4. Regulacija AM u KSP V. Ambrožič: Izabrana predavanja iz UEMP, TF Rijeka 4. VEKTORSKA REGULACIJA ASINKRONOG MOTORA

Transcript

1 4. VEKTORSKA REGULACIJA ASINKRONOG MOTORA 4.1 Regulacija istosmjernog stroja s neovisnom uzbudom ε mikroračunalo i/ili upravljačka elektronika energetski sklop motor ω α ω regulator brzine α* i * α regulator ubrzanja a i a m regulator struje u a * u a e vođeni isprevljač glađenje T a i a M e Mt vz =konst. J -1 ω 1 1 ε* ε regulator pozicije Slika 4-1: Blokovska šema regulacije normiranog IM s vanjskom uzbudom 4-1

2 4.2 Regulacija asinkronog motora u koordinatnom sustavu polja Model AM u KSP omogućuje odvojeno upravljanje tokom i momentom. Slika 4-2 pokazuje principijelnu blokovsku šemu regulacije AM u KSP. ε, ω, M el ε, ω analogija s regulacijom ist. motora µc energ. dio AM d,q a,b ρ m i* S1,S2,S3 u m S1,S2,S3 i S1,S2,S3 i* Sa,Sb i Sa,Sb a,b // /// /// // // i m S1,S2,S3 i Sd,Sq 1,2,3 a,b pretvarač dinamika a,b d,q pogona ρ ocjena vektora fluksa ocjena momenta i m S1,S2,S3 ε, ω i* Sq i* Sd reg. fluksa i ~ m mr R reg. brzine M * el reg. mom.. i* * mr~ R M ~ i m m el Sq ω ω reg. poz. ε ε Slika 4-2: Osnovna blokovska šema regulacije AM u KSP 4-2

3 Treba napomenuti da je ovo tek jedan od mogućih pristupa regulaciji AM u KSP. Na slici su vidljiva tri glavne komponente u suvremenom EMP: AM, izvor napajanja (pretvarač) i regulacijski dio (mikroračunalo-µc). Bit regulacije je modeliranje motora u KSP u mikroračunalu, dakle izvan motora. Na taj način dobijemo informacije o internim veličinama motora koji postaje ekvivalentan istosmjernom motoru s vanjskom uzbudom. Pravilno izračunana uzdužna d - komponenta struje (indeks m ) je posredno već informacija o rotorskom toku: (analogno uzbudnom toku IM). Poprečna (d) komponenta struje uzrokuje električni moment (pri i mr = konst). Rezultati regulacijskog algoritma su referentne vrijednosti d i q komponenti statorske struje. Zato ih pred slanjem u AM moramo pretvoriti u dvofazni SKS te u trofazni sistem. Pojačanje tih struja je zadaća pretvarača, koji može biti konfiguriran na više načina. 4.3 Ocjena vektora rotorskog toka Za dobru regulaciju AM u KSP je potrebno imati informacije o vektoru struje magnetiziranja rotora. to nam je potrebno iz dva razloga: 1. Njegov modul je informacija o magnetizaciji motora. 2. Njegov kut je ujedno i kut KSP, u kojemu se i vrši regulacija. Ovdje ćemo prikazati tek tri moguće metode. Prva ima danas tek povijesno značenje, budući se upotrebljavala u prvim pogonima u KSP, a zbog brojnih nedostataka više nije u upotrebi Određivanje rotorskog fluksa direktnim mjerenjem toka u zračnom rasporu U zračnom rasporu su montirani Hallovi senzori (Slika 4-3). Slika 4-3: Šema određivanja rotorskog fluksa mjerenjem fluksa u zračnom rasporu 4-3

