RU2250552C2 - Method and device for controlling synchronous traction motor and unit for generating desired values of field current and current vector direct- and quadrature-axis components - Google Patents

Method and device for controlling synchronous traction motor and unit for generating desired values of field current and current vector direct- and quadrature-axis components Download PDF

Info

Publication number
RU2250552C2
RU2250552C2 RU2003111237/09A RU2003111237A RU2250552C2 RU 2250552 C2 RU2250552 C2 RU 2250552C2 RU 2003111237/09 A RU2003111237/09 A RU 2003111237/09A RU 2003111237 A RU2003111237 A RU 2003111237A RU 2250552 C2 RU2250552 C2 RU 2250552C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
current
stator
value
input
Prior art date
Application number
RU2003111237/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003111237A (en
Inventor
В.В. Кашканов (RU)
В.В. Кашканов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ" filed Critical Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ"
Priority to RU2003111237/09A priority Critical patent/RU2250552C2/en
Publication of RU2003111237A publication Critical patent/RU2003111237A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2250552C2 publication Critical patent/RU2250552C2/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/02—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles characterised by the form of the current used in the control circuit
    • B60L15/025—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles characterised by the form of the current used in the control circuit using field orientation; Vector control; Direct Torque Control [DTC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/51—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/10—Electrical machine types
    • B60L2220/14—Synchronous machines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering; control systems for separately excited traction motors of vehicle drives.
SUBSTANCE: proposed method for controlling synchronous traction motor, device implementing this method, and unit for generating desired values of excitation current and current vector direct- and quadrature-axis components are characterized in use of new control variable of coupling coefficient equal to ratio of direct-axis component of stator flux linkage vector to product of current value of stator current vector quadrature-axis component by direct-axis component of stator complete inductance. Desired field current and stator current vector components are shaped in frequency-current control system of synchronous traction motor using mentioned new control variable.
EFFECT: optimized use of motor overall power and installed capacity of power converter key components.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления тяговыми синхронными электродвигателями с независимым возбуждением в приводах транспортных средств.The invention relates to electrical engineering, namely to control systems for synchronous traction electric motors with independent excitation in vehicle drives.

Известны способ и устройства (патенты России №958158, кл. B 60 L 15/20, 1982 г.; №892632, кл. Н 02 Р 5/06, 1981 г.; №1534725. кл. Н 02 Р 5/06, 1990 г.), в которых обеспечивается идеальное использование электрической машины в основных режимах движения транспортного средства за счет регулирования потока независимой обмоткой возбуждения (зона работы с постоянством мощности).The known method and device (Russian patents No. 958158, class B 60 L 15/20, 1982; No. 892632, class N 02 P 5/06, 1981; No. 1534725. Class N 02 P 5/06 , 1990), in which the ideal use of an electric machine in the main modes of vehicle movement is ensured by regulating the flow by an independent excitation winding (zone of operation with constant power).

Общим недостатком этих устройств является наличие коллекторного узла у электрической машины, что резко ухудшает энергетические и эксплуатационные показатели тягового электропривода.A common drawback of these devices is the presence of a collector unit in an electric machine, which sharply affects the energy and operational performance of a traction electric drive.

Известно также устройство (патент России №1552334, кл. Н 02 Р 7/42, 1988 г.), в котором для тягового электропривода используется бесконтактная электрическая машина (асинхронный электродвигатель).A device is also known (Russian patent No. 1552334, class N 02 P 7/42, 1988), in which a non-contact electric machine (asynchronous electric motor) is used for a traction electric drive.

Недостатком этого устройства является отсутствие возможности независимого регулирования потока, что не позволяет реализовать режим работы машины с постоянством мощности и нулевым значением реактивного тока, так как cos f в данном случае принципиально не равен единице, поэтому ключевые элементы силового преобразователя необходимо выбирать на завышенный ток.The disadvantage of this device is the lack of independent flow control, which does not allow the machine to operate with constant power and zero reactive current, since cos f in this case is fundamentally not equal to unity, so the key elements of the power converter must be selected for high currents.

Известны способ и устройство (патент России №604112, кл. Н 02 Р 5/34, 1975 г.), управления синхронным электродвигателем с электромагнитным возбуждением, в котором возможно независимое регулирование потока и тока якоря.The known method and device (Russian patent No. 604112, class N 02 P 5/34, 1975), control a synchronous electric motor with electromagnetic excitation, in which independent control of the flow and current of the armature is possible.

Недостатком этого устройства является наличие контактных колец на роторе и отсутствие блока оптимизации режимов работы синхронной машины в условиях ограничения по току и напряжению питания для оптимального использования габаритной мощности синхронной машины и установленной мощности ключевых элементов силового преобразователя.The disadvantage of this device is the presence of slip rings on the rotor and the absence of a unit for optimizing the synchronous machine operating modes under conditions of current and voltage limitations to optimally use the overall power of the synchronous machine and the installed power of the key elements of the power converter.

Известно так же устройство (патент России №2170487, кл. Н 02 К 19/22, 19/16, 2001 г.), в котором синхронная машина с электромагнитным возбуждением не имеет контактных колец и может работать как в генераторном, так и в двигательном режимах.A device is also known (Russian patent No. 2170487, class N 02 K 19/22, 19/16, 2001), in which a synchronous machine with electromagnetic excitation does not have slip rings and can operate in both generator and motor modes.

Недостатком этого устройства также является отсутствие блока оптимизации режимов работы синхронной машины в условиях ограничения по току и напряжению питания для оптимального использования габаритной мощности синхронной машины и установленной мощности ключевых элементов силового преобразователя.The disadvantage of this device is the lack of a unit for optimizing the operating modes of a synchronous machine under conditions of current and voltage limitations for the optimal use of the overall power of the synchronous machine and the installed power of the key elements of the power converter.

Наиболее близким техническим решением является устройство (см. [1], стр. 104), в котором синхронная машина с электромагнитным возбуждением работает в частотно-токовой системе автоматического регулирования с номинальным потокосцеплением статора и коэффициентом мощности, равным или близким к единице, во всем диапазоне изменения нагрузок и регулирования скорости за исключением второй зоны (режим ослабления поля).The closest technical solution is a device (see [1], p. 104), in which a synchronous machine with electromagnetic excitation operates in a frequency-current automatic control system with a nominal stator flux linkage and a power factor equal to or close to unity over the entire range load changes and speed regulation with the exception of the second zone (field weakening mode).

Недостатком этого устройства является работа с неизменным потокосцеплением статора, что не позволяет полностью использовать синхронную машину по мощности, максимально допустимому току и напряжению во всем диапазоне скоростей и нагрузок. Кроме того, не обеспечивается режим минимизации потерь, когда текущие значения скоростей и нагрузок могут быть реализованы не при предельных значениях тока и напряжения.The disadvantage of this device is the work with constant stator flux linkage, which does not allow the synchronous machine to be fully used in terms of power, maximum allowable current and voltage over the entire range of speeds and loads. In addition, the mode of minimizing losses is not provided when the current values of speeds and loads can be realized not at the limiting values of current and voltage.

Решение технической задачи направлено на оптимизацию использования габаритной мощности электрической машины и установленной мощности ключевых элементов силового преобразователя.The solution to the technical problem is aimed at optimizing the use of the overall power of the electric machine and the installed capacity of the key elements of the power converter.

