RU2349790C2 - Method of starter-generator control and associated device - Google Patents
Method of starter-generator control and associated device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2349790C2 RU2349790C2 RU2007105426/06A RU2007105426A RU2349790C2 RU 2349790 C2 RU2349790 C2 RU 2349790C2 RU 2007105426/06 A RU2007105426/06 A RU 2007105426/06A RU 2007105426 A RU2007105426 A RU 2007105426A RU 2349790 C2 RU2349790 C2 RU 2349790C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sign
- phase
- current
- voltage
- along
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления стартер-генераторными устройствами транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания.The invention relates to electrical engineering, and in particular to control systems for starter-generator devices of vehicles with internal combustion engines.
Известно устройство (см. [1], стр.194), в котором для поддержания в заряженном состоянии бортовой аккумуляторной батареи автомобиля используется синхронная машина с электромагнитным возбуждением.A device is known (see [1], p. 194), in which a synchronous machine with electromagnetic excitation is used to maintain the vehicle's vehicle battery in a charged state.
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности запуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с помощью этой синхронной машины.The disadvantage of this device is the inability to start the internal combustion engine (ICE) using this synchronous machine.
Известно также устройство (европейский патент №0406182 В1, кл. F02N 11/04, 1992 г.), в котором синхронная машина с постоянными магнитами используется и для запуска ДВС, и для заряда бортовой аккумуляторной батареи, т.е. она выполняет функции стартера и генератора.A device is also known (European patent No. 0406182 B1, class F02N 11/04, 1992), in which a synchronous machine with permanent magnets is used both to start the internal combustion engine and to charge the onboard battery, i.e. It serves as a starter and generator.
Недостатком этого устройства является отсутствие электромагнитного возбуждения и блока оптимизации режимов работы синхронной машины в условиях ограничения по току и напряжению питания для оптимального использования габаритной мощности синхронной машины и установленной мощности силового преобразователя.The disadvantage of this device is the lack of electromagnetic excitation and the optimization unit of the synchronous machine operating conditions 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 power converter.
Кроме того, известен способ (патент России №2188964, кл. F02N 11/04, опублик. 10.09.2002) и устройство (патент России №2200871, кл. F02N 11/04, опублик. 20.03.2003), в котором синхронная машина с электромагнитным возбуждением работает в частотно-токовой системе автоматического регулирования с коэффициентом мощности равным или близким к единице во всем диапазоне изменения нагрузок и регулирования скорости с обеспечением выполнения критерия минимума статических потерь в машине.In addition, a method is known (Russian patent No. 2188964, class F02N 11/04, published. 09/10/2002) and a device (Russian patent No. 2200871, class F02N 11/04, published. 20.03.2003), in which the synchronous machine It works with electromagnetic excitation in a frequency-current automatic control system with a power factor equal to or close to unity in the entire range of load changes and speed control, ensuring that the criterion of minimum static losses in the machine is met.
Недостатком этого устройства является отсутствие минимизации дополнительных (коммутационных) потерь в машине и силовом преобразователе и нецелесообразное усложнение схемы устройства из-за поддержания коэффициента мощности равным или близким к единице, т.к. в данном случае отсутствует электрическая цепь значительной протяженности и работа в генераторном режиме всегда осуществляется не на индуктивную нагрузку, а на аккумуляторную батарею.The disadvantage of this device is the lack of minimization of additional (switching) losses in the machine and power converter and inappropriate complication of the device circuit due to maintaining the power factor equal to or close to unity, because in this case, there is no electric circuit of considerable length and work in the generator mode is always carried out not on the inductive load, but on the battery.
Наиболее близким техническим решением являются способ и устройство (патент России №2249123, кл. F02N 11/04, опублик. 27.03.2005), в котором работа синхронной машины с электромагнитным возбуждением основана на функционировании векторного токового следящего контура во вращающейся ортогональной системе координат (d, q), ось d которой направлена по продольной оси машины. При этом за счет установки неодинаковых значений величин гистерезисов релейных элементов по продольной и поперечной осям, обеспечивается работа машины с минимальными дополнительными потерями как в стартерном, так и в генераторном режимах.The closest technical solution is the method and device (Russian patent No. 2249123, class F02N 11/04, published March 27, 2005), in which the operation of a synchronous machine with electromagnetic excitation is based on the operation of a vector current tracking circuit in a rotating orthogonal coordinate system (d , q) whose d axis is directed along the longitudinal axis of the machine. Moreover, due to the installation of unequal values of the hysteresis values of the relay elements along the longitudinal and transverse axes, the machine is ensured with minimal additional losses in both the starter and generator modes.
