Принцип формування моменту зі зменшеною пульсацією у вентильно-індукторному двигуні з П-подібними полюсами

Abstract

У статті проаналізовано типи двигунів для транспортних засобів і виокремлено вентильно-індукторний тип двигуна, як той що має просту конструкцію, високу надійність та низьку ціну. Наведено принцип роботи вентильно-індукторних двигунів(ВІД) та їхньої модифікації. Однак широке використання ВІД у транспортних засобах гальмується низьким питомим моментом та його великою пульсацією. Для збільшення питомого моменту запропоновано спарену намотку обмоток на сусідні стрижні П-подібних полюсів статора. Показано принцип формування обертальної сили та запропоновано оцінку ефективності використання електроенергії для її формування. У програмному середовищі COMSOL Multiphysics проаналізовано переваги і недоліки використання П-подібних полюсів із трапецеїдальним і прямокутним профілем, та обрано останній через забезпечення більшого моменту при однакових габаритах. Показано, що ширина стрижнів полюса з прямокутним профілем для забезпечення максимального моменту повинна становити близько третини від ширини основи полюса. Наведено типову форму струму обмотки полюса, що мінімізує пульсацію моменту. Обґрунтовано доцільність проектування спеціалізованого електроприводу для запропонованої топології ВІД та синтезу для нього закону керування, що забезпечує необхідне значення моменту з мінімальною пульсацією. Як результат проведених досліджень було зроблено висновки щодо можливості здешевлення технології ВІД при використанні модульної структури на основі П-подібних полюсів зі спареною намоткою обмоток на полюсах статора, за якої обмотки намотуються на стрижні одразу двох сусідніх полюсів, що дозволяє компактно розміщувати їх у вікні полюса без використання додаткового простору і відповідно забезпечує більшу щільність розташування полюсів. Моделювання процесу формування моменту в полюсах двигуна в програмному середовищі COMSOL Multiphysics засвідчило переваги використання полюсів з прямокутним профілем у порівнянні з полюсами трапецеїдального типу та підтвердило доцільність використання полюсів з шириною стрижнів, що складають близько третини ширини основи полюса.In the paper the types of motors for vehicles and highlights the switched reluctance motor type as one that has a simple design, high reliability and low cost. The principle of operation of switched reluctance motors (SRM) and their modifications are given. However, the widespread use of SRM in vehicles is constrained by the low specific torque and its high ripple. To increase the specific torque, a paired winding of windings on adjacent rods of U-shaped stator poles is proposed. The principle of formation of rotational force is shown and the estimation of efficiency of use of the electric power for its formation is offered. The COMSOL Multiphysics software environment analyzes the advantages and disadvantages of using U-shaped poles with a trapezoidal and rectangular profile, and selected the latter because of the greater torque at the same dimensions. It is shown that the width of the pole rods with a rectangular profile to ensure maximum torque should be about a third of the width of the base of the pole. A typical form of current of the pole winding, which minimizes the pulsation of the moment, is analyzed. The expediency of designing a specialized electric drive for the proposed topology of SRM and synthesis for it of the control law, which provides the required value of the moment with minimal ripple, is substantiated. As usual, to ensure the constant moment generated by the pole in a certain sector it is necessary to form a current of near trapezoidal shape in the pole winding. As a result of the research, conclusions were made about the possibility of reducing the cost of SRM technology when using a modular structure based on U-shaped poles with paired winding at the stator poles, in which the windings are wound on the rod of two adjacent poles, which allows them to be placed compactly the use of additional space and, accordingly, provides a greater density of the poles. Modeling the process of forming the torque of the motor in the COMSOL Multiphysics software environment showed the advantages of using poles with a rectangular profile compared to trapezoidal poles and confirmed the feasibility of using poles with a rod width of about a third of the pole base width.