Electromagnetic Torque Ripples in the Electrical Drive with Field Regulated Reluctance Machine
Abstract
The presence of the electromagnetic torque ripples in the drive with the field regulated reluctance machine (FRRM) is due to the current switching process in the stator windings occurring in time. The maximum value of the pulsations in the open loop scheme for the six-phase motor can be about 20% of the produced electromagnetic torque. One of the most usable analysis methods of the processes in the drive with the FRRM is the method of winding functions. This method allows you to calculate the ripples amplitude according to the average torque of the motor with a different number of phases. According to the calculating results the trapezoidal form of the current with the six phase number is the optimal solution in view of the drive cost, energy, weight and size data. If the number is less than six phases, the fluctuation amplitude increases significantly, this is unacceptable. On the other hand, increasing the number of phases over six would increase the equipment amount with a slight decrease in the pulsations amplitude. To suppress the electromagnetic torque ripples authors recommended to create and to use the high-speed current control loops (CCL) and to use the flexible positive current feedback in case of switching phase currents. Such a solution allowed to get the average value of the torque for 10% higher than in the system without correction and significantly reduced the amplitude of the electromagnetic torque ripples. The possibility of effective work of the electric drive with the FRRM in emergency conditions is shown.
References
Law, J.D. Design and Performance of Field Regulated Reluctance Machine / J.D. Law, A. Chertok, T.A. Lipo // IEEE Trans. on Industry Applications. – 1994. – № 5. – P. 1185–1193.
Электропривод с синхронным реактивным двигателем независимого возбуждения / Ю.С. Усынин, Н.Д. Монюшко, Г.В. Караваев, М.А. Григорьев // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2001. – Вып. 1. – №4(4) – С. 70–76.
Пат. 2346376 Российская Федерация, МПК H 02 K 19/24. Синхронная реактивная машина / Ю.С. Усынин, М.А. Григорьев, К.М. Виноградов, А.Н. Горожанкин, С.А. Чупин. – № 2007126685; заявл. 12.07.2007; опубл. 10.02.2009, Бюл. № 4.
Пат. 2240640 Российская Федерация, МПК H 02 G 1/02. Синхронный реактивный генератор автономной энергетической установки и способ управления им / Ю.С. Усынин, С.М. Бутаков, М.А. Григорьев, К.М. Виноградов. – № 2003118611/09; заявл. 20.06.03; опубл. 20.11.04, Бюл. № 32.
Григорьев, М.А. Линейная плотность поверхностного тока в энергосберегающих электроприводах с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения / М.А. Григорьев, А.Е. Бычков // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2010. – Вып. 14. – № 32(208). – C. 46–51.
Пат. 2422972 Российская Федерация. Синхронная реактивная машина / Ю.С. Усынин, М.А. Григорьев, К.М. Виноградов, А.Н. Горожанкин, А.Н. Шишков, А.Е. Бычков, А.В. Валов. – Зарег. 17.12.2009.
Усынин, Ю.С. Электроприводы и генераторы с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения / Ю.С. Усынин, М.А. Григорьев, К.М. Виноградов // Электричество. – 2007. – № 3. – С. 21–26.
Синтез системы управления электроприводом с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения / Ю.С. Усынин, М.А. Григорьев, А.Н. Шишков и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2012. – Вып. 18. – № 37(296). – C. 38–41.
Усынин, Ю.С. Системы управления электроприводов: учебное пособие / Ю.С. Усынин. – 2-е изд., испр. и доп. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. – 328 с.
Юферов, Ф.М. Электрические машины автоматических устройств / Ф.М. Юферов. – М.: Высшая школа, 1998.
Шмитц, Н. Введение в электромеханику: пер. с англ. / Н. Шмитц, Д. Новотный. – М.: Энергия, 1969. – 366 с.
Удельные показатели электропривода с синхронным реактивным двигателем независимого возбуждения / Ю.С. Усынин, М.А. Григорьев, К.М. Виноградов, А.Н. Горожанкин // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2008. – Вып. 9. – № 11(111). – С. 52–53.