Недостатком этого устройства также является нецелесообразное усложнение схемы устройства из-за поддержания коэффициента мощности равным или близким к единице, т.к. в данном случае отсутствует электрическая цепь значительной протяженности и работа в генераторном режиме всегда осуществляется не на индуктивную нагрузку, а на аккумуляторную батарею. Кроме того, с практической точки зрения для правильной эксплуатации аккумуляторной батареи совершенно необязательно контролировать мощность, потребляемую от нее в стартерном режиме. Вполне достаточно следить за тем, чтобы напряжение на ее клеммах во время разряда не снижалось бы ниже некоторого значения, определяемого «Техническими условиями» на используемый тип аккумуляторной батареи. Следующее замечание связано с тем, что мощность, которую должна развивать электрическая машина в «старт-стопном» режиме, т.е. когда запуск ДВС происходит за сотые доли секунды, в несколько раз превышает мощность, необходимую для питания бортовой сети автомобиля в генераторном режиме. Таким образом, электрическая машина, удовлетворяющая требованиям «старт-стопного» режима, заведомо удовлетворит все требования по мощности для генераторного режима без выхода на ограничения по току и напряжению, поэтому отсутствует необходимость изменения коэффициента связи в генераторном режиме, то есть он всегда должен быть равным Копт.The disadvantage of this device is the inappropriate complication of the device circuit due to maintaining the power factor equal to or close to unity, because in this case, there is no electric circuit of considerable length and work in the generator mode is always carried out not on the inductive load, but on the battery. In addition, from a practical point of view, for the correct operation of the battery, it is completely unnecessary to control the power consumed from it in the starter mode. It is quite enough to ensure that the voltage at its terminals during discharge does not drop below a certain value determined by the “Technical Conditions” for the type of battery used. The following remark is related to the fact that the power that an electric machine should develop in a "start-stop" mode, i.e. when the engine starts in hundredths of a second, it is several times higher than the power required to power the vehicle’s onboard network in generator mode. Thus, an electric machine that meets the requirements of the "start-stop" mode will certainly satisfy all the power requirements for the generator mode without reaching current and voltage restrictions, therefore there is no need to change the coupling coefficient in the generator mode, that is, it must always be equal To opt .
Решение технической задачи направлено на упрощение устройства и, как следствие, повышение его надежности и снижения стоимости при сохранении всех его функциональных свойств и основных преимуществ, а именно оптимального использования электрической машины и минимизации дополнительных (коммутационных) потерь в машине и силовом преобразователе.The solution to the technical problem is aimed at simplifying the device and, as a result, increasing its reliability and reducing cost while maintaining all its functional properties and main advantages, namely the optimal use of an electric machine and minimizing additional (switching) losses in the machine and power converter.
Для решения поставленной технической задачи измеряют текущие значения напряжения бортовой аккумуляторной батареи, фазных токов синхронной машины, а также скорости и углового положения ротора и с учетом сигнала датчика нажатого состояния педали акселератора автомобиля, формируют заданные значения составляющих вектора тока статора по продольной и поперечной осям во вращающейся ортогональной системе координат (d, q), ось d которой направлена по продольной оси машины, а также заданное значение тока возбуждения, которое затем формируют в обмотке возбуждения машины с помощью регулятора тока возбуждения, измеренные фазные токи переводят во вращающуюся ортогональную систему координат (d, q), сравнивают их с заданными, определяют знаки отклонений текущих значений токов от заданных и по этим знакам определяют требуемые мгновенные знаки фазных напряжений, при этом, если в данный момент времени ось d находится в секторе -30÷+30 электрических градусов относительно оси фазы "А", то знак напряжения фазы "А" устанавливают совпадающим со знаком отклонения тока по продольной оси, знак напряжения фазы "В" устанавливают совпадающим со знаком отклонения тока по поперечной оси, а знак напряжения фазы "С" устанавливают противоположным знаку отклонения тока по поперечной оси, если в данный момент времени ось d находится в секторе +30÷+90 электрических градусов относительно оси фазы "А", то знак напряжения фазы "А" устанавливают противоположным знаку отклонения тока по поперечной оси, знак напряжения фазы "В" устанавливают совпадающим со знаком отклонения тока по поперечной оси, а знак напряжения фазы "С" устанавливают противоположным знаку отклонения тока по продольной оси, если в данный момент времени ось d находится в секторе +90÷+150 электрических градусов относительно оси фазы "А", то знак напряжения фазы "А" устанавливают противоположным знаку отклонения тока по поперечной оси, знак напряжения фазы "В" устанавливают совпадающим со знаком отклонения тока по продольной оси, а знак напряжения фазы "С" устанавливают совпадающим со знаком отклонения тока по поперечной оси, если в данный момент времени ось d находится в секторе +150÷+210 электрических градусов относительно оси фазы "А", то знак напряжения фазы "А" устанавливают противоположным знаку отклонения тока по продольной оси, знак напряжения фазы "В" устанавливают противоположным знаку отклонения тока по поперечной оси, а знак напряжения фазы "С" устанавливают совпадающим со знаком отклонения тока по поперечной оси, если в данный момент времени ось d находится в секторе +210÷+270 электрических градусов относительно оси фазы "А", то знак напряжения фазы "А" устанавливают совпадающим со знаком отклонения тока по поперечной оси, знак напряжения фазы "В" устанавливают противоположным знаку отклонения тока по поперечной оси, а знак напряжения фазы "С" устанавливают