Modelling and control of a hybrid stepping motor in a crane application

摘要

Tämä työ käsittelee virtaohjetaulukon avulla ohjatun hybridiaskelmoottorin käyttöä nosturisovelluksessa. Pääpaino on moottorin mallintamisella ja kentänheikennysalueen ohjauksella. Sinimuotoisilla virroilla syötetty hybridiaskelmoottori tuottaa vääntömomenttiin värähtelyn, joka voidaan kompensoida muokkaamalla vaihevirtoja sopivasti. Työssä tutkitussa moottorikäytössä värähtelyn kompensoivat vaihevirrat on tallennettu taulukkoon vääntömomenttiohjeen ja roottorin asennon funktiona. On havaittu, että moottorin tuottama vääntömomentti pienenee nopeuden funktiona tietyn nopeuden jälkeen. Tämä johtuu siitä, että välipiirin jännite ei enää riitä toteuttamaan vääntömomenttiohjeen mukaisia vaihevirtoja roottorin kestomagneetin synnyttämän vastasähkömotorisen voiman vuoksi. Vastasähkömotorisen voiman vaikutus voidaan kompensoida käyttämällä demagnetoivaa virtaa, mikä pienentää staattorivuon pitkittäiskomponenttia. Tätä kutsutaan kentänheikennykseksi. Moottorille johdettiin dynaaminen kaksiakselimalli, joka oletettiin rautahäviöttömäksi ja magneettisesti lineaariseksi. Mallinnusta varten moottorin induktanssit ja kestomagneetin vaihekäämeihin synnyttämät käämivuot mitattiin roottorin asennon funktiona. Vääntömomenttimittausten perusteella mallin todettiin kuvaavan moottorin toimintaa melko hyvin. Kentänheikennysaluetta tarkasteltiin samalla tavoin kuin avonapaisen kestomagneettitahtikoneenkin kentänheikennysaluetta voidaan tarkastella. Moottorimallin perusteella johdettiin yhtälöt, joilla voidaan laskea roottorikoordinaatistossa esitetyn virtavektorin komponentit nopeuden ja vääntömomenttiohjeen funktiona kentänheikennysalueella. Lisäksi laskettiin virtavektorin komponentit, jotka maksimoivat koneen tuottaman vääntömomentin kentänheikennysalueella, kun toimitaan moottorikäytön virtarajalla. Lopuksi ehdotetaan mittausmenetelmää virtaohjetaulukon avulla ohjatun hybridiaskelmoottorin kentänheikennysalueen testaamiseen käytännössä.