (УЛФ), являющиеся выходными сигналами УЛА и поступающие на входы КЭ ИУМ. Совокупность УЛФ составляет двоичное управляющее слово С1¥ [31]. В соответствии с текущим положением ротора, измеряемым ДПР или другим» устройством! определения положения ротора [46,47], формируется магнитный поток статора Б ДПТ.

Ку*

УЛА

7\

-|У1

У2 УЗ У4 У5

У6

-КЭ1

КЭ1

Г Ъ кэз

ИУМ 1 КЭ5

•КЭ6 ип

ДПР л, в. с. А ц N ^ Г-у^'Л соединение в У соединение в Л

СД

Ку — код управления; 1/п — источник постоянного напряжения;

У1.У6 - управляющие сигналы, поступающие на ключевые элементы;

КЭ1.КЭ6 - ключевые элементы ИУМ

Рис. 0.2. Мехатронный модуль на основе трехфазного БДПТ

Описанная структура ЦСП обеспечивает прямое цифровое управление, что подразумевает выполнение УЛА на основе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) или микроконтроллеров. В Российской Федерации в настоящее время выпускаются только две серии микроконтроллеров, предназначенных для управления БДПТ, разработанных и изготовленных ФГУП «НИИЭТ» (1867ВЦ5Т и К1868ВЕ6-01) [48], что не может удовлетворить всё возрастающий спрос на мехатронные модули на основе БДПТ. Данное положение определяет потребность в создании массовых недорогих УЛА, которые найдут применение не только в приводах авиакосмической техники [5,11],системах управления роботами - манипуляторами, динамическими моделирующими стендами [49], медицинской технике [50], но и в бытовой технике [51,52].

В работах по БДПТ с прямым цифровым управлением не приводится описание особенностей реализации прямого цифрового управления при ши-ротно-импульсном регулировании скоростью в случае соединения секций обмотки в А и не описаны для этого случая условия управления ММ. В работе [42] для тс-коммутации проводится анализ случаев возникновения контурного тока, который является одним из факторов, обуславливающих меньшее распространение соединения секций обмотки в А, чем соединение в У. Однако, в литературе не встречается подобный анализ для 2тс/3-коммутации, и анализ возникновения контурных токов в случае широтно-импульсного управлении скоростью как при 2ти/3-коммутации, так и при тс-коммутации. В работах, посвященных как соединению секций обмотки в У, так и в А, из которых, по мнению автора, наиболее значимые приведены ранее, не проводится комплексный сравнительный анализ случаев соединения секций обмотки, различных вариантов углов коммутации при известных законах коммутации.

Настоящая работа основывается на теории цифрового управления процессами коммутации КЭ ИУМ, разработанной-Б.Н. Поповым и изложенной в диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук «Методы проектирования микропроцессорных устройств управления' мехатронны-ми модулями систем приводов» и развивает ее в части управления процессами коммутации КЭ ИУМ БДПТ, секции обмотки которого соединены в А.

Учитывая вышеизложенное, целью работы является^ разработка и исследование мехатронного модуля на основе трехфазного БДПТ при соединении секций обмотки в А с углами коммутации 2%/Ъ и % эл. радиан при реализации законов коммутации КЭ ИУМ. А также сравнение схем соединения секций обмотки в У и в А, различных углов и законов коммутации.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе предполагается поставить и решить следующие основные задачи:

1 сформировать совокупность условий управления ММ на основе БДПТ при соединении секций обмотки в А;

2 получить УЛФ; связывающие функциональной зависимостью условия управления ММ, представленные в виде логических переменных, и управляющие слова, поступающие на входы КЭ; при соединении секций обмотки в А как при 2тг/3-коммутации, так и при 71-коммутации;

3 провести анализ законов управления процессом коммутации в случае 2тг/3 и ^-коммутации для определения случаев протекания сквозного тока

4 разработать управляющий логический автомат ММ, позволяющую управлять исполнительным двигателем в случае соединения секций обмотки в А при реализации законов управления процессом коммутации КЭ;

5 проанализировать влияние схемы соединения секций обмотки, выбора угла коммутации и законов управления процессом коммутации на характеристики ММ и определить дополнительные потери мощности, возникающие при широтно-импульсном управлении скоростью;

6 исследовать гармонический состав тока для определения случаев возникновения потерь мощности от контурных токов;

7 разработать мехатронный модуль и провести его экспериментальные исследования для подтверждения полученных теоретических, положений и результатов компьютерного моделирования.

