Исследование способов управления преобразованием энергии в электромеханических системах с постоянными магнитами

Электромеханические системы с использованием для возбуждения электродвигателей постоянных магнитов находят широкое применение в различных отраслях техники при создании экономичных управляемых электроприводов. Прежде всего, это касается ракетно- космической техники, авиации, наземного и морского транспорта, станкостроения и т.д. Как правило, для управления электродвигателями в таких системах используется принцип векторного управления. Этот принцип в своё время был хорошо отработан на системах с асинхронными двигателями и практически без изменения был перенесён на электромеханические системы, содержащие синхронные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов. В основу его положена идея независимого управления магнитными потоками ротора и статора путём изменения составляющих этих потоков по двум ортогональным осям. В настоящее время такие системы хорошо отработаны алгоритмически и программно. Более того, выпускаются стандартные микросборки, реализующие указанный принцип. При этом в основу математического описания физических процессов электромагнитного преобразования энергии систем, реализующих указанный принцип, положены линейные уравнения, не учитывающие насыщение магнитопровода, температурное и временное изменение параметров магнитов, дополнительных токов возникающих в них, и т.д. Между тем, у двигателей с возбуждением от постоянных магнитов поток ротора уже сформирован и в идеальном случае его можно считать постоянным, а регулировать мы можем только поток статора. Но и здесь мы можем обойтись более простыми средствами, чем у асинхронных двигателей. Поскольку положение вектора потока ротора жёстко с ним связано, а направление вектора потока статора однозначно связано с направлением вектора его тока, следовательно, и вектора напряжения, то регулирование относительного положения этих векторов может быть просто реализовано регулированием положения ротора относительно статора. Для этого могут быть использованы две просто наблюдаемые и хорошо регулируемые координаты - угол между вектором напряжения статора и вектором его э.д.с., а также амплитуда тока статора. Регулирование амплитуды вектора потока статора может быть реализовано путём регулирования амплитуды тока статора. Реализация такого принципа позволит существенно упростить алгоритмы векторного управления и улучшить регулировочные и динамические свойства таких систем. Исследование и разработка предлагаемого принципа векторного управления входит в первую группу вопросов, решаемых в данной работе, а их решение позволит за счёт упрощения алгоритмов управления существенно уменьшить объём требуемых вычислительных ресурсов, улучшить динамические и регулировочные свойства систем. Весьма важно, что при его реализации появляется возможность использовать более сложные нелинейные модели электромеханического преобразователя. Особенно это важно при работе электромеханической системы в режиме экстремальных электромагнитных и тепловых нагрузок, когда с целью уменьшения габаритов и массы двигателей они работают при предельно допустимых для применяемых материалов режимах. При этом, математическое описание физических процессов электромеханического преобразования энергии с учетом насыщения магнитных материалов существенно усложняется и в настоящее время разработано слабо. Для того, чтобы использовать системы с постоянными магнитами в режиме предельных нагрузок при реализации векторного управления, необходимо не только существенное уточнение математического описания указанных физических процессов, но и разработка математических моделей, удобных для использования в управлении. Решение такой задачи входит во вторую группу решаемых в проекте вопросов и важно не только с точки зрения реализации векторного управления, но и даёт возможность развития теории функционирования электромеханических систем с постоянными магнитами в режиме предельных нагрузок, что позволит расширить область их применения и повысить удельные энергетические показатели.