Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom...
Transcript of Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom...
![Page 1: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/1.jpg)
Regulisani elektromotorni
pogoni sa asinhronim
mašinama –
Direktna kontrola momenta Istorijski pregled
Opis metode
Način realizacije
Podešavanje parametara regulatora brine
Pregled karakteristika
Prevazilaženje nedostataka
![Page 2: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/2.jpg)
Direktna kontrola momenta
DTC (Direct Torque Control)
Jedna metoda upravljanja trenutnim
vrednostima momenta i fluksa.
Pruža određene prednosti u odnosu na
vektorsko upravljanje.
Metoda je bazirana na topologiji
naponskog invertora.
Može se prilagoditi i pogonima sa strujnim
invertorima.
![Page 3: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/3.jpg)
Istorijski pregled
Kompanija ABB je 1995. ponudila na
tržište prvi industrijski pretvarač sa
direktnom kontrolom momenta – ACS 600.
IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS,
VOL. IA-22, NO. 5. SEPTEMBER/OCTOBER 1986
A New Quick-Response and High-Efficiency
Control Strategy of an Induction Motor ISAO TAKAHASHI, MEMBER, IEEE, AND TOSHIHIKO NOGUCHI
![Page 4: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/4.jpg)
Šta je cilj?
Struktura regulisanog pogona koju
želimo da ostvarimo:
Reg. momenta
+
-
Reg. brzine
+
-
*em
*
6
M
Model motora (adap-tivni)
abcsi
3
ˆem Izb
or
vekt
ora
dcU
dcU
1 6R RT T-
Reg. fluksa
+
-
*s
ˆs
mS
S
S
S
ˆem
E
![Page 5: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/5.jpg)
Stacionarni referentni sistem
qs s qs qs
du R i
dt + (1)
ds s ds ds
du R i p
dt + (2)
0 r qr qr dr
dR i
dt + - (3)
0 r dr dr qr
dR i
dt + + (4)
qs s qs qrL i M i + (5)
ds s ds drL i M i + (6)
qr r qr qsL i M i + (7)
dr r dr dsL i M i + (8)
3( )
2e qs ds ds qsm P i i - (9)
0rs
Statorske jednačine
Rotorske jednačine
Jednačina momenta
![Page 6: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/6.jpg)
Jednačina momenta u vektorskoj formi
3 3sin
2 2e s s s sm P i P i
si
s
em
em
![Page 7: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/7.jpg)
Fazorski
dijagram
statorskih
veličina
Uvek nam je potreban
stalan fluks.
Struja, odnosno
moment motora se
može podešavati
podešavanjem
trenutne vrednosti
vektora napona.
q
d
sU
sE
sI
s
s sR I
s s s s sj X I j I
![Page 8: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/8.jpg)
0
T
T
0 0
qd s s abcs
abcs as bs cs
qd s qs ds s
f f
f f f f
f f f f
K
Transformacije statorskih
veličina
rs=0, rs (0) = 0
as
bs
cs
asbs
ascs
bs
cs
q
d
rs0
![Page 9: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/9.jpg)
Stacionarni koordinatni sistem Matrice transformacije statorskih veličina
1 0,5 0,5
2 3 30
3 2 2
0,5 0,5 0,5
s
- - -
K
1
1 0 1
30,5 1
2
30,5 1
2
s-
- - -
K
![Page 10: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/10.jpg)
au
Šema energetskog pretvarača
pogona sa asinhronim motorom
Pontencijal u odnosu na
negativnu šinu
jednosmernog međukola
3~
TR1 TR3
C
TR5
TR2 TR4 TR6
ab
cua ub
3~AM
uc
Vdc
+
−TR
RR
diodni
ispravljač
kolo za
kočenje
filter u
međukolu
PWM
invertor
![Page 11: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/11.jpg)
Vrednosti potencijala ua u funkciji stanja
prekidača u grani a
ua
Tranzistor
TR1
Tranzistor
TR2
Stanje
Sa
Vdc uključen isključen 1
0 isključen uključen 0
T1
![Page 12: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/12.jpg)
1 1
3 3
qs as
ds cs bs cb
u u
u u u u
-
3
3
3
ab caas
bc abbs
ca bccs
u uu
u uu
u uu
-
-
-
ab a b
bc b c
ca c a
u u u
u u u
u u u
-
-
-
Definicije napona i struja motora u
stacionarnom koordinatnom sistemu
1
3
qs as
ds cs bs
i i
i i i
-
Međufazni naponi računati pomoću
potencijala prema negativnoj šini
jednosmernog međukola:
Uvažen je koeficijent 2/3
u transformaciji.
