VEKTORSKI UPRAVLJAN

ASINHRONI MOTOR

e s rm i r r

:

Osobine pogona sa vektorskim upravljanjem

• Cilj (zadatak) je nezavisno upravljanje fluksom i momentom asinhronog motora

• Pogon mora imati energetski pretvarač – aktuator. U zavisnosti od tipa aktuatora, zavisi i način realizacije upravljačkog sistema.

• Pogon mora imati regulaciju struje, zahteva se promena učestanosti, amplitude i položaja prostornog vektora struje.

qs s qs qs s dsu R i p (1)

ds s ds ds s qsu R i p

0 ( )r qr qr s drR i p

0 ( )r dr dr s qrR i p

qs s qs qrL i M i

ds s ds drL i M i

qr r qr qsL i M i

dr r dr dsL i M i

3( )

2e qs dr ds qr

r

Mm P i i

L

Dinamički model asinhronog motora Sinhrono rotirajući referentni sistem

rs s d

pdt

(4)

(3)

(8)

(5)

(6)

(7)

(2)

(9)

s sL M

r rL M

qs s qs qs s dsu R i p (1)

ds s ds ds s qsu R i p

0 0r qr r drR i

0 0r dr drR i p

qs s qs qrL i M i

ds s ds drL i M i

0 r qr qsL i M i

dr r dr dsL i M i

Koordinatni sistem se postavi tako da u svakom trenutku važi: 0qr

(4)

(3)

(8)

(5)

(6)

(7)

(2)

3 3( )

2 20e qs dr ds qs dr

r r

M Mm P i i P i

L L

(9)

0qr

qr

dp

dt

r s

1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 11

0.8

0.6

0.4

0.2

0

0.2

0.4

Nominalna radna tačka, ustaljeno stanje. Koordinatni sistem orijentisan tako da bude 0, 1r.j.ds qsu u

0,723r.j.

0,691r.j.

qs

ds

i

i

q

d 0,05r.j.

0,947 r.j.

qs

ds

0,728r.j.

0,053r.j.

qr

dr

i

i

0,064 r.j.

0,889 r.j.

qr

dr

sur

sir

sr

rr

rir

Nominalna radna tačka, ustaljeno stanje. Koordinatni sistem orijentisan tako da bude 0, 0,891r.j.qr dr

sur

sir

rr

rir

sr

Strelice su ostale na svojim mestima, koordinatni sistem je “zaokrenut”.

1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 11

0.8

0.6

0.4

0.2

0

0.2

0.4

Nominalna radna tačka, ustaljeno stanje. Koordinatni sistem orijentisan tako da bude 0, 0,891r.j.qr dr

0,771r.j.

0,637 r.j.

qs

ds

i

i

0,119 r.j.

0,941r.j.

qs

ds

0,73r.j.

0

qr

dr

i

i

0,997 r.j.

0,072r.j.

qs

ds

u

u

sur

sir

sr

rr

rir

q

d

r qrr

dr

R i

dr r drp R i

qsqr

r

M ii

L

dr dsdr

r

M ii

L

(4)

(3)

(8)

(7)

(8)(4) dr ds

dr rr

M ip R

L

r r

rr r

L MT

R R

r dr dr dsT p M i 1

dr dsr

Mi

T p

(7)(3) 1qs qsr

rr dr r dr

M i M iR

L T

1dr ds

r

Mi

T p

1qs qsrr

r dr r dr

M i M iR

L T

Model pogona sa vektorskim upravljanjem

qs s qs qs s dsu R i p

ds s ds ds s qsu R i p

2s r

qs qsr

L L Mi

L

2s r

ds ds drr

L L Mi

L

3

2e qs dr

r

Mm P i

L

rs s r

0 0 0

( ) ( ) ( ) ( )

t t t

rs s r r st t t t dt dt dt

dr dsM i 1 qsr

r ds

i

T i

Model pogona sa vektorskim upravljanjem u ustaljenom stanju

qs s qs s dsu R i

ds s ds s qsu R i

2s r

qs qsr

L L Mi

L

ds s dsL i

23

2e qs ds

r

Mm P i i

L

( )s r m rP

r rr

r r

L MT

R R

Vektorski upravljan asinhroni motor

ids Određuje fluks.

iqs Određuje moment.

• Uspostavljanje fluksa u motoru ostvaruje se uspostavljanjem struje u statorskim namotajima (ids).

• Komanda momenta (iqs) se ne dozvoljava u toku procesa pobuđivanja.

1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 11

0.8

0.6

0.4

0.2

0

0.2

0.4

q

d

1 2 1

2

2 1

1 2

1 1

2 2

0, 0,891r.j.