Характер поставленных задач предопределил размещение материала в диссертационной работе, которая состоит из введения, шести разделов, заключения,, списка источников и двенадцати приложений.

Похожие диссертационные работы по специальности «Электротехнические комплексы и системы», 05.09.03 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Довгиленко, Сергей Владимирович

6.6 Выводы по разделу 6

1 Разработанный мехатронный модуль на основе трехфазного БДПТ ориентирован на применение в качестве исполнительно механизма в системах электропривода, что подтверждено актом на внедрение.

2 Экспериментально подтверждена справедливость допущения о синусоидальности противоЭДС, сделанном при доказательстве отсутствия контурных токов и при моделировании мехатронного модуля на основе трехфазного БДПТ.

3 В результате эксперимента было показано, что электромагнитные и магнитоэлектрические процессы, протекающие в исследуемом мехатронном модуле, при компьютерном моделировании, совпадают с точностью не менее чем 10% с электромагнитными и магнитоэлектрическими процессами, экспериментально исследованными в разработанном ММ.

4 Экспериментально подтверждена возможность использования одних и тех же УЛФ при соединении секций обмотки в «звезду» и в «треугольник», а так же возможное использование шести вариантов УЛФ, зависящих от положения нуля ДПР.

138

Заключение

1 Сформирована совокупность условий управления мехатронным модулем на основе трехфазного БДПТ при соединении секций обмотки в А. Получено математическое описание условий управления в виде логических переменных, в рамках которого получена математическая модель сигналов, поступающих с ДПР, позволяющая описать с единой методологической позиции условия управления ММ на основе многофазного БДПТ при замкнутой, лучевой и раздельной схемах соединения секций обмотки и при любых углах коммутации.

2 Получены управляющие логические функции, связывающие функциональной зависимостью условия управления мехатронным модулем, представленные в виде логических переменных, и управляющие слова, поступающие на входы КЭ, при соединении секций обмотки в А как при 2тс/3, так и при 7г-коммутации. При соединении секций обмотки в А для законов1 симметричной, несимметричной, поочередной и диагональной коммутации получены шесть вариантов УЛФ. Показано, что шесть вариантов УЛФ также справедливы и при соединении секций обмотки в У. На основе шести вариантов аналитических выражений УЛФ для симметричной, несимметричной, поочередной и диагональной коммутации получены обобщенные аналитические выражения УЛФ независящие от расположения нуля ДПР.

3 Проведен анализ законов управления процессом коммутации при 27г/3 и тс-коммутации для определения случаев протекания сквозного тока. На основе анализа сделаны следующие заключения: по критерию наименьшего количества случаев протекания сквозного тока предпочтительна 2тс/3-коммутация, а из законов коммутации по критерию равномерной загрузки КЭ по току и критерию наименьшего количества случаев протекания сквозного тока наилучшей является диагональная коммутация, а наихудшей симметричная. Для проведения анализа был разработан метод анализа законов коммутации и синтеза альтернативных состояний.

4 Разработан управляющий логический автомат мехатронного модуля, позволяющий управлять БДПТ в случае соединения секций обмотки в А при реализации законов управления процессом коммутации КЭ. На языке УНЕ)Ь разработана библиотека моделей функциональных элементов управляющего логического автомата, позволяющая реализовать управляющий логический автомат на базе программируемой логической интегральной схемы. В управляющем логическом автомате введен алгоритм формирования «мертвого времени» при переключении КЭ стойки ИУМ, основанный на алгоритмах определения случаев возникновения сквозного тока и альтернативных управляющих слов, разработанных в рамках метода анализа закона коммутации и синтеза альтернативных управляющих слов.

