"Управление" на СДПМ - среднощно бълнуване

За хората дет искат да си чешат пръстите на каквато и да е тема

Модератори: Georgimitrovich, zi_zi_top, Uncle Dido, Akima, slowtraveler, TATI, мехаННика

Hursa
Мнения: 817
Регистриран: 10 окт 2011 21:22
Репутация: 12
Местоположение: Козлодуй

"Управление" на СДПМ - среднощно бълнуване

Мнениеот Hursa » 17 окт 2017 22:33

BOz написа:Източник... но от написаното от теб разбирам, че се "мъчиш" да развъртиш двигателя и да управляваш мощността му само чрез ъгъла на магнитното поле статор/ротор...

Hursa написа:Източник Отчитането на този ъгъл предполагам служи за обратна връзка в управлението на двигателя. Намаляването на ъгъла показва, че генерирания въртящ момент е твърде голям и съответно се намалява захранващата мощност. Увеличаването на ъгъла, съответно е сигнал за увеличаване на захранващата мощност (ако не сме достигнали „лимита”) и генерирания въртящ момент. „Скоростта” на нарастване на честотата, а така и нарастването на скоростта на автомобила – желаното ускорение, предполагам управляваме с педала. Ако е достигнат лимита по мощност която системата може да даде в момента се намалява темпа на нарастване на честотата. Например, ако педала е “натиснат” до край и автомобила трябва да даде максималното си ускорение. Тогава, мисля, управлението е по “темп” на нарастване на честотата. Например, при увеличаване на ъгъла на натоварване се намалява темпа на нарастване на честотата на захранващите напрежения, така се снижава ускорението на автомобила и необходимата мощност е по-малка.

Не съм се изразил добре. Не съм имал в предвид да се управлява мощността на двигателя, чрез промяна на ъгъла между магнитните полета статор/ротор (мисля, че се наричаше “ъгъл на натоварване” или “товарен ъгъл” на синхронната машина, но не съм сигурен – обикновено го означават, като θ). А “управление” на самия ъгъл, връщането му към някаква зададена стойност (подържането му относително постоянен в определени граници), чрез промяна на захранващата мощност (напрежение).
► Виж съдържание

За пример (за да ми е по лесно да обясня какво искам да кажа) ще напиша, какво се случва при “обикновен бензинов” автомобил (според мен). Например – движим се с постоянна и голяма (максимална) скорост по равен път – педала на газта е натиснат “до край” (дроселната клапа е отворена “напълно”). Мощността на двигателя – около максималната, оборотите - относително високи. Въртящият момент, генериран от ДВГ (максимален при тези обороти на двигателя) е подаден към двигателни колела (трансформиран от трансмисията) и е равен на съпротивителния момент - приложен към тези колела, но противоположен по посока. Ако автомобила „срещне” наклон на изкачване – към въздушното съпротивление и общото съпротивление от триене, се добавя и съпротивлението от наклона (всъщност и съпротивлението от триене се променя, част от съставляващите го). Съпротивителния момент става по-голям от получавания от двигателя и автомобила започва да се забавя. В резултат на забавянето (отрицателното ускорение) се появява сумарна инерционна сила – както в резултат на забавянето на постъпателното му движение, така и в резултат на забавянето на въртенето на въртящите се механизми (колянов вал с маховик, трансмисия, колела – всеки с различен масов инерционен момент и ъглова скорост). Тази инерционна сила създава момент – който сумиран с двигателния се изравнява и уравновесява нарасналия съпротивителен. Забавянето ще продължи докато момента получаван от двигателя се изравни със съпротивителния при по ниска скорост (ако е възможно) – например поради намаленото въздушно съпротивление – т. е. автомобила сам ще достигне до ново равновесно състояние, движение с постоянна скорост (надявам се, ако изкачването не е твърде стръмно :)). (Не, че всичко това не се знае.)
Ако при “такъв сценарии” автомобила е задвижван от синхронен двигател – “случващото се” е различно.
Ще напиша, най-общо, каквото знам за синхронните двигатели, свързано с темата (всъщност малкото, което знам за мощните генератори, пренесено към синхронните двигатели с постоянни магнити). Че иначе не се сещам, как да обясня, какво искам да „кажа”.
Нека двигателя е трифазен, мисля че е такъв при приус. (И нека е двуполюсен - не знам какъв е при приус – ако е с повече полюси (2*p) съответните ъгли се делят (на p).) Въртящият момент на синхронния двигател - при неизменно зададено трифазно захранващо напрежение със зададена постоянна честота - зависи от ъгъла на натоварване – θ. Като момента при „неявно полюсна” машина се изменя синусоидално (почти) в зависимост от този ъгъл (ако е синусоидално захранващото напрежение, в противен случай – е “някакво приближени” на синусоида). Т. е. при „празен ход” – двигателя се върти без натоварване (без съпротивителен момент) - ъгъла на натоварване е близък до 0 градуса (само колкото да компенсира механичните загуби в самия двигател, консумираната активна мощност - колкото да компенсира механичните и електромагнитни загуби, като при “празен ход” електромагнитните загуби могат да превишат тези при натоварване). (В двигателен режим ъгъла на натоварване е отрицателен, това го бях забравил.) С нарастване на съпротивителния момент приложен към вала на двигателя (с нарастване на натоварването) – ъгъл θ се увеличава (по модул), нараства съответно генерирания от двигателя въртящ момент (с нарастването на ъгъл θ, по синусоида – нараства въртящият момент на двигателя), равен на съпротивителния, но противоположен по посока. Като при ъгъл θ = - 90 градуса (за не явнополюсен ротор), момента на двигателя достига своя максимум при „зададеното” захранващо напрежение. С нарастване на момента, нараства консумираната активна мощност. С „увеличаване” на ъгъл θ – от -90 до -180 градуса – въртящият момент по „синусоидата”, намалява до „0” (при ъгъл θ = - 180 градуса).
► Виж съдържание