Для решения поставленной технической задачи управления тяговым синхронным электродвигателем с независимым возбуждением формируют заданные значения тока возбуждения и составляющих вектора тока статора по продольной и поперечной осям в неподвижной относительно ротора ортогональной системе координат в функции поддержания коэффициента мощности, равным или близким к единице, которые затем переводят в неподвижную относительно статора систему координат и формируют в обмотках машины с помощью системы частотно-токового управления, вводя при этом новую переменную, коэффициент связи, равную отношению продольной составляющей вектора потокосцепления статора к произведению текущего значения поперечной составляющей вектора тока статора на величину продольной составляющей полной индуктивности статора, определяют ее значение, обеспечивающее минимальные потери в меди машины при фиксированном моменте, и формируют заданные значения продольной составляющей вектора тока статора в виде отрицательного значения частного от деления произведения текущего значения поперечной составляющей вектора тока статора на величину поперечной составляющей полной индуктивности статора на произведение коэффициента связи на продольную составляющую полной индуктивности статора, а заданные значения тока возбуждения формируют в виде произведения текущего значения поперечной составляющей вектора тока статора на сумму двух слагаемых, первое из которых равно частному от деления произведения коэффициента связи и величины продольной составляющей полной индуктивности статора на величину продольной составляющей взаимной индуктивности обмоток статора и ротора, а второе слагаемое равно частному от деления величины поперечной составляющей полной индуктивности статора на произведение коэффициента связи и величины продольной составляющей взаимной индуктивности обмоток статора и ротора, при этом заданное значение поперечной составляющей вектора тока статора формируют в двигательном режиме в функции отклонения текущего значения выходного сигнала датчика положения педали акселератора от нулевого значения, а в тормозном - в функции отклонения текущего значения выходного сигнала датчика положения педали тормоза от нулевого значения, причем, если в любом из режимов работы текущее значение модуля вектора напряжения статора достигнет граничного значения, то монотонно уменьшают коэффициент связи в функции поддержания текущего значения модуля вектора напряжения статора на граничном уровне, если же текущее значение модуля вектора тока статора достигнет граничного значения, то монотонно увеличивают коэффициент связи в функции поддержания текущего значения модуля вектора тока статора на граничном уровне, в случае же, когда текущее значение развиваемой машиной мощности достигает предельно допустимую мощность бортовой аккумуляторной батареи, то монотонно уменьшают заданное значение поперечной составляющей вектора тока статора в функции поддержания развиваемой машиной мощности на предельно допустимом уровне для бортовой аккумуляторной батареи, при этом переход в двигательный режим производят при наличии выходного сигнала датчика положения педали акселератора и отсутствии выходного сигнала датчика положения педали тормоза, а переход в тормозной режим производят при наличии выходного сигнала датчика положения педали тормоза и любом значении выходного сигнала датчика положения педали акселератора.To solve the technical problem of controlling a traction synchronous electric motor with independent excitation, set values of the excitation current and components of the stator current vector along the longitudinal and transverse axes in the orthogonal coordinate system fixed relative to the rotor in the function of maintaining the power factor equal to or close to unity, which are then converted to stationary relative to the stator coordinate system and form in the windings of the machine using the system of frequency-current control, introducing in this case, a new variable, the coupling coefficient, equal to the ratio of the longitudinal component of the stator flux linkage vector to the product of the current value of the transverse component of the stator current vector by the value of the longitudinal component of the total stator inductance, determine its value that ensures minimal losses in the copper of the machine at a fixed moment, and form the set values the longitudinal component of the stator current vector in the form of a negative value of the quotient of the product of the current value of the transverse of the stator current vector by the value of the transverse component of the total stator inductance by the product of the coupling coefficient by the longitudinal component of the total stator inductance, and the specified values of the excitation current are formed as the product of the current value of the transverse component of the stator current vector by the sum of two terms, the first of which is equal to the quotient the product of the coupling coefficient and the magnitude of the longitudinal component of the total inductance of the stator by the magnitude of the longitudinal component of the mutual the stator and rotor windings, and the second term is the quotient of the transverse component of the total stator inductance divided by the product of the coupling coefficient and the longitudinal component of the mutual inductance of the stator and rotor windings, while the specified value of the transverse component of the stator current vector is formed in the motor mode as a function of deviation the current value of the output signal of the accelerator pedal position sensor from zero, and in the brake, in the function of deviating the current value I of the output signal of the brake pedal position sensor from a zero value, and if, in any of the operating modes, the current value of the stator voltage vector module reaches a boundary value, then the coupling coefficient is monotonously reduced in the function of maintaining the current value of the stator voltage vector module at a boundary level, if the current the value of the stator current vector module reaches the boundary value, then the coupling coefficient monotonically increases in the function of maintaining the current value of the stator current vector module at the boundary ohm level, in the case when the current value of the power developed by the machine reaches the maximum permissible power of the onboard battery, then the set value of the transverse component of the stator current vector monotonously decreases as a function of maintaining the power developed by the machine at the maximum permissible level for the onboard battery, motor mode is performed when there is an output signal from the accelerator pedal position sensor and there is no output from the brake pedal position sensor and the transition to the brake mode is performed if there is an output signal from the brake pedal position sensor and any value of the output signal of the accelerator pedal position sensor.

Устройство управления тяговым синхронным электродвигателем с независимым возбуждением, реализующее данный способ, является оригинальным техническим решением, т.к. содержит датчик скорости, блок формирования заданных значений тока возбуждения и составляющих вектора тока статора по продольной и поперечной осям, подключенный через регулятор тока возбуждения к обмотке возбуждения а, через последовательно включенные блок преобразования координат, силовой преобразователь с частотно-токовой системой управления и датчики фазного тока к фазным обмоткам электродвигателя и формирователь гармонических функций, механически связанный с ротором тягового синхронного электродвигателя и подключенный своими выходами ко вторым входам блока преобразования координат, при этом выходы датчиков положения педалей тормоза и акселератора подключены соответственно к первому и второму входам блока коммутации, выход которого подключен к первому входу блока формирования заданных значений тока возбуждения и составляющих вектора тока статора по продольной и поперечной осям, причем второй вход этого блока подключен к выходу датчика скорости, третьи входы подключены к выходам датчиков фазного напряжения, четвертые входы подключены к выходам датчиков фазного тока, пятый и шестой входы подключены к выходам формирователя гармонических функций, а управляющий вход блока коммутации подключен к выходу компаратора, вход которого подключен к выходу датчика положения педали тормоза, причем положительному выходному сигналу компаратора соответствует нижнее замкнутое состояние блока коммутации.A control device for a traction synchronous electric motor with independent excitation that implements this method is an original technical solution, because contains a speed sensor, a unit for generating set values of the excitation current and components of the stator current vector along the longitudinal and transverse axes, connected via an excitation current regulator to the excitation winding a, through a series-connected coordinate transformation unit, a power converter with a frequency-current control system and phase current sensors to the phase windings of the electric motor and a generator of harmonic functions mechanically connected to the rotor of the traction synchronous electric motor and connected to outputs to the second inputs of the coordinate conversion unit, while the outputs of the position sensors of the brake pedals and accelerator are connected respectively to the first and second inputs of the switching unit, the output of which is connected to the first input of the unit for generating the set values of the excitation current and the components of the stator current vector along the longitudinal and transverse axes, moreover, the second input of this unit is connected to the output of the speed sensor, the third inputs are connected to the outputs of the phase voltage sensors, the fourth inputs are connected to the outputs of the sensors Of the current, the fifth and sixth inputs are connected to the outputs of the harmonic generator, and the control input of the switching unit is connected to the output of the comparator, the input of which is connected to the output of the brake pedal position sensor, and the lower closed state of the switching unit corresponds to the positive output signal of the comparator.