5 Проведен анализ влияния схемы соединения секций обмотки, выбора угла коммутации и законов управления процессом коммутации на механические и энергетические характеристики мехатронного модуля и определены дополнительные потери мощности, возникающие при широтно-импульсном управлении скоростью.

Для проведения анализа было проведено разложение тока и напряжения в ряд Фурье и представление полезной и потребляемой мощности в виде произведения гармонических рядов тока, напряжения и противоЭДС. Также была разработана компьютерная модель мехатронного модуля на основе трехфазного БДПТ, в которой компьютерная модель УЛА и модель ДПР построены на основе полученных обобщенных аналитических выражений УЛФ и разработанной математической модели сигналов ДПР. В результате анализа было показано, что в случае, когда напряжение питания приведено к базовому, механические и энергетические характеристики, а также дополнительные потери мощности при соединении секций обмотки в У и в А совпадают. По эффективности использования потребляемой мощности ^-коммутация уступает 271/3-коммутации (максимум к.п.д. при 2тг/3-коммутации на 31% больше, чем при 71-коммутации), также при 27г/3-коммутации скорость холостого хода и максимум полезной мощности на 9% больше, чем при 71-коммутации. По критериям линейности механических и регулировочных характеристик и наименьшей величине, дополнительных потерь, возникающих при широтно-импульсном управлении скоростью, наиболее предпочтительны несимметричная и поочередная коммутация.

6 Исследован гармонический состав тока для определения случаев возникновения потерь мощности от контурных токов. Анализ гармонического ряда тока показал, что при 2л;/3 и при л-коммутации в случае симметричной, несимметричной, поочередной и диагональной коммутации, при синусоидальной; противоЭДС потерь мощности от контурных токов не возникает. • '

7 Разработан мехатронный модуль и проведены его экспериментальные исследования. В- результате исследований подтверждены полученные теоретические положения и результаты- компьютерного моделирования: Устройство управления: мехатронного модуля нашло применение в устройстве: доворота рупора пространственного динамического координатора ГЩК-2-10 (Патент на полезную модель №89900, 2009 г.)

8 Проведен комплексный сравнительный анализ.соединения секций обмотки в А и в У, углов коммутации и законов коммутации по критериям; наименьшего количества случаев протекания сквозного тока; равномерной загрузки КЭ по току, линейности механической и регулировочной характеристик, а также эффективного использования входной мощности: По выбранным критериям более предпочтительным является закон поочередной коммутации в случае 27и/3-коммутации. При напряжении питания, выбранном таким образом, чтобы момент, развиваемый двигателем при нулевой скорости, был равен1 моменту при 2тг/3-коммутации в случае соединения секций обмотки в У, соединение секций обмотки в У и в А по выбранным критериям эквивалентно;

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Довгиленко, Сергей Владимирович, 2011 год

1. Завалишин Д.А. Новые схемы вентильных двигателей/ Д.А. Завалишин, О.Г. Вегнер // Электричество. 1936. - №3.

2. Губанов М.Н. Работа и регулирование скорости вентильного двигателя/ М.Н. Губанов // Электричество. 1933.-№12.

3. Тихменев Б.Н. Новые схемы вентильного двигателя / Б.Н. Тихменев //Электричество,- 1935—№12.

4. История электротехники / В.А. Альтов и др.; ред. Глебов И.А. — М.: Издательство МЭИ, 1999.

5. Копылов И.П. Космическая электромеханика / И.П. Копылов. -М.: Издательство МЭИ, 1998 80с.

