Układ dwustrefowego sterowania napędu bezprzekładniowego dla tramwaju niskopodłogowego

• Autorzy: Shchur I. , Lis M. , Pavliv Y. , Sosnowski J.

Warianty tytułu

EN

Control system of flux weakening for direct drive of low-floor tram

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy proponuje się dla tramwaju o konstrukcji niskopodłogowej zastosować napęd bezprzekładniowy (NB) bazujący na maszynach synchronicznych z magnesami trwałymi (PMSM). Ze względu na ograniczoność rozmiarów takiej maszyny i niezbędną jej przeciążalność, na podstawie wyników komputerowego 2D modelowania pola magnetycznego otrzymano krzywą magnesowania maszyny i zbudowano w środowisku MATLAB/Simulink wirtualny komputerowy model PMSM z uwzględnieniem jej nasycenia magnetycznego. W wózku pociągowym specjalnej konstrukcji dla tramwaju niskopodłogowego z powodu ograniczonej przestrzeni dla instalacji 4-ch silników napędzających koła niemożliwe jest stosowanie ciągłego czujnika kątowego położenia wirnika, który umożliwiłby kształtowanie wyrównanego momentu elektromagnetycznego. Dlatego wykorzystano układ z trzech czujników Halla, zamontowanych w silniku, a dla uniknięcia pulsacji momentu elektromagnetycznego, które powodowałyby szybkie zużycie obręczy kół tramwajowych, zastosowano obserwator hybrydowy, który oblicza prędkość kątową, a także funkcje trygonometryczne sin i cos bieżącej wartości kąta położenia wirnika wg sygnałów z dyskretnych czujników Halla. Dla badań opracowanego układu dwustrefowego sterowania prędkości PMSM stworzono model komputerowy NB, który symuluje pracę cyfrowego systemu sterowania. Na modelu przeprowadzono szereg doświadczeń, które wykazały poprawność zastosowanego rozwiązania.

EN

It is proposed to apply direct electric drive (DED) based on synchronous machines with permanent magnets (PMSM) to drive of five-section low-floor tram. Given the limited size of the motor and its required overload capacity, based on the results of computer modeling of 2D magnetic field, the magnetization curve of machines was obtained and virtual computer model of PMSM was created in MATLAB/Simulink taking into account magnetic saturation of the machine. In vehicle cart designed especially for low-floor trams, the space for installation of 4 motor-wheels with DED is limited. Therefore it is impossible to use continuous angular sensor of the rotor position, which would facilitate smooth shape of electromagnetic torque. That is why Tyree Hall sensors are used. To prevent pulsation of electromagnetic torque, which would lead to rapid wearing of tram wheels’ rims, hybrid observer is applies. This observer calculates angular speed and trigonometric functions sin and cos of rotor position angle on the basis of discrete Hall sensors signals. For the study of developed two-zone speed control system of PMSM of DED, the computer model that simulates the work of a digital control system was created. Using the model, series of experiments were conducted. They showed the efficiency of the applied approach.

Słowa kluczowe

PL

tramwaj niskopodłogowy; napęd bezprzekładniowy; PMSM; obserwator prędkości i kąta położenia wirnika; sterowanie dwustrefowe

EN

low floor tram; direct drive; PMSM; observer of rotor speed and angle position; two zone speed control

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe
• Rocznik: 2016
• Tom: Nr 2 (110)
• Strony: 31--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., wz.

Twórcy

autor

Shchur I.

• Zakład Maszyn i Napędów Elektrycznych Instytutu Elektrotechniki Przemysłowej Wydziału Elektrycznego Politechniki Częstochowskiej Zakład Napędu Elektrycznego Instytutu Energetyki i Systemów Sterowania Politechniki Lwowskiej

autor

Lis M.

• Zakład Maszyn i Napędów Elektrycznych Instytutu Elektrotechniki Przemysłowej Wydziału Elektrycznego Politechniki Częstochowskiej

autor

Pavliv Y.

• Zakład Napędu Elektrycznego Instytutu Energetyki i Systemów Sterowania Politechniki Lwowskiej

autor

Sosnowski J.

• Instytut Elektrotechniki Przemysłowej Wydziału Elektrycznego Politechniki Częstochowskiej

Bibliografia

• [1]. Rusek A., Shchur I., Kozij V.: "Bezprzekładniowe napędy elektryczne zawierające maszyny synchroniczne z magnesami trwałymi", Maszyny Elektryczne – Zeszyty Problemowe, nr 101/1, str. 81-88, 2014.
• [2]. Wang G., Zhang G., Yang R., Xu D.: "Robust low-cost control scheme of direct-drive gearless traction machine for elevators without a weight transducer", IEEE Trans. on Ind. Appl., vol. 48, no. 3, p. 996-1005, 2012.
• [3]. Chau K.T., Chan C.C., Liu C.: "Overview of pennanent-magnet brushless drives for electric and hybrid electric vehicles", IEEE Trans. on Ind. Electr., vol. 55, p. 2246-2257, 2008.
• [4]. Щур І.З., Козій В.Б.: "Principles of commutation of contactless electric motor with permanent magnets in direct drive", Вестн. Национ. Унта ≪Харьк. политехн. инт≫: Проблемы автомати-зированного электропривода. Теория и практика, Харьков, вып. 30, с. 427-430, 2008.
• [5]. I. Shchur, A. Rusek O., Makarchuk: "Modelowanie symulacyjno-komputerowe silnika synchronicznego z magnesami trwałymi na podstawie wyników badań polowych", Maszyny Elektryczne – Zeszyty Problemowe, nr 96/3, str. 189-195, 2012.
• [6]. I. Shchur, A. Rusek, O. Makarchuk, M. Lis: "The simulation model of a synchronous machine with permanent magnets that takes into account magnetic saturation", Przegląd Elektrotechniczny, nr 4, str. 102-105, 2013.
• [7]. I. Shchur, A. Rusek, O. Makarchuk, M. Mandzyuk; "Definition of parameters of mathematicalmodel of PMSM for electric vehicles on the basis of computer and experimental researches", Maszyny Elektryczne – Zeszyty Problemowe, nr 101/1, str. 147-152, 2014.
• [8]. I. Shchur, A. Rusek, M. Mandzyuk: "Power effective work of PMSМ in electric vehicles at the account of magnetic saturation and iron losses", Przegląd Elektrotechniczny, nr 1, str. 199-202, 2015.
• [9]. S.D. Sudhoff, K.A.Corzine: "A hybrid observer for high performance brushless DC motor drives", IEEE Trans. on Energy Conver., vol. 11, no. 2, p. 318-323, 1996.
• [10]. S.D. Sudhoff, H.J.Hegner: "A flux-weakening strategy for current-regulated surface-mounted permanent-magnet machine drive", IEEE Trans. On Energy Conver., vol. 10, no. 3, p. 431-437, 1995.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę