Regulisani elektromotorni RP.Rev4.pdfRegulisani elektromotorni pogon sa motorom jednosmerne struje - osnovna struktura Zadavanje željenog položaja (potenciometar) Prilagođenje cc

Regulisani elektromotorni

pogoni sa mašinama

jednosmerne struje

Osnovne karakteristike

Načini realizacije (aktuatora)

Rad u 2 ili 4 kvadranta

Rad u proširenom opsegu brzina

Naponski izvor

M ua

uc

mm

Au mpT

1au

e

ai a

a

pT

R

1

/1 em

f

cu

naponski

upravljivi

izvor

M ia

uc

mm

Ai mpT

1ai

em

f

cu

strujni

upravljivi

izvor

Strujni izvor

Poređenje statičkih

mehaničkih karakteristika

Naponski izvor

(naponsko napajanje)

Strujni izvor

(strujno napajanje)

mm1

m

mm2 mm1

m

mm2

Ukoliko je mehanička karakteristika

opterećenja nezavisna od brzine

Naponski izvor

(naponsko napajanje)

Strujni izvor

(strujno napajanje)

mm3

m

m

mm3

me3

me2

Za me2 nemamo

ustaljeno stanje

(nema radne tačke).

Naponsko napajanje:

sporiji odziv

statička stabilnost radne tačke

nema kontrole nad strujom (prevazilazi se

regulatorom struje)

Strujno napajanje:

brži odziv (!)

statička stabilnost radne tačke - prevazilazi se

regulatorom brzine

neposredna kontrola nad strujom (momentom)

mm

Ai mpT

1ai em

f

cu

Reg.

*

Regulisani pogon sa regulatorom

brzine sa jednosmernim motorom

napajanim iz strujnog izvora

mm

Au mpT

1au

e

ai

a

a

pT

R

1

/1 em

f

cu

*

ai

Reg.

ia

1

e

e

K

p T

realni strujni izvor

e a e a a mT T T T T T

Praktična realizacija strujnog izvora

Naponski izvor + regulator struje

Podešavanje parametara regulatora

struje

Au

au

e

ai

a

a

pT

R

1

/1cu

*

ai

Reg.

ia

1

a

e

K

p T

EMS

Merenje

struje

Blok dijagram sistema

+

–

1 ii

i

p TK

p T

1/

1

a

a

R

p T 1

a

e

K

p T

0

1 1/

1 1

i a ai i

i e a

p T K RF p K

p T p T p T

Zanemarili smo blok (senzor) za merenje struje, smatramo da je

idealan. Aktuator ima pojačanje i kašnjenje (uprošćeno).

Zanemarili smo uticaj elektromotorne sile, pošto se sporo menja.

Smatramo da je to za konturu regulacije struje poremećaj, i u postupku

podešavanja parametara vrednost je e=0

a eT T

*

ai ai

Blok dijagram konture regulacije struje

au

cu

+

0e

0

1 1/

1 1

i a ai i

i e a

p T K RF p K

p T p T p T

Izvršimo kompenzaciju veće vremenske

konstante

0

1/

1

i a ai

i e

K K RF p

p T p T

a eT T

i aT T

Funkcija prenosa konture regulacije struje

G(p)

u

x

+

_

D y

H(p)

( )( )

1 ( ) ( )

y G pp

u G p H p

0

01

i

wi

i

F pF p

F p

1H p

Izbor parametara regulatora

0 1 21/ ; ;i a a i i ea K K R a T a T T

2

1/

1/

i a a

wi

i a a i i e

K K RF p

K K R p T p T T

2 1/

ii

a a e

TK

K R T

1/

2

ii a a

e

TK K R

T

* 2 2.

1

1 2 2

a

wi opta e e

i pF p

i p p T p T

2

1 0 22a a a Primenjujemo definisan kriterijum optimizacije

modula funkkcije prenosa

Brzina promene brzine je značajno manja od brzine promene

struje indukta ia .

Pri promeni važi i aa ii DD ~*

0D 0eD

2 2

0

1 1

1 2 2 1 2e e ep T p T p T

0

*

aiD

t

D

2 eT

tiaD

5 mseT

Ukoliko vremenska konstanta Te ima malu vrednost,

možemo zanemariti kvadratni član.

Regulator brzine:

mpT

1*

ai em

f

Reg.

*

1

1 2 ep T

ai

1 p T

F p Kp T

0 2 2

1 1

1 2 1 2

f

m e m e

K p T K p TF p

p T T p T p T T p T

0

0

( )

1 ( )w

F pF p

F p

fK K

Primenom optimizacije:

gde je a=2ζ+1

ζ - željeni relativni faktor prigušenja zatvorene brzinske

petlje.