совпадающим со знаком отклонения тока по продольной оси, если в данный момент времени ось d находится в секторе +270÷+330 электрических градусов относительно оси фазы "А", то знак напряжения фазы "А" устанавливают совпадающим со знаком отклонения тока по поперечной оси, знак напряжения фазы "В" устанавливают противоположным знаку отклонения тока по продольной оси, а знак напряжения фазы "С" устанавливают противоположным знаку отклонения тока по поперечной оси, при этом заданное значение составляющей вектора тока статора по продольной оси устанавливают равным нулю, заданное значение тока возбуждения формируют в виде произведения заданного значения составляющей вектора тока статора по поперечной оси на корень квадратный из частного от деления величины активного сопротивления обмоток статора на величину активного сопротивления обмотки возбуждения, а заданное значение составляющей вектора тока статора по поперечной оси формируют в зависимости от угловой частоты вращения ротора и датчика положения педали акселератора, причем, если угловая частота вращения ротора ниже угловой частоты вращения ДВС на холостом ходу, то при ненажатой педали акселератора заданное значение составляющей вектора тока статора по поперечной оси устанавливают равным нулю, если же педаль акселератора нажата, то заданное значение составляющей вектора тока статора по поперечной оси устанавливают равным максимально допустимому значению, а при угловой частоте вращения ротора выше угловой частоты вращения ДВС на холостом ходу, независимо от состояния датчика положения педали акселератора, заданное значение составляющей вектора тока статора по поперечной оси устанавливают в функции поддержания напряжения бортовой аккумуляторной батареи на заданном уровне.To solve the technical problem, the current values of the voltage of the onboard battery, the phase currents of the synchronous machine, as well as the speed and angular position of the rotor are measured and taking into account the signal from the sensor of the pressed state of the accelerator pedal of the car, form the set values of the stator current vector components along the longitudinal and transverse axes in the rotating orthogonal coordinate system (d, q), the d axis of which is directed along the longitudinal axis of the machine, as well as the set value of the excitation current, which is then formed into the excitation coil of the machine using the excitation current regulator, the measured phase currents are transferred to a rotating orthogonal coordinate system (d, q), they are compared with the set, the signs of deviations of the current values of currents from the set are determined, and the required instantaneous signs of phase voltages are determined from these signs if at the given moment the axis d is in the sector -30 ÷ + 30 electrical degrees relative to the axis of phase "A", then the sign of the voltage of phase "A" is set to coincide with the sign of the current deviation along the longitudinal axis, the sign of voltage the phase "B" is set to coincide with the sign of the current deviation along the transverse axis, and the voltage sign of the phase "C" is set opposite to the sign of the current deviation along the transverse axis, if at the given moment the axis d is in the sector + 30 ÷ + 90 electrical degrees relative to the axis phase "A", then the sign of the voltage of phase "A" is set opposite the sign of the current deviation along the transverse axis, the sign of the voltage of phase "B" is set to coincide with the sign of the current deviation along the transverse axis, and the sign of the voltage of phase "C" is set opposite to To the current deviation along the longitudinal axis, if at the given moment the d axis is in the sector + 90 ÷ + 150 electrical degrees relative to the phase axis "A", then the phase voltage sign "A" is set opposite to the current deviation sign along the transverse axis, the phase voltage sign "B" is set to coincide with the sign of the current deviation along the longitudinal axis, and the sign of the phase voltage "C" is set to coincide with the sign of the current deviation along the transverse axis, if at the given moment the d axis is in the sector + 150 ÷ + 210 electric degrees relative to the axis s "A", then the sign of the voltage of phase "A" is set opposite the sign of the current deviation along the longitudinal axis, the sign of the voltage of phase "B" is set opposite the sign of the current deviation along the transverse axis, and the sign of the voltage of phase "C" is set to coincide with the sign of the current deviation of the transverse axis, if at the given moment the axis d is in the sector + 210 ÷ + 270 electrical degrees relative to the phase axis "A", then the sign of the voltage of phase "A" is set to coincide with the sign of the current deviation along the transverse axis, the sign of phase voltage "B" establish opposite to the sign of the current deviation along the transverse axis, and the sign of the phase “C” voltage is set to coincide with the sign of the current deviation along the longitudinal axis, if at the given moment the axis d is in the sector + 270 ÷ + 330 electrical degrees relative to the phase axis “A”, then the sign of the voltage of phase "A" is set to coincide with the sign of the current deviation along the transverse axis, the sign of the voltage of phase "B" is set opposite to the sign of the current deviation along the longitudinal axis, and the sign of the voltage of phase "C" is set opposite to the sign of the current deviation along of the transverse axis, wherein the set value of the stator current vector component along the longitudinal axis is set to zero, the set excitation current value is formed as the product of the set value of the stator current vector component along the transverse axis by the square root of the quotient of the stator windings active resistance divided by the active the resistance of the field winding, and the set value of the stator current vector component along the transverse axis is formed depending on the angular frequency of rotation of the rotor and the accelerator pedal position sensor, and if the angular rotor speed is lower than the angular engine speed at idle, then when the accelerator pedal is not pressed, the set value of the stator current vector component along the transverse axis is set to zero, if the accelerator pedal is depressed, then the set value of the component the stator current vectors along the transverse axis are set equal to the maximum permissible value, and at an angular rotational speed of the rotor higher than the angular frequency of rotation of the internal combustion engine idling, independently t of the state of the accelerator pedal position sensor, the set value of the stator current vector component along the transverse axis is set in the function of maintaining the voltage of the onboard battery at a predetermined level.
