BADANIA SYMULACYJNE NAPĘDU Z PRZEŁĄCZALNYM SILNIKIEM RELUKTANCYJNYM ZE ZMODYFIKOWANYM UKŁADEM ZASILANIA C-DUMP

Transkrypt

1 POZNAN NIVE RSITY OF TE HNOLOGY AADE MI JORNALS No 77 Electrcal Engneerng 2014 Krzysztof WRÓBEL* Krzysztof TOMZEWSKI* BADANIA SYMLAYJNE NAPĘD Z PRZEŁĄZALNYM SILNIKIEM RELKTANYJNYM ZE ZMODYFIKOWANYM KŁADEM ZASILANIA -DMP W artykule przedstawono nowy układ typu -dump przeznaczony do zaslana przełączalnych slnków reluktancyjnych, będący modyfkacją układu przedstawonego w [1]. Omówono budowę zasadę jego dzałana. W układze tym zastosowano nezależne sekcje zaslające dla każdego pasma slnka. Omówono różnce w budowe dzałanu obu układów oraz ch wpływ na uzyskwaną sprawność napędu. Przedstawono przykładowe wynk oblczeń symulacyjnych przebegów prądów momentu elektromagnetycznego. Zastosowane nowego układu spowodowało wzrost sprawnośc napędu. SŁOWA KLZOWE: przełączalny slnk reluktancyjny, SRM, napęd elektryczny, -dump 1. WSTĘP W napędach z przełączalnym slnkam reluktancyjnym (SRM) układ zaslana ma duży wpływ na ch charakterystyk. Wpływ ten jest zdecydowane wększy, nż w napędach z slnkam przełączalnym z magnesam trwałym. Z tego powodu powstało wele różnych topolog układów zaslana tych maszyn. Podstawowym jednocześne najbardzej rozpowszechnonym jest układ złożony z nezależnych półmostków H, z których każdy zasla jedno pasmo slnka [3]. kład tego typu, pommo szeregu zalet, ne pozwala w pełn wykorzystać możlwośc slnka. W przypadku napędów z SRM najlepsze efekty można byłoby uzyskać zaslając pasma slnka prostokątnym mpulsam prądowym w zakrese pracy slnkowej wyłączając całkowce przepływ prądu w uzwojenach w zakrese pracy hamulcowej. W układach rzeczywstych, ze względu na nercję uzwojeń dużą wartość sły elektromotorycznej rotacj, przy zaslanu slnka ze źródła napęcowego warunk te pogarszają sę wraz ze wzrostem prędkośc. Rozwązanem tego problemu może być zaslane slnka ze źródła prądowego. Prowadz to jednak do pogorszena warunków pracy napędu w zakrese małych prędkośc. Rozwązane kompromsowe stanową układy typu -dump, w których * Poltechnka Opolska.

2 172 Krzysztof Wróbel, Krzysztof Tomczewsk kondensator pełn rolę dynamcznego źródła zaslana o podwyższonym napęcu. możlwają one chwlowe zaslene slnka wyższym napęcem w celu przyspeszena procesów narastana zanku prądu w uzwojenach. Dzęk temu przebeg prądu stają sę bardzej zblżone do przebegów prostokątnych. kłady te posadają jednak równeż pewne wady spowodowane główne konecznoścą przełączana źródeł zaslana. Prezentowany w tej pracy układ jest modyfkacją układu przedstawonego w [1, 2, 5]. Poprzez wprowadzene zman w topolog tego układu uzyskano zmnejszene strat komutacyjnych w zakrese nskch średnch prędkośc obrotowych ogranczono generowane momentu hamującego przez wyłączane pasma. Oba układy pokazano na rys. 1. ' d R 1 R 2 R 1 R 2 a) b) Rys. 1. kład bazowy (a) proponowany układ zaslana (b) dla slnka dwupasmowego 2. OPIS DZIAŁANIA KŁADÓW W proponowanym układze wprowadzono następujące modyfkacje: w każdej sekcj zaslającej zastosowano nezależny tranzystor połączony z kondensatorem -dump, natomast kondensator podłączono do dodatnego beguna źródła zaslana (szeregowo ze źródłem zaslana). W układze bazowym [1] występuje wspólny tranzystor dla wszystkch sekcj zaslających, a kondensator połączony jest z ujemnym begunem źródła zaslana (quas-równolegle ze źródłem). Na rys. 2. pokazano różne stany pracy obu układów. Stan zaslana napęcem znamonowym ze źródła zaslana Rys. 2a 2b oraz stan pętl jałowej rys. 2g 2h w obu układach ne różną sę mędzy sobą. Istotne różnce występują w pozostałych stanach pracy. W stane zaslana podwyższonym napęcem w układze bazowym uzwojene pasma zaslane jest z kondensatora (rys. 2c), natomast w proponowanym układze z połączonych szeregowo: źródła zaslana kondensatora (rys. 2d). Dodatkowo, w proponowanym układze, dzęk zastąpenu tranzystora wspólnego nezależnym tranzystoram we wszystkch sekcjach możlwe jest jednoczesne zaslane jednego uzwojena napęcem podwyższonym zwrot energ z wyłączanego uzwojena.

