pogonski pretvaraČi u elektromotornim …emp.etf.rs/radovi/semestarski/dusko_tovilovic.pdf ·...

ELEKTROTEHNIKI FAKULTET BANJALUKA

Katedra za elektroenergetiku

PREDMET: REGULACIJA ELEKTROMOTORNIH POGONA

SEMINARSKI RAD:

POGONSKI PRETVARAI U ELEKTROMOTORNIM POGONIMA SA ASINHRONIM ELEKTROMOTOROM

Maj Student

2007 Tovilovi Duko 48/2001

Regulacija elektromotornih pogona

Sadraj Sadraj................................................................................................................................. 2 Uvod.................................................................................................................................... 3 1.Elektromotorni pogon ...................................................................................................... 3 2.Pogonski (energetski) pretvara....................................................................................... 4

2.1.Ispravlja................................................................................................................... 4 2.2.Filtar.......................................................................................................................... 6 2.3.Invertor...................................................................................................................... 6

2.3.1.Prekidaki elementi invertora ............................................................................ 8 2.4.Upravljaki sistem .................................................................................................... 8

2.4.1.Upravljanje metodom modulacije prostornog vektora (SPACE VECTOR modulacija) ................................................................................................................. 9 2.4.2.Implementacija SPACE VECTOR modulacije ............................................... 12 2.4.2.1.Odreivanje vektora V , V , refV i ugla .................................................. 12

2.4.2.2.Odreivanje vremena trajanja nenultih vektora napona ( i ) i trajanje nultog vektora ( ) ................................................................................................... 13

1T 2T

0T2.4.2.3.Odreivanje vremena voenja invertorskih prekidaa ................................. 14

3.Realizacija naponski kontrolisanog invertora regulisanog SPACE VECTOR modulacijom u programskom paketu MATLAB/SIMULINK......................................... 16

3.1.Model invertora....................................................................................................... 16 3.2.Modelovanje elektromotora .................................................................................... 17 3.3.Rezultati simulacije................................................................................................. 19

4.Zakljuak........................................................................................................................ 24 5.Literatura........................................................................................................................ 24

- 2 -


Uvod

Poznata je injenica da se u razvijenim industrijskim zemljama preko 2/3 od ukupne potroene elektrine energije pretvara u mehaniku. Imajui to u vidu moemo rei da elektromotorni pogon, kao sistem koji vri konverziju elektrine energije u mehaniku, ima veoma vanu ulogu u svakodnevnici pojedinca kao i u razvoju itavog drutva.

Nemogue je na jednom mjestu pobrojati oblasti primjene elektomotornih

pogona. Ako se posmatra elektromotorni pogon u runom asovniku (snage ispod 1[W]), a sa druge strane elektromotorni pogon drobilice uglja u termoelektrani (snaga nekoliko 100[MW]) nasluuje se veliki broj aplikacija u tom irokom dijapazonu.

Zbog veoma vanog znaaja elektromotornog pogona, razvoj i unapreenje

njegovih sastavnih elemenata predstavlja zanimljivu ininjersku oblast. S obzirom da se konstrukcija asinhronog elektromotora u osnovi nije mijenjala ostali elementi elektromotornog pogona, a posebno pretvaraki sistem (pogonski pretvara), bili su predmeti modernizacije.

U narednim takama bie opisana tipina struktura pogonskog pretvaraa za

elektromotorni pogon sa asinhronim motorom. Detaljnije e biti razmatrana SPACE VECTOR modulacija, kao jedna od metoda upravljanja invertorom. 1.Elektromotorni pogon Elektromotorni pogon (electric drive) predstavlja elektromehaniki sistem koji vri konverziju elektrine energije u mehaniku. U osnovi elektromotorni pogon se sastoji od elektromotora, energetskog pretvaraa, mehanikog prenosnika i upravljakog sistema.

