способ оптимизированного по мощности и по кпд регулирования синхронных электрических машин

Формула изобретения

1. Способ оптимизированного по мощности и коэффициенту полезного действия (кпд) регулирования генератора с соответствующим преобразовательным мостом, прежде всего синхронной электрической машины, в котором пропускаемый через обмотку возбуждения ток возбуждения (I_Е) регулируют таким образом, чтобы выходное напряжение генератора достигало задаваемой величины, и дополнительно регулируют фазные токи генератора, отличающийся тем, что формируют по меньшей мере три диапазона регулирования, в которых регулирование тока возбуждения и фазных токов генератора осуществляют по различным критериям.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диапазоны регулирования формируют в зависимости от выходной мощности (Р_ГЕН) генератора и/или частоты вращения (n_G) ротора генератора.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что регулирование осуществляют таким образом, чтобы для любой частоты вращения ротора генератора и любой величины требуемой мощности генератора обеспечить возможность свободного выбора величины и фазы тока возбуждения и фазного тока или фазных токов.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в первом диапазоне регулирования на максимально возможную величину настраивают ток возбуждения, во втором диапазоне регулирования на максимально возможную величину также настраивают ток возбуждения, но при этом фазный угол фазного тока подбирают таким образом, чтобы фазное напряжение принимало максимально возможную величину, а в третьем диапазоне регулирования генератор переводят на такой режим работы, в котором фазный ток и фазное напряжение совпадают по фазе и коэффициент мощности cos равен тем самым 1, а ток возбуждения регулируют таким образом, чтобы угол равнялся 0.

5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в четвертом диапазоне регулирования при превышении напряжением (U_Вфакт) в звене постоянного тока задаваемого порогового напряжения замыкают накоротко обмотки генератора путем соответствующего управления преобразовательными элементами и уменьшают величину тока возбуждения.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что необходимые для регулирования величины, которыми являются ток возбуждения (I_Езад), а также продольная (I_dзад) и поперечная (I_qзад) составляющие фазного тока, определяют с помощью многомерных таблиц, в виде которых представлена зависимость выходных величин задающего регулятора от его входных величин.

7. Устройство для оптимизированного по мощности и кпд регулирования генератора с соответствующим преобразовательным мостом, прежде всего синхронной электрической машины, имеющее регулятор для регулирования пропускаемого по обмотке возбуждения тока возбуждения (I_Е) и еще один регулятор для регулирования фазных токов генератора, отличающееся наличием задающего регулятора, который связан с указанными двумя другими регуляторами и который служит для задания им заданных значений.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что предусмотрен четвертый регулятор в качестве регулятора напряжения, сравнивающего напряжение на выходе вентильного преобразователя с заданным напряжением и выдающего на задающий регулятор заданное значение мощности.

9. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что преобразовательным мостом является импульсный инвертор с задаваемым количеством элементов и конденсатором звена постоянного тока.

10. Устройство по любому из пп.7-9, отличающееся тем, что оно является составной частью транспортного средства, а по меньшей мере один из регуляторов имеет вычислительные средства для выполнения операций по регулированию и/или для связи с имеющимся в транспортном средстве вычислительным устройством.

Описание изобретения к патенту

Уровень техники

В настоящее время в транспортных средствах в качестве источника электроэнергии преимущественно используют генераторы с когтеобразными полюсами. Такие генераторы представляют собой трехфазные электрические машины, работающие примерно по тому же принципу, что и синхронные явнополюсные электрические машины. Обычно трехфазный выходной ток генератора выпрямляется блоком диодов, включенных по пассивной мостовой схеме В6 типа схемы, показанной на фиг.1. Работа генератора регулируется током возбуждения таким образом, чтобы выходное напряжение U_В генератора устанавливалось на требуемую величину независимо от частоты вращения ротора, а в пределах эффективной мощности генератора - и независимо от нагрузки. При использовании генератора, а также соответствующей выпрямительной схемы, такой как показанная на фиг.1, отдача мощности начинается лишь по достижении ротором определенной частоты вращения, так называемой начальной частоты вращения, начиная с которой выходное напряжение генератора начинает зависеть от частоты вращения ротора. При частотах вращения ротора ниже этой начальной частоты напряжение генератора ниже напряжения аккумуляторной батареи. В этом случае мощность в электрическую бортовую сеть поступать от источника питания через мостовую выпрямительную схему В6 не может.

