Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim mašinama

– vektorsko upravljanje

Istorijski pregledNačini realizacije

Određivanje parametara regulatoraPregled karakteristika

Prevazilaženje nedostataka

Prva publikacijaIndirektno vektorsko upravljanje

K. Hasse, “Zur Dynamik

drehzahlgeregelter Antriebe mit

stromrichtergespeistenAsynchronkurzschlußläuf

er maschinen,” Ph.D. dissertation,

TH Darmstadt,

1969.

K. Hasse, “O dinamici brzinski

regulisanog pogona sa asinhronom mašinom sa kratkospojenim rotorom

napajanom iz pretvarača”Doktorska disertacija na Visokoj tehničkoj školi

Darmštadt, 1969.

Prva publikacijaDirektno vektorsko upravljanje

F. Blaschke, "The principle of field

orientation as applied to the new TRANSVECTOR

closed loop control system for rotating field

machines," Siemens Rev., vol. 34,

pp. 217-220,

1972.

Načini realizacije vektorskog upravljanjaIndirektno vektorsko upravljanje

Feed-Forward• Na osnovu zadatih struja

izračunava se rotorska učestanost (r)

• Zbir rotorske učestanosti i brzine se koristi kao brzina referentnog sistema, a ugao sistema se dobija integracijom brzine referentnog sistema.

• Varijanta sa integracijom učestanosti rotorskih struja je bolje prilagođena realizacijama sa enkoderom.

Direktno vektorsko upravljanjeFeed-Back

• Ugao referentnog sistema se određuje iz proračuna flukseva (na bazi merenja struja, podataka o naponu i brzini).

• Može se realizovati i bez podatka o uglu (brzini) vratila motora.

Indirektno vektorsko upravljanje sa strujno regulisanim IŠM invertorom

CRPWMCurrent Regulated Pulse Width Modulated inverter

E – Enkoder, davač pozicije vratila motora

M

( , , )a b ci i i E

* * *, ,a b ci i i

,q d

, ,a b c

rsr

*qsi

*dsi

r

1 rT

1

1 rT p

*qsi

*dsi

CRPWM

ias*

ibs*

i cs*

uas

ubs

ucs

DC+

DC-

ias

ibs

i cs

+

+

+

-

-

-

komparatori

Principijelna blok šema strujno regulisanog IŠM invertora

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

-2

0

2

4

6

8

10

0 1 2 3

ias

uas

*ias

vreme[r.j.]

[r.j.][r.j.]

uasi s

Prikaz rada histerezisnog regulatora struje

Indirektno vektorsko upravljanje sa IŠM invertorom i regulacijom struje u sinhrono

rotirajućem koordinatnom sistemu

*abcsu

, ,a b c

,q d , ,as bs csi i i

qsi

*qsi

Reg.q

rs

,q d

, ,a b c

*qsu

dsi

*dsi

Reg.d

*dsu IŠ

M (

PW

M) 1S

6S

rsr

r

1 rT

1

1 rT p

E

M

Direktno vektorsko upravljanje sa IŠM invertorom i regulacijom struje u sinhrono

rotirajućem koordinatnom sistemu

*abcsu

, ,a b c

, , ,as bs csi i i

qsi

*qsi

Reg.q

rs

,q d

, ,a b c

*qsu

dsi

*dsi

Reg.d

*dsu IŠ

M (

PW

M) 1S

6S

rs

r

E

M

, ,as bs csu u u

dcu

, ,a b c

, su

su

si

si

Estima-cija

dsi

qsi

rdrq

dcu1 6S S

Struktura bloka estimacije u direktnom vektorskom upravljanju (naponski estimator flukseva)

0

t

s s s su R i dt

0

t

s s s su R i dt

2r r r

r s sL L L M

iM M

2r r r

r s sL L L M

iM M

22cos r

s

r r

22sin r

s

r r

Struktura bloka estimacije u direktnom vektorskom upravljanju (strujni estimator flukseva)