Fazni naponi u odnosu na
zvezdište motora:
Naponi motora u stacionarnom
koordinatnom sistemu:
Struje motora u stacionarnom
koordinatnom sistemu:
![Page 13: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/13.jpg)
Izlazni naponi invertora u skladu sa
odgovarajućim stanjima prekidača
V1
V2V3
V4
V5 V6
d
q=a
(0,0)(V7,V8) 2
3dcV
(1,0,0)
(1,0,1) (0,0,1)
(0,1,1)
(0,1,0) (1,1,0)
![Page 14: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/14.jpg)
Prikaz napona i struja u stacionarnom
koordinatnom sistemu
Mala efektivna vrednost
napona Velika
efektivna vrednost napona
Napon
Struja
![Page 15: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/15.jpg)
Stanje
inver-
tora
Stanje
grana
Potencijal
priključka
motora
Linijski naponi Fazni naponi qd
komponente
Sa Sb Sc ua ub uc uab ubc uca uas ubs ucs uqs uds
V1 1 0 0 Vdc 0 0 Vdc 0 -Vdc 2
3dcV
1
3dcV-
1
3dcV-
2
3dcV 0
V2 1 0 1 Vdc 0 Vdc Vdc -Vdc 0 1
3dcV
2
3dcV-
1
3dcV
1
3dcV
3
dcV
V3 0 0 1 0 0 Vdc 0 -Vdc Vdc 1
3dcV-
1
3dcV-
2
3dcV
1
3dcV-
3
dcV
V4 0 1 1 0 Vdc Vdc -Vdc 0 Vdc 2
3dcV-
1
3dcV
1
3dcV
2
3dcV- 0
V5 0 1 0 0 Vdc 0 -Vdc Vdc 0 1
3dcV-
2
3dcV
1
3dcV-
1
3dcV-
3
dcV-
V6 1 1 0 Vdc Vdc 0 0 Vdc -Vdc 1
3dcV
1
3dcV
2
3dcV-
1
3dcV
3
dcV-
V7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
V8 1 1 1 Vdc Vdc Vdc 0 0 0 0 0 0 0 0
Prekidačka stanja invertora i naponi mašine T2
![Page 16: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/16.jpg)
Izračunavanje vektora fluksa
(intenziteta i ugla)
qs qs s qs qsu R i dt e dt -
ds ds s ds dsu R i dt e dt -
2 2s qs ds +
cos dss
s
sin
qss
s
1
0ds
qss
ds
tg
-
Integracija naponskih jednačina
![Page 17: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/17.jpg)
Podela na sektore za identifikaciju položaja
statorskog fluksa
S1
S2S3
S4
S5S6
V1
V2V3
V4
V5 V6
q
d
s
ds
qs
s
60
3s
2
3s
![Page 18: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/18.jpg)
2
1
6
5
4
3
03
s
2
3 3s
2
3s
4
3s
4 5
3 3s
52
3s
Ugao s S
Ugao θφs definisan u odnosu na d-osu
![Page 19: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/19.jpg)
Drugi način određivanja sektora
u kom se nalazi statorski fluks
Sθ
2
3
1
4
6
5
1
2ds s
0qs
0qs
1 1
2 2s ds s -
0qs
0qs
1
2ds s -
0qs
0qs
T3
qsds
φs uvek ima pozitivnu vrednost
![Page 20: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/20.jpg)
Prekidačke logike za fluks i moment
Odnos fluksa prema
zadatoj vrednosti
Prekidačka fun.
Sφ
1
0
*s s
*s s
Odnos momenta prema
zadatoj vrednosti
Prekidačka fun.