Увеличить мощность генератора с когтеобразными полюсами можно, повысив величину тока возбуждения. Однако такое повышение тока возбуждения приводит в тех генераторах с когтеобразными полюсами, которые обычно рассчитаны на работу в транспортных средствах, к проявлению явно выраженного эффекта магнитного насыщения. Подобный эффект магнитного насыщения может существенно замедлить повышение мощности. Кроме того, заметное увеличение тока возбуждения при длительной работе генератора приводит к его тепловой перегрузке, в результате чего указанный подход имеет временные ограничения по его использованию.

Еще одна возможность повышения мощности заключается в варьировании числа витков статорной обмотки. Увеличение числа витков статорной обмотки приводит к снижению указанной выше начальной частоты вращения ротора и к повышению выходной мощности в диапазоне низких частот вращения. Однако в этом случае заметно снижается выходная мощность в диапазоне средних и высоких частот вращения ротора. Хотя сокращение числа витков статорной обмотки и приводит к повышению мощности в диапазоне высоких частот вращения, тем не менее такое сокращение числа витков одновременно снижает мощность в диапазоне низких частот вращения и повышает начальную частоту вращения, начиная с которой выходное напряжение генератора начинает зависеть от частоты вращения ротора. По этой причине варьирование числа витков статорной обмотки не позволяет достичь целевого повышения мощности в широком диапазоне частот вращения ротора.

В заявке DE-P 19733221.8 описан способ, позволяющий за счет включения в схему за генератором повышающего, соответственно понижающего регулирующего элемента и варьирования числа витков статорной обмотки оптимальным образом изменять характеристику изменения мощности генератора. При сокращении числа витков статорной обмотки и включении в схему за генератором с выполненным на диодах выпрямителем повышающего регулирующего элемента, как описано в заявке DE-P 19845569.0, наблюдается повышение мощности в диапазоне средних и высоких частот вращения ротора. В диапазоне же низких частот вращения напряжение генератора повышают до уровня напряжения электрической бортовой сети с помощью повышающего регулирующего элемента.

Существенный недостаток выпрямления трехфазных токов генератора с помощью пассивной мостовой схемы В6 состоит в неиспользовании фазного тока и его фазы или угла выбега ротора в качестве регулируемых величин для регулирования генератора. Фазное напряжение в этом случае является неизменной величиной, задаваемой напряжением электрической бортовой сети, а угол сдвига фаз фазного тока и фазного напряжения составляет во всех рабочих точках с достаточной степенью приближения =0. По этой причине невозможно обеспечить оптимальное во всех рабочих точках управление электрической машиной в отношении выходной мощности, коэффициента полезного действия (кпд) и динамического диапазона регулирования.

При использовании вместе с генератором импульсного инвертора такое ограничение перестает существовать. Известны также публикации, посвященные использованию генератора с когтеобразными полюсами в сочетании с импульсным инвертором.

В DE-P 19733212.9 в этой связи описан способ регулирования генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания. При этом предполагается возможность работы с двумя диапазонами регулирования, а именно, в зоне до основной частоты вращения при низких частотах вращения и в зоне области ослабления поля возбуждения при более высоких частотах вращения ротора. Сам способ регулирования не описан. При этом регулирование тока возбуждения также не упоминается. Вместе с тем неиспользование тока возбуждения в процессе регулирования приводит к неоптимизированному по мощности и кпд режиму управления работой электрической машины, соответственно генератора.