Sledi da je: 1

2

m

f e

TK

a T

2

1

1 2 1w

m e

K p TF p

p T T p T K p T

2 03 1

3 2

1

2w

m e m

a aa a

K p TF p

p T T T p T T p T K K

Funkcija spregnutog prenosa brzinske petlje

2 12 ;

2

me

e

TT a T K

a T

2 2

1 0 2 2 1 3a a a a a a a a

Regulisani elektromotorni pogon

sa motorom jednosmerne struje -

osnovna struktura

Zadavanje željenog

položaja (potenciometar)

Prilagođenje

reference

(soft-start)

M

ua

Aktuator

Reg.

brzine

+ -

Reg.

pol. -

+ Reg.

struje

Reg.

pob. DB

+

ia

-

** *

ai

DP

Vcc

GND

Zadavanje

željene

brzine

Prilagođenje

reference

(soft-start) M

ua

Aktuator

Reg.

brzine -

+ Reg.

struje

Reg.

pob. DB

+

ia

-

* *

ai

Regulisani elektromotorni pogon sa

motorom jednosmerne struje

bez regulacije položaja

**

Realizacija bloka za prilagođenje reference

Integrator u

kontinualnom

vremenskom

domenu

Limit = ±0,5

inu

outu+

-

GND

fC

0R

MR

Invertuje signal


Integrator u

diskretnom

vremenskom

domenu


Uticaj

pojačanja


Uticaj

promene limita

na ubrzanje

Limit = ±0,75


Soft-start

+

filter

Limit = ±1,5

Regulator brzine

Regulator struje ima isti blok dijagram, ali

druge parametre: pojačanje (Ki), vremensku

konstantu integralnog dejstva (Ti) i limite

integralnog dejstva i izlaza (LIM_IA)

Simulacioni blok dijagram

Soft start

Parametri Ra = 0.075;

% u relativnim jedinicama

PsiFn = 1-Ra;

Ta = 30e-3;

Tm = 1.92;

Mmn = PsiFn;

mm = Mmn/2;

ktg = 0.05;

Kpw = ktg;

Tpw = 52.8e-3;

Kpi = 0.025;

Tpi = 2.6e-3;

Tt = 1.66e-3;

Kt = 30;

Te = Tt+Tpi;

Te2 = 2*Te+Tpw;

% reg. struje

Ti = Ta;

Ki = Ta/(2*Kt*Kpi*(1/Ra)*Te);

% reg. brzine

Tw = 4*Te2;

Kw = (Tm*Kpi)/(2*Te2*Kpw*PsiFn);

Vwref1 = 0.5; % * Kpw;

Vwref2 = 0.25; % * Kpw;

LIM_UC = 1;

LIM_IA = 2 * Kpi;

LIM_SS = 0.5;

Početna

zadata brzina

je

0,5 nom.

U trenutku

t=3s zadaje se

brzina

0,75 nom.

Opterećenje

pogona

polovinom

nominalnog

momenta je u

t = 6s

Uticaj limita

momenta na

odziv

regulatora

brzine

Povećano je

željeno

ubrzanje u

bloku soft

starta. Zbog

ograničenja

struje, ne

dostiže se

zadata brzina u

toku soft-starta.

Statička karakteristika regulisanog pogona

nom

ω

0

–nom

me

mmax

–mmax

slabljenje

polja

* **

N: ua f

fnom

ua

e ≈ const.

KOMBINOVANO UPRAVLJANJE

(PROMENOM NAPONA INDUKTA I PREKO POBUDE)

Tiristorski ispravljači

(mosne sprege, mrežna komutacija)

Više-kvadrantni rad

Generator jednosmerne struje (Vard Leonard)

Čoperi

uc ua 1

a a

c ak

U Kp

U p T

Tak = ?

Aktuatori

Uprošćeni blok dijagram

aktuatora

Uprošćena prenosna funkcija

aktuatora

zavisi od vrste aktuatora

Četvoro- kvadratni rad sa preklopnikom

Regulacija brzine za male brzine reversa!

Logičko kolo: - promena stanja prekidača samo kada je ia = 0

- položaj prekidača u funkciji od znaka ia*

ML1L2

L3

6xReg. struje

Reg. brzine

*

ai

ai

cu*

DB

Logičko kolo

Ld

* 0

0

a

a

i

i

Četvoro-kvadratni rad sa dva anti-paralelna

mosta (razdeljeno upravljanje)

ML1 L2L3

6xReg. struje

Reg. brzine

*

ai

ai

cu

*

DB

Logičko kolo

Ld

* *0 0

0

a a

a

i i

i

6x

Pogoni sa razdeljenim upravljanjem mogu da ostvare bržu

promenu znaka struje nego pogoni sa preklopnikom.

ia

&

&

1

1

&

&

“and”

bu

ffer

“and” 1=ON

1=ON

*

ai

Logičko kolo deluje na blokiranje impulsa mosta koji

ne treba da vodi.