Блок формирования заданных значений тока возбуждения и составляющих вектора тока статора по продольной и поперечной осям является оригинальным техническим решением, т.к. подключен первым выходом ко входу регулятора тока возбуждения, а вторыми входами подключен к первым входам блока преобразования координат и содержит блоки вычисления входной мощности, модуля вектора напряжения и тока статора, блок вычисления поперечной составляющей вектора тока статора, блок ограничения коэффициента связи, три блока суммирования, три блока сравнения, три пропорциональных регулятора, три блока масштабирования, блок задания постоянных сигналов, блок вычисления модуля, блок ограничения минимального значения, блоки деления и умножения, при этом выход блока вычисления входной мощности через первый блок сравнения и первый пропорциональный регулятор соединен с первым входом первого блока суммирования, второй вход которого является первым входом блока формирования заданных значений тока возбуждения и составляющих вектора тока статора по продольной и поперечной осям и подключен к выходу блока коммутации, а его выход подключен к одному из вторых входов блока преобразования координат, выходы датчиков фазных напряжений статора через последовательно включенные блок вычисления модуля вектора напряжения, второй блок сравнения и второй пропорциональный регулятор подключены к первому входу второго блока суммирования, второй вход которого подключен к блоку задания постоянного сигнала, а третий вход через последовательно включенные третий пропорциональный регулятор, третий блок сравнения и блок вычисления модуля вектора тока статора связан с соответствующими выходами формирователя гармонических функций, выходами датчиков фазного тока статора и входами блока вычисления поперечной составляющей вектора тока статора, выход которого через блок вычисления модуля подключен к первым входам блоков деления и умножения, вторые входы которых через блок ограничения коэффициента связи подключены к выходу второго блока суммирования, причем второй вход блока ограничения коэффициента связи подключен к выходу датчика скорости, а выход блока деления через первый блок масштабирования подключен к одному из вторых входов блока преобразования координат, а через второй блок масштабирования - к первому входу третьего блока суммирования, второй вход которого через третий блок масштабирования соединен с выходом блока умножения, а выход третьего блока суммирования через блок ограничения минимального значения подключен ко входу регулятора тока возбуждения, при этом выходы блока задания постоянных сигналов подключены к соответствующим входам блоков сравнения, а входы блока вычисления входной мощности подключены к выходам блоков вычисления модулей векторов напряжения и тока статора.The unit for generating the set values of the excitation current and the components of the stator current vector along the longitudinal and transverse axes is an original technical solution, because connected by the first output to the input of the excitation current regulator, and by the second inputs connected to the first inputs of the coordinate conversion unit and contains blocks for calculating the input power, the vector module of the voltage and stator current, the block for calculating the transverse component of the stator current vector, the coupling coefficient limiting block, three summing blocks, three comparison blocks, three proportional controllers, three scaling blocks, a constant signal setting block, a module calculation block, a minimum value limiting block, de facto blocks and multiplication, while the output of the input power calculation unit through the first comparison unit and the first proportional controller is connected to the first input of the first summing unit, the second input of which is the first input of the unit for generating set values of the excitation current and components of the stator current vector along the longitudinal and transverse axes and connected to the output of the switching unit, and its output is connected to one of the second inputs of the coordinate conversion unit, the outputs of the stator phase voltage sensors through sequentially The second unit of calculation of the voltage vector module, the second comparison unit and the second proportional controller are connected to the first input of the second summing unit, the second input of which is connected to the constant signal setting unit, and the third input is connected to the third proportional controller, the third comparison unit and the vector module calculation unit the stator current is connected with the corresponding outputs of the harmonic function generator, the outputs of the stator phase current sensors and the inputs of the transverse component calculation unit a stator current vector whose output through the module calculation unit is connected to the first inputs of the division and multiplication units, the second inputs of which are connected to the output of the second summing unit through the coupling coefficient limiting unit, the second input of the coupling coefficient limiting unit connected to the output of the speed sensor, and the output the division unit through the first scaling unit is connected to one of the second inputs of the coordinate conversion unit, and through the second scaling unit to the first input of the third summing unit, whose input through the third scaling unit is connected to the output of the multiplication unit, and the output of the third summing unit through the minimum value limiting unit is connected to the input of the excitation current regulator, while the outputs of the constant signal setting unit are connected to the corresponding inputs of the comparison units, and the inputs of the input power calculation unit connected to the outputs of the blocks for calculating the modules of the stator voltage and current vectors.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства управления тяговым синхронным электродвигателем с независимым возбуждением; на фиг.2 - структурная схема блока формирования заданных значений тока возбуждения и составляющих вектора тока статора по продольной и поперечной осям; на фиг.3 - предельные механические характеристики в стартерном режиме.Figure 1 shows a structural diagram of a control device for a traction synchronous electric motor with independent excitation; figure 2 is a structural diagram of the block forming the set values of the excitation current and the components of the stator current vector along the longitudinal and transverse axes; figure 3 - ultimate mechanical characteristics in the starter mode.

Структурная схема устройства управления тяговым синхронным электродвигателем 1 с независимым возбуждением содержит датчик 2 скорости, блок 3 формирования заданных значений тока возбуждения и составляющих вектора тока статора по продольной и поперечной осям, подключенный через регулятор 4 тока возбуждения к обмотке возбуждения а, через последовательно включенные блок 5 преобразования координат, силовой преобразователь 6 с частотно-токовой системой управления и датчики 7 фазного тока к фазным обмоткам электродвигателя 1 и формирователь 8 гармонических функций, механически связанный с ротором тягового синхронного электродвигателя 1 и подключенный своими выходами ко вторым входам блока 5 преобразования координат, при этом выходы датчиков положения педалей тормоза 9 и акселератора 10 подключены соответственно к первому и второму входам блока 11 коммутации, выход которого подключен к первому входу блока 3 формирования заданных значений тока возбуждения и составляющих вектора тока статора по продольной и поперечной осям, причем второй вход этого блока подключен к выходу датчика 2 скорости, третьи входы подключены к выходам датчиков 12 фазного напряжения, четвертые входы подключены к выходам датчиков 7 фазного тока, пятый и шестой входы подключены к выходам формирователя 8 гармонических функций, а управляющий вход блока 11 коммутации подключен к выходу компаратора 13, вход которого подключен к выходу датчика положения педали тормоза 9, причем положительному выходному сигналу компаратора 13 соответствует нижнее замкнутое состояние блока 11 коммутации.A block diagram of a control device for a traction synchronous electric motor 1 with independent excitation contains a speed sensor 2, a unit 3 for generating set values of the excitation current and components of the stator current vector along the longitudinal and transverse axes, connected through the excitation current regulator 4 to the excitation winding a, through block 5 connected in series coordinate conversions, power converter 6 with a frequency-current control system and phase current sensors 7 to phase windings of electric motor 1 and driver 8 harmonic functions, mechanically connected to the rotor of the traction synchronous electric motor 1 and connected by its outputs to the second inputs of the coordinate conversion unit 5, while the outputs of the position sensors of the brake pedals 9 and the accelerator 10 are connected respectively to the first and second inputs of the switching unit 11, the output of which is connected to the first the input of block 3 of the formation of the set values of the excitation current and the components of the stator current vector along the longitudinal and transverse axes, and the second input of this block is connected to the output of the sensor There are 2 speeds, the third inputs are connected to the outputs of the phase voltage sensors 12, the fourth inputs are connected to the outputs of the phase current sensors 7, the fifth and sixth inputs are connected to the outputs of the harmonic function generator 8, and the control input of the switching unit 11 is connected to the output of the comparator 13, the input of which connected to the output of the brake pedal position sensor 9, and the lower closed state of the switching unit 11 corresponds to the positive output signal of the comparator 13.

