Синхронный реактивный двигатель — спящий гигант электропривода: моделирование и оптимальное управление

Среди всего многообразия электрических машин переменного тока синхронный реактивный электродвигатель (СРД, от английского Synchronous Reluctance Motor, SynRM) занимает особое место. С одной стороны, принцип его работы был известен ещё в XIX веке и казался инженерам того времени малоперспективным. С другой — именно этот тип машин за последние два десятилетия переживает настоящий ренессанс и активно вытесняет асинхронные двигатели в задачах промышленного привода.

Парадокс состоит в следующем. В конструкции SynRM отсутствуют постоянные магниты и обмотка возбуждения. Ротор представляет собой только специально профилированный магнитопровод без каких-либо электрических цепей. Казалось бы, нет источника магнитного поля — нет и момента. Однако реактивный момент, возникающий исключительно за счёт разницы магнитных сопротивлений по различным осям ротора, оказывается вполне достаточным для создания высокоэффективного тягового двигателя.

Ключом к реализации потенциала SynRM стали два взаимосвязанных достижения: развитие силовой электроники, позволившей строить высококачественные частотные преобразователи, и разработка алгоритмов управления с оптимизацией по критерию максимального момента на ампер (MTPA — Maximum Torque Per Ampere). Без этих инструментов SynRM остаётся малоэффективным. Вместе с ними — становится конкурентоспособным решением для широкого круга промышленных задач.

В настоящей статье рассматривается математическая модель синхронного реактивного двигателя и её реализация в системе моделирования Engee. Особое внимание уделяется физике анизотропии магнитного сопротивления, математическому описанию реактивного момента и стратегии MTPA. Модель верифицирована на параметрах реальной машины мощностью 300 кВт с последующим анализом переходных процессов при разгоне и набросе нагрузки.