3 Badana symulacyjne napędu z przełączalnym slnkem reluktancyjnym 173 kład bazowy -dump Proponowany układ -dump R 1 R 2 a) stan zaslana ze źródła u k b) stan zaslana ze źródła u k R 1 R 2 c) stan zaslana z kondensatora u k u d) stan zaslana z kondensatora u k + u R 1 R 2 e) stan zwrotu energ u k - u f) stan zwrotu energ u k -u R 1 R 2 g) stan pętl jałowej u k 0 h) stan pętl jałowej u k 0 Rys. 2. Stany pracy układu bazowego układu zmodyfkowanego

4 174 Krzysztof Wróbel, Krzysztof Tomczewsk W układze bazowym (rys. 1a) załączene tranzystora wspólnego w celu zaslena jednego uzwojena napęcem podwyższonym unemożlwa ładowane kondensatora energą zwracaną z uzwojeń nnego pasma, poneważ jego załączene powoduje przełączene układu w stan pętl jałowej (rys. 2g). Po wyłączenu tranzystorów, w stane zwrotu energ (ładowana kondensatora) w układze bazowym (rys. 2e) prąd przepływa przez źródło zaslana w kerunku zgodnym z zaslanem. W rezultace w tym stane pracy następuje pobór energ ze źródła. Jednocześne w obwodze przepływu prądu źródło zaslana kondensator są spolaryzowane przecwne. Obnża to wartość napęca wypadkowego na uzwojenach pasma. W efekce napęce na uzwojenu w trakce zwrotu energ ma wartość nższą od napęca zaslana, o wartość napęca źródła. Powoduje to, że prąd w uzwojenu zanka wolnej nż narasta w stane zaslana podwyższonym napęcem. zas rozładowana energ z uzwojeń z tego powodu wydłuża sę. W proponowanym układze (rys. 2f) występuje podobne obnżene napęca na uzwojenach pasma, poneważ energa z uzwojeń zwracana jest tylko do kondensatora, a w czase zaslana pasma poberana jest z szeregowo połączonych: źródła zaslana kondensatora. Jednak w proponowanym układze wyelmnowano przepływ prądu przez źródło zaslana podczas zwrotu energ do kondensatora. W zwązku z tym ne jest z nego poberana dodatkowa energa powodująca wydłużene procesu zanku prądu. 3. WYNIKI SYMLAJI Praca obu układów została zasymulowana w programe Matlab Smulnk. Do oblczeń wykorzystano model SRM przedstawony w [4]. kłady zaslana zamodelowano w programe PLES. Oblczena wykonano dla napędu z slnkem dwupasmowym o danych znamonowych: napęce zaslana 36 V, prąd maksymalny 90 A, moment 3,5 Nm przy prędkośc 3600 obr/mn (przy zaslanu z układu typowego). Dokładnej slnk ten opsano w [4]. Podczas symulacj wyznaczono charakterystyk obu układów oraz przebeg napęć, prądów momentu w stanach ustalonych. W przypadku układu bazowego zwększone napęce podawano do slnka w przedzale perwszych 10 zakresu kąta zaslana pasma. Dalej pasmo zaslano napęcem znamonowym w celu umożlwena rozładowana energ z uzwojeń doładowana kondensatora. W proponowanym układze, w zakrese nskch prędkośc, tranzystory komutujące zwększone napęce załączano w całym przedzale kąta zaslana pasma. Dzęk temu, w zakrese sterowana prądowego, kondensator doładowywany jest tylko częścowo w początkowej częśc przedzału zaslana. Po osągnęcu zadanej wartośc prądu w paśme, przy jego wyłączanu, energa przekazywana jest bezpośredno do uzwojeń kolejnego, załączanego pasma.