0, 0,891r.j.

qr dr

qr dr

1 1

2 2

0,771r.j., 0,637 r.j.

0,193r.j., 0,637 r.j.

qs ds

qs ds

i i

i i

1 1

2 2

0,119r.j., 0,941r.j.

0,03r.j., 0,941r.j.

qs ds

qs ds

1 1

2 2

0,730r.j. 0 r.j.

0,182r.j. 0 r.j.

qr dr

qr dr

i i

i i

1 1

2 2

0,997 r.j., 0,072r.j.

0,995r.j., 0,017 r.j.

qs ds

qs ds

u u

u u

Promena opterećenja kod vektorski regulisanog asinhronog motora (s=const.) Rasterećenje: Opterećenje:

1

2 1

2

Načini realizacije vektorskog upravljanja

Indirektno vektorsko upravljanje

• Na osnovu zadatih struja izračunava se rotorska učestanost (r)

• Zbir rotorske učestanosti i brzine se koristi kao brzina referentnog sistema, a ugao sistema se dobija integracijom brzine referentnog sistema.

• Varijanta sa integracijom učestanosti rotorskih struja je bolje prilagođena realizacijama sa enkoderom.

Direktno vektorsko upravljanje

• Ugao referentnog sistema se određuje iz proračuna flukseva (na bazi merenja struja, podataka o naponu i brzini).

• Može se realizovati i bez podatka o uglu (brzini) vratila motora.

Indirektno vektorsko upravljanje sa strujno regulisanim IŠM invertorom

CRPWM

Current Regulated Pulse Width Modulated inverter

E – Enkoder, davač pozicije vratila motora

M

( , , )a b ci i i E

* * *, ,a b ci i i

,q d

, ,a b c

rs

r

*qsi

*dsi

r

1 rT

1

1 rT p

*qsi

*dsi

CRPWM

i as*

i bs*

i cs*

uas

ubs

ucs

DC+

DC-

i as

i bs

i cs

+

+

+

-

-

-

komparatori

Principijelna blok šema strujno regulisanog IŠM invertora

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

-2

0

2

4

6

8

10

0 1 2 3

ias

uas

*ias

vreme[r.j.]

[r.j.][r.j.]

uas

i s

Prikaz rada histerezisnog regulatora struje

Indirektno vektorsko upravljanje sa IŠM invertorom i regulacijom struje u sinhrono

rotirajućem koordinatnom sistemu

*abcsu

, ,a b c

,q d , ,as bs csi i i

qsi

*qsi

Reg.q

rs

,q d

, ,a b c

*qsu

dsi

*dsi

Reg.d

*dsu

IŠM

(P

WM

) 1S

6S

rs

r

r

1 rT

1

1 rT p

E

M

Direktno vektorsko upravljanje sa IŠM invertorom i regulacijom struje u sinhrono

rotirajućem koordinatnom sistemu

*abcsu

, ,a b c

, , ,as bs csi i i

qsi

*qsi

Reg.q

rs

,q d

, ,a b c

*qsu

dsi

*dsi

Reg.d

*dsu

IŠM

(P

WM

) 1S

6S

rs

r

E

M

, ,as bs csu u u

dcu

, ,a b c

, su

su

si

si

Estima-

cija

dsi

qsi

rd

rqdcu1 6S S

Struktura bloka estimacije u direktnom vektorskom upravljanju (naponski estimator flukseva)

0

t

s s s su R i dt

0

t

s s s su R i dt

2r r r

r s sL L L M

iM M

2r r r

r s sL L L M

iM M

22

cos rrs

r r

22

sinr

rs

r r

Struktura bloka estimacije u direktnom vektorskom upravljanju (strujni estimator flukseva)

0

tr

r s r rr

RM i dt

L

0

tr

r s r rr

RM i dt

L

22

cos rrs

r r

22

sinr

rs

r r

Prikaz rada pogona sa asinhronim motorom sa indirektnim vektorskim upravljanjem

• Regulatori struje su u sinhronom referentnom sistemu, PI tipa, u kontinualnom domenu

• Korišćeni su idealni naponski izvori za napajanje motora

• d- komponenta struje je konstantna

• q- komponenta struje se skokovito menja u vremenu

• Rezultati su dobijeni simulacijom

Simulacioni blok dijagram

d- i q- komponente struje statora (-zadata i -ostvarena)

Fazne struje, brzina i moment motora

Učestanost u rotoru, fluks rotora (iz upravljačkog sistema)

Fazne struje, brzina i moment motora (uveličan detalj promene q- komponente struje)

Fazne struje, brzina i moment motora (uveličan detalj promene q- komponente struje)