Uputstvo za korišćenje modela OPENLOOP.mdl. Ciljna grupa:

Transcript

1 putstvo za koršćenje oela OPENOOP.l Cljna grupa: tuent koj su uspešno položl OG2EM koj razueju načk oel asnhronog otora u koornat ssteu VHA/očekvana korst za stuenta: tvrđvanje grava z OG2EM koršćenje oela AM, Isptvanje, pute sulacje, zaletanja ašne, opterećenja, etc. agleavanje aspekta polaznh struje, etc. etc. TTA: Tekst je koncpran napsan tako a oogućuje stuenta koj nsu faljarn sa ulnko a ga pak počnu korstt.

2 gtalno upravljanje pretvarača pogona OG4PP aržaj Preet sulacje potrebna vrenost oela Jenačne koršćene pr oelovanju Moul posste M-atoteka za unošenje paraetara... 6 Paraetr sulacje a u paketu ulnk Prer koršćenja oela Ptanja... 2 Osek za energetku c.etf.bg.ac.yu koentar/kontakt: c@etf.bg.ac.yu

3 gtalno upravljanje pretvarača pogona OG4PP Preet sulacje Openloop prestavlja Matlab/ulnk oel ashronog otora u ssteu koj se ože korstt saostalno l kao posste pr prover razlčth zakona upravljanja reža raa AM. Centraln eo sulnk atoteke Openloop.l čn blok Inucton Motor Moel Inverse wth Inuctanse Fun, koj prestavlja oel asnhronog otora u koornat ssteu. laz u ovaj blok su napon u u, ugaona učestanost statorskog polja brzna obrtanja vratla rotra. Izalz bloka su statorske struje, elektroagnetn oent koj otor razvja, fluks rotora. Na vratlo otora, čj je oent nercje J, pore elektroagnetnog eluje oent opterećenja (oskočn sgnal oa Torue ). Vreenska zavsnost rezultujuće brzna vratla, razvjenog oenta fluksa rotora u prkazuju se na oscloskopa. Clj sulacje je a se stuent etaljno upozna sa oelo AM u koornat ssteu. Takođe, toko sulacje bće lustrovana loša načka (kvaltet prelaznog procesa) statčka (greška praćenja u staconar stanju pr ejstvu poreećaja) svojstva AM u otvorenoj sprez, oakle će bt jasna potreba za zatvaranje povratne sprege uvođenje nekog o algortaa upravljanja. Osek za energetku c.etf.bg.ac.yu koentar/kontakt: c@etf.bg.ac.yu

4 gtalno upravljanje pretvarača pogona OG4PP 2 potrebna vrenost oela oršćenje oela Openloop u ovoj laboratorjskoj vežb stuentu se oogućava: upoznavanje sa rao AM preko oela koentara koj se nalaze u tekstu koj sle; efkasna provera načke karakterstke AM; upoređvanje karakterstka elektrčnog ehančkog posstea unutar otora; rektno upoznavanje sa nač raa Matlab/ulnk; koršćenje kao posstea pr prover razlčth zakona upravljanja reža raa. Osek za energetku c.etf.bg.ac.yu koentar/kontakt: c@etf.bg.ac.yu

5 gtalno upravljanje pretvarača pogona OG4PP 3 Jenačne koršćene pr oelovanju Polazna tačka za zrau ulnk oela su jenačne naponskog balansa u koornat ssteu (za postupak zvođenja ovh jenačna vet skrptu sa preavanja profesora Vukosavća z preeta Elektrčne ašne postrojenja): ( 3.) u t ( 3.2) u t ( 3.3) u t ( 3.4) u t Pr zvođenju ovh jenačna načnjene su sleeće pretpostavke: elektrčn posste otora je reža sa skoncentrsan paraetra; nea gubtaka u sprež polju; zanearena je energja akuulrana u elektrč polju; agnetn eju je lnearan (zanearena je pojava agnetnog zasćenja). Vezu zeđu elektrčnog ehančkog posstea ašne čne zraz za elektroagnetn oent ( 3.5) M e Njutnova jenačna ( 3.6) J M e M opt. t Gornje jenačne važe za olutne vrenost napona, struje, fluksa, ugaone brzne oenta. Međut, u oelu se korste noralzovane, onosno relatvne, a ne olutne velčne. Neke o prenost koršćenja oela sa relatvn jencaa su: ogućnost jenostavnog upoređvanja otora razlčth nazvnh snaga preko relatvnh vrenost; ogućnost a se jenostav ze baznh vrenost u nt atotec oeluje rug otor, t. ao rezultat zaene olutnh velčna relatvn, na pojen esta u jenačnaa ( 3.) - ( 3.6) pojavće se oatn koefcjent skalranja. Narene jenačne opsuju kako se Osek za energetku c.etf.bg.ac.yu koentar/kontakt: c@etf.bg.ac.yu