При явно полюсните синхронни машини, каквито са тези с постоянни магнити – поради нееднаквата магнитна проводимост (в различните направления спрямо оста на машината) – възниква реактивен момент в резултат на това, че ротора се стреми да се ориентира по оста на сумарното магнитно поле (така, че магнитното съпротивление да е минимално) създадено от статора и ротора. Този реактивен момент се изменя пропорционално на синус от удвоения ъгъл θ. Това деформира синусоидалната зависимост на момента от ъгъл θ. При ъгъл θ от 0 до - 90 градуса – момента създаден от взаимодействието между магнитните полета на ротора и статора (досега разгледания момент) се сумира със споменатия реактивен момент. Това води до нарастване на момента генериран от двигателя и до изместване на максимума му при ъгъл θ, по малък от - 90 градуса (по малък по модул :). В зависимост от конструкцията, максимума може да бъде достигнат още при – 60). (При ъгъл θ – м/у - 90 и - 180 градуса общият момент е разликата между споменатите моменти. Същата зависимост я има и при „положителен” ъгъл θ, при генераторен режим.)
Та какво исках да кажа, със всичко това, което изписах :)
За да бъде статически устойчива работата на синхронната машина – т. е. да съхрани синхронното си въртене при неголеми външни въздействия - тя трябва да работи при неголеми ъгли на натоварване θ. Т. е. например колелата „настъпват легнал полицай” – съпротивителния момент нараства. Ъгъла на натоварване нараства. Ако двигателя е работил при ъгъл θ около - 30 градуса, ще има около 40% запас по въртящ момент при зададени напрежение и честота (т. е. обороти). А значи такива малки препятствия може да ги преодолее дори без да се намесва управлението на мощността на двигателя.
Ще се опитам да обясня по ясно как според мен се управлява. (Но далеч не съм уверен, че има нещо вярно.)
Следи се този ъгъл на натоварване, като автоматиката се опитва да го държи около - 30 градуса. Например – ел автомобил (в „сценария” за бензиновия) движещ се с голяма равномерна скорост по равен път на ограничението си по мощност (педала „натиснат до край”). Започва изкачване – съпротивителния момент на колелата нараства.
Ако момента даван от двигателя е максималния, или дори близък до максималния – т. е. ъгъла на натоварване θ съответства на този при който момента е максимален, или само малко по малък – тогава повишаването на съпротивителния ще изкара двигателя от синхронизация и ще стане практически неуправляем, въртящият му момент ще се изменя от отрицателен на положителен (ако не му се прекъсне захранването).
► Виж съдържание

