Układy sterowania
częstotliwościowego
silników asynchronicznych
cz.2
1
Sterowanie wg metody orientacji wektora pola
Układ napędowy z falownikiem napięcia MSI sterowanym
wg metody śledzenia zadanej fali prądu
28
Sterowanie wg metody orientacji wektora pola
Układ z modelem prądowy do odtwarzania strumienia
skojarzonego wirnika
UkÅ‚ad przetwarzajÄ…cy (PÈ
È)
È
È
Estymator (obserwator)
strumienia skojarzonego wirnika
ABCÄ…²
Model prÄ…dowy
Èr
t
iÄ… = iA
ëÅ‚ öÅ‚
1 Tr
iA, iB, iC
iÄ…, i² È = Tr ìÅ‚ xM isÄ… -É TN È -È ÷Å‚
rÄ… +"ìÅ‚
r² rÄ…
÷Å‚
íÅ‚ Å‚Å‚
0
iA + 2iB
i² =
sinÅ‚È
3
t
ëÅ‚ öÅ‚
1 Tr
È =
r² rÄ… r²
+"ìÅ‚ xM is² +É TN È -È ÷Å‚
÷Å‚
Tr 0 ìÅ‚
íÅ‚ Å‚Å‚
É
cosÅ‚È
È
È
r²
2 2
rÄ…
È = È +È , sinÅ‚È = , cosÅ‚È =
r rÄ… r²
È È
r r
29
Sterowanie wg metody orientacji wektora pola
Układ napędowy z falownikiem napięcia MSI sterowanym
wg metody śledzenia zadanej fali prądu
30
Sterowanie wg metody orientacji wektora pola
Układ napędowy z falownikiem napięcia MSI sterowanym
wg metody śledzenia zadanej fali prądu
Przekształcanie współrzędnych
xyÄ…²
ab ABC
2 2
isxz
isz = isxz + isyz
iAz
iAz = isÄ…z
isÄ…z
isyz
sin´ =
z
isyz
isz
1
isxz
iBz
iBz = ( 3is²z - isÄ…z)
cos´ =
z
isz 2
sinÅ‚È
iCz = -iAz - iBz
isÄ…z = isz(cosÅ‚È cos´ - sinÅ‚È sin´ ) is²z
z z iCz
cosÅ‚È
is²z = isz(sinÅ‚È cos´ + cosÅ‚È sin´ )
z z
31
Sterowanie wg metody orientacji wektora pola.
Układ napędowy z falownikiem napięcia MSI z modulatorem
wektorowym
32
Sterowanie wg metody orientacji wektora pola
Układ z modelem napięciowym do odtwarzania strumienia
skojarzonego wirnika
UkÅ‚ad przetwarzajÄ…cy (PÈ
È)
È
È
Estymator (obserwator)
strumienia skojarzonego wirnika
ABCÄ…²
Èr
Model napięciowy
iA, iB, iC iÄ… = iA
iÄ…, i²
xr t disÄ…
ëÅ‚ öÅ‚dt
È =
rÄ…
+"ìÅ‚u - rsisÄ… - xà TN dt ÷Å‚
iA + 2iB
TN xM 0 íÅ‚ sÄ…
Å‚Å‚
i² =
3 sinÅ‚È
dis²
ëÅ‚ öÅ‚
xr t
uÄ… = uA
È =
r²
+"ìÅ‚u - rsis² - xÃTN dt ÷Å‚
÷Å‚dt
TN xM 0ìÅ‚ s²
íÅ‚ Å‚Å‚
uÄ…, u²
uA, uB, uC u² = uA + 2uB
3 cosÅ‚È
È
È
r²
2 2
rÄ…
È = È +È , sinÅ‚È = , cosÅ‚È =
r rÄ… r²
È È
r r
33
Sterowanie wg metody orientacji wektora pola
Cechy układu sterowanego wg metody orientacji wektora pola
" jest to sterowanie typu prądowego z wewnętrznym zadawaniem
częstotliwości,
" mo\
liwość niezale\
nego sterowania strumienia skojarzonego i momentu
silnika,
" bardzo dobre właściwości dynamiczne napędu,
" konieczność odtwarzania strumienia skojarzonego wirnika (informacja o
amplitudzie i poło\
eniu w ukÅ‚adzie współrzÄ™dnych Ä…,²
Ä…,²),
Ä…,²
Ä…,²
" dość du\
e nakłady obliczeniowe wynikające m.in.. z konieczności
dwukrotnego przetwarzania sygnałów:
 sygnałów pomiarowych z ukÅ‚adu ABC Ò! Ä…,² Ò! x,y,
Ò! Ä… ² Ò!
Ò! Ä… ² Ò!
Ò! Ä… ² Ò!
 sygnałów sterujÄ…cych z ukÅ‚adu x,y Ò! Ä…,² Ò! ABC.
Ò! Ä… ² Ò!
Ò! Ä… ² Ò!
Ò! Ä… ² Ò!