В патенте US 5648705, соответственно в заявке ЕР 0762596 А1 описан способ, предполагающий увеличение мощности в диапазоне низких частот вращения ротора за счет изменения величины фазового угла между током в обмотке статора и напряжением ротора. Разработанная концепция регулирования в этих публикациях не описана. Если в диапазоне низких частот вращения ротора требуется не максимальная выходная мощность, то трехфазный ток генератора настраивают на величину требуемого выходного напряжения с помощью блока диодов, включенных по пассивной мостовой схеме, и регулированием только лишь тока возбуждения. Для пассивной мостовой схемы, выполненной на диодах, используют паразитные диоды МОП-транзисторных ключей схемы вентильного преобразователя электроэнергии. Однако вопрос регулирования в диапазоне средних и более высоких частот вращения ротора в указанных публикациях не рассматривается. Поэтому оптимизированный по мощности и кпд режим регулирования работы электрической машины в диапазоне средних и более высоких частот вращения ротора при полной и частичной нагрузке в данном случае не обеспечивается.

В патенте US 5663631 описана система регулирования генератора, в которой регулятор определяет величину тока возбуждения I_Е электрической машины исключительно на основании разности между заданным значением U_Bзад и фактическим значением U_Вфакт выходного постоянного напряжения U_В=U_Взад-U_Bфакт. Утол выбега ротора электрической машины устанавливают равным =90 для получения максимальной выходной мощности. Одновременно в этой публикации указывается на возможность обеспечить работу электрической машины в оптимальной по кпд рабочей точке путем соответствующего подбора угла выбега ротора. Говорится также, что угол выбега ротора можно точно отрегулировать в зависимости от величины тока возбуждения. Однако о том, каким именно образом следует варьировать угол выбега ротора в зависимости от величины тока возбуждения, в указанной публикации не говорится.

Основная особенность этого способа состоит в том, что величина тока возбуждения определяется только в зависимости от такого регулировочного параметра, как вышеописанная разность U_В. Упомянутая в описании к указанному патенту коррекция угла выбега ротора выполняется только в зависимости от величины тока возбуждения.

В отличие от известного способа в формуле настоящего изобретения представлены методы, позволяющие произвольно подбирать величину и фазу тока возбуждения и фазного тока для любой частоты вращения ротора и для любой требуемой мощности генератора. В результате создается возможность подбирать из всех возможных режимов работы электрической машины, соответственно генератора такой режим, который в наибольшей степени отвечает текущим потребностям, а также возможность отрегулировать работу электрической машины, соответственно генератора на наиболее оптимальную для каждого случая рабочую точку в соответствии с заданными требованиями. Согласно предлагаемому в изобретении техническому решению требуемая выходная мощность влияет не только на заданную величину тока возбуждения, но и оказывает непосредственное влияние на все параметры управления электрической машиной, относящиеся к процессу ее регулирования.

Еще один недостаток известного из патента US 5663631 способа по сравнению с предлагаемым в изобретении решением состоит в том, что динамический диапазон регулирования определяется параметрами цепи возбуждения. Поэтому поведение электрической машины при значительных изменениях нагрузки, когда ее регулирование осуществляется таким способом, связано с тем же недостатком, что и выпрямление тока с помощью блока диодов, включенных по пассивной мостовой схеме В6. По этой причине при изменениях нагрузки отработка рассогласования в динамике обеспечивается лишь при больших постоянных времени возбудителя. В отличие от этого согласно предлагаемому в изобретении решению для высокоэффективной отработки рассогласования в динамике, возникающего при больших скачках нагрузки, предусмотрено дополнительное использование величины и фазы фазных токов.

Преимущества изобретения

Преимущество предлагаемых в изобретении способа и устройства для регулирования генератора заключается в существенном повышении как отдаваемой в нагрузку выходной мощности, так и коэффициента полезного действия генератора в широком диапазоне частот вращения ротора по сравнению с генератором с пассивной выпрямительной схемой на диодах, соответственно пассивной вентильной выпрямительной схемой.