Блок 3 формирования заданных значений тока возбуждения и составляющих вектора тока статора по продольной и поперечной осям, первый выход которого подключен ко входу регулятора 4 тока возбуждения, а вторые выходы подключены к первым входам блока 5 преобразования координат, содержит блоки вычисления входной мощности 14, модуля вектора напряжения 15 и тока 16 статора, блок 17 вычисления поперечной составляющей вектора тока статора, блок 18 ограничения коэффициента связи, три блока 19, 20 и 21 суммирования, три блока 22, 23 и 24 сравнения, три пропорциональных регулятора 25, 26 и 27, три блока 28, 29 и 30 масштабирования, блок 31 задания постоянных сигналов, блок 32 вычисления модуля, блок 33 ограничения минимального значения, блоки деления 34 и умножения 35, при этом выход блока 14 вычисления входной мощности через первый блок 22 сравнения и первый пропорциональный регулятор 25 соединен с первым входом первого блока 19 суммирования, второй вход которого является первым входом блока 3 формирования заданных значений тока возбуждения и составляющих вектора тока статора по продольной и поперечной осям и подключен к выходу блока 11 коммутации, а его выход подключен к одному из вторых входов блока 5 преобразования координат, выходы датчиков 12 фазных напряжений статора через последовательно включенные блок 15 вычисления модуля вектора напряжения, второй блок 23 сравнения и второй пропорциональный регулятор 26 подключены к первому входу второго блока 20 суммирования, второй вход которого подключен к блоку 31 задания постоянного сигнала, а третий вход через последовательно включенные третий пропорциональный регулятор 27, третий блок 24 сравнения и блок 16 вычисления модуля вектора тока статора связан с соответствующими выходами формирователя 8 гармонических функций, выходами датчиков 7 фазного тока статора и входами блока 17 вычисления поперечной составляющей вектора тока статора, выход которого через блок 32 вычисления модуля подключен к первым входам блоков деления 34 и умножения 35, вторые входы которых через блок 18 ограничения коэффициента связи подключены к выходу второго блока 20 суммирования, причем второй вход блока 18 ограничения коэффициента связи подключен к выходу датчика 2 скорости, а выход блока 34 деления через первый блок 28 масштабирования подключен к одному из вторых входов блока 5 преобразования координат, а через второй блок 29 масштабирования - к первому входу третьего блока 21 суммирования, второй вход которого через третий блок 30 масштабирования подключен к выходу блока 35 умножения, а выход третьего блока 21 суммирования через блок 33 ограничения минимального значения подключен ко входу регулятора 4 тока возбуждения, при этом выходы блока 31 задания постоянных сигналов подключены к соответствующим входам блоков 22, 23 и 24 сравнения, а входы блока 14 вычисления входной мощности подключены к выходам блоков 15, 16 вычисления модулей векторов напряжения и тока статора.The unit 3 for generating the set values of the excitation current and the components of the stator current vector along the longitudinal and transverse axes, the first output of which is connected to the input of the excitation current controller 4, and the second outputs are connected to the first inputs of the coordinate transformation unit 5, contains input power calculation units 14, vector module voltage 15 and stator current 16, block 17 for calculating the transverse component of the stator current vector, block 18 for coupling coefficient limitation, three summing blocks 19, 20 and 21, three comparison blocks 22, 23 and 24, three proportional controllers 25, 26 and 27, three scaling units 28, 29 and 30, constant signal setting unit 31, module calculation unit 32, minimum value limiting unit 33, division units 34 and multiplication 35, while the output of the input power calculation unit 14 through the first comparison unit 22 and the first proportional controller 25 are connected to the first input of the first summing unit 19, the second input of which is the first input of the unit 3 for generating the set values of the excitation current and components of the stator current vector along the longitudinal and transverse axes and connected the output of the switching unit 11, and its output is connected to one of the second inputs of the coordinate conversion unit 5, the outputs of the sensors 12 of the stator phase voltages through the series-connected unit 15 for calculating the voltage vector module, the second comparison unit 23 and the second proportional controller 26 are connected to the first input the second summing unit 20, the second input of which is connected to the constant signal setting unit 31, and the third input through the third proportional regulator 27, the third comparison unit 24 and block 1, connected in series 6, the calculation of the stator current vector module is connected with the corresponding outputs of the harmonic function generator 8, the outputs of the stator phase current sensors 7 and the inputs of the block 17 for calculating the transverse component of the stator current vector, the output of which through the module calculation unit 32 is connected to the first inputs of the division units 34 and multiplication 35, the second inputs of which, through the coupling coefficient limiting unit 18, are connected to the output of the second summing unit 20, the second input of the coupling coefficient limiting unit 18 being connected to the output of the sensor 2 soon , and the output of the division unit 34 through the first scaling unit 28 is connected to one of the second inputs of the coordinate conversion unit 5, and through the second scaling unit 29 to the first input of the third summing unit 21, the second input of which is connected to the output of the unit through the third scaling unit 30 35 multiplication, and the output of the third summing unit 21 through the minimum value limiting unit 33 is connected to the input of the excitation current controller 4, while the outputs of the constant signal setting unit 31 are connected to the corresponding inputs of the unit Ovs 22, 23 and 24 of the comparison, and the inputs of the input power calculation unit 14 are connected to the outputs of the modules 15, 16 of the calculation of the stator voltage and current vector modules.

Работа устройства, реализующего предлагаемый способ управления, осуществляется следующим образом. Вначале рассмотрим двигательный режим (сигнал на выходе датчика положения педали тормоза 9 отсутствует, блок 11 коммутации находится в верхнем замкнутом положении).The operation of the device that implements the proposed control method is as follows. First, consider the motor mode (there is no signal at the output of the brake pedal position sensor 9, the switching unit 11 is in the upper closed position).

При нажатии водителем на педаль акселератора сигнал на выходе датчика положения этой педали начинает монотонно возрастать, поступая через блок 11 коммутации на первый вход блока 3 формирования заданных значений тока возбуждения и составляющих вектора тока статора. Выходной сигнал с первого выхода этого блока поступает на вход регулятора 4 возбуждения, который формирует требуемые значения тока в обмотке возбуждения, а сигналы со второго и третьего выходов поступают на первые входы блока 5 преобразования координат. После умножения на гармонические функции углового положения ротора синхронной машины 1 и соответствующего суммирования они превращаются в заданные значения izα, izβ составляющих вектора тока статора в неподвижной системе координат α, β, ось α которой совпадает с направлением фазы А. Затем эти сигналы разделяются на заданные значения фазных токов izA izB izC и отслеживается с помощью релейных регуляторов с гистерезисной характеристикой.When the driver presses the accelerator pedal, the signal at the output of the position sensor of this pedal starts to increase monotonously, coming through the switching unit 11 to the first input of the unit 3 for generating the set field current values and stator current vector components. The output signal from the first output of this block is fed to the input of the excitation controller 4, which generates the required current values in the field winding, and the signals from the second and third outputs are fed to the first inputs of the coordinate conversion unit 5. After multiplying by the harmonic functions the angular position of the rotor of the synchronous machine 1 and corresponding summation, they turn into the given values i zα , i zβ of the stator current vector components in the fixed coordinate system α, β, whose axis α coincides with the direction of phase A. Then these signals are divided into phase current set values i zA i zB i zC and monitored via relay controls hysteresis characteristic.

Осуществление формирования заданных значений токов возбуждения и составляющих вектора тока статора по продольной и поперечной осям, обеспечивающих работу машины с коэффициентом мощности, равным или близким к единице, при минимальных потерях в меди машины поясняется с помощью следующих известных соотношений (см. [2], стр. 864):The implementation of the formation of specified values of the excitation currents and components of the stator current vector along the longitudinal and transverse axes, ensuring the operation of the machine with a power factor equal to or close to unity, with minimal losses in the copper of the machine is explained using the following known relations (see [2], p. . 864):

Figure 00000002
Figure 00000002

где Lsd Lsq - полная индуктивность статора, соответственно по продольной и поперечной осям;where L sd L sq - the total inductance of the stator, respectively, along the longitudinal and transverse axes;

Lmd - взаимная индуктивность обмоток статора и обмотки возбуждения по продольной оси;L md is the mutual inductance of the stator windings and the field windings along the longitudinal axis;

Lf - полная индуктивность обмотки возбуждения;L f is the total inductance of the field winding;

id, iq - составляющие вектора

Figure 00000003
тока статора по продольной и поперечной осям соответственно;i d , i q - vector components
Figure 00000003
stator current along the longitudinal and transverse axes, respectively;

Ψd, Ψq - составляющие вектора потокосцепления статора по продольной и поперечной осям соответственно;Ψ d , Ψ q are the components of the stator flux linkage vector along the longitudinal and transverse axes, respectively;

if, Ψf - ток и потокосцепление обмотки возбуждения.i f , Ψ f - current and flux linkage of the field winding.