34
Bezpośrednie sterowanie momentem
(Direct Torque Control  DTC)
Równania maszyny asynchronicznej
w ukÅ‚adzie współrzÄ™dnych nieruchomych Ä…,²
dÈ
(1)
us = rs is + TN s
dt
dÈ
(2)
0 = rr ir + TN r - jÉÈ
r
dt
È = xs is + xM ir
(3)
s
È = xM is + xr ir
(4)
r
*
(5)
m = Im(È is)
Z dotychczasowych analiz wynika \
e:
s
Z zale\
ności (3)  (4) otrzymuje się:
ÉsÈ r = const.
xM
È - È
Z zale\
ności (1):
s
xr r
(6)
is =
xÃ
t t
1 1
È =
(8)
s
i po wstawieniu do (5): +"(u - rs is )dt H" TN +"u dt
s
TN 0 s
0
ëÅ‚ öÅ‚
1 xM " ÷Å‚ 1 xM
"
ìÅ‚
m = ImìÅ‚È È - È È = È È sin´È (7)
xà íÅ‚ s s xr s r ÷Å‚ xà xr s r
Å‚Å‚
35
Bezpośrednie sterowanie momentem
(Direct Torque Control  DTC)
1 xM
m = È È sin´È
xà xr s r
t
1
È =
+"u dt
s
TN 0 s
Dla us = const.:
1
È =È + ust
s s0
TN
36
Bezpośrednie sterowanie momentem
(Direct Torque Control  DTC)
1 xM
m = È È sin´È
xà xr s r
t
1
È =
+"u dt
s
TN 0 s
Dla us = const.:
1
È =È + ust
s s0
TN
37
Bezpośrednie sterowanie momentem
(Direct Torque Control  DTC)
1 xM
m = È È sin´È
xà xr s r
t
1
È =
+"u dt
s
TN 0 s
Dla sektora N=1
" us1(100) ÈsÄ™!, ´ÈH"const., mÄ™!
" us2(110) ÈsÄ™!, ´ÈÄ™!, mÄ™!,
" us3(010) Ès , ´ÈÄ™!, mÄ™!,
" us4(011) Ès , ´ÈH"const., m ,
" us5(001) Ès , ´È , m ,
" us6(101) ÈsÄ™!, ´È , m ,
" us0(000) Ès, ´È, mH" const.
" us7(111) Ès, ´È, mH" const.
38
Bezpośrednie sterowanie momentem
(Direct Torque Control  DTC)
39
Bezpośrednie sterowanie momentem
(Direct Torque Control  DTC)
Tablica wyboru wektora napięcia us
N=1 N=2 N=3 N=4 N=5 N=6
dm = 1 us2(1 1 0) us3(0 1 0) us4(0 1 1) us5(0 0 1) us6(1 0 1) us1(1 0 0)
dm = 0 us7(1 1 1) us0(0 0 0) us7(1 1 1) us0(0 0 0) us7(1 1 1) us0(0 0 0)
dÈ = 1
dm = -1 us6(1 0 1) us1(1 0 0) us2(1 1 0) us3(0 1 0) us4(0 1 1) us5(0 0 1)
dm = 1 us3(0 1 0) us4(0 1 1) us5(0 0 1) us6(1 0 1) us1(1 0 0) us2(1 1 0)
dm = 0 us0(0 0 0) us7(1 1 1) us0(0 0 0) us7(1 1 1) us0(0 0 0) us7(1 1 1)
dÈ = 0
40
dm = -1 us5(0 0 1) us6(1 0 1) us1(1 0 0) us2(1 1 0) us3(0 1 0) us4(0 1 1)
Bezpośrednie sterowanie momentem
(Direct Torque Control  DTC)
Tablica wyboru wektora napięcia us
N
dm = 1 us(N+1)
dm = 0 us0(7)
dÈ = 1
dm = -1 us(N-1)
dm = 1 us(N+2)
dm = 0 us7(0)
dÈ = 0
41
dm = -1 us(N-2)
Bezpośrednie sterowanie momentem
(Direct Torque Control  DTC)
Cechy układu sterowanego wg metody DTC:
" jest to sterowanie typu napięciowego (ale z bezpośrednim oddziaływaniem
na wektor przestrzenny strumienia skojarzonego stojana), z wewnętrznym
zadawaniem częstotliwości,
" mo\
liwość niezale\
nego sterowania strumienia skojarzonego i momentu
silnika,
" bardzo dobre właściwości dynamiczne napędu,
" konieczność odtwarzania strumienia skojarzonego stojana (informacja o
amplitudzie i poło\
eniu w ukÅ‚adzie współrzÄ™dnych Ä…,²
Ä…,²),
Ä…,²
Ä…,²
" mniejsze nakłady obliczeniowe ni\
w sterowaniu typu FOC, gdy\
dla DTC
sterowanie odbywa siÄ™ w ukÅ‚adzie współrzÄ™dnych nieruchomych Ä…,²
Ä… ²
Ä… ²
Ä… ²
" cechą negatywną jest zmienna częstotliwość przełączeń ( modulacja typu
komparatorowego). Stałą częstotliwość przełączeń mo\
na uzyskać w
zmodyfikowanym układzie DTC z modulatorem wektorowym.
42
Bezpośrednie sterowanie momentem
(Direct Torque Control  DTC)
Układ sterowania DTC z modulatorem wektorowym:
43
Bezczujnikowe układy napędowe
Metody odtwarzania niedostępnych zmiennych stanu
44
Bezczujnikowe układy napędowe
Odtwarzanie prędkości silnika
Ogólny schemat układu typu MRAS (Model Reference Adaptive System)
45
Bezczujnikowe układy napędowe
Odtwarzanie prędkości silnika
Schemat układu typu MRAS do odtwarzania prędkości silnika
46