Comparison of the control laws of an implicit synchronous machine
Authors: Филюшов Ю.П. , Палагушкин Б.В. , Павлова М.А. 
Published: March 2023

Актуальность исследований обусловлена желанием увеличить пробег механизмов с электрической тягой, работающих от аккумуляторных батарей. К таким механизмам относятся электромобили, катера речного и морского флота, подводные робототехнические системы, осуществляющие движение посредством управления тяговым электроприводом с неявнополюсной синхронной машиной, имеющей возбуждение от постоянных магнитов. Наиболее широкое распространение получило управление синхронным двигателем током по поперечной оси. Обеспечивая минимизацию тепловых потерь, такое решение характеризуется значительным ростом реактивной мощности при увеличении нагрузки и скорости, что определяет рост потерь в стали, ограничивает диапазон регулирования в области больших скоростей. В силу увеличения тепловых потерь, управление синхронной машиной при минимизации реактивной мощности в условиях ограничения напряжения и тока не нашло своего применения. Целью работы ставится задача сравнения по энергетическим характеристикам законов управления синхронным двигателя с постоянными магнитами. Одним из основных показателей качества электропривода, работающего от автономного источника питания при ограничении тока и напряжения, подводимого к обмоткам двигателя, выступает величина максимальной мощности, которую можно передать на движение механизма. Косвенно, этот показатель может характеризовать расстояние перемещения исполнительного механизма на одной зарядке аккумулятора. Решение поставленной задачи осуществляется путём анализа состояния синхронной машины с постоянными магнитами при различном формировании управления в условиях ограничения тока и напряжения, подводимого к обмоткам двигателя от автономного источника питания. Полученные результаты сравнения демонстрируют высокие энергетические показатели работы синхронной машины в условиях минимизации реактивной мощности.

The relevance of the research is due to the desire to increase the mileage of mechanisms with electric traction powered by a battery. Such mechanisms include electric vehicles, river and sea fleet boats, underwater robotic systems that receive movement by controlling a traction electric drive with an implicit synchronous machine with permanent magnets. The most widespread is the control of a synchronous motor by a current along the transverse axis. Ensuring the minimization of heat losses, such a solution is characterized by a significant increase in reactive power with an increase in load and speed, which determines the growth of losses in steel, limits the range of regulation in the area of high speeds. Due to the increase in heat losses, the control of a synchronous machine while minimizing reactive power under conditions of voltage and current limitation has not found its application. The aim of the work is to compare the energy characteristics of the control laws of a synchronous motor with permanent magnets. One of the main indicators of the quality of an electric appliance operating from an autonomous power source with limited current and voltage supplied to the motor windings is the maximum power that can be transferred to the movement of the mechanism. Indirectly, this indicator characterizes the distance to which the executive mechanism can be moved on a single battery charge. The solution of the problem is carried out by analyzing the state of a synchronous machine with permanent magnets with different control formation under conditions of current and voltage limitation supplied to the motor windings from an autonomous power source. The obtained comparison results demonstrate high energy performance of the synchronous machine in conditions of minimizing reactive power.