Slika 1 Blok dijagram elektromotornog pogona

- 3 -


Elektromotorni pogon se napaja elektrinom energijom iz elektrine monofazne ili trofazne mree. este su industrijske mree napona 6[kV] za napajanje visokonaponskih elektromotora. Za napajanje elektromotornih pogona moe se koristiti i mrea jednosmijerne struje, npr. kontaktna mrea elektrine vue. Elektromotor predstavlja najvaniji dio elektromotornog pogona i poslednju kariku u lancu konverzije energije. Motori jednosmijerne struje su zbog svojih dobrih osobina,a koje se tiu raspregnutog upravljanja brzinom obrtanja i momentom, dugo vremena bili nezamjenjivi dio regulisanih elektromotornih pogona. U novije vrijeme, zahvaljujui razvijenim tehnikama upravljanja, asinhroni motor potiskuje motore jednosmijerne struje u regulisanim pogonima zbog svojih dobrih osobina (robusnost, preopteretljivost, manji zahtjevi za odravanje, mogunost primjene u eksplozivnim sredinama). 2.Pogonski (energetski) pretvara Energetski (pogonski) pretvara predstavlja dio elektromotornog pogona koji ima ulogu da sistem struja i napona izvora napajanja pretvori u pogodan oblik napona i struja kojima se napaja sam elektromotor. Pogonski pretvara ima veoma znaajnu ulogu u savremenim regulisanim elektromotornim pogonima sa asinhronim elektromotorom. Naime, razne tehnike upravljanja brzinom i momentom elektromotora podrazumijevaju pretvaranje trofaznog sistema napona (struja) harmonijskog oblika i standardne (industrijske) frekvencije u trofazni sistem struja i napona razliite frekvencije i/ili razliite efektivne vrijednosti napona (struja).

Slika 2 Blok dijagram pogonskog (energetskog) pretvaraa 2.1.Ispravlja Ispravlja ima zadatak da naizmjenini sistem napona na ulazu u pogonski pretvara pretvori u jednosmijerni napon. S obzirom na mogunost regulacije

- 4 -


jednosmijernog napona na izlazu, ispravljai mogu da budu neregulisani i regulisani. Neregulisani ispravljai sadre samo diode kao prekidake elemente, dok se regulacija izlaznog napona kod regulisanih ispravljaa postie upotrebom tiristora. Veina elektromotornih pogona napaja se iz naizmjenine trofazne mree, pa se stoga uglavnom koriste trofazni ispravljai. Trofazni ispravljai u poreenju sa monofaznim ispravljaima imaju veu vrijednost jednosmijernog izlaznog napona, manju talasnost i daju veu snagu na izlazu. U posmatranoj vrsti elektromotornih pogona koriste se trofazni diodni neregulisani ispravljai.

Slika 3 Topologija trofaznog diodnog ispravljaa Trofazni diodni ispravlja sastoji se od est dioda povezaniha kao na slici. U gornjoj grupi dioda vodie ona dioda iji je anodni napon najvii, dok su ostale dvije diode inverzno polarisane. Slino u donjoj grupi dioda vodie ona dioda iji je katodni napon najnii. Budui da je uvijek po jedna dioda gornje i donje grupe provodna izlazni napon je uvijek jednak jednom od linijskih napona. Izlazni napon se, u toku jedne periode, sastoji od est vrhova sinusoide pa se zbog toga ovi ispravljai nazivaju i est impulsni. Diode provode u parovima . 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 1, , , ,D D D D D D D D D D iD D

Slika 4 Talasni oblici izlaznog napona trofaznog diodnog ispravljaa

- 5 -


Izlazni napon je periodian sa periodom / 3 i Furijeov red ovog signala dat je slijedeim izrazom:

06,12,18,...

( ) cos( )l o on

v t V V n t =

= + + . Srednju vrijednost jednosmijernog izlaznog napona raunamo kao:

2 /3

0 0/3

31 sin( ) ( )/ 3

LLmo LLm

VV V t d t

= = ,

gdje je maksimalna vrijednost linijskog (meufaznog) napona. LLmV Za sluaj nae niskonaponske mree efektivne vrijednosti linijskog napona

imaemo srednju vrijednost na izlazu ispravljaa: 380[ ]V

3 23 3 2 380 513.18 [ ]LLeffLLmoVVV V

= = = = .