Устройство управления стартер-генератором на базе синхронной машины с электромагнитным возбуждением, реализующее данный способ, является оригинальным техническим решением, т.к. содержит датчик положения, механически связанный с ротором синхронной машины, регулятор тока возбуждения, вход которого подключен к выходу блока ограничения минимального значения, а выход подключен к обмотке возбуждения, датчик нажатого состояния педали акселератора, подключенный через задатчик интенсивности к первому входу блока коммутации, первый блок сравнения, подключенный инвертирующим входом к установке напряжения бортовой аккумуляторной батареи, а неинвертирующим входом - к датчику напряжения бортовой аккумуляторной батареи, подключенной к соответствующим выводам питания регулятора тока возбуждения и силового преобразователя, который через датчики тока подключен к фазным обмоткам синхронной машины, при этом выходы датчиков тока подключены ко входам блока преобразования координат, второй и третий блоки сравнения, инвертирующие входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам блока преобразования координат, при этом выходы второго и третьего блоков сравнения через первый и второй релейные элементы с гистерезисной характеристикой подключены соответственно к первому и второму входам управляемого логического коммутатора, выходы которого подключены непосредственно к входам управления ключевыми элементами силового преобразователя, а третий вход управляемого логического коммутатора подключен непосредственно к выходу датчика положения, который выполнен имеющим на выходе цифровой сигнал в параллельном коде, при этом цифровой вход блока преобразования координат через формирователь гармонических функций подключен к выходу датчика положения и ко входу измерителя скорости, выход которого подключен ко входу третьего релейного элемента с гистерезисной характеристикой, при этом на неинвертирующий вход второго блока сравнения постоянно подается нулевой сигнал задания тока по продольной оси, а неинвертирующий вход третьего блока сравнения подключен к выходу блока коммутации, второй вход которого через пропорциональный регулятор подключен к выходу первого блока сравнения, при этом неинвертирующий вход третьего блока сравнения через блок масштабирования с коэффициентом, равным корню квадратному из частного от деления величины активного сопротивления обмоток статора на величину активного сопротивления обмотки возбуждения, подключен ко входу блока ограничения минимального значения, а выход третьего релейного элемента с гистерезисной характеристикой подключен к управляющему входу блока коммутации.The control device for the starter-generator based on a synchronous machine with electromagnetic excitation, which implements this method, is an original technical solution, because contains a position sensor mechanically connected to the rotor of the synchronous machine, an excitation current regulator, the input of which is connected to the output of the minimum value limiting unit, and the output is connected to the excitation winding, an accelerator pedal pressed state sensor connected via an intensity adjuster to the first input of the switching unit, the first block comparison, connected by an inverting input to the voltage setting of the onboard battery, and a non-inverting input to the voltage sensor of the onboard battery connected to the corresponding power terminals of the excitation current controller and the power converter, which is connected through current sensors to the phase windings of the synchronous machine, while the outputs of the current sensors are connected to the inputs of the coordinate conversion unit, the second and third comparison units, the inverting inputs of which are connected respectively to the first and the second outputs of the coordinate conversion unit, while the outputs of the second and third comparison units through the first and second relay elements with a hysteretic characteristic are connected, respectively, to the first and second inputs of the managed logical switch, the outputs of which are connected directly to the control inputs of the key elements of the power converter, and the third input of the controlled logical switch is connected directly to the output of the position sensor, which is equipped with an output digital signal in parallel code, while digital the input of the coordinate conversion unit through the harmonic functions generator is connected to the output of the position sensor and to the input of the speed meter the output of which is connected to the input of the third relay element with a hysteresis characteristic, while the non-inverting input of the second comparison unit is constantly supplied with a zero current signal along the longitudinal axis, and the non-inverting input of the third comparison unit is connected to the output of the switching unit, the second input of which is through a proportional controller connected to the output of the first comparison unit, while the non-inverting input of the third comparison unit through the scaling unit with a coefficient equal to the square root of one hour Foot by dividing the value of the stator winding resistance value of resistance of the field winding is connected to the input of a minimum value limit unit and the relay output of the third element is connected with a hysteresis characteristic to the control input of the switching unit.