0

tr

r s r rr

RM i dt

L

0

tr

r s r rr

RM i dt

L

22cos r

s

r r

22sin r

s

r r

Određivanje parametara regulatora na primeru

Reg. fluksa

Reg. brzine

Reg. struje*abcu

IŠM*dqsu

rs

*r

*

6

MModel

E

rs

ˆdr

abcsidqsi

*dqsi

*dsi

*qsi*

em

3

q,d

a,b,c

q,d

a,b,cˆdr

ˆdr

Model za izračunavanje (estimaciju) ugla i rotorskog fluksa

abcsirs

q,d

a,b,c

rM T

ˆdr

Integratorrs

qsidsi

r

dqsi

rT Mˆdr

ˆdr

Regulacija struje (q- osa)

2s r r

s

L L M LT

R

Može se primeniti kompenzacija vremenske konstante i modulni optimum.

Strujni regulatori u q i d osi su simetrični, može se koristiti ista struktura i parametri regulatora.

Reg. struje

qsi

*qsi

IŠM (PWM)1 sR T

qsicT

i iK TaK

qsu*qsu

qe

Regulacija fluksa

Reg. fluksa

*r

Strujna regulacija rM T

K T

1 eT

*dsi dsi dr

ˆdr

rM T

Može se primeniti kompenzacija vremenske konstante i modulni optimum.

Regulacija brzine

3

2mr

MK P

L

Reg. brzine

*

Strujna regulacija

K T

1 eT

*qsi qsi

p pK T

Filter merene brzine

m drK em

mm

1ˆm drK

*em

1

mp T

Može se primeniti simetrični optimum.

Rad u proširenom opsegu brzina (slabljenje polja)

Reg. fluksa

Reg. brzine

*abcu

IŠM

*r

*

6

M

Vektorsko upravljanje

E

abcsi

*dqsi

*dsi

*qsi

*em

3

ˆdr

ˆdr

ˆdr

Soft Start

**

Pogon sa regulacijom pozicije

Reg. fluksa

Reg. brzine

*abcu

IŠM

*r

*

6

M

Vektorsko upravljanje

E

abcsi

*dqsi

*dsi

*qsi

*em

3

ˆdr

ˆdr

ˆdr

Soft Start

*

d

dt

K

Pregled karakteristika

Prednosti:• Brz i precizan odziv momenta

motor.• Optimalno iskorišćenje

motora.• Precizna regulacija brzine i

pozicije.• Koristi se isti energetski

pretvarač.• Povećana energetska

efikasnost pri opterećenjima manjim od nazivnog.

Nedostaci:• Potrebno više davača

struje (min. 2).• Potreban davač na

vratilu (enkoder, rezolver).

• Potrebno poznavanje parametara motora.

• Zbog složenijeg algoritma koristi se procesor viših performansi.

Prevazilaženje nedostataka

Nedostaci:• Potrebno više davača

struje (min. 2).

• Potreban davač na vratilu (enkoder, rezolver).

• Poznavanje parametara motora.

• Koristi se procesor viših performansi.

Postoji mogućnost da se signali faznih struja motora rekonstruišu iz signala struje jednosmernog međukola. Davačima su pale cene.

Ukoliko su parametri motora tačno određeni i poznati, može se raditi bez davača na vratilu. Još uvek se ne postižu dobri rezultati na malim brzinama (učestanostima).

Izuzetno važno pri radu bez davača na vratilu. Parametri motora se određuju veoma precizno prilikom puštanja pogona u rad. U toku rada pogona se vrši kontinualno praćenje parametara motora – auto tuning.

Procesorima visokih performansi su pale cene. Ipak, ovo je često izgovor za veću cenu pogona.

Za one koji žele više...• Sledećeg časa

– Regulisani pogon sa direktnom kontrolom momenta asinhronog motora

• Laboratorijske vežbe – Praktikum– Regulisani pogon sa vektorski upravljanim asinhronim Regulisani pogon sa vektorski upravljanim asinhronim

motorommotorom– Primena industrijskih pretvarača učestanosti za

upravljanje asinhronim pogonom• Seminarski rad (uz podršku nastavnika i literature)• Energetski efikasni elektromotorni pogoni (MS)

– Elektromotorni pogoni bez davača brzine– Srednje naponski frekventni pretvarači za pogon asinhronog

motora ------- i drugo...• Literatura• Predmet Digitalno upravljanje pretvaračima i pogonima