В соответствии с предлагаемым способом управления вводим новую переменную

Figure 00000004
называемую в дальнейшем коэффициентом связи, тогда с учетом (1) и условием равенства единице коэффициента мощности получаемIn accordance with the proposed control method, we introduce a new variable
Figure 00000004
hereinafter referred to as the coupling coefficient, then taking into account (1) and the condition of equality to the unit of the power factor, we obtain

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Развиваемый машиной момент М равенThe moment M developed by the machine is

Figure 00000007
Figure 00000007

Так как Ψd при переходе из двигательного режима машины в генераторный и наоборот не должно изменять свой знак, то, следовательно, signK=signiq и составляющая id всегда отрицательна, а ток в обмотке возбуждения if всегда положительный.Since Ψ d must not change its sign during the transition from the motor mode of the machine to the generator one and vice versa, therefore, signK = signi q and the component i d is always negative, and the current in the field winding i f is always positive.

Потери Pм в меди машины при фиксированном значении момента имеют видLosses P m in the copper of the machine at a fixed value of the moment have the form

Figure 00000008
Figure 00000008

где Rs и Rf - активные сопротивления обмоток статора и обмотки возбуждения соответственно.where R s and R f are the active resistances of the stator windings and the field windings, respectively.

Из уравнения (5) видно, что существует такое значение коэффициента связи (будем называть его Копт), при котором потери в меди минимальны.From equation (5) it can be seen that there is a value of the coupling coefficient (we will call it K opt ) at which losses in copper are minimal.

Это значение коэффициента связи всегда можно получить из условияThis value of the coupling coefficient can always be obtained from the condition

DPM/dK=0.DP M / dK = 0.

Так как в реальных системах всегда существуют ограничения, налагаемые на величину напряжения и фазного тока силового преобразователя, то целесообразно получить зависимость ω=ƒ(M), определяющую зону возможной работы машины с К=Копт и с учетом налагаемых ограничений. Используя известные дифференциальные уравнения (см. [2], стр. 865) нетрудно убедиться, что в статическом режиме работы составляющие вектора напряжения статора имеют видSince in real systems there are always restrictions imposed on the magnitude of the voltage and phase current of the power converter, it is advisable to obtain the dependence ω = ƒ (M), which determines the zone of possible operation of the machine with K = K opt and taking into account the restrictions imposed. Using the well-known differential equations (see [2], p. 865), it is easy to verify that in the static mode of operation the components of the stator voltage vector have the form

Figure 00000009
Figure 00000009

Из уравнений (1), (4) и (6) получаемFrom equations (1), (4) and (6) we obtain

Figure 00000010
Figure 00000010

Знак “+” соответствует двигательному режиму работы, а “-” - генераторному.The “+” sign corresponds to the motor operation mode, and “-” to the generator mode.

Для расчета зоны возможной работы машины с минимумом потерь в меди, можно построить кривую ω=ƒ(М) при К=Копт, (фиг.3, кривая 32). Эта зона ограничена сверху максимально допустимой скоростью ротора ωmax, а справа - максимальным моментом М1, который определяется из уравнения (4) при К=Копт и

Figure 00000011
Но, как видно из уравнения (4), максимальный момент достигается не при К=Копт, а при К>Копт. Естественно, что при этом потери в меди возрастают, но тем не менее при том же токоограничении можно будет получить большие моменты, что немаловажно для пусковых режимов в зимних условиях. Максимальное значение коэффициента связи Kmax можно вычислить из уравнения (3) выразив iq через
Figure 00000012
при iƒ=iƒmax и
Figure 00000013
При этом значении Kmax и заданном токоограничении
Figure 00000014
уравнение (4) дает максимальное значение момента, развиваемого машиной Мmах (фиг.3).To calculate the zone of possible operation of the machine with a minimum of losses in copper, it is possible to construct a curve ω = ƒ (M) at K = K opt (Fig. 3, curve 32). This zone is bounded above by the maximum permissible rotor speed ω max , and on the right by the maximum moment M 1 , which is determined from equation (4) at K = K opt and
Figure 00000011
But, as can be seen from equation (4), the maximum moment is achieved not at K = K opt , but at K> K opt . Naturally, in this case, the losses in copper increase, but nevertheless, with the same current limitation, it will be possible to obtain large moments, which is important for starting conditions in winter conditions. The maximum value of the coupling coefficient K max can be calculated from equation (3) by expressing i q in terms of
Figure 00000012
for iƒ = iƒ max and
Figure 00000013
With this value of K max and a given current limitation
Figure 00000014
equation (4) gives the maximum value of the moment developed by the machine M max (figure 3).

Из уравнения (7) видно, что при фиксированном моменте и

Figure 00000015
дальнейшее возрастание скорости возможно только за счет уменьшения значений коэффициента связи К ниже Копт, причем это также ведет к возрастанию потерь в меди машины. Очевидно, что минимальная величина коэффициента связи Kmin определяется из уравнения (7) при
Figure 00000016
,
Figure 00000017
и ω=ωmax. Умножив уравнение (7) на М, можно сделать вывод, что предельное значение мощности Рmax, развиваемой машиной, не зависит от величины коэффициента связи, а определяется только величиной активного сопротивления обмоток статора и заданными ограничениями -
Figure 00000018
From equation (7) it can be seen that for a fixed moment and
Figure 00000015
a further increase in speed is possible only by decreasing the coupling coefficient K below K opt , and this also leads to an increase in losses in the copper of the machine. Obviously, the minimum value of the coupling coefficient K min is determined from equation (7) for
Figure 00000016
,
Figure 00000017
and ω = ω max. Multiplying equation (7) by M, we can conclude that the limiting value of the power P max developed by the machine does not depend on the magnitude of the coupling coefficient, but is determined only by the value of the active resistance of the stator windings and the given restrictions -
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

Уравнению (8) соответствует гипербола 37 на фиг 3. Значения коэффициента связи, соответствующие гиперболе 37 (будем обозначать их Кгр), обратно пропорциональны угловой скорости вращения ротора и определяются из (7) при

Figure 00000020
и
Figure 00000021
Equation (8) corresponds to the hyperbola 37 in Fig. 3. The values of the coupling coefficient corresponding to the hyperbole 37 (we will denote them by K g ) are inversely proportional to the angular velocity of rotation of the rotor and are determined from (7) for
Figure 00000020
and
Figure 00000021

Figure 00000022
Figure 00000022

Таким образом, из фиг.3 видно, что в отношении величины коэффициента связи К имеется три зоны.Thus, it can be seen from FIG. 3 that there are three zones with respect to the magnitude of the coupling coefficient K.

Зона 1 ограничена осями ω, М, максимальной скоростью ωmax, кривой АБ и моментом М1 (на фиг.3 заштрихована). Это - зона, в которой при заданных ограничениях

Figure 00000023
и
Figure 00000024
возможно выполнение минимума потерь в меди машины. Величина К в этой зоне должна быть постоянная и равна Копт.Zone 1 is limited by the axes ω, M, the maximum speed ω max , the curve AB and the moment M 1 (shaded in FIG. 3). This is a zone in which, given the restrictions
Figure 00000023
and
Figure 00000024
It is possible to achieve a minimum loss in the copper of the machine The value of K in this zone should be constant and equal to K opt .