Дополнительно предлагаемый способ обеспечивает заметное повышение динамики процесса регулирования, например при сбросе нагрузки. В современных генераторах защиту от перенапряжения при сбросе нагрузки обеспечивают выполненные в виде полупроводниковых стабилитронов выпрямительные диоды. Если генератор должен вырабатывать более высокое напряжение для электрической бортовой сети, например U_В=42 В, то возникают значительные проблемы с изготовлением полупроводниковых стабилитронов, рассчитываемых на работу при более высоком напряжении. Поэтому для обеспечения защиты от перенапряжения при сбросе нагрузки в том числе и при более высоком напряжении генератора, например U_В=42 В, необходимо использовать иные подходы к ограничению напряжения. Предлагаемый в изобретении способ позволяет достичь оптимального сочетания между повышением мощности и кпд генератора с эффективной защитой от перенапряжения при сбросе нагрузки.

Указанные преимущества достигаются в предлагаемом способе благодаря наличию в общей сложности четырех различных диапазонов регулирования, в которых осуществляется регулирование генератора. Один из этих четырех диапазонов регулирования подбирают в зависимости от имеющихся требований и граничных условий, например в зависимости от требуемой выходной мощности и заданной частоты вращения ротора генератора. Тем самым по сравнению с режимом, использующим пассивное выпрямление, становится возможным существенно эффективнее управлять электрической машиной, что позволяет повысить отдаваемую в нагрузку выходную мощность, кпд и динамику процесса регулирования.

Еще одно преимущество предлагаемого способа заключается в возможности его использования для регулирования как неявно- и явнополюсных синхронных электрических машин, так и генераторов с аналогичным им принципом действия, например генераторов с когтеобразными полюсами. При этом фазные обмотки электрической машины могут быть соединены как звездой, так и треугольником. Ниже один из вариантов предлагаемого способа рассмотрен на примере абстрактной явнополюсной синхронной электрической машины. Предлагаемый способ предполагает применение аналогичных подходов и для регулирования электрических машин с аналогичным принципом действия или с дополнительными эффектами, которыми нельзя пренебречь, такими как явно выраженная нелинейная магнитная характеристика.

Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы.

Чертежи

Ниже изобретение более подробно поясняется на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Описание

На фиг.1 для лучшего понимания сущности изобретения показаны основные компоненты генератора G с пассивной выпрямительной схемой. На фиг.1 показана схема, которая в настоящее время широко применяется в транспортных средствах для генерирования постоянного тока и в которой используются генератор с когтеобразными полюсами и блок диодов, включенных по мостовой схеме. При этом L_Е означает индуктивность обмотки возбуждения, a I_Е означает ток возбуждения. Через L_S обозначена индуктивность обмотки статора, соответственно фазы обмотки. U_p означает напряжение явнополюсного ротора, a R означает сопротивление обмоток. Диоды, включенные по мостовой схеме, обозначены через D1-D6, a U_В означает напряжение в электрической бортовой сети, соответственно напряжение аккумуляторной батареи.

Принципиальная схема всей системы показана на фиг.2. Генератор G через элементы импульсного инвертора PWR соединен с конденсатором ZK звена постоянного тока и аккумуляторной батареей ВА. Устройство VO определяет частоту вращения n_G ротора генератора и положение ротора. Отдельные регуляторы обозначены как ER (регулятор тока возбуждения), SR (регулятор тока статора), (регулятор более высокого уровня или задающий регулятор) и SpR (регулятор напряжения). Остальные величины, указанные на фиг.2, поясняются ниже.

Требуемую заданную мощность Р_зад генератора определяет регулятор напряжения, например пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор) на основании рассогласования между заданным и фактическим значениями напряжения аккумуляторной батареи U_Взад-U_Вфакт. Устройство VO определения положения и частоты вращения определяет положение и частоту вращения ротора генератора. Для такого определения положения и частоты вращения ротора могут быть использованы методы, основанные, например, на оптическом, магнитном или механическом принципе. Кроме того, существуют и методы, позволяющие без использования датчиков определять положение ротора и частоту его вращения на основании сигналов, снимаемых с зажимов или выводов электрической машины. Эти методы известны и поэтому не требуют более подробного рассмотрения.

