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 Для перехода во вторую зону управления требуется ослабить магнитный поток двигателя, для чего необходимо увеличить d-составляющую контура регулирования скорости. Это решение позволяет увеличить диапазон скоростей вращения во второй зоне на 33 % по сравнению с номинальной скоростью без ухудшения мощностных характеристик. В отличие от предыдущего исследования (Давыдов и др., 2024), в данной работе внедрены дополнительные индуктивности в цепь питания СДПМ, способствующие расширению диапазона регулирования скоростей во второй зоне. Для моделирования использовано программное обеспечение (ПО) SimlnTech, разработанное в России, которое продемонстрировало свою эффективность в предыдущих исследованиях. В рамках работы проведено моделирование различных режимов работы двигателя, что позволило более детально изучить влияние ослабления магнитного потока с дополнительными индуктивностями на его характеристики. Детали диаграммы (рис. 3) следуют в порядке слева направо: настройка желаемой скорости двигателя, обратная связь по скорости, регулирование скорости, блок расчета (БР) тока, ограничение тока по модулю, обратные связи по току q и d, регуляторы тока в координатах dq, координатный преобразователь dq в ABC, блок преобразования ШИМ, блок дополнительных обмоток, СДПМ, координатный преобразователь ABC в dq и итоговая скорость (Давыдов и др., 2024; Davydov et al., 2021; Костыгов и др., 2014; Li et al., 2012). Блок расчета тока, помимо формирования необходимого задания тока Id в первой и второй зоне, выдает сигнал на включение дополнительных обмоток. Из уравнения равновесия статора (Давыдов и др., 2024 ) выводится уравнение формирования напряжения СДПМ: где LS - индуктивность СДПМ; I q - ток по оси q; - потокосцепление ротора; - угловая скорость магнитного поля статора. При этом ток Iq ограничивается во второй зоне в соответствии с формулой где Ww - передаточная функция регулятора тока; k - коэффициент преобразователя; Ww - передаточная функция дополнительной индуктивности; W^ - передаточная функция объекта управления. Математическая модель системы управления СДПМ в координатах dq представлена на рис. 3 (Carpaneto et al., 2010; Kolano, 2023). Блок расчета тока в первой зоне задает стандартное значение тока I d = 0, что необходимо для формирования максимального момента при работе СДПМ в первой зоне (Давыдов и др., 2024). По математическому описанию была составлена блок-схема системы управления синхронным двигателем с постоянными магнитами в координатах dq (рис. 3) (Фираго, 2011; Коваль и др., 2019; Грубый, 2020; Zhang et al., 2022; Chau et al., 2008; Lee et al., 2018). На основе математического описания системы построены диаграммы работы СДПМ в первой и второй зонах (рис. 4-8). Векторная диаграмма (рис. 4) иллюстрирует работу СДПМ в номинальном режиме с номинальной угловой частотой вращения, при котором поперечная составляющая тока ротора I q равна номинальному току ISn . В этом режиме модуль вектора ЭДС ES , наведенной вращающимся полем статора в обмотке ротора, достигает своего предельного значения E ^ . Вектор ES ограничен окружностью радиуса r = ESm что соответствует максимально допустимому напряжению на статоре. На векторной диаграмме (рис. 4) также изображены следующие векторные величины и проекции: Eq - проекция вектора ЭДС Es на ось q вращающейся системы координат; L ^ ra - проецируемый на ось q вектор ЭДС реакции якоря, создаваемой током I q. Векторная диаграмма (рис. 5) демонстрирует режим работы, при котором угловая скорость ю больше номинальной ю и вращающий момент M меньше максимального Mmax. В этом режиме вектор ЭДС E s , ( 1 ) из которого выводится ограничение по напряжению US, описываемое формулой U s =4USd + USq < U m a x = U . max ( 2 ) Формирование тока I d рассчитывается как (3) (4) где !н - номинальное значение тока. Передаточная функция Wt = I/U для СДПМ определяется по формуле (5) 489