Four-quadrant operation of switched reluctance machine

Switched reluctance machines (SRM) topics in the range of motoring and generating mode of operation are presented in this paper. Torque direct control method has been discussed. Mathematical and simulation models developed in Matlab/Simulink system are also shown. The results of the simulated and experimental testing of the generating and motoring mode at steady and dynamic states are described here. Also conclusions are drawn in this paper.

W pracy przedstawiono problematykę sterowania maszyn reluktancyjnych przełączalnych (ang. Switched Reluctance Machines - SRM) w zakresie pracy czterokwadrantowej. Taki rodzaj pracy wymagany jest między innymi w napędach pojazdów samochodowych, gdzie niezbędna jest zmiana kierunku wirowania wirnika oraz praca z możliwością zwrotu energii do źródła podczas hamowania. Zasadniczą zaletą maszyn reluktancyjnych przełączalnych jest między innymi prosta konstrukcja, szeroki zakres regulacji prędkości, mała bezwładność wirnika, natomiast istotną wadą są duże pulsacje momentu. Celem niniejszej pracy jest prezentacja wyników badań symulacyjnych i eksperymentalnych, przeprowadzonych dla trójpasmowej maszyny SRM 6/4, pracującej w zakresie pracy czterokwadrantowej. W pracy omówiono zagadnienia sterowania maszyny reluktancyjnej przełączalnej zarówno w zakresie pracy silnikowej jak i prądnicowej (rys. 1, 2 i 3). Szczególną uwagę zwrócono na problem minimalizacji pulsacji momentu. Przedstawiono opracowaną przez autorów metodę sterowania wartością chwilową momentu zapewniającą minimalizację pulsacji momentu w zakresie pracy silnikowej i prądnicowej. Za pomocą zależności (1), (2) i (3) opisano pracę regulatora wartości chwilowej momentu. Schemat blokowy proponowanego układu sterowania SRM przedstawiono na rys. 4. Przedstawiono ogólną postać modelu matematycznego maszyny reluktancyjnej przełączalnej (wzory (4) - (8)), na podstawie którego opracowano model symulacyjny. Model symulacyjny wykonano dla trójpasmowej maszyny SRM o konfiguracji 6/4 w systemie Matlab/Simulink. Strukturę blokową tego modelu przedstawiono na rys. 7 i 8. Parametry modelu oraz charakterystyki statyczne maszyny wyznaczano na podstawie obliczeń polowych za pomocą metody elementów skończonych. Na rysunkach 9 i 10 przedstawiono przebiegi czasowe prądów i napięć pasmowych oraz momentu elektromagnetycznego wraz z jego analizą harmonicznych, dla pracy prądnicowej i silnikowej. Przebiegi te uzyskano z zastosowaniem prezentowanej metody minimalizacji pulsacji momentu. Badania eksperymentalne maszyny przeprowadzono na stanowisku laboratoryjnym wyposażonym w kartę DS1104, na którym badano stany dynamiczne pracy maszyny. Na rysunku 11 zamieszczono przebiegi momentów: zadanego i elektromagnetycznego maszyny dla klasycznego sterowania prądowego i sterowania wartością chwilową momentu według metody zaproponowanej przez autorów. Na rysunku 12 zamieszczono oscylogram prezentujący przebiegi prądu i napięcia maszyny podczas nawrotu. Przedstawiona metoda sterowania pozwala na rozszerzenie zakresu zastosowań maszyn reluktancyjnych przełączalnych w napędach bezpośrednich, tj. serwonapędach oraz napędach trakcyjnych. W zakończeniu zaprezentowano wnioski.