6. Овчинников И.Е. Бесконтактные двигатели постоянного тока автоматических устройств / И.Е. Овчинников, Н.И. Лебедев.— Л.: Наука, 1966

7. Овчинников И.Е. Бесконтактные двигатели постоянного тока / И.Е. Овчинников, Н.И. Лебедев-Л.: Наука, 1979.

8. Дубенкский A.A. Бесконтактные двигатели постоянного тока / A.A. Дубенкский- М.: Энергия, 1967.

9. Конев Ю.И. Проектирование силовых преобразователей бесконтактных двигателей постоянного тока: учебное пособие/ Ю.И.Конев, Ю.Н. Розно, Я.Г. Владимиров. -М.: МАИ, 1987.

10. Вевюрко И.А. Двигатель постоянного тока без скользящих контактов / И.А. Вевюрко, Ю.В. Разумовский, А.И. Селивахин // Вестник электропромышленности. -1962. — №3

11. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины / Д.А. Бут. М.: Высшая школа, 1985.

12. Микеров А.Г. Управляемые вентильные двигатели малой мощности / А.Г. Микеров. Спб.: ТЭТУ, 1997. - 64 с.

13. Беленький Ю.М. Опыт разработки и применения бесконтактных мо-ментных приводов / Ю.М. Беленький, Г.С. Зелеков, А.Г. Микеров.-Л.:ЛДНТП, 1987.-28 с

14. Управляемые бесконтактные двигатели постоянного тока/ Н.П. Адво-лоткин, В.Т. Геращенко, Н.И. Лебедев и др. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1984. - 160 с.

15. Конев Ю.И. Транзисторные импульсные устройства управления электродвигателями и электромагнитными механизмами / Ю.И. Конев. — М.: Энергия, 1964.

16. Автоматизированные приводы постоянного тока с широтно-импульсными преобразователями / М.Е. Гольц, А.Б. Гудзенко, В.М. Остреров, Л.А. Шпиглер.-М.: Энергия, 1972.

17. Электропривод летательных аппаратов: учебник для авиационных вузов / В.А. Полковников, Б.И. Петров Б.Н. Попов и др.; под общ. Ред. В.А. Полковникова. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1990.

18. Машуков Е.В. Уменьшение динамических потерь в транзисторах импульсных усилителях мощности. // Сб. «Электронная техника в автоматике» /Под. Ред Ю.И. Конева. М.: Радио и связь, 1981. - Вып. 12

19. Ногин В.Н. Аналоговые электронные устройства: учебное пособие для ВУЗов / В.Н. Ногин.-М.:Радио и связь, 1992 304с

20. Полковников В.А. Защита транзисторов, работающих в режиме пере-, ключения, в выходных каскадах усилителей / В.А. Полковников, В.П. Паппе // Электронная техника в автоматике:сборник статей под ред. Ю. И. Конева. -М.: Сов. Радио. 1972. - №3.

21. Глазенко Т.А. Импульсные полупроводниковые усилители в электроприводах / Т.А. Глазенко. — М-Л.: Энергия, 1965.- 187с

22. Цифровые электроприводы с транзисторными преобразователями /. С. Г, Герман-Галкин, В. Д. Лебедев, Б. А. Марков, Н. И. Чичерин. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние,1986. — 248с

23. Козаченко В. Микроконтроллеры для встраиваемых систем управления электроприводом. Обзор спектра элементной базы. Восьмиразрядные «Motor Control» / В. Козаченко Т. Ремизевич // Электронные компаненты. 2002. -№7. - С.83-88.

24. Ремизевич Т. Столпник Д. Периферийные модули микроконтроллеровсемейства DSP56800/800E. аирмы Motorola / Т. Ремизевич Д. Столпник // Электронные компоненты. 2003. -№8. - С.83-89.

25. Козаченко В.Ф. Новые возможности семейства специализированных микроконтроллеров TMS320F2833x/В.Ф. Козаченко // Новости электроники. -2008.-№14.