Входными величинами для задающего регулятора являются требуемая мощность Р_зад генератора, частота вращения n_G ротора генератора и напряжение U_Вфакт в звене постоянного тока. Задающий регулятор произвольно выбирает один из четырех диапазонов регулирования.

Задаваемыми величинами, которые выдает задающий регулятор, являются, как показано на фиг.2, величина I_Sзад и фазный угол _зад фазного тока, соответственно продольная и поперечная составляющие I_dзад, I_qзад фазного тока, а также заданная величина I_Езад тока возбуждения. Тем самым обеспечивается возможность свободного выбора наиболее оптимальной в каждом случае рабочей точки для любой частоты вращения ротора и для любой величины мощности генератора, требуемой регулятору напряжения.

Входными величинами для регулятора тока статора являются положение и частота вращения n_G ротора генератора, заданное значение фазных токов и измеренные значения линейных токов I_Lфакт1 и I_Lфакт2. На основании двух измеренных значений линейных токов можно с помощью вычислений определить величину фазных токов генератора. В другом варианте можно также непосредственно измерять все три линейных тока или два, соответственно три фазных тока.

Регулятор тока статора соответствующим образом управляет шестью переключателями импульсного инвертора (фиг.5) для подачи согласованного по величине и по фазе фазного тока. Переключатели импульсного инвертора могут быть выполнены, например, как показано на фиг.5, в виде МОП-транзисторов. В настоящее время существует большое число возможных методов ввода в трехфазную электрическую машину с помощью импульсного инвертора таких фазных токов, согласованных по величине и фазе, и поэтому такие методы, которые являются общеизвестными, не требуют подробного рассмотрения.

На фиг.3 показаны характеристики для трех диапазонов регулирования 1-3 в зависимости от выходной мощности Р_ГЕН генератора и от частоты вращения n_G ротора генератора.

При работе генератора с частотой вращения ротора, значения которой расположены на графике слева от кривой N₂₃ частоты вращения, в варианте с использованием блока диодов, включенных по пассивной мостовой схеме В6, отбор мощности невозможен, поскольку выходное напряжение генератора в этом случае меньше напряжения U_B в электрической бортовой сети. Кривая N₂₃ частоты вращения соответствует работе генератора в режиме полной нагрузки с использованием блока диодов, включенных по пассивной мостовой схеме В6. Диапазоны регулирования 1 и 2 позволяют генератору отдавать мощность и в диапазонах очень низких частот вращения ротора. Таким образом, важная для пассивной выпрямительной схемы начальная частота вращения n_о, начиная с которой выходное напряжение генератора начинает зависеть от частоты вращения ротора, при осуществлении предлагаемого в изобретении способа не играет более никакой роли.

На фиг.6 показана характеристика изменения мощности генератора в зависимости от различного числа витков обмотки статора. При сокращении числа витков обмотки статора с w₁ до w₂ мощность при высоких частотах вращения повышается. Граничные линии N₁₂ и N₂₃ диапазонов регулирования смещаются в сторону более высокой частоты вращения. Однако максимальная выходная мощность, получаемая в диапазоне очень низких частот вращения, остается постоянной. При этом в диапазоне регулирования 1 выходная мощность изменяется по линейному закону, проходя вдоль той же самой прямой, независимо от числа витков обмотки статора.

Диапазоны регулирования 1-3 представляют собой также диапазоны с различным кпд. Поэтому изменение числа витков обмотки статора позволяет согласовывать с характеристикой нагрузки как параметры мощности, так и параметры кпд. Так, например, указанным способом можно добиться того, чтобы частота вращения при холостом ходе у транспортного средства приходилась на оптимальный по кпд диапазон регулирования 1.