На фиг.1 изображена структурная схема устройства управления стартер-генератором на базе синхронной машины с электромагнитным возбуждением, а на фиг.2 - векторная диаграмма, поясняющая принцип работы.Figure 1 shows a structural diagram of a control device for a starter-generator based on a synchronous machine with electromagnetic excitation, and figure 2 is a vector diagram explaining the principle of operation.
Структурная схема устройства управления стартер-генератором на базе синхронной машины 1 с электромагнитным возбуждением содержит: датчик 2 положения, механически связанный с ротором синхронной машины 1, регулятор 3 тока возбуждения, вход которого подключен к выходу блока 4 ограничения минимального значения, а выход подключен к обмотке возбуждения, датчик 5 нажатого состояния педали акселератора, подключенный через задатчик 6 интенсивности к первому входу блока 7 коммутации, первый блок 8 сравнения, подключенный инвертирующим входом к установке 9 напряжения бортовой аккумуляторной батареи 10, а неинвертирующим входом - к датчику 11 напряжения бортовой аккумуляторной батареи 10, подключенной к соответствующим выводам питания регулятора 3 тока возбуждения и силового преобразователя 12, который через датчики 13 тока подключен к фазным обмоткам синхронной машины 1, при этом выходы датчиков 13 тока подключены ко входам блока 14 преобразования координат, второй 15 и третий 16 блоки сравнения, инвертирующие входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам блока 14 преобразования координат, при этом выходы второго 15 и третьего 16 блоков сравнения через первый 17 и второй 18 релейные элементы с гистерезисной характеристикой подключены соответственно к первому и второму входам управляемого логического коммутатора 19, выходы которого подключены непосредственно к входам управления ключевыми элементами силового преобразователя 12, а третий вход управляемого логического коммутатора 19 подключен непосредственно к выходу датчика 2 положения, который выполнен имеющим на выходе цифровой сигнал в параллельном коде, при этом цифровой вход блока 14 преобразования координат через формирователь 20 гармонических функций подключен к выходу датчика 2 положения и ко входу измерителя 21 скорости, выход которого подключен ко входу третьего релейного элемента 22 с гистерезисной характеристикой, при этом на неинвертирующий вход второго блока 15 сравнения постоянно подается нулевой сигнал задания тока по продольной оси, а неинвертирующий вход третьего блока 16 сравнения подключен к выходу блока 7 коммутации, второй вход которого через пропорциональный регулятор 23 подключен к выходу первого блока 8 сравнения, при этом неинвертирующий вход третьего 16 блока сравнения через блок 24 масштабирования с коэффициентом, равным корню квадратному из частного от деления величины активного сопротивления обмоток статора на величину активного сопротивления обмотки возбуждения, подключен ко входу блока 4 ограничения минимального значения, а выход третьего релейного элемента 22 с гистерезисной характеристикой подключен к управляющему входу блока 7 коммутации.The block diagram of the control device for the starter-generator based on a
Работа устройства, реализующего предлагаемый способ управления, осуществляется следующим образом.The operation of the device that implements the proposed control method is as follows.
