Ученые Пермского Политеха улучшили работу синхронного двигателя при высоких нагрузках

Синхронные двигатели применяют там, где нужна большая мощность для привода в движение различных механизмов и устройств – компрессоров, насосов, мельниц и т.д. Это важно для энергетической, промышленной и авиационной отраслей. Для упрощения работы используют систему автоматического бездатчикового управления, которая позволяет в режиме реального времени косвенно получить информацию о положении ротора и скорости вращения двигателя. В известных системах при изменении условий эксплуатации эффективность работы снижается, теряется стабильный контроль над механизмом. Ученые Пермского Политеха разработали новый подход к адаптации наблюдателя синхронного двигателя, который повышает надежность и точность системы управления.

Исследование опубликовано в журнале «Электротехника», № 11, 2024. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Для управления синхронным двигателем с постоянными магнитами необходимо получать информацию о положении его вращающегося центра – ротора. Это требует применения специальных датчиков, которые увеличивают стоимость и снижают надежность системы. Поэтому в настоящее время вместо них используют бездатчиковые системы с наблюдателем скользящего режима (специальный математический алгоритм системы автоматического управления, который позволяет рассчитать данные о положении ротора двигателя с помощью измерения токов и напряжений на обмотках).

Известно, что эффективность наблюдателя скользящего режима снижается при изменении внешних условий, особенно нагрузки. В этом случае он перестает выполнять свою функцию – улавливать скорость вращения ротора что может приводить к нестабильной работе двигателя.

Ученые Пермского Политеха разработали адаптивную оригинальную схему работы наблюдателя. Она поддерживает стабильность системы управления даже при изменении условий эксплуатации.

– Новый алгоритм основан на оценке нагрузки с помощью анализа текущих значений тока на обмотках двигателя. В математическую схему работы двигателя ввели дополнительную переменную – коэффициент адаптации. Таким образом, наблюдатель учитывает характер нагрузки при вычислении оборотов двигателя, – поясняет Сергей Сторожев, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ, кандидат технических наук.

– Тестирование адаптивного наблюдателя проводили с помощью компьютерного моделирования с тремя вариантами изменяющейся нагрузки на двигатель. При нормальной нагрузке системы управления наблюдатели работают одинаково. Однако при увеличении нагрузки в 2,5-3 раза не адаптивный наблюдатель уже перестает считывать скорость вращения ротора, в отличие от адаптивного, который продолжает работать стабильно, – комментирует Александр Южаков, заведующий кафедрой «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ, профессор, доктор технических наук.

Разработка ученых Пермского Политеха обеспечивает высокую точность оценки состояния двигателя при различных режимах работы. Это гарантирует бесперебойное функционирование тех устройств, где используются синхронные двигатели – генераторы электростанций, насосы, компрессоры, судоходные винты.