26. Алексеев К.Б. Микроконтроллерное управление электроприводом: учебное пособие / К.Б. Алексеев, К.А. Палагута. М.:МГИУ, 2008. - 298 с.

27. Попов Б.Н. Анализ и синтез законов управления системой «Импульсный усилитель мощности — электродвигатель» / Б.Н. Попов // Известия РАН. Теория и системы управления. 1996. -№3. - С.94-102.

28. Попов Б.Н. Микропроцессорное управление синхронными трехфазныг ми двигателями/ Б.Н. Попов //Электротехника. — 1993. — №1. -С.32-37.

29. Попов Б.Н: Однокристальный микроконтроллер электродвигателей/ Б.Н. Попов //Электротехника. 1994. - №7.

30. Попов Б.Н. Методы проектирования микропроцессорных устройств управления мехатронными модулями систем' приводов: дис, . докт. техн. наук.:05.02Ю2 /Попов Борис Николаевич -М., 2001

31. Козаченко В.Ф. Создание; серии высокопроизводительных встраевые-мых микроконтроллерных систем управления для современного комплектного электропривод: автореф. дисд-ра техн. наук: 05.09.03/ Владимир Филиппович Козаченко; МЭИ М., 2007.

32. Козаченко В.Ф. Основные тенденции развития встроенных систем управления! двигателями и требования к микроконтроллерам / В.Ф. Козаченко// Chip News.-1999; №1.

33. Рывкин С.Е. Широтно-импульсная модуляция напряжения трехфазных автономных инверторов/ С.Е. Рыбкин, Д.Б. Изосимов //Электричество. -1997. -№6;- С.33-39

34. Полковников В.А. Электропривод летательных аппаратов: учебное пособие для авиационных вузов / В.А. Полковников, Б.И Петров, С.Е. Рыбкин.- М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009. 304с

35. Кривилев А. В. Цифровая система управления мехатронного модуля с трехфазным бесконтактным двигателем постоянного тока, автореф; дис. .канд. техн. наук: 05.09.03 / Александр Владимирович Кривилев; МАИ — М., 2002. 24 с.

36. Овчинников И.Е. Вентильные электрические двигатели и привод на их основе / И.Е. Овчинников. СПб.: КОРОНА-Век, 2007. - 336 с.

37. Копылов И.П. Электрические машины: учеб. для ВУЗов / И.П. Копылов. М: Высшая шк., 2002. - 607 с.

38. Беленький Ю.М. Выбор и программирование параметров бесконтактного моментного привода / Ю.М. Беленький, А.Г. Микеров— JL: ЛДНТП, 1990.-24 с

39. Глазенко Т.А. Полупроводниковые преобразователи частоты в электроприводах / Т.А. Глазенко, Р.Б. Гончаренко. Л.: Энергия, 1969.

40. Кенио Т. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами / Т. Кенио, С. Нагомори. М.: Энергоатомиздат, — 1989.

41. Пархоменко Г.А. Токи в бесщеточном микродвигателе постоянно тока / Г.А. Пархоменко // Электродинамические силы, потери и параметры электротехнических машин: республиканский межведомственный сборник «Проблемы технической электроники». — Киев, 1966

42. Левина О.Г. Поле статора трехфазного БДПТ с биполярной коммутацией/ О.Г. Левина, Г.А. Пархоменко //Электротехнические комплексы и системы управления. 2006. - №1. - С.83-84.

43. Вевюрко И.А. Некоторые вопросы теории бесконтактных микродвигателей с замкнутыми обмотками/ И.А. Вевюрко // Двигатели постоянного тока с полупроводниковыми коммутаторами: сборник трудов под ред. И.Е. Ов-чинникова.-Л.: Наука, 1972.

44. Воронин С.Г. Управление коммутацией вентильного двигателя по сигналам ЭДС вращения / С.Г. Воронин // Электричество. 2000. —№ 9.-С.53-59.