Зона 2 ограничена гиперболой СД, моментами М1, Мmах и осью М. В этой зоне, при увеличении заданного момента, коэффициент связи должен меняться от К=Копт до К=Кmах в функции поддержания тока статора на уровне

Figure 00000025
Zone 2 is limited by the hyperbole of the LED, the moments M 1 , M max and the M axis. In this zone, with an increase in the given moment, the coupling coefficient should change from K = K opt to K = K max in the function of maintaining the stator current at a level
Figure 00000025

Зона 3 ограничена кривой АБ, гиперболой СД и максимальной скоростью ωmах. В этой зоне, при увеличении заданной скорости или момента, коэффициент связи должен изменяться от К=Копт до К=Кmin в функции поддержания вектора напряжения на уровне

Figure 00000026
Zone 3 is limited by the AB curve, the hyperbole of diabetes and the maximum speed ω max . In this zone, with an increase in a given speed or moment, the coupling coefficient should vary from K = K opt to K = K min in the function of maintaining the voltage vector at the level
Figure 00000026

Таким образом, при учете влияния ограничения тока ключевых элементов силового преобразователя необходимо увеличить значение коэффициента связи К, начиная от значения Копт до тех пор, пока ток в статорных обмотках не уменьшится до допустимых значений. Эти функции осуществляются третьим блоком 24 сравнения, вторым блоком 20 суммирования и третьим пропорциональным регулятором 27, нижний уровень выходного сигнала которого равен нулю (фиг.2). Аналогичным образом следует поступать и при учете ограничения напряжения. Эти функции осуществляются вторым блоком 23 сравнения, вторым блоком 20 суммирования и вторым пропорциональным регулятором 26, верхний уровень выходного сигнала которого равен нулю. Блок 18 ограничения коэффициента связи имеет коэффициент передачи, равный единице. Он обеспечивает ограничение максимальной величины своего выходного сигнала (т.е. величины коэффициента связи К) в функции скорости на уровне, соответствующем К=Кгр, причем максимальное значение Кгр равно Кmax, а минимальное - Кmin. Кроме того, величина выходного сигнала блока 18 в третьей зоне лежит в пределах от Кгр до Копт, а во второй зоне - от Копт до Кгр. Первый блок 28 масштабирования имеет коэффициент передачи, равный отношению Lsq к Lsd, причем сигнал на его выходе инвертируется, поэтому выходной сигнал блока 28 равен idz (в соответствии с уравнением (2)). Коэффициент передачи блока 29 масштабирования отношению равен Lsq к Lmd, а коэффициент передачи блока 30 масштабирования - отношению Lsd к Lmd, поэтому сигнал на выходе третьего блока 21 суммирования равен заданному значению тока ifz в соответствии с уравнением (3). В то же время может оказаться, что предельная мощность синхронной машины с учетом ограничений

Figure 00000027
превышает допустимое значение мощности бортовой аккумуляторной батареи. Это ограничение не должно вызывать изменения величины коэффициента связи К. Поэтому ограничение мощности, потребляемой от бортовой аккумуляторной батареи, осуществляется за счет уменьшения заданного значения составляющей iq, т.е. за счет уменьшения развиваемого машиной момента. Эти функции осуществляются первым блоком 19 суммирования, первым пропорциональным регулятором 25, первым блоком 22 сравнения и блоком 14 вычисления входной мощности, на входы которого поступают сигналы Iн и Uн, пропорциональные току и напряжению бортовой аккумуляторной батареи (фиг.2).Thus, when taking into account the influence of the current limitation of the key elements of the power converter, it is necessary to increase the value of the coupling coefficient K, starting from the value of K opt until the current in the stator windings decreases to acceptable values. These functions are performed by the third comparison unit 24, the second summing unit 20 and the third proportional regulator 27, the lower level of the output signal of which is zero (Fig. 2). The same should be done when taking into account voltage limits. These functions are performed by the second comparison unit 23, the second summing unit 20 and the second proportional controller 26, the upper level of the output signal of which is zero. The coupling coefficient limiting unit 18 has a transmission coefficient of one. It provides a limitation of the maximum value of its output signal (i.e., the magnitude of the coupling coefficient K) as a function of speed at a level corresponding to K = K gr , with the maximum value of K gr equal to K max and the minimum K min . In addition, the value of the output signal of block 18 in the third zone lies in the range from K gr to K opt , and in the second zone from K opt to K gr . The first scaling unit 28 has a transmission coefficient equal to the ratio of L sq to L sd , and the signal at its output is inverted, so the output signal of block 28 is i dz (in accordance with equation (2)). The transmission coefficient of the scaling block 29 is equal to L sq to L md , and the transmission coefficient of the scaling block 30 is the ratio of L sd to L md , so the signal at the output of the third summing block 21 is equal to the set current value i fz in accordance with equation (3). At the same time, it may turn out that the ultimate power of the synchronous machine is subject to restrictions
Figure 00000027
exceeds the permissible power value of the onboard battery. This restriction should not cause a change in the magnitude of the coupling coefficient K. Therefore, the limitation of the power consumed from the onboard battery is achieved by reducing the set value of the component i q , i.e. by reducing the moment developed by the machine. These functions are performed by the first summing unit 19, the first proportional regulator 25, the first comparison unit 22 and the input power calculation unit 14, the inputs of which receive signals I n and U n proportional to the current and voltage of the on-board battery (FIG. 2).

Работа устройства в генераторном (тормозном) режиме полностью аналогична. Единственное отличие заключается в том, что переход в этот режим происходит по сигналу с выхода датчика положения педали тормоза независимо от положения педали акселератора.The operation of the device in the generator (brake) mode is completely similar. The only difference is that the transition to this mode occurs upon a signal from the output of the brake pedal position sensor, regardless of the position of the accelerator pedal.

Таким образом, предлагаемый способ управления позволяет предельно использовать синхронную машину с независимым возбуждением как в двигательном, так и в генераторном режимах во всем диапазоне возможных скоростей и нагрузок с учетом реальных ограничений по току и напряжению.Thus, the proposed control method allows the maximum use of a synchronous machine with independent excitation in both motor and generator modes in the entire range of possible speeds and loads, taking into account real current and voltage limitations.

Существенно, что требуемые значения скоростей и моментов достигаются автоматически при минимально возможных в данной точке потерях в меди машины. Наибольший эффект дает использование предлагаемого изобретения там, где первостепенное значение имеют энергетические и массогабаритные показатели. Характерным примером этого являются тяговые электроприводы транспортных средств с автономными источниками энергии.It is essential that the required values of speeds and moments are achieved automatically at the minimum possible losses at a given point in the copper of the machine. The greatest effect is achieved by the use of the present invention where energy and weight and size indicators are of paramount importance. A typical example of this are traction electric drives of vehicles with autonomous energy sources.

1. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями / О.В.Слежановский, Л.Х.Дацковский, И.С.Кузнецов и др. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 256 с., ил.1. Systems of subordinate regulation of AC electric drives with valve converters / O.V.Sledzhanovsky, L.Kh. Datskovsky, I.S. Kuznetsov, etc. - M .: Energoatomizdat, 1983. - 256 pp., Ill.

2. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1980. - 928 с., ил.2. Ivanov-Smolensky A.V. Electric cars: Textbook for high schools. - M.: Energy, 1980 .-- 928 p., Ill.