Диапазон регулирования 1

Диапазон регулирования 1 перекрывает диапазон низких частот вращения ротора генератора. В этом диапазоне регулирования ток возбуждения I_E устанавливают на максимально возможное значение, т.е. I_E=I_Eмакс, получая за счет этого максимальное напряжение ротора в диапазоне низких частот его вращения. Из-за низкой частоты вращения фазное напряжение U_S по сравнению с напряжением U_E в электрической бортовой сети постоянно остается на столь низком уровне, что в диапазоне регулирования 1 исключается превышение диапазона регулирования напряжения выше его задаваемой импульсным инвертором максимальной величины U_макс. Поэтому фазное напряжение U_S постоянно остается ниже задаваемой импульсным инвертором максимальной величины напряжения U_макс. Поэтому величину и фазу фазных токов можно без ограничений отрегулировать таким образом, чтобы выходная мощность электрической машины была максимальной. Величина максимально допустимого фазного тока ограничивается только нагревом электрической машины. При постоянном фазном токе I_S максимальная выходная мощность электрической машины в диапазоне регулирования 1 увеличивается пропорционально частоте вращения ротора.

При величинах продольной и поперечной составляющих токов I_d и I_q, которые соответственно определяются через указанный на фиг.4 угол как I_d=I_S·sin, I_q=-I_S·cos, выходную мощность синхронной явнополюсной электрической машины можно рассчитать следующим образом:

,

где означает электрическую угловую частоту токов статора,

M_de означает индуктивность связи между ротором и статором.

На основании вышеприведенного уравнения, из которого следует, что I_S=I_S(Р_ГЕН, ), для требуемой заданной мощности Р_ГЕН генератора можно определить оптимальный угол _опт, при котором величина фазного тока принимает минимальное значение.

При

указанные величины можно приблизительно представить в следующем виде:

Таким образом, минимизация величины фазного тока за счет установления оптимального угла _опт для требуемой заданной мощности Р_ГЕН сводит при максимально возможном токе возбуждения I_Е=I_макс к минимуму омические потери в фазных обмотках. Поскольку электрические омические потери в фазных обмотках, не считая очень малой мощности потерь, постоянно остаются существенно выше электрических потерь в цепи возбуждения, электрическая машина работает в диапазоне регулирования 1 с максимальным кпд.

Начиная с определенной частоты вращения, зависящей от мощности, что на фиг.3 обозначено кривой N₁₂ частоты вращения, импульсный инвертор не может более устанавливать фазный угол фазных токов в соответствии с подходом, используемым для диапазона регулирования 1. В этом случае фазное напряжение превышает задаваемое напряжением U_Вфакт промежуточного звена постоянного тока максимальное значение напряжения U_макс в диапазоне регулирования напряжения импульсного инвертора. В результате происходит переход во второй диапазон регулирования, т.е. диапазон регулирования 2, в котором за счет соответствующего управления электрической машиной фазное напряжение должно быть ограничено его максимально возможным значением.

Диапазон регулирования 2

В диапазоне регулирования 2 далее устанавливают I_Е=I_макс. Однако в этом случае фазный угол фазного тока выбирают с таким расчетом, чтобы фазное напряжение принимало максимальное, устанавливаемое импульсным инвертором значение, т.е. U_S=U_макс. Фазный угол фазного тока выбирают таким образом, чтобы не допустить превышения максимального напряжения U_макс в диапазоне регулирования напряжения импульсного инвертора при ослаблении магнитного поля в воздушном зазоре.

Если угол выбега ротора обозначить через , то при постоянном фазном напряжении U_S=U_макс выходную мощность генератора можно определить по следующей формуле:

При заданном постоянном максимальном фазном напряжении U_макс варьированием угла выбега ротора мощность генератора можно отрегулировать на требуемое значение. Для любой требуемой заданной мощности угол выбега ротора можно в пределах эффективной мощности генератора настроить на определенную величину =(Р_зад).

При настройке угла выбега ротора =(Р_зад) в электрической машине исключается превышение диапазона регулирования импульсного инвертора и соблюдается условие U_S=U_макс.

Величины продольной и поперечной составляющих тока устанавливаются в соответствии со следующими зависимостями:

Величины I_Е, I_d и I_q однозначно определяют режим работы электрической машины в зависимости от требуемой заданной мощности Р_ген.