45. Крюков В. Микроконтроллер 1867ВЦ5Т с 16-разрядным процессором ЦОС и флеш-памятыо для систем цифрового управления электродвигателями / В. Крюков, В. Горохов, Н. Данильченко //Современная электроника. -2008. №2 - С.16-19.

46. Середкин В. П. Принципы формирования силовой части следящих систем динамических моделирующих стендов / В. П. Середкин // Авиационные системы в XXI веке: Сборник докладов. Том 2. Москва, апрель 2006. — С.438-443

47. Пат. 2081497 Российская федерация. Вентильный двигатель для привода механизмов бытовой и медицинской техники/ Куликов Н.И. № 5058133/07; заявл. 07.08.92; опубл. 10.06.97.

48. Энциклопедия ремонта. Выпуск 12: Микросхемы для управления электродвигателями. -М.: Докеда, 1999. 288 с.

49. Энциклопедия ремонта. Выпуск 14: Микросхемы для управления электродвигателями. М.: Докеда, 2000. - 288 с.

50. Довгиленко C.B. Алгоритм анализа законов коммутации /C.B. Довги-ленко, Б.Н. Попов // Сборник трудов XVIII международного научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации». Алушта, 2009.

51. Попов Б.Н. Цифровые устройства систем приводов летательных аппаратов / Б.Н. Попов. М.: МАИ-ПРИНТ, 2008. -124с.

52. Глазенко Т.А. Электромагнитные процессы в инверторах на полностью управляемых вентилях / Т.А. Глазенко, В.Л. Грузов, Г.И. Новикова.- Л.: Изд-во «Наука» Ленингр. отд., 1970. 88 с.

53. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводникоiвых систем в Matlab 6.0: учебное пособие / С.Г. Герман-Галкин. — Спбю: КОРОНА принт, 2001. 320 с.

54. Эпштейн И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока / И.И. Эпштейн. -М.: Энергоиздат, 1982. 192 с.

55. Волков Н.И., Миловзоров В.П. Электромашинные устройства автоматики. 2-е изд., перераб. И доп.М.:Высш.шк., 1986.-335с

56. Толмачев В.И. Силовые системы управления параппотированными объектами: учеб. пособие/ В.И. Толмачев, А.Н. Геращенко, В.В. Глазунов, Б.Н.Попов. М.: МАИ, 1995. - 168 с.

57. Довгиленко C.B. Модифицированный закон несимметричной коммутации в системе импульсный усилитель мощности — бесконтактный двигатель постоянного тока» / C.B. Довгиленко, Б.Н. Попов // Авиакосмическое приборостроение. 2009 - №7. - С. 18-27.

58. Нгуен Куанг Чунг Разработка и исследование алгоритмов упарвления системой «импульсный усилитель мощности -асинхронный трехфазный двигатель»: дис, . канд. техн. наук.:05.09.03 / Нгуен Куанг Чунг М., 2006.

59. Зечихин Б.С. Традиционные и компьютерные методы проектирования бесконтактных синхронных машин/ Б.С. Зечихин, А.Д. Куприянов, Е.В. Сы-роежкин // Электричество 2002 - № 5 — С.61-71.

60. Семисалов В. В. Разработка математической модели для исследования динамических режимов работы шагового электропривода с трехфазным инвертором напряжения, автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.09.03 / Виталий Вениаминович Семисалов; МАИ.- М., 2005. 24 с.

61. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink/И.В. Черных. Спб.: Питер, 2008.

62. Герман-Галкин С.Г. Проектирование мехатронных систем на ПК / С.Г. Герман-Галкин. СПб.: КОРОНА-Век, 2008. - 368с.

63. Криви лев A.B. Автоматизированный метод синтеза управляющих булевых функций мехатронного модуля привода с двигателем постоянного тока/ A.B. Кривилев В.Г. Стеблецов //Вестник московского авиационного института. 2009.- №4 (т. 16).- С.62 - 68.

