Алгоритмы двухзонного управления синхронным двигателем с постоянными магнитами

Целью исследования являлось расширение диапазона (с сохранением мощностных характеристик) скорости синхронного двигателя с постоянными магнитами в электроприводе главного движения металлорежущего станка. В работе использовалось математическое моделирование электропривода синхронного двигателя с постоянными магнитами с помощью программного продукта SimInTech. В качестве исходных данных для моделирования использовались параметры двигателя постоянного тока: номинальная мощность 2,2 кВт, напряжение 315 В, скорость 1500 об/мин, КПД 90,5%, номинальный ток 6 А. Разработан алгоритм управления электроприводом, включающий две зоны управления: зону максимальной мощности и зону увеличенной скорости. Показано, что в зоне максимальной мощности поддерживаются номинальные характеристики, а в зоне увеличенной скорости достигается повышение скорости синхронного двигателя в электроприводе главного движения металлорежущего станка до 2 раз без ухудшения мощностных характеристик. Проведены численные эксперименты и сравнительный анализ результатов работы алгоритма управления с традиционными методами управления, которые подтвердили теоретические значения. Результаты моделирования показали, что при управлении синхронных двигателей с постоянными магнитами во второй зоне энергопотребление системы управления не превышает номинальных значений. Таким образом, разработанная система управления синхронных двигателей с постоянными магнитами обеспечивает эффективное управление электроприводом главного движения металлорежущего станка, демонстрирующего улучшенные характеристики обработки материалов, изготавливаемых из металлов с малой твердостью. Проведенное авторами исследование представляет практическую значимость для промышленности, где повышение скорости двигателя в металлорежущих станках является важным фактором для увеличения производительности и снижения времени обработки.

1. Фираго Б.И. Работа трехфазных вентильных двигателей переменного тока при скорости выше основной // Електромеханiчнi I енергозберiгаючi системи. 2011. № 4. С. 12–16. EDN: QNRKFD.

2. Коваль А.С., Яшин В.С., Артеменко А.И. Модель электропривода на базе СДПМ с поверхностным расположением магнитов на роторе и регулированием потока // Вестник Белорусско-Российского университета. 2019. № 3(64). С. 121–128. http://doi.org/10.53078/20778481_2019_3_121. EDN: AGLUAI.

3. Грубый С.В. Расчет сил и момента резания при фрезеровании концевыми фрезами // Известия вузов. Машиностроение. 2020. № 10. С. 26–37. http://doi.org/10.18698/0536-1044-2020-10-26-37. EDN: ASBBMG.

4. Davydov A., Pankrats Yu., Ivanov I., Bayanov E., Chipurnov S. Analysis of the application of traction engines in unmanned aerial vehicles // Электротехнические комплексы и системы: материалы I Всероссийской конференции по электрическим машинам в рамках Международной научно-практической конференции (г. Уфа, 26–28 октября 2022 г.). Уфа: Уфимский университет науки и технологий, 2022. P. 235–243. EDN: CKYKCT.

5. Щагин А.В., Нгуен Тхань Зыонг, Чжо Сое Вин. Сравнительный анализ электроприводов производственных станков // Известия вузов. Электроника. 2022. Т. 27. № 2. С. 193–204. http://doi.org/10.24151/1561-5405-2022-27-2-193-204. EDN: BZZGAV.

6. Rauth S.S., Samanta B. Comparative analysis of IM/BLDC/PMSM drives for electric vehicle traction applications using ANN-Based FOC // IEEE 17th India Council International Conference. 2020. Vol. 17. http://doi.org/10.1109/INDICON49873.2020.9342237.

7. Li Chunyan, Kou Baoquan. Research on a permanent magnet synchronous motor with parted permanent magnet used for spindle // 16th International Symposium on Electromagnetic Launch Technology. 2012. http://doi.org/10.1109/EML.2012.6325049.

8. Davydov A., Bochenkov B., Anosov V. Compact inverter for single-phase induction motor // International Russian Automation Conference (Sochi, 5-11September2021). Sochi: IEEE, 2021. P. 74–78. http://doi.org/10.1109/RusAutoCon52004.2021.9537331.

9. Yu Yang, Cong Leyao, Tian Xia, Mi Zengqiang, Li Yang, Fan Zhen, et al. A stator current vector orientation based multi-objective integrative suppressions of flexible load vibration and torque ripple for PMSM considering electrical loss // CES Transactions on Electrical Machines and Systems. 2020. Vol. 4. Iss. 3. P. 161–171. http://doi.org/10.30941/CESTEMS.2020.00021.

10. Carpaneto M., Marchesoni M., Vallini G. Practical implementation of a sensorless field oriented PMSM drive with output AC filter // SPEEDAM (Pisa, 14–16 June 2010). Pisa: IEEE, 2010. Р. 318–323. http://doi.org/10.1109/SPEEDAM.2010.5545088.

11. Kolano K. New method of vector control in PMSM motors // IEEE Access. 2023. Vol. 11. P. 43882–43890. http://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3272273.

12. Kotin D., Davydov A., Pankrats Yu., Ivanov I. Dual-zone control of the traction permanent magnet synchronous motor in the unmanned aerial vehicle // International Journal of Advanced Technology and Engineering Exploration. 2023. Vol. 10. No. 105. Р. 1093–1102. http://doi.org/10.19101/IJATEE.2022.10100564.

13. Zhang Yunfei, Qi Rong, Rong Qi. Flux-weakening drive for IPMSM based on model predictive control // Energies. 2022. Vol. 15. No. 7. P. 2543. http://doi.org/10.3390/en15072543.

14. Chau Kwok Tong, Chan Ching Chuen, Liu Chunhua. Overview of permanent-magnet brushless drives for electric and hybrid electric vehicles // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2008. Vol. 55. Iss. 6. P. 2246–2257. http://doi.org/10.1109/TIE.2008.918403.

15. Lee Sung Gu, Bae Jaenam, Kim Won-Ho. A study on the maximum flux linkage and the goodness factor for the spoketype PMSM // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2018. Vol. 28. No. 3. Р. 5200705. http://doi.org/10.1109/TASC.2017.2775561.

16. Xu X., Novotny D.W. Selection of the flux reference for induction machine drives in the field weakening region // IEEE Transactions on Industry Applications. 1992. Vol. 28. Iss. 6. P. 1353–1358. http://doi.org/10.1109/28.175288.

17. Joshi D., Deb D., Muyeen S.M. Comprehensive review on electric propulsion system of unmanned aerial vehicles // Frontiers in Energy Research. 2022. Vol. 10. Р. 752012. http://doi.org/10.3389/fenrg.2022.752012.

18. Коваль А.С., Шваяков А.В. Электромеханическая система лифтов со скоростью до 2 м/с // Вестник Белорусско-Российского университета. 2009. № 4. С. 113–120. EDN: OITKCL.

19. Киселев Н.В., Мядзель В.Н., Рассудов Л.Н. Электроприводы с распределенными параметрами. Л.: Судостроение, 1985. 220 с.

20. Коваль А.С., Артеменко А.И. К вопросу разработки электропривода пассажирских лифтов с регулируемой номинальной скоростью движения кабины лифта // Вестник Белорусско-Российского университета. 2018. № 4(61). С. 56–61. http://doi.org/10.53078/20778481_2018_4_56. EDN: YPLUUP.