Abstract

Praca dotyczy zastosowania bezczujnikowej metody sterowania silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi zagłębionymi w wirniku (IPMSM) w trakcyjnym układzie napędowym małej mocy zawierającym sterownik mikroprocesorowy oraz falownik tranzystorowy. Regulacja momentu elektromagnetycznego silnika IPMSM wymaga pomiaru położenia kątowego wirnika. Proponowana metoda jest tzw. metodą bezczujnikową - bez sprzężeń zwrotnych od wielkości mechanicznych. Napędy trakcyjne charakteryzują się specyficznymi warunkami pracy, przez co metodom ich sterowania stawia się wysokie wymagania, szczególnie trudne do spełnienia w układach bezczujnikowych. Opracowano bezczujnikowy układ napędowy, w którym estymacja wielkości mechanicznych jest realizowana poprzez analizę pochodnych prądów fazowych silnika związanych z modulacją napięcia wyjściowego falownika tranzystorowego. Regulacja momentu elektromagnetycznego trakcyjnego silnika PMSM wymaga dokładnej estymacji położenia w całym zakresie osiąganych prędkości. Wiąże się to z zastosowaniem zestawu metod estymacji przełączanych zależnie od prędkości kątowych wirnika.Trzy zaproponowane algorytmy odtwarzania wielkości mechanicznych charakteryzują się nieskomplikowanymi zależnościami matematycznymi. Niezależne wyniki estymacji otrzymywane są co jeden lub kilka okresów PWM, w zależności od metody. Trudność w implementacji estymatorów z proponowanej grupy wiąże się jednak ze złożonym, specyficznym algorytmem pomiaru prądów fazowych silnika. Pomiar musi być wykonywany częściej niż w przypadku układu czujnikowego, a chwile pomiaru muszą być skorelowane z przełączeniami tranzystorów falownika. Opracowanie, implementacja układowa oraz dobór parametrów algorytmu pomiarowego są kluczowymi kwestiami przy realizacji układu bezczujnikowego. Istotnym elementem jest także zapewnienie występowania odpowiedniej sekwencji napięć umożliwiającej regularne pozyskiwanie danych wejściowych estymatora.W układzie eksperymentalnym wykorzystano standardowe elementy stosowane w sterowanych czujnikowo układach napędowych. Jak pokazały eksperymenty, napęd o takiej konfiguracji pozwala na uzyskanie wystarczającej dokładności estymacji do stabilnej pracy w trybie bezczujnikowym, w którym algorytm regulacji momentu elektromagnetycznego silnika korzysta z odtwarzanych wartości położenia wirnika. Podczas opracowywania oraz badań metod estymacji uwzględniono przeznaczenie rozważanego układu napędowego do zastosowań trakcyjnych. Wykonano próby w szerokim zakresie prędkości kątowych wirnika, także w strefie odwzbudzania silnika. Uwzględniono konieczność realizacji rozruchu z dużym początkowym momentem obciążenia. Przebadano układ podczas pracy w trybie hamowania odzyskowego oraz zmiany kierunku obrotów wirnika.Opracowana metoda pozwala na wyeliminowanie przetwornika położenia kątowego w układach napędowych wykorzystujących silniki synchroniczne z magnesami trwałymi.

Author (1)