6 gtalno upravljanje pretvarača pogona OG4PP vrš relatvzacja svh relevantnh velčna paraetara u oelu. bol koj se onose na olutne velčne aće oznaku u superskrptu, ok sbol koj se onose na relatvne vrenost ra jenostavnost neće at nkakvu oatnu oznaku: ( 3.7) ( 3.8) ( 3.9) u u,, I u u u Z I Z, I, Z I Z tcaj koj a uvođenje relatvnh vrenost na jenačne naponskog balansa bće prkazan na preru statorske ose: u u t Z I ( 3.) u t t Preuređvanje jenačne ( 3.) obja se: ( 3.) ( u ) t. Pre slčnog postupka na jenačne ( 3.2), ( 3.3) ( 3.4) obja se: ( 3.2) ( u ) t t, ( 3.3) ( ), ( 3.4) ( ) t. kalranje se ora zvršt pr relatvzacj oenta. Nae, ukupna elektrčna snaga na prključca otora je P n I cosϕ. sle gubtaka u statorsko kolu na rotor se prenos sao eo ulazne snage, zražen koefcjento efkasnost η, tako a je snaga obrtnog polja ata sa η I cosϕ. Nonaln elektroagnetn oent znos ( 3.5) M P ob Pob, I η cosϕ, Osek za energetku c.etf.bg.ac.yu koentar/kontakt: c@etf.bg.ac.yu

7 gtalno upravljanje pretvarača pogona OG4PP pa se njegova relatvna vrenost ( 3.6) M e M M e M ože zrazt na sleeć načn ( 3.7) ( 3.8) M M e e I η cosϕ η cosϕ I η cosϕ I ( ) ako su pr zvođenju zraza za oent zanearen gubc u gvožđu, frkcja ventlacja, realn oent bće za oko % anj o onog koj aje gornj zraz, pa je konačno: ( 3.9) M ( ) ( 3.2) e,.92. η cosϕ Po pretpostavko a su raspne nuktvnost statora rotora jenake, proračun struja,, z flukseva,, ože se obavt na osnovu sleećh jenačna: ( 3.2) e γ γ, 2 2 e, ( 3.22) ( ) ( ), e ( 3.23) ( ), 2, ( 3.24) ( ) ( ) e ( 3.25) ( ) 2. ( ) ( ) Moent nercje J nje uzet z kataloga, već je zabran tako a prelazn proces u ssteu buu uočljv, a a sulacja ne traje prevše ugo. Mala vrenost oenta nercje učnla b prelazne procese brz, tako a b bo potreban zuzetno al korak ntegracje a b se on uočl. ruge strane, velko J b sste učnlo spor, trebalo b puno vreena a se ostgne staconarno stanje, pa b vree sulacje oralo a se prouž. Osek za energetku c.etf.bg.ac.yu koentar/kontakt: c@etf.bg.ac.yu