5 Badana symulacyjne napędu z przełączalnym slnkem reluktancyjnym 175 [A] bazowy nowy t [s] T e [Nm] bazowy nowy t [s] Rys. 3. Przebeg prądu pasma momentu elektromagnetycznego generowanego przez jedno pasmo przy stosowanu układu bazowego proponowanego (kąt załączana zaslana pasma on = -105, kąt wyłączana zaslana pasma off = -15 ) Dzęk temu, w tym zakrese prędkośc, średna wartość napęca zaslana pasma jest nższa nż w układze bazowym, w którym kondensator mus być doładowywany w celu przyspeszena procesu rozładowana energ. Wpływa to bezpośredno na obnżene strat w tranzystorach. W tranzystorach kluczujących zwększone napęce T k ne ma strat komutacyjnych ze względu na ch cągłe załączene w całym przedzale zaslana pasma, natomast w tranzystorach komutujących od strony masy T k straty komutacyjne są nższe nż w układze bazowym ze względu na obnżoną wartość komutowanego napęca. Dodatkowo, skrócene czasu rozładowana energ z uzwojeń dzęk wyelmnowanu przepływu prądu przez źródło zaslana powoduje obnżene wartośc momentów hamujących ogranczene strat w rezystancjach układu. Powoduje to wzrost średnej wartośc momentu elektromagnetycznego poprawa sprawność układu. Na końcu zakresu pracy ze stałym momentem dla układu bazowego, przy prędkośc 5000 obr/mn uzyskano sprawność odpowedno: w układze bazowym 72% w proponowanym układze 77%.

6 176 Krzysztof Wróbel, Krzysztof Tomczewsk 4. WNIOSKI Stosowane układów zaslana z kondensatoram -dump w napędach z SRM umożlwa znaczne rozszerzene zakresu prędkośc zwększene mocy napędu. Negatywną stroną tego rozwązana jest zazwyczaj wzrost strat spowodowany przepływem prądu przez dodatkowe elementy. W przypadku omawanych układów ne zwększono lczby elementów w stosunku do układu typowego złożonego z półmostków. Z zastosowanem proponowanego układu uzyskano lepsze parametry napędu, co wynka z ogranczena lczby komutacj wartośc komutowanego napęca oraz skrócena czasu rozładowana energ z uzwojeń wyelmnowana poboru energ ze źródła w tym czase. LITERATRA [1] Ahmed M. Hava., Vladmr Blasko, Thomas A. Lpo: A Modfed -Dump onverter for Varable-Reluctance Machnes. IEEE Transactons on Industry Applcatons, Vol. 28, No 5, 1992, pp [2] Hava A. M., Blasko V., Lpo T. A.: A Modfed -Dump onverter for Varable- Reluctance Machnes. IEEE Transactons on Industry Applcatons, Vol. 28, No 5, 1992, pp [3] Mller T. J. E.: Swtched reluctance motors and ther control, Magna Physcs, Oxford, [4] Tomczewsk K.: kłady zaslana rozszerzające zakresy pracy przełączalnych slnków reluktancyjnych. Wydawnctwo Poltechnk Opolskej, Opole [5] Yong-Ho Y., Sang-Hoon S., Tae-Won L., hung-yen W., Gyu-Sk K.: Hgh Performance ontrol of -dump onverters fed Swtched Reluctance Motor for Automobles. 35th Annual IEEE Power Electroncs Specalsts onference Achen, Germany, June 2004, vol. 2, pp SYMLATION STDIES OF SWITHED RELTANE DRIVE BASED ON MODIFIED -DMP SPPLY SYSTEM In the artcle a new type of the -dump converter type was presented, t was ntended to supply swtched reluctance drves, whch s a modfcaton of the confguraton ntroduced n [1]. A structure and a prncple of ts workng were dscussed. In ths constructon ndependent supplyng sectons for each motor phase were used. Dfferences n constructon and workng both of the confguratons and ther nfluence on effcency of the drve were dscussed. Model results of smulaton calculatons of electromagnetc torque and phase current waveforms were presented. Applyng the new system caused the ncrease n the effcency of the drve.