Post on 11-Jan-2016
description
Regulisani elektromotorni pogoni sa asinhronim
mašinama – Direktna kontrola momenta
Istorijski pregledOpis metode
Način realizacijePodešavanje parametara regulatora brine
Pregled karakteristikaPrevazilaženje nedostataka
Direktna kontrola momentaDTC (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.
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-EfficiencyControl Strategy of an Induction Motor
ISAO TAKAHASHI, MEMBER, IEEE, AND TOSHIHIKO NOGUCHI
Stacionarni referentni sistem
qs s qs qsd
u R idt
(1)
ds s ds dsd
u R i pdt
(2)
0 r qr qr drd
R idt
(3)
0 r dr dr qrd
R idt
(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
Jednačina momenta u vektorskoj formi
3 3sin
2 2e s s s sm P i P i
si
s
em
em
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
0
T
T0 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
Stacionarni koordinatni sistemMatrice transformacije statorskih veličina
1 0,5 0,5
2 3 30
3 2 20,5 0,5 0,5
s
K
1
1 0 1
30,5 1
2
30,5 1
2
s
K
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
diodniispravljač
kolo zakočenje
filter umeđukolu
PWMinvertor
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
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 u odnosu na negativnu šinu 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:
Izlazni naponi invertora u skladu sa odgovarajućim stanjima prekidača
V1
V2V3
V4
V5 V6
d
q=a
(0,0)(V7,V8) 2
3 dcV
(1,0,0)
(1,0,1)(0,0,1)
(0,1,1)
(0,1,0) (1,1,0)
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
3 dcV 1
3 dcV 1
3 dcV 2
3 dcV 0
V2 1 0 1 Vdc 0 Vdc Vdc Vdc 0 1
3 dcV 2
3 dcV 1
3 dcV 1
3 dcV 3
dcV
V3 0 0 1 0 0 Vdc 0 Vdc Vdc 1
3 dcV 1
3 dcV 2
3 dcV 1
3 dcV 3
dcV
V4 0 1 1 0 Vdc Vdc Vdc 0 Vdc 2
3 dcV 1
3 dcV 1
3 dcV 2
3 dcV 0
V5 0 1 0 0 Vdc 0 Vdc Vdc 0 1
3 dcV 2
3 dcV 1
3 dcV 1
3 dcV 3
dcV
V6 1 1 0 Vdc Vdc 0 0 Vdc Vdc 1
3 dcV 1
3 dcV 2
3 dcV 1
3 dcV 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
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
Podela na sektore za identifikaciju položaja statorskog fluksa
S1
S2S3
S4
S5 S6
V1
V2V3
V4
V5 V6
q
d
s
ds
qs
s
60
3s
2
3s
2
1
6
5
4
3
03s
2
3 3s
2
3 s
4
3s
4 5
3 3s
52
3 s
Ugao s S
Ugao θφs definisan u odnosu na d-osu
Drugi način određivanja sektora u kom se nalazi statorski fluks
Sθ
231465
1
2ds qs
0qs
0qs
1 1
2 2qs ds qs 0qs
0qs
1
2ds qs
0qs
0qs
T3
qsds
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
Sφ
1
1
-1
Sm
2 em
*em
em
*s
s
Komparatori fluksa i momenta
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 ��������������
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
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
cb
−
+
−
+
sR
sR
−
+
−
+
−
3~
2 2s ds qs
qsfs
dsarctg
fs
s
*s
qsds
qsi dsi
em
*emem
S
S
mS
Vi
3
2P
dsu qsu
Regulisani elektromotorni pogon sa direktnom kontrolom momenta
Reg. momenta
Reg. brzine
*em
*
6
M
Model motora (adap-tivni)
abcsi
3
ˆem Izbo
r ve
ktor
a
dcU
dcU
1 6R RT T
Reg. fluksa
*s
ˆs
mS
S
S
S
ˆem
E
Rad u proširenom opsegu brzina (slabljenje polja)
Reg. momenta
Reg. brzine
*em
*
6
M
Model motora (adap-tivni)
abcsi
3
ˆem Izbo
r ve
ktor
a
dcU
dcU
1 6R RT T
Reg. fluksa
*s
ˆs
mS
S
S
S
ˆem
E
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
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 T1
1 ep T
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.
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.
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).
Prevazilaženje nedostatakaNedostaci:
• 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.
Za one koji žele više...
• Laboratorijske vežbe – Praktikum– Regulisani pogon sa direktnom kontrolom Regulisani pogon sa direktnom kontrolom
momenta asinhronog motoramomenta asinhronog motora
• Seminarski rad (uz podršku nastavnika i literature)
• Energetski efikasni elektromotorni pogoni (MS)• Literatura