4 Senzori su smješteni pod električnim pravim kutom i zahvaćaju tok u zračnom rasporu r m u fiksnom (a, b) SKS: ma i mb (Slika 4-4). Iz njih tek treba izračunati komponente rotorskog toka u SKS. Slika 4-4: Vektori rotorskog toka i toka u zračnom rasporu Komponente rotorskog toka u SKS su dane izrazima: Ra Rb = L i Sa = L i Sb + L i R Ra + L i R Rb, 4.1 što skraćeno zapisujemo kao Ra, b = Li Sa, b + Li R Ra, b. 4.2 Fluks u zračnom rasporu je: ( i ) ma, b = L i Sa, b + Ra, b. 4.3 Prema tome, rotorski fluks izračunamo iz prijašnjih dvaju setova jednadžbi LR LR Ra, b = ma, b ( LR L ) isa, b = ma, b σ RLi Sa, b. 4.4 L L 4-4

5 Traženi kut rotorskog fluksa (odnosno kut KSP) te iznos rotorskog toka je: ρ = arctan Rb Ra 2 2 R Ra Rb mr i = + = Li 4.5 Slabosti metode: Točno razmještanje senzora je komplicirano, povećava njegove dimenzije i poskupljuje motor. Senzori su mehanički i termički osjetljivi. Signali iz senzora su opterećeni smetnjama čijih frekvencija je proporcionalna brzini Određivanje rotorskog fluksa integracijom statorskog napona Iz statorske naponske jednadžbe možemo izračunati statorski fluks: u τ dsa, b = RSiSa b + Sab, ( τ ) = ( usab, RSiSab, ) dt dt Sa, b,. 4.6 Rotorski i statorski fluks su definirani kao = Li + Li Sa, b S Sa, b Ra, b Ra, b = Li Sa, b + Li R Ra, b. 4.7 Iz gornjih jednadžbi izračunamo komponente rotorskog fluksa: 2 L R L LR Ra, b = Sa, b LS isa, b ( Sa, b Li S Sa, b) L L = L σ = τ LR = ( usa, b RS isa, b) dt LSiSa, b. L σ R

6 Slika 4-5: Načelna šema određivanja rotorskog fluksa iz statorskih napona (i struja) Slika 4-6: Detaljna šema određivanja rotorskog fluksa iz statorskih napona (i struja) Slabosti metode: Integracija: zbog otvorene petlje integracije napona dolazi do drifta, što je posebno izraženo kod manjih brzina. Promjenjivost parametara stroja: šema je ovisna o parametrima stroja koji se tijekom rada mijenjaju 4-6

7 Prednost metode: mjere se samo električne varijable statora Određivanje rotorskog fluksa mjerenjem statorskih struja i kuta rotora Kod ove metode mjerimo fazne struje te zakretni kut rotora i S1 i S2 i S3 AM senzor brzine ili položaja TD i mr ~ R ρ transf. ε ω Slika 4-7: Načelna šema određivanja rotorskog fluksa mjerenjem statorskih struja i položaja rotora Slika 4-8: Detaljna šema određivanja rotorskog fluksa mjerenjem statorskih struja i položaja rotora Slabosti metode: Potrebno mjerenje kuta rotora (npr. resolverom ili inkrementalnim enkoderom) Izražena ovisnost od vrlo promjenjive vremenske konstante rotorskog namota T R. 4-7

8 Prednost metode: nema otvorene integracijske petlje, pa zato daje dobre rezultate i kod manjih brzina. 4.4 Dinamika AM reguliranog u KSP Slijedeća slika pokazuje vremensku ovisnost momenta i brzine kod reverziranja AM u praznom hodu od 15 min -1 do +15 min -1. Slika 4-9: Oscilogram brzine i momenta kod reverziranja Na struji jedne faze vidimo kako je ona u ustaljenom stanju sinusna. Tijekom prelazne pojave dolazi do neuobičajene vremenske ovisnosti. Treba reći da ovakvi oblici struja nisu diktirani na nivou faznih vrijednosti, već u KSP. Konačnom transformacijom u SKS struje poprime oblik prikazan na slici. 4-8

9 i S1d i S1 * Slika 4-1: Valni oblici referentne i stvarne struje jedne faze tijekom reverziranja 4-9