64. Кривелев A.B.Автоматизированный анализ управляющего слова мехатронного модуля привода с трехфазным вентильным двигателем / A.B. Кри-велев, A.B. Ситникова // Известия РАН. Теория и системы управления. — 2010.—№3 — С. 14-22

65. Довгиленко C.B. Метод анализа законов управления процессом коммутации ключевых элементов импульсного усилителя мощности бесконтактного двигателя постоянного тока / C.B. Довгиленко // Авиакосмическое приборостроение. 2010. - № 9. - С.3-13.

66. Бибило П.Н. Основы языка VHDL / П.Н. Бибило. М.:Либроком, 2009.-328с.

67. Грушвицкий Р.И. Проектирование систем на микросхемах с программируемой структурой/ Р.И. Грушвицкий, А.Х. Мурсаев, Е.П. Угрюмов .- 2-е изд., перераб. и доп. СПб.: БХВ-Петербург, 2006 - 736с

68. Попов Б.Н. Микропроцессорные устройства следящих ЛА: Учебное пособие / Б.Н. Попов. -М.: МАИ, 1987. 71с.

69. Постников В.А. Исследование динамических режимов шаговых и вентильных двигателей малой мощности на базе модели обобщенной синхронной машины / В.А. Постников, В.В. Семисалов // Электричество. -2002.-№ 5

70. Молчанова С.Ю. Моделирование асинхронного электропривода с адаптивным векторным управлением в CASPOC / С.Ю. Молчанова //Вестник МАИ. 2008. - №3 (Т. 15).-С.141-146.

71. Молчанова С.Ю. Исследование законов управления асинхронным электроприводом с частотным регулированием на компьютерных моделях, авто-реф. дис. . канд. техн. наук: 05.09.03 / Светлана Юрьевна Молчанова; МАИ М., 2008.-18 с.

72. Постников В.А. Формы напряжений и динамические характеристики трехфазных шаговых и вентильных электродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов в системе трехфазный коммутатор электродвигатель

73. В.А. Постников, B.B. Семисалов // Практическая силовая электроника. — 2004.-№5.

74. Дьяконов В. Simulink. Специальный справочник/ В. Дьяконов: под ред. И. Корнеева. СПб: Питер, 2002. -528с.

75. Худяков В. Школа MatLab Урок 2. Библиотека SimPowerSystems / В. Худяков //Силовая Электроника. 2005. - №2 - С.80-88.

76. Худяков В. Школа MatLab. Урок 3. Построение SPS моделей с полупроводниковыми элементами/ В. Худяков //Силовая Электроника. - 2005. -№3-С. 103-112.

77. Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока / А.И. Важнов.-JL: Энергия, 1980.

78. Ковач К.П., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока / К.П. Ковач, И. Рац. M-JL: Госэнергоиздат, 1963. - 744 с.

79. Компьютерное моделирование электроэнергетических и электромеханических систем постоянного тока прикладных программ Disine Center / В.А. Постников, П.В. Бутенко, С.И. Вольский, Е.А. Ломонова; под редакцией Постникова В.А. М.: МАИ, 1998.

80. Брускин Д.Э. Электрические машины и микромашины: учеб. пособие для приборостр. специальностей вузов / Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович, B.C. Хвостов. — М.: Высшая школа, 1971. 432 с.

81. Основы теории цепей: учебник для вузов / Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, A.B. Нетушил, C.B. Страхов. 5-е изд., перераб. - М. Энергоатомиздат, 1989.-528с

82. МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)1. На правах рукописи042.01 1 6 7 307 "

83. Довгиленко Сергей Владимирович

84. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАТРОННОГО МОДУЛЯ НА ОСНОВЕ ТРЕХФАЗНОГО БЕСКОНТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПРИ СОЕДИНЕНИИ СЕКЦИЙ ОБМОТКИ ПО СХЕМЕ «ТРЕУГОЛЬНИК»

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.