В диапазоне регулирования 2 электрическая машина потребляет реактивную мощность P_В. С уменьшением выходной мощности (режим частичной нагрузки) cos в конечном итоге достигает значения 1, т.е. фазный ток и фазное напряжение совпадают по фазе. Кривая N₂₃ частоты вращения образует указанную границу. Однако в данном случае при еще более низких величинах мощности целесообразно продолжать работу электрической машины с cos=1 с целью обеспечить максимальный кпд. Для этой цели используется диапазон регулирования 3.

Диапазон регулирования 3

Особенностью диапазона регулирования 3 является работа генератора с коэффициентом мощности cos=1, когда фазный ток и фазное напряжение совпадают по фазе. Диапазон регулирования 3 соответствует работе генератора с пассивной выпрямительной схемой на диодах. Указанный диапазон регулирования вводят в режиме работы с частичной нагрузкой, начиная с диапазона средних частот вращения ротора. Для рассматриваемого случая с постоянным фазным напряжением U_S=U_макс кпд генератора является максимальным. Для установления этого режима ток возбуждения регулируют таким образом, чтобы угол равнялся 0, т.е. чтобы реактивная мощность P_В была равна 0. Достижение значений мощности, лежащих выше граничной линии N₂₃, диапазон регулирования 3 обеспечить не может, поскольку для этого случая необходим ток возбуждения I_E>I_Емакс.

Величина фазного тока для диапазона регулирования 3 задается следующим образом:

Искомый угол выбега ротора, величина продольной и поперечной составляющих токов I_d, I_q и величина тока возбуждения I_Е рассчитываются на основании уравнений для явнополюсной синхронной машины следующим образом:

Тем самым управление электрической машиной в диапазоне регулирования 3 полностью определено.

Стратегии регулирования, реализованные в рассмотренных выше диапазонах регулирования 1-3, охватывают все обычные режимы работы электрической машины.

Диапазон регулирования 4

Описанный ниже диапазон регулирования 4 предназначен в первую очередь для обеспечения высокой динамики процесса регулирования при экстремальных сбросах нагрузки. С другой стороны, назначение этой функции регулирования состоит в дополнительной защите от перенапряжений.

При превышении напряжением U_Вфакт настраиваемого порогового значения перенапряжения импульсный инвертор прекращает работать в обычном режиме, и переключатели импульсного инвертора замыкают накоротко трехфазные выходы генератора. В результате повышенное напряжение очень быстро снижается. Одновременно, например, в результате быстрого развозбуждения, уменьшается величина тока возбуждения в электрической машине. По достижении выходным напряжением настраиваемого порогового значения минимального напряжения, которое ниже заданного значения выходного напряжения U_взад, управление электрической машиной снова осуществляется в соответствии с диапазонами регулирования 1-3.

Техника автоматического регулирования, используемая для осуществления способа по изобретению

В принципе границы между отдельными диапазонами регулирования можно определять путем численных вычислений, а с помощью представленных выше уравнений определять величину тока возбуждения и продольную и поперечную составляющие токов. Однако такой подход связан с очень высокими непроизводительными затратами, обусловленными сложностью и трудоемкостью вычислений. Более того, при реализации всей этой системы регулирования в транспортном средстве вычислительной производительности применяемых в транспортных средствах контроллеров по причине существующей тенденции к снижению их стоимости недостаточно для решения указанных задач.

Один из возможных путей решения этой проблемы состоит, например, в применении методов, ориентированных на представление различных величин в табличном виде. На вход задающего регулятора подаются сигналы, характеризующие величины Р_зад, n_G, U_В, а с его выхода выдаются сигналы, характеризующие величины _E, I_d и I_q, соответственно I_S и . Эту зависимость выходных величин от входных можно представить в виде многомерной таблицы. Элементами такой таблицы будут в этом случае данные, рассчитанные отдельно для задающего регулятора по вышеприведенным уравнениям (диапазоны регулирования 1-4).