При нулевом значении угловой частоты вращения ротора и нажатии водителем на педаль акселератора датчик 5 выдает сигнал максимально допустимого задания тока, который поступает на вход задатчика 6 интенсивности. Напряжение на выходе задатчика 6 интенсивности начинает монотонно возрастать, поступая через блок 7 коммутации на неинвертирующий вход третьего блока 16 сравнения, а на инвертирующий вход этого блока поступает текущее значение составляющей вектора тока статора по поперечной оси iq. Аналогичный процесс происходит и на входах второго блока 15 сравнения. Результаты сравнения Δid, Δiq с выходов этих блоков через первый 17 и второй 18 релейные элементы с гистерезисной характеристикой поступают на первый и второй входы управляемого логического коммутатора 19, формируя логические сигналы sign(Δid), sign(Δiq) соответственно.When the angular frequency of rotation of the rotor is zero and the driver presses the accelerator pedal, the
Кроме того, заданное значение составляющей вектора тока статора по поперечной оси izq через последовательно включенные блок масштабирования и блок 4 ограничения минимального значения поступает на вход регулятора 3, формируя тем самым заданное значение тока возбуждения izf, которое затем с помощью этого регулятора формируется в обмотке возбуждения синхронной машины.In addition, the set value of the stator current vector component along the transverse axis i zq through the sequentially connected scaling unit and the minimum value limiting unit 4 is fed to the input of the
Необходимость формирования заданного значения тока возбуждения в виде произведения составляющей вектора тока статора по поперечной оси на корень квадратный из частного от деления величины активного сопротивления обмоток статора на величину активного сопротивления обмотки возбуждения поясняется с помощью следующих известных соотношений (см. [2], стр.864)The need to generate a given value of the excitation current in the form of the product of the stator current vector component along the transverse axis by the square root of the quotient of the stator windings active resistance divided by the field windings active resistance is explained using the following known relations (see [2], p. 864 )
где Lsd, Lsq - полная индуктивность статора, соответственно по продольной и поперечной осям;where L sd , L sq is the total stator inductance, 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 |Is| тока статора по продольной и поперечной осям соответственно;i d , i q - components of the vector | I s | 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.
При id=0 эти уравнения принимают видFor i d = 0, these equations take the form
В соответствии с известным способом управления (патент России №2188964, кл. F02N 11/04, опублик. 10.09.2002) вводим новую переменную 
Развиваемый машиной момент М равенThe moment M developed by the machine is
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
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. Это значение коэффициента связи можно получить из условия dPM/dK=0From 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. This value of the coupling coefficient can be obtained from the condition dP M / dK = 0
Следовательно, для того чтобы синхронная машина развивала требуемый момент при минимально возможных потерях в меди, ток возбуждения должен быть равенTherefore, in order for the synchronous machine to develop the required moment with the minimum possible losses in copper, the excitation current must be equal to
или, что то же самое,or, which is the same
Формирование требуемых токов в обмотках статора синхронной машины основано на функционировании векторного токового следящего контура в системе координат (d, q), ось d которой направлена по продольной оси машины. Этот контур образован блоками 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, и 19 (фиг.1). Питание фазных обмоток осуществляется от силового преобразователя 12 с полностью управляемыми ключевыми элементами, которые в зависимости от знака команд управления (signUj, j=А, В, С) подключают фазные обмотки синхронной машины 1 к плюсовому или минусовому выводам бортовой аккумуляторной батареи 10, поэтому фазные напряжения силового преобразователя 12, измеренные относительно средней точки, можно записать в видеThe formation of the required currents in the stator windings of a synchronous machine is based on the functioning of the vector current follower circuit in the coordinate system (d, q), whose d axis is directed along the longitudinal axis of the machine. This circuit is formed by blocks 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, and 19 (Fig. 1). The phase windings are powered from the power converter 12 with fully controllable key elements, which, depending on the sign of the control commands (signU j , j = A, B, C) connect the phase windings of the
где Ud - напряжение бортовой аккумуляторной батареи.where U d is the voltage of the onboard battery.