Vii harmonici izlaznog napona imaju uestanost 06 , 1, 2,...k k = i njihove amplitude date su sa:

2

6 , 6,12,18,...( 1)

LLmn

VV nn

= =

.

2.2.Filtar Kako bi se smanjila talasnost napona na izlazu ispravljaa koristi se kondenzatorski filtar. U ovu svrhu koriste se elektrolitski, film ili keramiki kondenzatori. Pri realizaciji filtarskog kondenzatora uglavnom se koristi redna veza dva kondenzatora sa manjim radnim naponom od napona na izlazu ispravljaa (zbog manje cijene istih). S obzirom da postoji trend integracije pogonskog pretvaraa sa elektromotorom, pravilan izbor vrste kondenzatora za takve pogone je veoma vaan. Naime, u takvim sluajevima pogonski pretvara radi u uslovima sa relativno velikim temperaturama, pa je mogue da usled pregrijavanja kondenzatora doe do isparavanja elektrolita ako se koriste elektrolitski kondenzatori. 2.3.Invertor Invertor je dio pogonskog pretvaraa koji pretvavara jednosmijerni napon sa izlaza ispravljaa (kondezatorskog filtra) u naizmjenini napon neophodnog talasnog oblika kako bi se obezbijedilo zahtijevano upravljanje elektromotorom. Trofazni invertor se sastoji od tri invertorska mosta sa po dva prekidaka elementa u svakom mostu, tj. ukupno est prekidaa. Kontrolom trenutaka paljenja pojedinih prekidaa, te kontrolom

- 6 -


duine trajanja njihove ukljuenosti, postiu se odgovarajui talasni oblici na izlazu invertora. Kada je upravljanje posmatranim pogonima u pitanju invertor ima najznaajniju ulogu. Standardna topologija pogonskog pretvaraa sa jednosmijernim meukolom i naponski kontrolisanim invertorom prikazana je na slici ispod.

Slika 5 Topologija tipinog pogonskog pretvaraa za pogon sa asinhronim motorom

Pri ukljuivanju i iskljuivanju prekidaa ne smije se dozvoliti takvo stanje da u jednoj grani istovremeno budu ukljuena oba prekidaa jer u takvoj situaciji imamo kratak spoj izvora jednosmijernog napona. Ukupno postoji osam dozvoljenih stanja prekidaa. Dva stanja prekidaa imaju kao razultat nulti napon na izlazu invertora. Ostalih est stanja proizvode nenulte napone na izlazu invertora, tako da se naizmjenini izlazni napon sastoji od diskretnih vrijednosti DCV , i 0 DCV .

Paralelno svakom prekidau je vezana dioda koja omoguava proticanje struje

kroz odgovarajuu granu prekidaa za vrijeme kada napon i struja u posmatranoj grani imaju suprotan smijer. Ovakva situacija se ima zbog vremenskog kanjenja napona i struje koje je opet uslovljeno preteno induktivnim karakterom statorskih namotaja koji se napajaju sa izlaza invertora.

U odgovarajuim situacijama mogu je ulazak napajanog elektromotora u

generatorski reim rada, pri emu dolazi do promjene toka snage u elektromotornom pogonu. U skladu sa tim dolazi do promjene smijera struje u jednosmijernom meukolu i pojavom porasta jednosmijernog napona to moe da bude indikacija ovakvog radnog stanja motora. S obzirom da je u gore posmatranom sluaju koriten obini diodni ispravlja nije mogua rekuperacija, tj. vraanje proizvedene elektrine energije u mreu. U tom sluaju ukljuivanjem tranzistora omoguava se disipacija proizvedene elektrine energije na otporniku

kT

kR . Da bi rekuperacija bila mogua potrebno je koristiti tiristorski regulisan ispravlja.

