Regulisani elektromotorni pogoni
sa asinhronim mašinama –
vektorsko upravljanje
Istorijski pregled
Načini realizacije
Određivanje parametara regulatora
Pregled karakteristika
Prevazilaženje nedostataka
Prva publikacija
Indirektno vektorsko upravljanje
K. Hasse,
“O dinamici brzinski
regulisanog pogona sa
asinhronom mašinom sa
kratkospojenim rotorom
napajanom iz pretvarača”
Doktorska disertacija na
Visokoj tehničkoj školi
Darmštadt, 1969.
K. Hasse,
“Zur Dynamik
drehzahlgeregelter Antriebe
mit stromrichtergespeisten
Asynchronkurzschlußläufer
maschinen,”
Ph.D. dissertation,
TH Darmstadt,
1969.
Prva publikacija
Direktno 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 upravljanja
Indirektno 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 upravljanje
Feed-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
*
iqs
*
iqs
q, d
ia* , ib* , ic*
*
ids
*
ids
(ia , ib , ic )
a, b, c
1 Tr

r

r
 rs
M
E

1
1  Tr  p
E – Enkoder, davač pozicije vratila motora
CRPWM
Current Regulated Pulse Width Modulated inverter
Principijelna blok šema strujno regulisanog
IŠM invertora
DC+
 komparatori
*
i as
i as
+
u
as
*
i bs
i bs
+
u
bs
*
i cs
i cs
+
u
cs
-
DC-
Prikaz rada histerezisnog regulatora struje
1
10
uas
is
0.5
8
i
as
ias
*
[r.j.]
[r.j.]
0
6
-0.5
4
uas
-1
2
-1.5
-2
0
vreme[r.j.]
0
1
2
3
-2
Indirektno vektorsko upravljanje
sa IŠM invertorom i regulacijom struje u sinhrono
rotirajućem koordinatnom sistemu
*
uqs
Reg.q
q, d
*
uabcs
iqs
*
ids
Reg.d
*
uds
S6
E
ias , ibs , ics
a, b, c
1
1  Tr  p
M
 rs
q, d

S1
a, b, c
ids
1 Tr
IŠM (PWM)
*
iqs
r

r
 rs

Direktno vektorsko upravljanje
sa IŠM invertorom i regulacijom struje u sinhrono
rotirajućem koordinatnom sistemu
*
uqs
Reg.q
q, d
*
uabcs
iqs
*
ids
Reg.d
*
uds
IŠM (PWM)
*
iqs
S1
M
S6
udc
a, b, c
ids
 rs
 rs

rq

rd
ids Estimacija
iqs
S1  S6
u s  , 
u s
a, b, c
r
i s  , 
i s
a, b, c


udc
uas , ubs , ucs
ias , ibs , ics
E
Struktura bloka estimacije u direktnom vektorskom
upravljanju (naponski estimator flukseva)
t
 s    u s  Rs  i s  dt
0
t
 s    u s  Rs  i s  dt
0
cos  s 
sin  s  
Lr
Lr  Lr  M 2
 r    s 
 i s
M
M
Lr
Lr  Lr  M 2
 r    s 
 i s
M
M
 r
 r 
2

  r

2
 r
 r 
2

   r

2
Struktura bloka estimacije u direktnom vektorskom
upravljanju (strujni estimator flukseva)
t
 Rr

 r      M  i s   r    r    dt
L

0 r
t
 Rr

 r     M  i s   r   r    dt
L

0 r

cos  s 
sin  s  

 r
 r 
2

  r

2
 r
 r 
2

   r

2
Određivanje parametara
regulatora na primeru
Reg. fluksa
r* 


ˆdr
Reg. brzine me*
 
*


*
ids
*
iqs

Reg. struje
*
idqs

*
udqs
*
uabc
q,d
a,b,c

IŠM
6
 rs
idqs
q,d

ˆdr
iabcs
a,b,c
3
 rs

ˆdr
Model

M
E
Model za izračunavanje
(estimaciju) ugla i rotorskog fluksa
 rs
iabcs
q,d
a,b,c
M
Tr

ˆdr
ids

ˆdr

idqs
iqs
Tr M

r 
Integrator
 rs
 

ˆdr
Regulacija struje (q- osa)
*
iqs
Ki Ti
Reg. struje

 eq 
IŠM (PWM)
Ka
*
uqs

Tc
uqs

1 Rs
T
iqs

iqs
Može se primeniti kompenzacija
vremenske konstante i modulni
optimum.
T
Ls  Lr  M 2  Lr


Rs
Strujni regulatori u q i d osi su simetrični, može se
koristiti ista struktura i parametri regulatora.
Regulacija fluksa
1 Te
r*
K T
Reg. fluksa

Strujna
regulacija
*
ids
M
ids


ˆdr
M
Tr
Može se primeniti kompenzacija vremenske
konstante i modulni optimum.
Tr

dr
Regulacija brzine
K T
Reg. brzine me*
 
*

1 Te
Strujna
regulacija
*
iqs
1

K m  ˆdr
mm
iqs

K m  dr

me

1
p  Tm
Filter
merene brzine

K p
T p
Može se primeniti simetrični optimum.
3
M
Km   P 
2
Lr

Rad u proširenom opsegu brzina
(slabljenje polja)

**
Soft  
Start
Reg. brzine me*
*




ˆdr


ˆdr
*
iqs
*
idqs
*
u
abc
Vektorsko
upravljanje
IŠM
6
Reg. fluksa
r* 
*
ids


iabcs

ˆdr
3
M


E
Pogon sa regulacijom pozicije

*


K
Soft 
Start
Reg. brzine me*
*




ˆdr

ˆdr
*
iqs
*
idqs
*
Vektorsko uabc
IŠM
upravljanje
6
Reg. fluksa
r* 
*
ids



iabcs

ˆdr
3

d
dt
M

E
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  Postoji mogućnost da se signali faznih struja
struje (min. 2).
motora rekonstruišu iz signala struje
jednosmernog međukola. Davačima su pale cene.
•
Potreban davač na
vratilu (enkoder,
rezolver).
•
Poznavanje
 Izuzetno važno pri radu bez davača na vratilu.
parametara motora.
Parametri motora se određuju veoma precizno
prilikom puštanja pogona u rad. U toku rada
pogona se vrši kontinualno praćenje parametara
motora – auto tuning.
•
Koristi se procesor
viših performansi.
 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).
 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
motorom
– Primena industrijskih pretvarača učestanosti za
upravljanje asinhronim pogonom
• Seminarski rad (uz podršku nastavnika i literature)
• Odabrana poglavlja iz elektromotornih pogona (MS)
– Elektromotorni pogoni bez davača brzine
– Srednje naponski frekventni pretvarači za pogon asinhronog
motora ------- i drugo...
• Literatura
• Predmet Digitalno upravljanje pretvaračima i pogonima
Download

06_Vektorsko REP.Rev1.pdf