Claims (3)

1. Способ управления тяговым синхронным электродвигателем с независимым возбуждением, заключающийся в том, что формируют заданные значения тока возбуждения и составляющих вектора тока статора по продольной и поперечной осям в неподвижной относительно ротора ортогональной системе координат в функции поддержания коэффициента мощности равным или близким к единице, которые затем переводят в неподвижную относительно статора систему координат и формируют в обмотках машины с помощью системы частотно-токового управления, отличающийся тем, что вводят новую переменную, коэффициент связи, равную отношению продольной составляющей вектора потокосцепления статора к произведению текущего значения поперечной составляющей вектора тока статора на величину продольной составляющей полной индуктивности статора, определяют ее значение, обеспечивающее минимальные потери в меди машины при фиксированном моменте, и формируют заданные значения продольной составляющей вектора тока статора в виде отрицательного значения частного от деления произведения текущего значения поперечной составляющей вектора тока статора на величину поперечной составляющей полной индуктивности статора на произведение коэффициента связи на продольную составляющую полной индуктивности статора, а заданные значения тока возбуждения формируют в виде произведения текущего значения поперечной составляющей вектора тока статора на сумму двух слагаемых, первое из которых равно частному от деления произведения коэффициента связи и величины продольной составляющей полной индуктивности статора на величину продольной составляющей взаимной индуктивности обмоток статора и ротора, а второе слагаемое равно частному от деления величины поперечной составляющей полной индуктивности статора на произведение коэффициента связи и величины продольной составляющей взаимной индуктивности обмоток статора и ротора, при этом заданное значение поперечной составляющей вектора тока статора формируют в двигательном режиме в функции отклонения текущего значения выходного сигнала датчика положения педали акселератора от нулевого значения, а в тормозном - в функции отклонения текущего значения выходного сигнала датчика положения педали тормоза от нулевого значения, причем, если в любом из режимов работы текущее значение модуля вектора напряжения статора достигнет граничного значения, то монотонно уменьшают коэффициент связи в функции поддержания текущего значения модуля вектора напряжения статора на граничном уровне, если же текущее значение модуля вектора тока статора достигнет граничного значения, то монотонно увеличивают коэффициент связи в функции поддержания текущего значения модуля вектора тока статора на граничном уровне, в случае же, когда текущее значение развиваемой машиной мощности достигает предельно допустимую мощность бортовой аккумуляторной батареи, то монотонно уменьшают заданное значение поперечной составляющей вектора тока статора в функции поддержания развиваемой машиной мощности на предельно допустимом уровне для бортовой аккумуляторной батареи, при этом переход в двигательный режим производят при наличии выходного сигнала датчика положения педали акселератора и отсутствии выходного сигнала датчика положения педали тормоза, а переход в тормозной режим производят при наличии выходного сигнала датчика положения педали тормоза и любом значении выходного сигнала датчика положения педали акселератора.1. A method of controlling a traction synchronous electric motor with independent excitation, which consists in generating predetermined values of the excitation current and components of the stator current vector along the longitudinal and transverse axes in an orthogonal coordinate system that is stationary relative to the rotor in the function of maintaining the power factor equal to or close to unity, which then they are transferred to a coordinate system that is stationary relative to the stator and formed in the windings of the machine using a frequency-current control system, which differs that a new variable is introduced, the coupling coefficient equal to the ratio of the longitudinal component of the stator flux linkage vector to the product of the current value of the transverse component of the stator current vector by the value of the longitudinal component of the total stator inductance, determine its value, which ensures minimal losses in the copper of the machine at a fixed moment, and form the set the longitudinal component of the stator current vector in the form of a negative value of the quotient of the product of the current transverse value of the stator current vector component by the value of the transverse component of the total stator inductance by the product of the coupling coefficient by the longitudinal component of the total stator inductance, and the specified values of the excitation current are formed as the product of the current value of the transverse component of the stator current vector by the sum of two terms, the first of which is equal to the quotient the product of the coupling coefficient and the magnitude of the longitudinal component of the total inductance of the stator by the magnitude of the longitudinal component of the mutual and inductance of the stator and rotor windings, and the second term is the quotient of dividing the transverse component of the total stator inductance by the product of the coupling coefficient and the longitudinal component of the mutual inductance of the stator and rotor windings, while the specified value of the transverse component of the stator current vector is formed in the motor mode as a function of deviation the current value of the output signal of the accelerator pedal position sensor from zero, and in the brake, in the function of deviation of the current value the output signal of the brake pedal position sensor from a zero value, moreover, if in any of the operating modes the current value of the stator voltage vector module reaches a boundary value, then the coupling coefficient decreases monotonically in the function of maintaining the current value of the stator voltage vector module at a boundary level, if the current the value of the stator current vector module reaches the boundary value, then the coupling coefficient monotonically increases in the function of maintaining the current value of the stator current vector module on the graph At the same time, in the case when the current value of the power developed by the machine reaches the maximum permissible power of the onboard battery, then the set value of the transverse component of the stator current vector monotonously decreases as a function of maintaining the power developed by the machine at the maximum permissible level for the onboard battery, the motor mode is performed in the presence of the output signal of the accelerator pedal position sensor and the absence of the output signal of the pedal position sensor Oz, and the transition to braking mode is produced in the presence of the output position sensor and brake pedal any value of the sensor output signal of the accelerator pedal. 2. Устройство управления тяговым синхронным электродвигателем с независимым возбуждением, содержащее датчик скорости, блок формирования заданных значений тока возбуждения и составляющих вектора тока статора по продольной и поперечной осям, подключенный через регулятор тока возбуждения к обмотке возбуждения, а через последовательно включенные блок преобразования координат, силовой преобразователь с частотно-токовой системой управления и датчики фазного тока к фазным обмоткам электродвигателя, и формирователь гармонических функций, механически связанный с ротором тягового синхронного электродвигателя и подключенный своими выходами ко вторым входам блока преобразования координат, отличающийся тем, что выходы датчиков положения педалей тормоза и акселератора подключены соответственно к первому и второму входам блока коммутации, выход которого подключен к первому входу блока формирования заданных значений тока возбуждения и составляющих вектора тока статора по продольной и поперечной осям, причем второй вход этого блока подключен к выходу датчика скорости, третьи входы подключены к выходам датчиков фазного напряжения, четвертые входы подключены к выходам датчиков фазного тока, пятый и шестой входы подключены к выходам формирователя гармонических функций, а управляющий вход блока коммутации подключен к выходу компаратора, вход которого подключен к выходу датчика положения педали тормоза, причем положительному выходному сигналу компаратора соответствует нижнее замкнутое состояние блока коммутации.2. A control device for a traction synchronous electric motor with independent excitation, comprising a speed sensor, a unit for generating set values of the excitation current and components of the stator current vector along the longitudinal and transverse axes, connected via an excitation current regulator to the excitation winding, and through a series-connected coordinate transformation unit, power a converter with a frequency-current control system and phase current sensors to the phase windings of the electric motor, and a generator of harmonic functions, mechanically connected with the rotor of the traction synchronous electric motor and connected with its outputs to the second inputs of the coordinate conversion unit, characterized in that the outputs of the position sensors of the brake pedals and accelerator are connected respectively to the first and second inputs of the switching unit, the output of which is connected to the first input of the unit for generating the set current values excitation and components of the stator current vector along the longitudinal and transverse axes, and the second input of this unit is connected to the output of the speed sensor, t its inputs are connected to the outputs of the phase voltage sensors, the fourth inputs are connected to the outputs of the phase current sensors, the fifth and sixth inputs are connected to the outputs of the harmonic generator, and the control input of the switching unit is connected to the output of the comparator, the input of which is connected to the output of the brake pedal position sensor, the positive output signal of the comparator corresponds to the lower closed state of the switching unit. 3. Блок формирования заданных значений тока возбуждения и составляющих вектора тока статора по продольной и поперечной осям, первый выход которого подключен ко входу регулятора тока возбуждения, а вторые выходы подключены к первым входам блока преобразования координат, отличающийся тем, что содержит блоки вычисления входной мощности, модуля вектора напряжения и тока статора, блок вычисления поперечной составляющей вектора тока статора, блок ограничения коэффициента связи, три блока суммирования, три блока сравнения, три пропорциональных регулятора, три блока масштабирования, блок задания постоянных сигналов, блок вычисления модуля, блок ограничения минимального значения, блоки деления и умножения, при этом выход блока вычисления входной мощности через первый блок сравнения и первый пропорциональный регулятор соединен с первым входом первого блока суммирования, второй вход которого является первым входом блока формирования заданных значений тока возбуждения и составляющих вектора тока статора по продольной и поперечной осям и подключен к выходу блока коммутации, а его выход подключен к одному из вторых входов блока преобразования координат, выходы датчиков фазных напряжений статора через последовательно включенные блок вычисления модуля вектора напряжения, второй блок сравнения и второй пропорциональный регулятор подключены к первому входу второго блока суммирования, второй вход которого подключен к блоку задания постоянного сигнала, а третий вход через последовательно включенные третий пропорциональный регулятор, третий блок сравнения и блок вычисления модуля вектора тока статора связан с соответствующими выходами формирователя гармонических функций, выходами датчиков фазного тока статора и входами блока вычисления поперечной составляющей вектора тока статора, выход которого через блок вычисления модуля подключен к первым входам блоков деления и умножения, вторые входы которых через блок ограничения коэффициента связи подключены к выходу второго блока суммирования, причем второй вход блока ограничения коэффициента связи подключен к выходу датчика скорости, а выход блока деления через первый блок масштабирования подключен к одному из вторых входов блока преобразования координат, а через второй блок масштабирования - к первому входу третьего блока суммирования, второй вход которого через третий блок масштабирования соединен с выходом блока умножения, а выход третьего блока суммирования через блок ограничения минимального значения подключен ко входу регулятора тока возбуждения, при этом выходы блока задания постоянных сигналов подключены к соответствующим входам блоков сравнения, а входы блока вычисления входной мощности подключены к выходам блоков вычисления модулей векторов напряжения и тока статора.3. The unit for generating the set values of the excitation current and the components of the stator current vector along the longitudinal and transverse axes, the first output of which is connected to the input of the excitation current regulator, and the second outputs are connected to the first inputs of the coordinate transformation unit, characterized in that it contains input power calculation blocks, stator voltage and current vector module, stator current transverse component calculation unit, coupling coefficient limiting unit, three summing blocks, three comparison blocks, three in proportion controllers, three scaling units, a constant signal setting unit, a module calculation unit, a minimum value limiting unit, division and multiplication units, while the output of the input power calculation unit through the first comparison unit and the first proportional controller is connected to the first input of the first summing unit, the second the input of which is the first input of the unit for generating the set values of the excitation current and the components of the stator current vector along the longitudinal and transverse axes and is connected to the output of the switching unit, and its output is connected to one of the second inputs of the coordinate conversion unit, the outputs of the stator phase voltage sensors through series-connected voltage vector module calculation unit, the second comparison unit and the second proportional controller are connected to the first input of the second summing unit, the second input of which is connected to the constant signal setting unit , and the third input through series-connected third proportional controller, the third comparison unit and the calculation unit of the stator current vector module is connected with the corresponding outputs of the generator of harmonic functions, the outputs of the stator phase current sensors and the inputs of the block for calculating the transverse component of the stator current vector, the output of which through the module calculation unit is connected to the first inputs of the division and multiplication units, the second inputs of which are connected to the output of the second summing unit through the coupling coefficient limiting unit and the second input of the coupling coefficient limiting block is connected to the output of the speed sensor, and the output of the division block through the first scaling block under is connected to one of the second inputs of the coordinate transformation unit, and through the second scaling unit to the first input of the third summing unit, the second input of which is connected to the output of the multiplication unit through the third scaling unit, and the output of the third summing unit is connected to the controller input through the minimum value limiting unit excitation current, while the outputs of the constant signal setting unit are connected to the corresponding inputs of the comparison units, and the inputs of the input power calculation unit are connected to the outputs of the calculating voltage vector s and the stator current module.
RU2003111237/09A 2003-04-18 2003-04-18 Method and device for controlling synchronous traction motor and unit for generating desired values of field current and current vector direct- and quadrature-axis components RU2250552C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003111237/09A RU2250552C2 (en) 2003-04-18 2003-04-18 Method and device for controlling synchronous traction motor and unit for generating desired values of field current and current vector direct- and quadrature-axis components