- 7 -


2.3.1.Prekidaki elementi invertora Kao prekidaki elementi u invertorima se koriste snani bipolarni tranzistori, MOS (Metal Oxide Semiconductor) tranzistori ili IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) tranzistori. Snani bipolarni tranzistori imaju veoma malu otpornost kolektor-emitor u provodnom stanju ( ) dok je za upravljanje neophodno obezbijediti dovoljnu struju baze, tj. potrebna je relativno velika snaga za upravljanje. Sa druge strane MOS tranzistori imaju veoma veliku uaznu otpornost (

10[ ]n m

910 [ ] ), pa je za njihovo upravljanje dovoljno obezbijediti samo odgovarajuu vrijednost napona izmeu gejta i sorsa. Stoga je kod MOS tranzistora struja upravljanja skoro jednaka nuli pa nema disipacije snage u upravljakom kolu. Nedostatak MOS tranzistora jeste relativno velika otpornost u ukljuenom stanju ( 100[ ] [ ]n m n ). IGBT pripada porodici BiMOS tranzistora i objedinjuje navedene dobre osobine snanih bipolarnih i MOS tranzistora. U poslijednje vrijeme IGBT tranzistori se najee koriste kao prekidai u invertorskim mostovima.

Slika 6 Ekvivalentna ema IGBT-a 2.4.Upravljaki sistem Upravljaki sistem pogonskog pretvaraa ima zadatak da obezbijedi upravljke impulse za ukljuivanje (iskljuivanje) prekidakih elemenata invertora i ispravljaa u skladu sa koritenom tehnikom upravljanja. U posmatranom pogonu se koristi neregulisani diodni ispravlja, tako da se odgovarajui oblici napona na izlazu dobijaju i iskljuivo upravljanjem invertorom. U novije vrijeme upravljaki sistem uglavnom se realizuje upotrebom mikrokontrolera, digitalnih signalnih procesora (DSP) ili pak mikroprocesora. Postoji veliki broj tehnika za upravljanje invertorom. Neke od njih su:

Upravljanje metodom modulacije prostornog vektora (SPACE VECTOR modulacija),

Upravljanje bazirano na noseem signalu trougaonog ili testerastog oblika,

- 8 -


Upravljanje strujnom kontrolom naponskog invertora, Upravljanje metodom eliminacije harmonika.

U narednim takama bie posmatrana prva navedena metoda za upravljnje

invertorom. 2.4.1.Upravljanje metodom modulacije prostornog vektora (SPACE VECTOR modulacija)

Metoda modulacije prostornog vektora ili SPACE VECTOR modulacija pokazala se kao dosada najefikasnija PWM metoda upravljanja i regulacije asinhronih pogona. Korienjem ove metode povean je maksimalni izlazni napon, smanjen broj komutacija po periodi (a time i prekidaki gubici) kao i prisutstvo subharmonika (koji su postojali kod metode sinusne PWM). Na slici ispod je prikazana ema tipinog naponski kontrolisanog invertora. Prekidai invertora ( ) kontrolisani su prekidakim promjenljivim , i

. Kada je ukljuen neki od gornjih tranzistora ( ), tada je neka od prekidakih promjenljivih jednaka logikoj jedinici. Istovremeno odgovarajui transistor u donjoj grani je iskljuen, pa je odgovarajua logika promjenljiva

logikoj nuli. Imajui ovo u vidu moemo iskoristiti logika stanja gornjih prekidaa za opisivanje napona na izlazu invertora.

1S S 6 , 'a a , 'b b, 'c c 1 3 5,S S ili S

,a b ili c

', ' 'a b ili c

Slika 7 ema naponski kontrolisanog invertora Veza izmeu vektora prekidakih promjenljivih [ ]Ta b c i vektora linijskih napona na izlazu invertora [ ]Tab bc caV V V data je slijedeim izrazom:

- 9 -


1 1 00 1 11 0 1

ab

bc dc

ca

V aV V bV c

=

.

Veza izmeu vektora prekidakih promjenljivih [ ]Ta b c i vektora faznih napona na izlazu invertora [ ]Tan bn cnV V V data je slijedeim izrazom:

2 1 11 2 1

31 1 2

andc

bn

cn

V aVV b

V c

=

.

Jasno je da postoji osam razliitih vektora koji sadre logika stanja gornjih prekidaa invertorskog mosta. U tabeli ispod su dati pomenuti vektori, te vrijednosti linijskih i faznih napona na izlazu invertora.