Ако ъгъла на натоварване θ е около - 30 градуса и автомобила започне изкачване и съпротивителния момент започне да нараства – ъгъла ще започне да нараства. Момента на двигателя също. Консумирания ток и мощност също (– което за кратко, мисля е допустимо, въпреки достигнатото ограничение по ел мощност). Отчитайки нарастването на ъгъла на натоварване, автоматичното управление на двигателя (според мен) ще започне да понижава честотата стремейки се да върне ъгъла на натоварване към значение близко до изходното (зададеното, като целево, заданието на автоматичния регулатор), така намалявайки оборотите ще понижи скоростта реализирайки „задействане” на инерционните сили, сумиращи се с момента генериран от двигателя.
► Виж съдържание

При нарастване на захранващото напрежение – синусоидалния момент нараства в целият диапазон от ъгли θ (– нараства максималното амплитудно значение).
Не знам, какво управляваме с “педала”, когато се движим в ел режим – при приус (или при ел автомобилите със синхронни ел двигатели). Предполагам управляваме мощността – аналогично с автомобилите с ДВГ.
Например (и до колкото разбирам) - ако се движим с постоянна скорост – държейки педала натиснат до определена степен, при бензинов автомобил. Дросела е отворен на съответната величина, впръсква се съответно количество бензин за да се постигне съответно зададено съотношение гориво/въздух. Решавайки да ускорим – натискаме педала – дросела се отваря до съответната степен, съответстваща на положението на педала, количеството впръсквано гориво се увеличава (при съвременните автомобили, до колкото разбирам, тази връзка не е директна). Увеличавайки количеството постъпваща в цилиндрите гориво-въздушна смес – се увеличава момента на двигателя и съответно мощността. Увеличавайки момента, даван от двигателя – автомобила започва да се ускорява, генерирайки допълнителен съпротивителен момент в следствие на инерционните сили действащи на автомобила (част от инерционният момент е и поради ускоряване въртенето на въртящите се механизми). С нарастване на скоростта – нарастват оборотите на двигателя (нека “процеса” протича, без превключване на предавки).
► Виж съдържание

С нарастване на скоростта нараства съпротивителния момент в резултат от нарасналото съпротивление на въздуха – съответно намалява ускорението – до достигане до “нова” по висока равномерна скорост на движение. До изравняване на двигателния момент (генериран от двигателя при достигнатите по високи обороти) и съпротивителния момент (генериран, само от съпротивителните сили на въздушно съпротивление и триене, без инерционните).
► Виж съдържание

При намаляване на скоростта – постъпваме по “обратния алгоритъм” – отпускайки педала. Като може да се стигне до почти или “напълно” отпуснат педал на “газта” – и колелата да “въртят” двигателя – “моторна спирачка”. Или до “натискане” на спирачката.
Когато “управляваме” синхронния двигател, чрез педала – желаейки да увеличим скоростта например – не можем да увеличим “само” момента и мощността. Натискайки педала – според мен – в процеса на “натискането”, увеличаваме захранващото напрежение.
► Виж съдържание

Но за да увеличим скоростта – трябва да увеличим и честотата (съответно оборотите), но по определен “закон”, с определен темп на нарастване – коефициент на нарастване. Директно, според мен, няма как да го направим, поради това, че трябва да се следят постоянно няколко фактора и да се следят сравнително много точно. Увеличавайки захранващото напрежение – увеличаваме максимума, амплитудното значение на “синусоидално” изменящия се момент (момента “вече” би се изменял по друга синусоида, с по голям коефициент), който може да даде двигателя.
► Виж съдържание

Но момента на двигателя не се променя – оставайки равен на съпротивителния, действащ до натискане на педала. Намалява обаче ъгъла на натоварване. “Следейки” и управлявайки този ъгъл – автоматиката (според мен) увеличава честотата в случая (освобождавайки ни от точното управление на два фактора - както на захранващото напрежение, така и най-вече – от точното управление на нарастване на честотата).
► Виж съдържание

Т. е. намаляването на ъгъла (предполагам) е “сигнал” за автоматиката - за увеличаване на честотата. В следствие на това увеличаване на честотата – автомобила се ускорява. Съпротивителния момент нараства, съответно нараства момента на двигателя, поради това нараства и ъгъла на натоварване - θ.
В “първия” момент (предполагам), честотата нараства с малък темп, като коефициента на нарастване постепенно се увеличава, до достигане ъгъла на натоварване θ - “зададеното” на регулатора значение.
► Виж съдържание