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003111237/09A RU2250552C2 (en) 2003-04-18 2003-04-18 Method and device for controlling synchronous traction motor and unit for generating desired values of field current and current vector direct- and quadrature-axis components

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003111237A RU2003111237A (en) 2004-11-20
RU2250552C2 true RU2250552C2 (en) 2005-04-20

Family

ID=35635204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003111237/09A RU2250552C2 (en) 2003-04-18 2003-04-18 Method and device for controlling synchronous traction motor and unit for generating desired values of field current and current vector direct- and quadrature-axis components

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2250552C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111478635A (en) * 2019-01-24 2020-07-31 维谛技术有限公司 Method for calculating flux linkage coefficient of electrically excited synchronous motor
CN113147421A (en) * 2021-03-26 2021-07-23 武汉路特斯汽车有限公司 Vehicle control method, device and computer-readable storage medium

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
СЛЕЖАНОВСКИЙ О.В. и др., Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильным преобразователем, Москва, Энергоатомиздат, 1983, с.104. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111478635A (en) * 2019-01-24 2020-07-31 维谛技术有限公司 Method for calculating flux linkage coefficient of electrically excited synchronous motor
CN111478635B (en) * 2019-01-24 2021-10-29 维谛技术有限公司 Method for calculating flux linkage coefficient of electrically excited synchronous motor
CN113147421A (en) * 2021-03-26 2021-07-23 武汉路特斯汽车有限公司 Vehicle control method, device and computer-readable storage medium
CN113147421B (en) * 2021-03-26 2022-08-19 武汉路特斯汽车有限公司 Vehicle control method, device and computer-readable storage medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7937194B2 (en) System and method for reducing wheel slip and wheel locking in an electric vehicle
CN102282758B (en) Control apparatus for AC motor and electric vehicle
US9236736B2 (en) Power supply system and method for controlling the same
EP0764090B1 (en) Vector control board for an electric vehicle propulsion system motor controller
JP2006211891A (en) Method of controlling integrated power in double-ended inverter drive system for hybrid vehicle
CN102198805A (en) Method for grade parking (anti-backward sliding) of permanent magnet motor-driven pure electric vehicle
CN103532466B (en) Method and device for controlling torque change rate of permanent magnet synchronous motor
CN105904996A (en) Electric automobile and electric current loop control method and device for permanent magnet synchronous motor of electric automobile
US5877607A (en) Electric motor controller capable of performing stable current control during load disturbance and/or a regenerating mode
EP3272603B1 (en) Control device and control method for hybrid vehicle
CA2360696C (en) Method of current interaction in an electric motor drive vehicle having a load-dependant current generating system
RU2250552C2 (en) Method and device for controlling synchronous traction motor and unit for generating desired values of field current and current vector direct- and quadrature-axis components
CN111277191B (en) Dynamic response active control method and device for brushless dual-electromechanical port motor
RU2451389C1 (en) Method to control induction propulsion engine
RU2200871C2 (en) Starter-generator control device with unit forming pressure values of field current and stator current vector component in longitudinal and cross axes
RU2188964C1 (en) Method for controlling starter-generator
RU2550813C2 (en) Control method of motor-generator
KR980010046A (en) Continuously variable transmission
US11091147B2 (en) Motor system and control method for motor system
RU2268392C2 (en) Device for control of starter-generator
RU2322752C1 (en) Method for control of traction synchronous motor and device for realization of this method
Janiaud et al. Electric vehicle powertrain architecture and control global optimization
CN113261199B (en) Motor control device
JPH10117403A (en) Hybrid drive system for electric car
RU2249123C1 (en) Method of and device to control starter-generator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050419