Prekidaki vektori Fazni naponi Linijski naponi Vektori napona a b c anV bnV cnV abV bcV caV

0V 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1V 0 0 1 23

13

13

1 0 -1

2V 0 1 0 13

13

23

0 1 -1

3V 0 1 1 13

23

13

-1 1 0

4V 1 0 0 23

13

13

-1 0 1

5V 1 0 1 13

13

23

0 -1 1

6V 1 1 0 13

23

13

1 -1 0

7V 1 1 1 0 0 0 0 0 0 Napomena: Stvarne vrijednosti faznih i linijskih napona dobijaju se mnoenjem odgovarajuih napona iz tabele sa naponom jednosmijernog meukola . dcV Kod trofaznog sistema napona (struja) sve tri sva tri napona (struje) nisu nezavisni.Trofazni simetrini sistem naizmjeninih napona na izlazu invertora pomou Klarkove transformacije mogue je transformisati u stacionarni koordinatni sistem i na taj nain modelovati trofazni invertorski most.

- 10 -


1 12 4 1cos0 cos cos2 2 2 23 3

2 43 3 3 3sin 0 sin sin 03 3 2 2

an an

bn bn

cn cn

V VV

V VV

V V

= =

6

.

est nenultih diskretnih vektora napona na izlazu invertora ( ) rasporeeni su u prostoru tako da im se vrhovi nalaze u tjemenima estougla duine stranice , dok se dva nulta vektora ( i ) nalaze u centru

1V V

dcV

0V 7V koordinatnog sistema. Pomenuti vektori dijele ravan na est sektora.

Slika 8 Prikaz naponskih vektora, sektora i referentnog vektora

Proizvoljni referentni vektor napona na izlazu invertora , u toku jedne periode prekidake uestanosti, moe se dobiti kao srednja vrijednost tri diskretna naponska vektora. Dva vektora predstavljaju susjedne vektore referentnom vektoru, dok je trei vektor jedan od nultih vektora.

refV

Napomena: se moe smatrati konstantnim za vrijeme periode prekidake uestanosti poto je prekidaka uestanost nekoliko puta vea od uestanosti izlaznog napona.

refV

Vrijednost izlaznog napona ne zavisi od redoslijeda generisanja pojedinih vektora napona u toku prekidakog ciklusa. Meutim, odgovarajuim izborom redoslijeda mogue je uticati na spektralni sastav izlaznog napona, broj komutacija a samim tim i na

- 11 -


komutacione gubitke. U praksi postoje dva specijalna sluaja koji se odnose na izbor i redoslijed upotrebe nultih vektora, i to:

Direktno-direktno sekvenciranje (DD), Direktno-indirektno sekvenciranje (DI).

Kada bi se koristio samo jedan od nultih vektora, npr. 0 [0 0 0]V = , tada bi donji

prekidai u granama bili vie ukljueni od gornjih i tako bi se isti vie zagrijavali. Koritenjem DD sekvenciranja moe se smanjiti uticaj ove pojave na taj nain to se nulti vektor koristi se u parnim, a nulti vektor u neparnim sektorima. DI sekvenciranje podrazumijeva promjenu izbora nultog vektora u svakom narednom prekidakom ciklusu. Ovakavim nainom izbora nultog vektora moe se uticati na smanjenje komutacionih gubitaka u sluaju da referentni vektor miruje u nekom segmentu.

0V 7V

Kako bi napon na izlazu invertora bio bez izoblienja neophodno je da fazor napona koji rotira ne mijenja intenziet. Drugim rijeima vrh fazora napona u ravni treba da opisuje krunicu. Iz predhodnog proizilazi da je maksimalna vrijednost napona jednaka duini poluprenika upisane krunice estougla, tj.:

max

32dc

V V = .

2.4.2.Implementacija SPACE VECTOR modulacije

Da bi se na izlazu invertora dobio eljeni fazor napona , potrebno je: refV

1. Odrediti vektore V , V , refV i ugao ,

2. Odrediti vremena trajanja nenultih vektora napona, tj. , i trajanje nultog vektora napona ,

1T 2T

0T3. Odrediti vremena voenja svakog prekidaa ( 1 6S S ), 4. Generisati upravljake signale.