8 gtalno upravljanje pretvarača pogona OG4PP 4 Moul posste Moel AM u koornat ssteu prestavljen je bloko Inucton Motor Moel wth Inverse Inucton Fun. Njegov ulaz su relatvne vrenost napona na statorsk prključca u u, ugaona učestanost obrtanja statorskog polja, tj. snhrona učestanost, brzna obrtanja vratla rotora. Izlaze z bloka čne relatvne vrenost statorskh struja, elektroagnetnog oenta (zlaz Torue ) fluksa rotora ( Fluxot ). Na slc prkazana je nterna struktura bloka Inucton Motor Moel wth Inverse Inucton Fun. organzacj ovog posstea ogu se uočt 3 funkconalne celne, sa sleeć ulogaa: ) proračun flukseva,, na osnovu jenačna naponskog balansa ( 3.), ( 3.2), ( 3.3) ( 3.4), prlagođenh relatvn velčnaa, preuređenh u foru zgonu za oelovanje; 2) proračun struja,, na osnovu poznath vrenost fluksa, u bloku Inverse Inuctance, na osnovu jenačna ( 3.22), ( 3.23), ( 3.24) ( 3.25); 3) proračun elektroagnetnog oenta, na osnovu jenačna ( 3.9) ( 3.2), oula rotorskog fluksa, pooću bloka za konverzju kartezjanskh u polarne koornate. Ove celne naznačene su na slc. okvru bloka Inucton Motor Moel wth Inverse Inucton Fun oelovan je sao elektrčn posste otora, to u fktv koornat ssteu. Moel koj b vše ogovarao real slučaju ao b za ulaze fazne napone u a, u b I u c. Iz ovh napona b se proračunavale vrenost fluksa, na osnovu jenačna naponskog balansa u staconar abc koornat ssteu, što b po funkcj ogovaralo possteu na slc. Iz flukseva b se zat oređvale struje, slčno kao u bloku Inverse Inuctance (prett a b ovaj blok bo znatno složenj nego u slučaju koornatnog sstea, jer b atrca nuktvnost saa bla nestaconarna). Međut, ovakav oel b bo nepovoljnj sa stanovšta alje upotrebljvost. Nae, nrektno rektno vektorsko upravljanje zasnvaju se velčnaa u koornat ssteu. obzro a b ulaz zlaz z gore opsanog oela AM bl napon struje u staconar abc koornat ssteu, oral bso najpre a vršo larkovu Parkovu transforacju a bso z struja a, b c obl, a zat a referentne napone u u, koj prestavljaju zlaz z algorta upravljanja, transforšeo nverz Parkovo nverz larkovo transforacjo naza u abc koornatn sste, jer b naš oel AM saa na ulazu očekvao napone u a, u b u c. ve ovo b oele učnlo složenj anje preglen, pa se z tog razloga prbegava koršćenju oela AM upravo u kornat ssteu, koj je kroz ovu vežbu obrađen. Osek za energetku c.etf.bg.ac.yu koentar/kontakt: c@etf.bg.ac.yu

9 gtalno upravljanje pretvarača pogona OG4PP lka. Funkconalne celne bloka Inucton Motor Moel wth Inverse Inucton Fun. Mehančk posste, opsan jenač ( 3.6), naznačen je na slc 2. lka 2. Moel ehančkog posstea AM. laz u ehančk posste je razvjen elektroagnetn oent (zlaz Torue bloka Inucton Motor Moel wth Inverse Inuctance Fun ), a njegov zlaz je brzna obrtanja Osek za energetku c.etf.bg.ac.yu koentar/kontakt: c@etf.bg.ac.yu

10 gtalno upravljanje pretvarača pogona OG4PP vratla otora, zražena u relatvn jencaa (ulaz Wr bloka Inucton Motor Moel wth Inverse Inuctance Fun ). Osek za energetku c.etf.bg.ac.yu koentar/kontakt: c@etf.bg.ac.yu

