Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
VEKTORSKI UPRAVLJAN
ASINHRONI MOTOR
e s rm i r r
:
Osobine pogona sa vektorskim upravljanjem
• Cilj (zadatak) je nezavisno upravljanje fluksom i momentom asinhronog motora
• Pogon mora imati energetski pretvarač – aktuator. U zavisnosti od tipa aktuatora, zavisi i način realizacije upravljačkog sistema.
• Pogon mora imati regulaciju struje, zahteva se promena učestanosti, amplitude i položaja prostornog vektora struje.
Prva publikacija Indirektno vektorsko upravljanje
K. Hasse,
“Zur Dynamik
drehzahlgeregelter Antriebe
mit stromrichtergespeisten
Asynchronkurzschlußläufer
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 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.
qs s qs qs s dsu R i p (1)
ds s ds ds s qsu R i p
0 ( )r qr qr s drR i p
0 ( )r dr dr s qrR i p
qs s qs qrL i M i
ds s ds drL i M i
qr r qr qsL i M i
dr r dr dsL i M i
3( )
2e qs dr ds qr
r
Mm P i i
L
Dinamički model asinhronog motora Sinhrono rotirajući referentni sistem
rs s d
pdt
(4)
(3)
(8)
(5)
(6)
(7)
(2)
(9)
s sL M
r rL M
qs s qs qs s dsu R i p (1)
ds s ds ds s qsu R i p
0 0r qr r drR i
0 0r dr drR i p
qs s qs qrL i M i
ds s ds drL i M i
0 r qr qsL i M i
dr r dr dsL i M i
Koordinatni sistem se postavi tako da u svakom trenutku važi: 0qr
(4)
(3)
(8)
(5)
(6)
(7)
(2)
3 3( )
2 20e qs dr ds qs dr
r r
M Mm P i i P i
L L
(9)
0qr
qr
dp
dt
r s
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 11
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0.2
0.4
Nominalna radna tačka, ustaljeno stanje. Koordinatni sistem orijentisan tako da bude 0, 1r.j.ds qsu u
0,723r.j.
0,691r.j.
qs
ds
i
i
q
d 0,05r.j.
0,947 r.j.
qs
ds
0,728r.j.
0,053r.j.
qr
dr
i
i
0,064 r.j.
0,889 r.j.
qr
dr
sur
sir
sr
rr
rir
Nominalna radna tačka, ustaljeno stanje. Koordinatni sistem orijentisan tako da bude 0, 0,891r.j.qr dr
sur
sir
rr
rir
sr
Strelice su ostale na svojim mestima, koordinatni sistem je “zaokrenut”.
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 11
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0.2
0.4
Nominalna radna tačka, ustaljeno stanje. Koordinatni sistem orijentisan tako da bude 0, 0,891r.j.qr dr
0,771r.j.
0,637 r.j.
qs
ds
i
i
0,119 r.j.
0,941r.j.
qs
ds
0,73r.j.
0
qr
dr
i
i
0,997 r.j.
0,072r.j.
qs
ds
u
u
sur
sir
sr
rr
rir
q
d
r qrr
dr
R i
dr r drp R i
qsqr
r
M ii
L
dr dsdr
r
M ii
L
(4)
(3)
(8)
(7)
(8)(4) dr ds
dr rr
M ip R
L
r r
rr r
L MT
R R
r dr dr dsT p M i 1
dr dsr
Mi
T p
(7)(3) 1qs qsr
rr dr r dr
M i M iR
L T
1dr ds
r
Mi
T p
1qs qsrr
r dr r dr
M i M iR
L T
Model pogona sa vektorskim upravljanjem
qs s qs qs s dsu R i p
ds s ds ds s qsu R i p
2s r
qs qsr
L L Mi
L
2s r
ds ds drr
L L Mi
L
3
2e qs dr
r
Mm P i
L
rs s r
0 0 0
( ) ( ) ( ) ( )
t t t
rs s r r st t t t dt dt dt
dr dsM i 1 qsr
r ds
i
T i
Model pogona sa vektorskim upravljanjem u ustaljenom stanju
qs s qs s dsu R i
ds s ds s qsu R i
2s r
qs qsr
L L Mi
L
ds s dsL i
23
2e qs ds
r
Mm P i i
L
( )s r m rP
r rr
r r
L MT
R R
Vektorski upravljan asinhroni motor
ids Određuje fluks.
iqs Određuje moment.
• Uspostavljanje fluksa u motoru ostvaruje se uspostavljanjem struje u statorskim namotajima (ids).
• Komanda momenta (iqs) se ne dozvoljava u toku procesa pobuđivanja.
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 11
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0.2
0.4
q
d
1 2 1
2
2 1
1 2
1 1
2 2
0, 0,891r.j.
0, 0,891r.j.
qr dr
qr dr
1 1
2 2
0,771r.j., 0,637 r.j.
0,193r.j., 0,637 r.j.
qs ds
qs ds
i i
i i
1 1
2 2
0,119r.j., 0,941r.j.
0,03r.j., 0,941r.j.
qs ds
qs ds
1 1
2 2
0,730r.j. 0 r.j.
0,182r.j. 0 r.j.
qr dr
qr dr
i i
i i
1 1
2 2
0,997 r.j., 0,072r.j.
0,995r.j., 0,017 r.j.
qs ds
qs ds
u u
u u
Promena opterećenja kod vektorski regulisanog asinhronog motora (s=const.) Rasterećenje: Opterećenje:
1
2 1
2
Načini realizacije vektorskog upravljanja
Indirektno vektorsko upravljanje
• 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
• 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
CRPWM
Current 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
rs
r
*qsi
*dsi
r
1 rT
1
1 rT p
*qsi
*dsi
CRPWM
i as*
i bs*
i cs*
uas
ubs
ucs
DC+
DC-
i as
i bs
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.]
uas
i 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
IŠM
(P
WM
) 1S
6S
rs
r
r
1 rT
1
1 rT p
E
M
Indirektno Direktno 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
IŠM
(P
WM
) 1S
6S
rs
r
r
1 rT
1
1 rT p
E
M
X X X
X X
X X X
ids
iqs
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
IŠM
(P
WM
) 1S
6S
rs
r
E
M
, ,as bs csu u u
dcu
, ,a b c
, su
su
si
si
Estima-
cija
dsi
qsi
rd
rqdcu1 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
22
cos rrs
r r
22
sinr
rs
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
22
cos rrs
r r
22
sinr
rs
r r
Prikaz rada pogona sa asinhronim motorom sa indirektnim vektorskim upravljanjem
• Regulatori struje su u sinhronom referentnom sistemu, PI tipa, u kontinualnom domenu
• Korišćeni su idealni naponski izvori za napajanje motora
• d- komponenta struje je konstantna
• q- komponenta struje se skokovito menja u vremenu
• Rezultati su dobijeni simulacijom
Simulacioni blok dijagram
d- i q- komponente struje statora (-zadata i -ostvarena)
Fazne struje, brzina i moment motora
Učestanost u rotoru, fluks rotora (iz upravljačkog sistema)
Fazne struje, brzina i moment motora (uveličan detalj promene q- komponente struje)
Fazne struje, brzina i moment motora (uveličan detalj promene q- komponente struje)
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 θrs i rotorskog fluksa ̂dr
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 T
aK
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
2m
r
MK P
L
Reg. brzine
*
Strujna regulacija
K T
1 eT
*qsi qsi
p pK T
Filter merene brzine
m drK em
mm
1
ˆm drK
*em
1
mp T
Može se primeniti simetrični optimum.
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
motora. • 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.