Развитие частотных методов синтеза электроприводов с синхронными электрическими машинами / Ю.С. Усынин, М.А. Григорьев, А.Н. Шишков и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2011. – Вып. 16. – № 34(251). – C. 21–27.
Усынин, Ю.С. Вентильный электропривод с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения / Ю.С. Усынин, М.А. Григорьев, А.Н. Шишков // Электротехника. – 2013. – № 3. – С. 37–43.
Усынин, Ю.С. Частотные характеристики канала регулирования момента в синхронных электроприводах / Ю.С. Усынин, М.А. Григорьев, А.Н. Шишков // Электричество. – 2012. – № 4. – С. 54–59.
Электроприводы с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения для станов холодной прокатки труб / Ю.С. Усынин, С.П. Лохов, М.А. Григорьев, Е.В. Белоусов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2012. – Вып. 17. – № 16(275). – C. 107–110.
Брылина, О.Г. Имитационное моделирование однозонного частотно-широтно-импульсного регулятора переменного напряжения / О.Г. Брылина // Народное хозяйство. Вопросы инновационного развития. – М.: Изд-во МИИ Наука, 2013. – Т. 1. – C. 126–129.
Брылина, О.Г. Регуляторы переменного напряжения с частотно-широтно-импульсной модуляцией // Вестник ЮУрГУ, серия «Энергетика». – 2012.–Вып.17. – № 16. – С. 26–30.
Григорьев, М.А. Предельные возможности электроприводов с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения / М.А. Григорьев // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2009. – Вып. 12. – № 34(167). – С. 51–55.
Параметрическая оптимизация частотно-регулируемых электроприводов / Ю.С. Усынин, М.А. Григорьев, А.Н. Шишков и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2012. – Вып. 18. – № 37(296). – С. 30–33.
Цытович, Л.И. Адаптивная интервало-кодовая двоично-десятичная интегрирующая синхронизация систем управления силовыми вентильными преобразователями / Л.И. Цытович, О.Г. Брылина, М.М. Дудкин, Р.М. Рахматулин // Электротехника. – 2013. – № 3. – С. 8–15.
Цытович, Л.И. Система непрерывного контроля сопротивления изоляции электротехнических изделий в процессе их термической сушки / Л.И. Цытович, Р.М. Рахматулин, О.Г. Брылина и др. // Промышленная энергетика. – 2013. – № 1. – C. 24–28.
Brylina, O. Electric drive of centrifugal mechanisms with parallel channels of regulation on the basis of multizone sweep converter / O. Brylina, L. Tsytovich // Materiały IX Międzynarodowej naukowipraktycznej konferencji «Strategiczne pytania światowej nauki – 2013». Vol. 30. Techniczne nauki. Budownictwo i architektura. – Przemyśl, 2013. – P. 55–58.
Лохов, С.П. Замкнутый интегрирующий аналого-цифровой преобразователь с бестактовым поразрядным уравновешиванием / С.П. Лохов, Л.И. Цытович, М.М, Дудкин и др. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2012. – № 11. –С. 27–35.
The Losses in Control Electric Drives of Transport Mechanisms at Different Controlled Laws / Yu.S. Usinin, M.A. Grigorjev, A.N. Shishkov et al. // SAE Paper 2011-01-0039, SAE 2011 World Congress, Detroit, MI, April 12–14, 2011. – 6 p.
Потери в регулируемых электроприводах при разных законах управления / Ю.С. Усынин, М.А. Григорьев, А.Н. Шишков и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2010. – Вып. 13. – № 14(190). – С. 47–51.
Проектирование электрических машин / И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев. – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 464 с.
Энергосбережение в электроприводах тягодутьевых механизмов многосвязных объектов / Ю.С. Усынин, М.А. Григорьев, А.Н. Шишков и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2011. – Вып. 15. – № 15(232). – C. 40–45.
Пат. 2408973 Российская Федерация, МПК H02P027/05. Асинхронный электропривод с фазным ротором / Ю.С. Усынин, А.В. Валов, Т.А. Козина, М.А. Григорьев, К.М. Виноградов, А.Н. Горожанкин, А.Н. Шишков, А.Е. Бычков. – № 2009148035/07; 23.12.2009.