11 gtalno upravljanje pretvarača pogona OG4PP 5 M-atoteka za unošenje paraetara Int. je Matlab -atoteka koja efnše nazvne zveene paraetre otora, objene z kataloga l zvođenje ogovarajućh ekperenata. Pre pokretanja sulacje, u workspace Matlaba treba unet sve potrebne paraetre, što se na jenostavan načn obavlja unošenje ena ove atoteke u koannu lnju prtsko na <Enter>. Prenost koršćenja atoteka za efnsanje paraetara ulnk oela su: preglenost sv paraetr efnsan su na je estu, uz eventualne koentare koj opsuju njhovo značenje postupak oređvanja; jenostavna zena vrenost paraetara ovoljno je u koannoj lnj glavnog Matlabovog prozora efnsat novu vrenost ponovo pokrenut sulacju; ogućnost koršćenja stog ulnk oela za analzu razlčth otora oguće je efnsat vše Int. atoteka, o kojh svaka sarž poatke za po jean tp otora, pre pokretanja sulacje u koannu lnju unet e one -atoteke koja sarž paraetre za ogovarajuć otor. ve velčne su relatvne. nastavku je objašnjen načn na koj je oređen svak o paraetara. Nazvne vrenost napona, struje, učestanost statorskog napona oenta objaju se z kataloga. Otpornost statorskh naotaja se er na prključca otora. elatvna vrenost otpornost rotorskh naotaja jenaka je nal relatv klzanju. Nae, taa je reaktansa agetzaconog naotaja u zaenskoj še AM znatno veća o peanse rotorske grane, tako a su statorska rotorska struja prblžno jenake. ruge strane, kako je nalno relatvno klzanje znatno anje o, otpornost s u rotoskoj gran bće znatno veća o reaktanse raspne nuktrvnost, kao o otpora rotorskog naotaja. Prea toe, napon na otpornku s je nalan, a kroz njega protče nalna struja, pa je njegova otpornost jenaka baznoj peans. Oave sle a je relatvna vrenost rotorske otpornost jenaka nal klzanju s. aa je otor neopterećen, relatvno klzanje je prblžno jenako nul, tako a je otpornost rotorske grane u zaenskoj še beskonačno velka, pa sva struja praznog hoa I protče kroz agnetzaconu nuktvnost. ako je njena reaktansa znatno veća o peanse koju čne rena veza statorske otpornost raspne nuktvnost, a po pretpostavko a su apltua učestanost napona koj se otor napaja naln, sle a je agnetzacona nuktvnost ata sa, I pa je njena relatvna vrenost Osek za energetku c.etf.bg.ac.yu koentar/kontakt: c@etf.bg.ac.yu

12 gtalno upravljanje pretvarača pogona OG4PP I Z I I I, onosno jenaka je recpročnoj vrenost relatvne struje praznog hoa. Ekvvalentna reaktansa raspanja e oređuje se z eksperenta sa zaustavljen rotoro. Taa je relatvno klzanje s, pa je ukupna peansa rotorske grane zanearljva u onosu na reaktansu raspanja. Zaenska šea saa se svo na renu vezu statorske rotorske otpornost nuktvnost raspanja. Prea toe, e se ože oret z reaktanse otora pr zaustavlje rotoru, eljenje sa učestanošću napajanja. Po pretpostavko a su raspne nuktvnost statora rotora jenake, sle 2 γ γ e. Nonalna vrenost koponente statorske struje oređuje se z nalnog fluksa rotora. Nae, pr raspregnuto upravljanju oento flukso ( osa userena u pravcu vektora rotorskog fluksa) obja se a je u staconar stanju I. aa se olutne vrenost zraze preko relatvnh, obja se I, pa je u nal režu I,. Osek za energetku c.etf.bg.ac.yu koentar/kontakt: c@etf.bg.ac.yu

13 gtalno upravljanje pretvarača pogona OG4PP 6 Paraetr sulacje sulacj je koršćena Eulerova (oe) etoa za nuerčko rešavanje ferentnh jenačna, sa fksn korako sulacje o.2. orak sulacje oabran je tako a bue uočljve osclacje koje se javljaju u toku prelaznog procesa. Nae, po pokretanju sulacje na ulaze u bloka Inucton Motor Moel wth Inverse Inucton Fun ovoe se jenčne (nalne) vrenost, a kako su polov funkcje prenosa AM u otvorenoj sprez slabo prgušen, ozv će bt osclatornog karaktera. Peroa ovh osclacja znos prblžno.2 s. Teorjsk, za korak ntegracje ogla b se usvojt vrenost o.2 s, koja b garantovala zračunath tačaka u svakoj pero osclacja. Međut, ovako zabran korak ntegracje rezultuje relatvno alo precznošću, pa se ogu javt nuerčk proble pr rešavanju ferentnh jenačna. ako b se ovo zbeglo, usvojen je korak ntegracje o.2, ok je rezolucja XY grafka.2 s ( tačaka po pero). sulacj je lustrovano ejstvo konstantnog poreećaja na relevantne velčne u ssteu. Trenutak početka elovanja poreećaja oabran je tako a se ssteu a ovoljno vreena a završ sve prelazne procese, kako b se ejstvo poreećaja na zlaz razvojlo o ejstva jenčnh ulaznh oskočh sgnala. obzro a je vree srenja sstea oko.7 s, za trenutak početka elovanja poreećaja oabrano je t 2.5 s. Za vree trajanja sulacje oabrana je vrenost o 5 s. Za prkaz rezultata sulacje korste se cope blokov z ulnkove nks bbloteke. On aju opcju t ata ponts to last, koja služ za ogrančavanje broja tačaka prkazanh na grafku. Ova opcja je sključena (postupak je lustrovan na slc 3), kako b na ekranu bo vljv ceo grafk, o t s o t 5 s. lka 3. Opcja t ata ponts bloka cope. Osek za energetku c.etf.bg.ac.yu koentar/kontakt: c@etf.bg.ac.yu