При этом обобщенный вектор U=(uα, uβ) выходного напряжения такого преобразователя будет описываться уравнениемMoreover, the generalized vector U = (u α , u β ) of the output voltage of such a converter will be described by the equation
где (eAα, eAβ), (eBα, eBβ), (eCα, eCβ) проекции направляющих орт-фаз А, В и С синхронной машины 1 на оси неподвижной ортогональной системы координат (α, β), ось α которой совпадает с направлением фазы А. На фиг.2 изображены шесть ненулевых векторов Um, (m=1,…,6) выходного напряжения силового преобразователя 12, соответствующие различным комбинациям команд управления.where (e Aα , e Aβ ), (e Bα , e Bβ ), (e Cα , e Cβ ) are the projections of the directing orthophases A, B and C of
Отсюда видно, что плоскость α, β можно разбить на шесть секторов, в каждом из которых для раздельного регулирования Δidг, Δiq достаточно использовать лишь четыре из шести ненулевых векторов Um (m=1,…,6) выходного напряжения силового преобразователя 12. Например, если ротор находится во втором секторе (фиг.2), то переключения ключевых элементов силового преобразователя 12 в состояния, соответствующие U1 и U3, будут вызывать уменьшение текущего значения Δid, а переключения в состояния, соответствующие U4 и U6, будут вызывать увеличение текущего значения Δiq. Аналогично, переключения в состояния, соответствующие U3 и U4, будут вызывать уменьшение текущего значения Δiq, а переключения в состояния U1 и U6 будут вызывать увеличение текущего значения Δiq. Это обстоятельство и положено в основу алгоритма функционирования векторного токового следящего контура в системе координат (d, q), который фактически сводится к составлению таблицы соответствия знаков фазных напряжений (signUj, j=А, В, С) знакам ошибок регулирования sign(Δid), sign(Δiq) в зависимости от текущего положения (номер сектора) вращающейся системы координат (d, q) на плоскости α, β:This shows that the plane α, β can be divided into six sectors, in each of which for separate regulation of Δi dг , Δi q it is enough to use only four of the six nonzero vectors U m (m = 1, ..., 6) of the output voltage of the power converter 12 For example, if the rotor is in the second sector (Fig. 2), then switching the key elements of the power converter 12 to the states corresponding to U 1 and U 3 will cause a decrease in the current value Δi d , and switching to the states corresponding to U 4 and U 6, will cause an increase in current zna eniya Δi q. Similarly, switching to the states corresponding to U 3 and U 4 will cause a decrease in the current value Δi q , and switching to states U 1 and U 6 will cause an increase in the current value Δi q . This circumstance is the basis for the algorithm for the functioning of the vector current follower circuit in the coordinate system (d, q), which actually comes down to compiling a table of correspondence of the signs of phase voltages (signU j , j = A, B, C) to the signs of control errors sign (Δi d ), sign (Δi q ) depending on the current position (sector number) of the rotating coordinate system (d, q) on the plane α, β:
Например, если выходной сигнал релейного элемента 17 положительный, sign(Δid)=+1, выходной сигнал релейного элемента 18 отрицательный, sign(Δiq)=-1, то, как видно из таблицы, выходное напряжение силового преобразователя 12 будет соответствовать U1.For example, if the output signal of the relay element 17 is positive, sign (Δi d ) = + 1, the output signal of the relay element 18 is negative, sign (Δi q ) = - 1, then, as can be seen from the table, the output voltage of the power converter 12 will correspond to U 1 .
Подключение выходов релейных элементов 17 и 18 непосредственно к входам управления ключевых элементов силового преобразователя 12 в соответствии с таблицей осуществляет управляемый логический коммутатор 19. Определение номера сектора производится по цифровому коду, снимаемому с выхода датчика положения 2.The outputs of the relay elements 17 and 18 are directly connected to the control inputs of the key elements of the power converter 12 in accordance with the table by a controlled logical switch 19. The sector number is determined using a digital code taken from the output of the position sensor 2.
Протекание максимально допустимых токов по обмоткам статора и обмотке возбуждения синхронной машины обуславливает наличие соответствующего момента на ее валу, под действием которого ротор начинает разгоняться с максимально возможным ускорением. При достижении угловой частоты вращения, равной частоте вращения ДВС на холостом ходу на выходе третьего релейного элемента 22, устанавливается «единица», что приводит к переключению блока 7 коммутации в нижнее положение. Теперь, независимо от датчика 5 нажатого состояния педали акселератора, формирование заданного значения составляющей вектора тока статора по поперечной оси будет осуществляться в функции поддержания напряжения бортовой аккумуляторной батареи на заданном уровне.The maximum permissible currents flowing along the stator windings and the excitation winding of a synchronous machine determines the presence of a corresponding moment on its shaft, under the influence of which the rotor starts to accelerate with the maximum possible acceleration. Upon reaching an angular frequency of rotation equal to the frequency of rotation of the internal combustion engine at idle at the output of the third relay element 22, a “unit” is set, which leads to switching of the switching unit 7 to the lower position. Now, regardless of the
Таким образом, несмотря на существенное упрощение устройства, и, как следствие, повышение его надежности и снижение стоимости, сохранились все его функциональные свойства и основные преимущества, т.к. в любом режиме, стартерном или генераторном, требуемый момент развивается электрической машиной при минимально возможных потерях в меди, кроме того, обеспечивается минимизация дополнительных потерь в машине и силовом преобразователе за счет того, что при той же или даже меньшей частоте коммутаций ключевых элементов силового преобразователя 12 величина гистерезиса релейного элемента 17 может быть установлена в 2-3 раза меньшей, чем у релейного элемента 18, что приводит к соответствующему уменьшению пульсаций id, а следовательно, и потока, при этом, как видно из таблицы, в каждом из секторов частота коммутаций в одной из фаз силового преобразователя 12 будет также в 2-3 раза меньшей.Thus, despite the significant simplification of the device, and, as a consequence, an increase in its reliability and lower cost, all its functional properties and main advantages have been preserved, since in any mode, starter or generator, the required moment is developed by the electric machine with the minimum possible losses in copper, in addition, minimization of additional losses in the machine and power converter is ensured due to the fact that at the same or even lower switching frequency of the key elements of the power converter 12 the hysteresis value of the relay element 17 can be set 2-3 times smaller than that of the relay element 18, which leads to a corresponding decrease in ripple i d and, consequently, the flow, etc. and this, as can be seen from the table, in each of the sectors the switching frequency in one of the phases of the power converter 12 will also be 2-3 times lower.