Но с увеличаване на скоростта – нараства и съпротивителния момент в следствие на въздушното съпротивление. Поради това θ продължава да нараства – това е сигнал за регулатора да намали коефициента на нарастване на честотата – снижавайки ускорението, а следователно и инерционния съпротивителен момент (компенсирайки нарастването на съпротивителния момент в следствие на въздушното съпротивление). Така се достига до по висока постоянна скорост – съответстваща на “натискането на педала”, съответстваща на нарасналия момент на двигателя – в следствие на повишеното захранващо напрежение, съответстваща на даваната мощност от двигателя при такъв момент и (достигнати) обороти, съответстваща консумираната ел мощност.
Ъгъл θ през целия процес е “посредничил” в управлението – служейки за обратна връзка на регулатора – указващ му натоварването на двигателя, спрямо подаденото захранващо напрежение и коефициент на нарастване на честотата. Достигайки до по-високата постоянна скорост – θ се “връща” към изходното си значение (приблизително), но при по високо захранващо напрежение, по висока честота, по висок отдаван въртящ момент. При “отпускане” на педала – “алгоритъма е обратния” – като управлението е отново съобразно изменението на θ, при по ниското подадено захранващо напрежение.
При достигане на θ – 0 градуса и положителни значения – синхронната машина минава в генераторен режим. Честота в случая (предполагам) няма нужда да се управлява. А чрез управление на товара – управляват генерирания от генератора съпротивителен момент.
► Виж съдържание

Не мисля, че е необходимо да се поддържа момента на максимума, който може да даде двигателя при определена големина на захранващото напрежение. Това е свързано с необходимостта да се балансира на границата на устойчивост и необходимостта от много голямо бързодействие и много по голяма точност на регулатора. Така може да се получи евентуално по голяма максимална мощност от двигателя, но това ще доведе по ниско кпд, до загуби – според мен. Това са само косвени предположения, за съжаление сега не мога да разгледам как ще се измени точно кпд. Но до колкото знам, максимума на кпд за синхронния двигател се достига в интервала от 70% до 90% от номиналната му мощност. КПД се изменя слабо в относително широк диапазон от мощности около максималното си значение (до колкото помня). Освен това номиналната мощност на ел двигателя е чувствително по малка от максималната електрическа мощност която може да преобразува. Не съм сигурен – но мисля, че промишлените мощни стационарни синхронни двигатели и генератори се експлоатират при около 60% от максималната им мощност. Също не съм сигурен – но за такива машини ъгълът на натоварване се проектира и подържа около 30 градуса (трябва да се провери)/(при явнополюсните би трябвало да е и по-малък), за да имат сравнително голям запас по динамична и статична устойчивост и да се гарантира устойчивата им работа при различни режими. А мисля, че за мощните стационарни машини (с голяма инертност), свързани към относително инертната енергийна система запаса по устойчивост е от по-малко значение от колкото за много по динамичното и непредсказуемо изменение на натоварванията при автомобила.
Всичко това нагоре, за съжаление го написах вчера, без да се подготвям много, затова се получи толкова (прекалено) обемно – извинявам се. За съжаление съм много слабо запознат, какво представлява инвертора и въобще не помислих за това. До колкото разбрах има обикновени “комутируеми инвертори”, ако могат така да се нарекат. Подаващи захранването на правоъгълни (почти) импулси, чрез просто “включване” и “изключване” на плюса или “минуса” на постоянен източник, последователно, към всеки две от фазите на синхронния двигател (при статорни намотки свързани в “звезда”). Създавайки така въртящо се магнитно поле. Като чрез момента на комутиране и честотата на превключване се променят “фазите” и честотата на така полученото променливо едс. При такова захранване на синхронния двигател задължително се следи и управлява ъгъла на натоварване, ако се налага изменение на честотата. Тоест това са т. н. “вентилни” двигатели. Има предполагам и много по съвършено “комутиране”. За съжаление не мога да преценя, а и в момента нямам време, поне до края на месеца - да потърся и да се запозная до колко това би повлияло и променило "управлението" на синхронния двигател - до колкото си го представям smile.gif .
Auris Е15 Hybrid

Върни се в “Off Topic”

Кой е на линия

Потребители, разглеждащи този форум: Няма регистрирани потребители и 6 госта