14 gtalno upravljanje pretvarača pogona OG4PP 7 a u paketu ulnk Ovo poglavlje naenjeno je stuenta koj se prv put susreću sa progrask jezko Matlab njegov paketo ulnk, sarž ops postupaka koja se olaz o rezultata sulacje grafka oenta, brzne fluksa otora. Postupak je sleeć:. jean rektorju na računaru sestt atoteke Int. Openloop.l. 2. Pokrenut Matlab. 3. Za tekuć rektorju postavt onaj z koraka (korstt uge Browse, prkazano na slc 4). lka 4. uge Browse u glav prozoru Matlaba. 4. koannu lnju ukucat Int prtsnut Enter. Ov se u Matlabov ran prostor uvoe potrebne proenljve, efnsane u atotec Int.. Osek za energetku c.etf.bg.ac.yu koentar/kontakt: c@etf.bg.ac.yu

15 gtalno upravljanje pretvarača pogona OG4PP 5. koannu lnju ukucat Openloop prtsnut Enter. Ov se pokreće ulnk otvara oel Openloop.l. 6. Prtsnut uge un, naznačeno na slc 5. Ov se pokreće sulacja. 5. uge un u prozoru ulnka. 7. Po završetku sulacje, vostruk klko na nek o oscloskopa obja se vreenska zavstnost ogovarajuće velčne. orstt Autoscale (uge sa slko voglea) za autoatsko skalranje slke. Alternatvno, u koannoj lnj ože se otkucat ZaPrkazlke <Enter>, če se pokreće -atoteka koja forra grafke brzne, oenta fluksa. 8. Blo koj paraetar u oelu lako se ože zent, vostruk klko na ogovarajuć blok unošenje nove vrenost. Na prer, ože se zent vektor statorskog napona, proe vrenost u blokova, l oent nercje, ze pojačanja bloka /J. Nakon zene treba ponovo pokrenut sulacju, prtsko na un. Osek za energetku c.etf.bg.ac.yu koentar/kontakt: c@etf.bg.ac.yu

16 gtalno upravljanje pretvarača pogona OG4PP 8 Prer koršćenja oela Jean o ogućh upotreba oela Openloop jeste analza ponašanja AM prključenog na režn napon. ovo preru, neopterećen AM bće prključen na nazvn napon nazvne učestanost. Ovo znač a relatvna vrenost oula statorskog napona treba a bue, što se ože postć postavljanje u u (preporučuje se stuentu a prover šta će se est ako postav u u ). Takođe, relatvna vrenost kružne učestanost napona napajanja treba a bue jenčna, pa je. Nakon t 2.5 sec na vratlo počnje a eluje nazvno opterećenje. Nakon zvršenja sulacje objen su grafc prkazan na slkaa 6, Elektroagnetn oent 4 3 M e [p.u.] t [sec] lka 6. Elektroagnetn oent AM u otvorenoj sprez. Osek za energetku c.etf.bg.ac.yu koentar/kontakt: c@etf.bg.ac.yu

17 gtalno upravljanje pretvarača pogona OG4PP.2 gaona brzna.8.6 [p.u.] t [sec] lka 7. gaona brzna AM u otvorenoj sprez. Fluks rotora [p.u.] t [sec] lka 8. Fluks rotora AM u otvorenoj sprez. Očglena je velka osclatornost pr uspostavljanju fluksa oenta nakon oskočne proene napona u u trenutku t sec. Ona je posleca slabe prgušenost onantnog Osek za energetku c.etf.bg.ac.yu koentar/kontakt: c@etf.bg.ac.yu