Источники информацииInformation sources
1. Вершигора В.А., Игнатов А.П. и др. «Автомобиль ВАЗ-2108». - М.: ДОСААФ, 1986. - 286 с.1. Vershigora V.A., Ignatov A.P. and others. "Car VAZ-2108." - M .: DOSAAF, 1986.- 286 p.
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 (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007105426/06A RU2349790C2 (en) | 2007-02-13 | 2007-02-13 | Method of starter-generator control and associated device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007105426/06A RU2349790C2 (en) | 2007-02-13 | 2007-02-13 | Method of starter-generator control and associated device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007105426A RU2007105426A (en) | 2008-08-20 |
| RU2349790C2 true RU2349790C2 (en) | 2009-03-20 |
Family
ID=39747629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007105426/06A RU2349790C2 (en) | 2007-02-13 | 2007-02-13 | Method of starter-generator control and associated device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2349790C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2541345C1 (en) * | 2013-09-03 | 2015-02-10 | Негосударственное образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций" | Ice starter |
| RU2550813C2 (en) * | 2013-07-18 | 2015-05-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Control method of motor-generator |
| RU2581609C2 (en) * | 2010-11-02 | 2016-04-20 | Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК | Determination of vehicle start |
-
2007
- 2007-02-13 RU RU2007105426/06A patent/RU2349790C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2581609C2 (en) * | 2010-11-02 | 2016-04-20 | Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК | Determination of vehicle start |
| RU2550813C2 (en) * | 2013-07-18 | 2015-05-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Control method of motor-generator |
| RU2541345C1 (en) * | 2013-09-03 | 2015-02-10 | Негосударственное образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций" | Ice starter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007105426A (en) | 2008-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3248827B2 (en) | Engine generator control device | |
| CN100490299C (en) | Field coil type synchronous generator-motor | |
| CN1799192B (en) | Pulse width modulation control circuit for multi-mode electrical machine and multimode electrical machine provided with such a control circuit | |
| CN106849823B (en) | Electric car active vibration-reducing control method | |
| JP6214711B2 (en) | Control device for rotating electrical machine | |
| CN108696215B (en) | Engine generator | |
| CN104104285B (en) | Control device for vehicle generator-motor and control method therefor | |
| RU2349790C2 (en) | Method of starter-generator control and associated device | |
| US7256563B2 (en) | Method and device for the sensor reduced regulation of a permanent magnet excited synchronous machine | |
| CN108258880B (en) | Electrical system for an electromechanical power transmission chain | |
| US9840150B2 (en) | Three phase regulator rectifier for automotive battery charging and control application suitable for of a two wheeled vehicle | |
| JP4950162B2 (en) | Vehicle power supply | |
| US8680796B2 (en) | Control device and control method for power converter | |
| JP5008749B2 (en) | Power supply | |
| JPH08116699A (en) | Electric power generator for vehicle | |
| RU2743391C1 (en) | Electric power generation system and operating method of power generation system | |
| RU2550813C2 (en) | Control method of motor-generator | |
| RU2249123C1 (en) | Method of and device to control starter-generator | |
| RU2268392C2 (en) | Device for control of starter-generator | |
| RU2322752C1 (en) | Method for control of traction synchronous motor and device for realization of this method | |
| CN113472246B (en) | Driving power generation control method, driving power generation control device and driving power generation control 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 | |
| RU2188964C1 (en) | Method for controlling starter-generator | |
| US20190214907A1 (en) | Boost system | |
| RU2200871C2 (en) | Starter-generator control device with unit forming pressure values of field current and stator current vector component in longitudinal and cross axes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QA4A | Patent open for licensing |
Effective date: 20140416 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210214 |