Sm
1
0
-1
*e e em m m-
*e e e em m m m- -
*e e em m m- -
T5
T6
![Page 21: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/21.jpg)
Sφ
1
1
-1
Sm
2 em
*em
em
*s
s
Komparatori fluksa i momenta
![Page 22: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/22.jpg)
Efekat uključenja naponskih vektora na fluks
1 1V t
0sR
2 2V t
3 3V t
4 4V t
V1
si
s
1
6
4
3
V2
6V
q
d 2
3V
4V
sd
edt
5V
6 6V t
![Page 23: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/23.jpg)
Prekidačke
funkcije
Sθ – Sektor
u kom se nalazi fluks
Sφ Sm S1 S2 S3 S4 S5 S6
1
1 V6 V1 V2 V3 V4 V5
0 V8 V7 V8 V7 V8 V7
-1 V2 V3 V4 V5 V6 V1
0
1 V5 V6 V1 V2 V3 V4
0 V7 V8 V7 V8 V7 V8
-1 V3 V4 V5 V6 V1 V2
Tabela upravljanja invertorom T7
![Page 24: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/24.jpg)
Implementacija DTC upravljanja
ТR1 ТR2 ТR4 ТR5 ТR6
Sa Sb Sc
T3
T5
T6
T7
T1
T2
T1 T1
ТR3
invertor+
bsi csi
ssK
Vdc
absu bcsu
AM
ssK
a
c
b
−
+
−
+
sR
sR
−
+
−
+
−
3~
2 2s ds qs +
qsfs
ds
arctg
fs
s
*s
qsds
qsi dsi
em
*emem
S
S
mS
Vi
3
2P
dsu qsu
![Page 25: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/25.jpg)
Regulisani elektromotorni pogon sa
direktnom kontrolom momenta
Reg. momenta
+
-
Reg. brzine
+
-
*em
*
6
M
Model motora (adap-tivni)
abcsi
3
ˆem Izb
or
vekt
ora
dcU
dcU
1 6R RT T-
Reg. fluksa
+
-
*s
ˆs
mS
S
S
S
ˆem
E
![Page 26: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/26.jpg)
Rad u proširenom opsegu brzina
(slabljenje polja)
Reg. momenta
+
-
Reg. brzine
+
-
*em
*
6
M
Model motora (adap-tivni)
abcsi
3
ˆem Izb
or
vekt
ora
dcU
dcU
1 6R RT T-
Reg. fluksa
+
-
*s
ˆs
mS
S
S
S
ˆem
E
![Page 27: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/27.jpg)
Podešavanje parametara regulatora brzine
Reg. brzine
+
-
*
Regulacija momenta
K T
1 eT
p pK T
Filter merene brzine
+
-em
mm
*em
1
mp T
Te – Vreme uspona momenta na zadatu naglu poromenu
referentne vrednosti (step komandu) – od 1 do 5 ms
![Page 28: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/28.jpg)
Podešavanje parametara regulatora brzine
Može se primeniti simetrični optimum.
Parametre regulatora brzine diktira aplikacija.
Reg. brzine
+
-
*
Regulacija momenta
K T
p pK T
Filter merene brzine
+
-em
mm*em
1
mp T
1
1 ep T+
![Page 29: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/29.jpg)
Karakteristike
• Direktno upravljanje fluksom i momentom.
• Indirektno upravljanje strujom motora (nema
regulatora struje).
• Približno sinusne statorske struje i statorski fluks.
• Vrlo brz odziv momenta.
• Učestanost komutacije invertora zavisi od širine
histerezisa u komparatorima.
![Page 30: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/30.jpg)
Prednosti
• Koristi se stacionarni referentni sistem, nema
obrtne transformacije.
• Ne koristi se IŠM (PWM) blok, direktno se
zadaju stanja prekidača u invertoru.
• Minimalno vreme odziva momenta.
• Jednostavni regulatori (histerezisni) sa
tabelarnim implementacijama.
• Manji broj izračunavanja u odnosu na vektorsko
upravljanje.
• Manji broj parametara motora se koristi u
algoritmu.
![Page 31: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/31.jpg)
Nedostaci klasične implementacije
DTC algoritma
• Odsustvo regulatora struje može dovesti do
problema sa velikim trenutnim vrednostima
struje.
• Tokom uspostavljanja fluksa u mašini
(magnetizacije) se mora koristiti drugi algoritam.
• Potrebni estimatori fluksa i momenta, koji zavise
od parametara (samo od Rs) motora.
• Promenljiva učestanost komutacije invertora.
• Veće odstupanje momenta od zadate vrednosti
(veći ripl).
![Page 32: Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim · Definicije napona i struja motora u stacionarnom koordinatnom sistemu 1 3 qs as ds cs bs ii i i i Međufazni naponi računati pomoću](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022021610/5e11f45817254e2e2c762123/html5/thumbnails/32.jpg)
Prevazilaženje nedostataka Nedostaci:
• Problemi sa velikim
trenutnim vrednostima
struje.
• Tokom magnetizacije se
mora koristiti drugi
algoritam.
• Potrebno poznavanje
parametara motora
(Rs).
• Promenljiva učestanost
komutacije invertora.
• Veći ripl momenta.
Struja se može ograničiti primenom nultog vektora –
u algoritam se ugrađuje zaštitna funkcija koja
ograničava struju.
Malom modifikacijom tabele se može postići da isti
algoritam radi i tokom uspostavljanja fluksa. Tokom
magnetizacije ne dozvoljava se komanda momenta,
nema rotacije motora.
Parametri motora se određuju veoma precizno
prilikom puštanja pogona u rad. Otpor statora je
veličina koja se može odrediti i u toku rada pogona.
U digitalnim implementacijama algoritam se
izvršava periodično, pa se i promena stanja
invertora dešava periodično. Manji broj komutacija
(promena stanja) nego sa IŠM (PWM) modulacijom.
Ripl zavisi od širine histerezisa i od učestanosti
izvršavanja algoritma. Radi se na modifikacijama
algoritma koje će smanjiti ovaj problem.