2.4.2.1.Odreivanje vektora V , V , refV i ugla

Vektori V i V raunaju se na osnovu pomou vrijednosti faznih napona na izlazu pomou Klarkove transformacije, tj. :

1 112 2 23 3 30

2 2

an

bn

cn

VV

VV

V

=

.

- 12 -


Moduo i argument referentnog napona refV raunamo na osnovu ve poznatih komponenti V i V slijedeim izrazima:

2 2

refV V V = + i arg{ } 2refV

V arctg ftV

= = =

.

2.4.2.2.Odreivanje vremena trajanja nenultih vektora napona ( i ) i trajanje nultog vektora ( )

1T 2T

0T Posmatrajmo situaciju kada se referentni vektor nalazi u prvoj zoni.

Slika 9 Primjer kada je referentni vektor u prvoj zoni

Vremena trajanja vektora i dobiju se rjeavanjem slijedeeg integrala: 1V 2V

1 1 2

1 1 2

1 20 0

SZ TT T T T

refT T T

V dt V dt V dt V dt+

+

= + + 0 ,

gdje su i 0 0V =1

Ss

Tf

= ( Sf prekidaka frekvencija).

Dalje imamo:

1 1 2 2

1 2

coscos 12 2 3sin 03 3 sin

3

S ref

S ref dc dc

T V T V T V

T V T V T V

= +

= +

.

- 13 -


Iz predhodne jednaine imamo vremena trajanja kao:

1

2

0 1 2

sin( )3

sin( )3

sin( )

sin( )3

( )

S

S

S

T T a

T T a

T T T T

=

=

= +

, gdje je 23

ref

dc

Va

V= .

Predhodni izrazi se koriste za odreivanje vremena trajanja u sluaju da se

referentni vektor napona nalazi u prvom sektoru, tj. kada je 03< < . U optem sluaju

kada se referentni vektor nalazi u proizvoljnom sektoru ( 1,.., 6)n n = za odreivanje vremena trajanja vektora napona koriste se slijedei izrazi:

1

2

0 1 2

3 31sin( ) sin( )3 3 3

3sin cos cos sin

3 3

3 31 1sin( ) cos sin sin cos3 3

( )

S ref S ref

dc dc

S ref

dc

S ref S ref

dc dc

S

T V T Vn nTV V

T V n nV

T V T Vn nTV V

T T T T

13

n

= + = =

=

= = +

= +

Napomena: U gornjim izrazima ( 1,.., 6)n n = predstavlja broj sektora u kome se nalazi

referentni vektor, dok ugao zadovoljava slijedeu nejednakost 03< < , tj. izvreno

je svoenje proizvoljnog referentnog vektora u prvi sektor. 2.4.2.3.Odreivanje vremena voenja invertorskih prekidaa Slijedea tabela sadri izraze za dobijanje vremena voenja pojedinih prekidaa u zavisnosti od sektora u kome se nalazi referentni napon.