Logičko kolo

DCS 800 struktura

SIMOREG struktura (energetski deo)

SIMOREG blok dijagram

DCS 800 Blok dijagram – regulacija struje

DCS 800 Blok dijagram – upravljanje momentom

DCS 800 Blok dijagram – regulacija brzine

Četvoro-kvadrantni rad sa kružnom strujom

1L11L2

1L3

Ld

M

DB

Lc

2L12L2

2L3

Lc

{

{

ia

C1

C2

i1

i2

Četvoro-kvadrantni rad sa kružnom strujom (saglasno upravljanje)

me

C1 – ISP.

C2 – INV.

C1 – INV.

C2 – ISP.

C1 – INV.

C2 – ISP.

C1 – ISP.

C2 – INV.

o

1 2 180

Koristi se za ostvarivanje brzih reversa

(promene znaka) momenta.

C1 1 C2 2( ) ( )U U C1 C2( ) ( )u t u t kružna struja

samo za

C1( )u t

C2 ( )u t

o

C1 135

o

C2 45

o

C1 C2 90

C1 C2( ) ( )u t u t

Dijagram trenutnih vrednosti napona

C1 C2 C1 C290 ( ) ( )u t u t

o

C2 135

o

C1 45

t s

t s

1L11L2

1L3

Ld

M

DB

Lc

2L12L2

2L3

Lc

C1

C2

i1

i2

6x

6x

Reg. struje

*

1i

1i1cu

Reg. struje

*

2i

2i

2cu

Generator reference

Reg. brzine

*

ai*

Kontrola kružne struje

1 2ai i i

1i

2i

ia* ic

*

1i*

2i*

2i*

1i

* * *

1 2ai i i

Generator referentnih struja i1* i i2*

ic – cirkulaciona (kružna) struja

Po vrednosti, kružna struja bi trebalo da bude minimalna, ali da se

tiristori odgovarajućeg mosta održavaju u provodnom stanju.

DB M G PM

A Reg Ref. Vc

ia

if

g

zamajac

Vard Leonardova grupa

Harry Ward Leonard

1861-1915.

mm

1

mp T

fu geai 1/

1

a

a

R

p T

em

fm

cV

1

1 fp T A

1

ak

ak

K

p T

fi

fi

karakteristika

magnećenja

g

aipojačanje KO1

2

2

aa

a

LT

R

akaf TTT

fg

me


(blok dijagram)

PI

+

-

Vc

PID

Regulator

struje ia

Regulator

brzine

1 p TK

p T

1 1

1

n d

a

n g

p T p TK

p T p T

REG ia: ( )n f d aT T T T F j

REG :


Regulator: PI + PID

( )F j

drugog reda.

trećeg reda.

*

ai

*

ai

PI

Vc

PI

Regulator

struje ia

Regulator

brzine

1 p TK

p T

1 na

a

na

p TK

p T

PI -

1 nf

f

nf

p TK

p T

Regulator

struje if

REG if:

REG :

REG ia:

( )F j

( )nf fT T F j

( )na aT T F j


regulator (PI + PI + PI)

*

ai

*

ai

*

fi

fi

drugog reda.

drugog reda.

trećeg reda.



Četvoro-kvadrantni čoper

M

DB

ia

udc 1 2

4 3

Trenutne vrednosti

napona

i

struje motora

ia D

ua udc

-udc

t

t

*

ai

Struktura regulatora

Reg.

*

ia

1 3

2 4

Δ komparator *

ai

Upravljanje motorom kod regulacije brzine u

proširenom opsegu brzina (sa slabljenjem polja)

mm

AKT mpT

1au

e

ai

a

a

pT

R

1

/1 em

*

Reg.

ia

Reg.

AKT

fu1

1 fp T

Reg.

e

f fi

nome

MOTOR

e

fi

f

*

ai

Merenje elektromotorne sile nije moguće.

Izračunava se na osnovu merenja dostupnih veličina.

aR

aLd

dt

eau

ai

if

f

Prvi način: merenjem struje i napona indukta

Drugi način: merenjem struje pobude i brzine

e

mm

AKT mpT

1au

constenom

ai

1/

1

a

a

R

p T

em

*

Reg.

ia

Reg.

Nelinearno

Blok dijagram sistema pri brzini

većoj od nominalne

*

ai

ai

Documents

Regulisani elektromotorni RP.Rev4.pdfRegulisani elektromotorni pogon sa motorom jednosmerne struje - osnovna struktura Zadavanje željenog položaja (potenciometar) Prilagođenje cc