Вестник МГТУ, 2024, Т. 27, № 4.

Вестник МГТУ. 2024. Т. 27, № 4. С. 486-500. DOI: https://doi.org/10.21443/1560-9278-2024-27-4-486-500 Введение В современной промышленности в качестве приводных узлов используются синхронные двигатели с постоянными магнитами (СДПМ) (Фираго, 2011; Коваль и др., 2019; Davydov et al., 2022). Электронное регулирование СДПМ определяет степень качества обработки деталей и способствует повышению общей производительности станков (Грубый, 2020; Давыдов и др., 2024; Щагин и др., 2022). Наличие двумерного вектора управления СДПМ позволяет, наряду с решением основной задачи формирования желаемого момента, решать дополнительную задачу двухзонного управления. При двухзонном управлении появляется возможность расширения диапазона регулирования СДПМ посредством ослабления потока двигателя, благодаря чему увеличивается скорость вращения ротора. Однако диапазон регулирования во второй зоне ограничен параметрами двигателя (прежде всего индуктивностью), поэтому скорость можно увеличить на 20-30 % (Коваль и др., 2019; Davydov et al., 2022; Грубый, 2020; Давыдов и др., 2024). Начальный этап решения проблемы расширения диапазона регулирования СДПМ представлен в статьях (Davydov et al., 2022, 2021; Kotin et al., 2023). Данная статья является продолжением исследования, проведенного в работе (Давыдов и др., 2024), где были выполнены первичные расчеты ослабления магнитного потока для синхронных двигателей с постоянными магнитами. В ходе настоящего исследования: 1 ) рассмотрен метод расширения диапазона регулирования во второй зоне, включающий новый алгоритм управления при внедрении дополнительных индуктивностей в цепь питания СДПМ, что позволило достичь двукратного увеличения диапазона скоростей без ухудшения мощностных характеристик двигателя; 2 ) проведены численные эксперименты и сравнительный анализ, демонстрирующий эффективность предложенного подхода. Научная значимость исследования состоит в преодолении ограничений расширения диапазона регулирования скорости, обусловленных конструкцией СДПМ, для чего предлагается рассмотреть возможность введения дополнительного блока индуктивностей в цепь питания статора, способствующего расширению диапазона до удвоения номинальной скорости вращения. Практическая значимость исследования заключается во внедрении в производство технологии ослабления магнитного потока с использованием дополнительных индуктивностей в электроприводах с СДПМ, что представляет собой перспективное направление развития машиностроения. Оптимизация конструкции СДПМ способствует повышению производительности и эффективности работы фрезерных станков. Проводимые в этой области исследования могут стать основой для создания более точных и высокоэффективных систем фрезерования, что позволит значительно улучшить качество обработанных поверхностей деталей и снизить интенсивность износа режущего инструмента ( Давыдов и др., 2024). Материалы и методы При проведении моделирования использованы параметры СДПМ, представленные в таблице. Расчеты и имитационное моделирование осуществлены с помощью специализированного программного комплекса SimInTech (ООО "3В Сервис", Россия). Применяемые в данной работе модели СДПМ, а также ПИ-регуляторов системы управления были предварительно выполнены и верифицированы разработчиками этого программного обеспечения. Таблица. Характеристики синхронного двигателя с постоянными магнитами Table. Characteristics of permanent magnet synchronous motor Характеристика Значение Количество пар полюсов 2 Номинальная мощность 5 500 Вт Напряжение 325 В Номинальная скорость 1 500 об/мин Номинальная частота 50 Гц КПД 93,1 % Номинальный ток 10,6 A Номинальный момент 35 Нм Максимальный момент (2 мин) 100 Нм Коэффициент мощности п 0,99 Фазное сопротивление Q 0,65 Ом Индуктивность двигателя 8,2 мГн Индуктивность дополнительных обмоток 16,4 мГн График перехода от первой зоны управления, где преобладает максимальный момент, ко второй зоне, где момент снижается, а скорость увеличивается, представлен на рис. 1 . Из графика видно, что для реализации второй зоны управления необходимо ослабить потокосцепление двигателя; в результате этого уменьшается максимальный момент М, Нм, в то время как угловая 487