- 14 -


Sektor Gornji prekidai ( ) 1 3 5, ,S S S Donji prekidai ( ) 4 6 2, ,S S S

01 1 2

03 2

05

2

2

2

TS T T

TS T

TS

= + +

= +

=

04

06 1

02 1 2

2

2

2

TS

TS T

TS T T

=

= +

= + +

1

01 1

03 1 2

05

2

2

2

TS T

TS T T

TS

= +

= + +

=

04 2

06

02 1 2

2

2

2

TS T

TS

TS T T

= +

=

= + +

2

01

03 1 2

05 2

2

2

2

TS

TS T T

TS T

=

= + +

= +

04 1 2

06

02 1

2

2

2

TS T T

TS

TS T

= + +

=

= +

3

01

03 1

05 1 2

2

2

2

TS

TS T

TS T T

=

= +

= + +

04 1 2

06 2

02

2

2

2

TS T T

TS T

TS

= + +

= +

=

4

01 2

03

05 1 2

2

2

2

TS T

TS

TS T T

= +

=

= + +

04 1

06 1 2

02

2

2

2

TS T

TS T T

TS

= +

= + +

=

5

01 1 2

03

05 1

2

2

2

TS T T

TS

TS T

= + +

=

= +

04

06 1 2

02 2

2

2

2

TS

TS T T

TS T

=

= + +

= +

6

- 15 -


3.Realizacija naponski kontrolisanog invertora upravljanog SPACE VECTOR modulacijom u programskom paketu MATLAB/SIMULINK Na osnovu predhodnog teoretskog razmatranja SPACE VECTOR modulacije razvijen je SIMULINK model naponski kontrolisanog invertora upravljan ovom tehnikom. U narednim takama bie prikazani blokovi realizovanog modela invertora ( koriten je MATLAB 7). Kao rezultat simulacije bie prikazani talasni oblici napona na izlazu invertora, talasni oblici linijskih struja optereenja (motora), te spektav ovih vremenskih signala. 3.1.Model invertora

T0

T1

T2

SECTOR

3

Tc

2

Tb

1

Ta

f(u)

sqrt(3)*u[3]*u[1]/u[2]

MATLABFunction

mod(u,2*pi)

-K-Gainu[1]*w

Fcn6

f(u)

Fcn Tc

f(u)

Fcn Tb

f(u)

Fcn T2

f(u)

Fcn T1

f(u)

Fcn Ta

Tz

Constant2

Tz

Constant1

V_ref

Constant

Clock

MATLABFunction

1+fix(u/(pi/3+1.e-30))

1

Vdc

Slika 10 Podsistem za generisanje vremena voenja donje grupe prekidaa Izlazi iz bloka, koji je prikazan na slici iznad, su vremena voenja donje grupe prekidaa. Na osnovu ovih vremena formiraju se naponi na izlazu invertora pomou bloka koji je prikazan na slici ispod. Naime, za vrijeme trajanja prekidakog ciklusa vremena , i se porede (sabiraju) sa linearno rastuom funkcijom duine trajanja

(perioda prekidake uestanosti). Izlazi sa tri komparatora (tri bloka za sabiranje) vode se na switch komponente koje u zavisnosti od znaka signala na izlazu

komparatoratora na svojim izlazima daju vrijednosti napona

aT bT cT

ST

2dcV ili

2dcV .

- 16 -


3

ViCA

2

ViBC

1

ViAB

Switch2

Switch1

Switch

-K-

Gain1

-K-

Gain

Vdc

Ta

Tb

Tc

GENERATOR VREMENA VOENJA DONJE GRUPE PREKIDACA

rem(u[1],Tz)

Fcn

Vdc

Constant

Clock

Slika 11 Blok za generisanje izlaznih napona invertora Linijski (meufazni) naponi na izlazu invertora formiraju se sabiranjem odgovarajuih napona sa pojedinih izlaza switch komponenti. 3.2.Modelovanje elektromotora Za potrebe ove simulacije asinhroni elektromotor je predstavljen modelom u prostoru stanja zbog toga to nas zanimaju samo talasni oblici napona i struja elektromotora. Svaki statorski namotaj ekvivalentiran je kao redna veza omske otpornosti namotaja sR i induktivnosti namotaja sL .

sR sL

sR sL

sR sL

ai

bi

ci

abv

bcv cav

Slika 12 Ekvivalentna ema statorskih namotaja

- 17 -


Za pojedine linijske napone statora vrijede slijedee jednaine:

a b

ab s s a s s b

b cbc s s b s s c

c aca s s c s s a

di div L R i L Rdt dtdi div L R i L R idt dtdi div L R i L R idt dt

= +

= +

= +

i

]

.

Ako za promjenljive stanja izaberemo struje kroz statorske namotaje ( [ Ta b cx i i i= ), a kao vektor ulaznih promjenljivih posmatramo vektor linijskih napona ( ), predhodni sistem jednaina u formi jednaina stanja imae slijedei oblik:

[ Tab bc cau v v v= ]

1

1

1

a sa a

s s

b sb b

s s

c sc c

s s

di R i vdt L Ldi R i vdt L Ldi R i vdt L L

= +

= +

= +

b

c

a

.

Opti oblik modela za linearan i invarijantan sistem ima slijedei oblik:

( ) ( )

( ) ( ) ( )

dx Ax t Bu tdty t C t Du t

= +

= +.