18 gtalno upravljanje pretvarača pogona OG4PP Osek za energetku c.etf.bg.ac.yu koentar/kontakt: para polova funkcje prenosa AM. Nae, z jenačna naponske ravnoteže elektrčnog kola rotora ( 8.) t ( 8.2) t ogu se elnsat rotorske struje, jer je ( 8.3) ( 8.4) pa se obja ( 8.5) t ( 8.6) t Ako se z gornjh jenačna zvoje zvo fluksa, sste napše u atrč oblku, obja se ( 8.7) A T T T t , ge je T vreenska konstanta elektrčnog kola rotora. Ove su fluksev rotora uzet kao proenljve stanja, a statorske struje prestavljaju upravljačke proenljve. Polove sstea objao z karakterstčne jenačne ( ) et A si. ako se pokazuje a su on at sa ( 8.8) j T s ± 2 / Ako je Ω, H 5 ra/sec ao a onos olutnh vrenost realnog agnarnog ela znos ( 8.9) 5. T

19 gtalno upravljanje pretvarača pogona OG4PP Ova prlčno ala vrenost ukazuje na slabu prgušenost konjugovano kopleksnog para polova atrce funkcja prenosa o koponent statorske struje o koponent rotorskog fluksa, pa je jasno šta je uzrok osclacjaa u ozvu fluksa, a sa t oenta, s obzro a je on srazeran prozvou fluksa struje. Proena opterećenja u trenutku t 2.5sec ovo o trajnog ostupanja brzne o vrenost z prethonog staconarnog stanja, šta je blo za očekvat, s obzro a u ssteu ne postoj povratna sprega. Jasno je a se AM ne ože korstt u otvorenoj sprez, već a je potrebno uvest strategje upravljanja koje će ga učnt upotrebljv u servo aplkacjaa. Osek za energetku c.etf.bg.ac.yu koentar/kontakt: c@etf.bg.ac.yu

20 gtalno upravljanje pretvarača pogona OG4PP 9 Ptanja. Šta se ešava sa oento, flukso brz ako se napon u rž na vrenost nula, a zaa se nalna vrenost za u ( u ). Postoj l razlka u onosu na prethon slučaj? a l očekujete a se napo u oređuje fluks, a napo u oent? OGOVO: Grafc brzne fluksa, oenta brzne bće entčn ako se uze u u. Nae, u ovo rugo slučaju bće prenjen naponsk vektor ste apltue, al će njegova orjentacja u koornat ssteu bt rugačja. hono toe, apltue strujnog vektora vektora fluksa bće ste, al će se njhove faze razlkovat u onosu na prethon slučaj. Prea toe, čtava ruža vektora bće sta kao u pretho slučaju, s t što će bt poerena za π 2 oko koornatnog početka sstea. Preporučuje se stuentu a se u ovo sa uver, korsteć blokove za transforacju kartezjanskh u polarne koornate koje se nalaze u bblotec ulnk Extras/Transforatons. oentu neće bt razlke, jer je on srazeran vektorsko prozvou fluksa struje, pa će sa t brzna bt sta. Očgleno a oba napona utču na fluks na oent. Nea rasprezanja po osaa, jer je to karakterstka upravljanja u koje je osa orjentsana u seru rotorskog fluksa, a čak taa oento flukso upravljaju struje a ne napon, onosno potrebno je a postoje strujn regulator koj će oređvat potrebne napone. Ove nje pleentrano nkakvo upravljanje, sste je u otvorenoj sprez, a ugao zeđu ose fluksa nje nula on se ože oret kao faza vektora fluksa u staconar stanju, pre ejstva poreećaja, za slučaj kaa je u u. Zaključak: raspregnuto upravljanje oento flukso AM nje nherentna karakterstka svakog algorta koj se zasnva na koornat ssteu, već sao onog ko kojeg je osa pravlno orjentsana, što se postže pravln proraču klzanja, ko kojeg postoj preczna regulacja koponent statorske struje. 2. Šta se ešava sa oento brz otora ako se apltua poreećaja proen sa na 4? ako objašnjavate ovakav rezultat? 3. Pokazat grafca objasnt kako sanjenje povećanje oenta nercje J utče na ozv fluksa? Napoena: obratt pažnju a polov funkcje prenosa o struje o fluksa zavse o klzanja, a a klzanje zavs o brzne obrtanja rotora. azotrt šta se ešava sa koefcjento prgušenja polova kaa se otor zaleće. Osek za energetku c.etf.bg.ac.yu koentar/kontakt: c@etf.bg.ac.yu