Управление явнополюсным синхронным двигателем рудничного электровоза, обеспечивающее минимизацию реактивной мощности

Abstract

Актуальность исследования определена экономической необходимостью увеличения дальности движения электровоза с использованием энергии одного заряда аккумуляторной батареи. В данном исследовании предлагается использовать энергоэффективный закон управления, увеличивающий механическую мощность двигателя при ограничении максимальных значений напряжения и тока, что косвенно увеличит дальность движения рудничного электровоза. Цель. Решение задачи синтеза нелинейного управления явнополюсным синхронным двигателем рудничного электровоза при ограничении тока и напряжения, подводимого к обмоткам двигателя, обеспечивающего: увеличение механической мощности, передаваемой на движение рудничного электровоза; увеличение максимальной скорости тягового двигателя; линейность замкнутой системы по току для применения стандартных регуляторов скорости и положения; снижение времени парирования возмущений на валу двигателя, что достигается за счёт поддержания минимального значения реактивной мощности, циркулирующей в обмотках двигателя, в статических и динамических процессах работы двигателя. Объект. Система управления явнополюсным синхронным двигателем с постоянными магнитами рудничного электровоза. Методы. Основаны на теории нелинейных систем, посредством которой осуществляется линеаризация структуры управления явнополюсным синхронным двигателем с постоянными магнитами. Синтез регуляторов линеаризованной системы управления осуществляется методом подчинённого регулирования. Результаты. Разработана система управления тяговым двигателем рудничного электровоза при минимизации реактивной мощности, выполнено сравнение с системой управления током по поперечной оси. Результаты моделирования работы явнополюсного синхронного двигателя демонстрируют выполнение условия минимизации реактивной мощности в статических и динамических режимах. В результате сравнения предложенной системы относительно структуры управления током по поперечной оси механическая мощность, передаваемая на движение электровоза, увеличена на 50 %, а максимальная скорость - на 53 %, что обеспечивает линейный характер изменения момента. Увеличение КПД в часовом режиме работы S2 составило 2 %. Исходя из полученных высоких энергетических показателей можно сделать вывод об увеличении дальности движения электровоза с использованием энергии одной аккумуляторной батареи

To enhance the range of motion of an electric locomotive using the energy of a single battery. It is proposed to use an energy-efficient control law that increases the mechanical power of the engine with limiting the maximum values of voltage and current. This will indirectly increase the range of movement of the mine electric locomotive. Aim. To synthesize nonlinear control of a salient-pole synchronous motor of a mining electric locomotive under limitation of the current and voltage supplied to the motor windings, providing: increase in mechanical power transmitted to the movement of a mining electric locomotive; growth of traction motor maximum speed; linearity at current loop of controller, that provide to use common speed and position regulators; reduction of the time of parrying disturbances on the motor shaft, which is achieved by maintaining a minimum value of the reactive power circulating in the motor windings, in the static and dynamic processes of the motor, the linear nature of the change in the electromagnetic moment. Object. Control of a salient-pole synchronous motor with permanent magnets of a mine electric locomotive. Methods. Are based on the theory of nonlinear control systems, by means of which the linearization of the control structure of a salient-pole synchronous motor with permanent magnets is carried out. Synthesis of regulators in the linearized control system is carried out by methods of subordinate regulation. Results. The authors have developed the control system with reactive power minimization for a mine electric locomotive traction motor and compared it to the transverse axis current control system. The results of modeling the operation of a salient-pole synchronous motor demonstrate the fulfillment of the proposed condition for reactive power minimization in static and dynamic modes. As a result of comparing the proposed system with reactive power minimization with a transverse axis current control system, it was possible to increase the mechanical power by 50% and the maximum speed by 53%, while maintaining the linear nature of the torque change, for the possibility of further application of classical synthesis methods, such as subordinate control systems. The efficiency increase was 2% in the hourly S2 mode of operation. Based on the high energy indicators obtained, it can be concluded that the range of the electric locomotive using the energy of one battery is increased