Poredei predhodna dva sistema jednaina dolazi se do matrica parametara:

1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 010 1 0 ; 0 1 0 ; 0 1 0 ; 0 0 0

0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0

s

s s

LA B C DR L

= = = =

- 18 -


3.3.Rezultati simulacije

ic

To Workspace6

ib

To Workspace5

ia

To Workspace4

Vca

To Workspace3

Vbc

To Workspace2

Vab

To Workspace1

t

To Workspace

Scope

ViAB

ViBC

ViCA

SVPWMINVERTOR

Clock

x' = Ax+Bu y = Cx+Du

ASINHRONIELEKTROMOTOR

Slika 13 SIMULINK model posmatranog sistema

U tabeli ispod navedene su vrijednosti parametara simulacije a zatim su prikazani

rezultati simulacije.

Napon DC meukola Vdc=500[V] Osnovna frekvencija f=50[Hz] Prekidaka frekvencija f=3000[Hz] Koeficijent modulacije a=0.6 Omska otpornost namotaja statora Rs=3[ ] Induktivnost namotaja statora Ls=2[mH]

- 19 -


0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03-500

0

500Linijski naponi na izlazu invertora

t [s]

Vab

[V]

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03-500

0

500

t [s]

Vbc

[V]

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03-500

0

500

t [s]

Vca

[V]

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400Fazni napon Va

t [s]

Va

[V]

- 20 -


0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400Fazni napon Va

t [s]

Va

[V]

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05-200

0

200Linijske struje

t [s]

ia [A

]

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05-200

0

200

t [s]

ib [A

]

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05-200

0

200

t [s]

ic [A

]

- 21 -


0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02-150

-100

-50

0

50

100

150Linijska struja ia

t [s]

ia [A

]

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

5

10

15

20

25

30

Frekvencija (kHz)

Am

plitu

da h

arm

onik

a

Spektar linijskog napona Vab

- 22 -


0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

2

4

6

8

10

12

14

16

Frekvencija (kHz)

Am

plitu

da h

arm

onik

a

Spektar faznog napona Va

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Frekvencija (kHz)

Am

plitu

da h

arm

onik

a

Spektar linijske struje ia

- 23 -


4.Zakljuak Kako je trenutno svjetski trend upotreba asinhronih pogona to je veoma znaajno poznavati principe rada SPACE VECTOR modulacije. Analiza spektra signala faznih i linijskih napona na izlazu realizovanog modela invertora, pokazala je postojanje izraenih spektralnih komponenti na prekidakoj frekvenciji, te na frekvencijama koje su cijelobrojni umnoci prekidake frekvencije ( ; 1,2,...Sf k f k= = ). Stalno unapreenje elemenata energetske elektronike (prekidakih elemenata), te koritenje brzih digitalnih signalnih procesora i mikroprocesorskih sistema za realizaciju tehnika upravljanja pogonom, dovee do rasta trenda zamjene postojeih jednosmijernih regulisanih pogona asinhronim. 5.Literatura 1. Slobodan N. Vukosavi, Projektovanje adaptivnog mikroprocesorskog upravljanja brzinom i pozicijom asinhronog motora, doktorska disertacija, Univerzitet u Beogradu, 1989. 2. Petar Mati, NOVI ALGORITAM ZA DIREKTNO UPRAVLJANJE MOMENTOM I FLUKSOM TROFAZNOG ASINHRONOG MOTORA, magistarski rad, UNIVERZITET U NOVOM SADU FAKULTET TEHNIKIH NAUKA, 2001. 3. Nikola D. Milivojevi, Slobodan N. Vukosavi, FPGA REALIZACIJA KONTROLE TROFAZNOG PWM INVERTORA METODOM SPACE VECTOR IMPULSNO IRINSKE MODULACIJE, XII Meunarodni simpozijum Energetska elektronika Ee 2003 NOVI SAD, SERBIA & MONTENEGRO, November 5th - 7th , 2003.

- 24 -

pogonski pretvaraČi u elektromotornim …emp.etf.rs/radovi/semestarski/dusko_tovilovic.pdf ·...

Documents