Transcript dr. Miran Rodič - Univerza v Mariboru

dr. Miran Rodič
dr. Miran Rodič
Princip delovanja asinhronskega
motorja
Univerza v Mariboru,
Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko,
Inštitut za robotiko
Naslov : Smetanova 17, SI-2000 Maribor, Slovenija; Tel.: 0 2 220 7308,
Fax.: 02 220 7315; E-mail: [email protected]
http://www.ro.feri.uni-mb.si/~miranro/
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
1
dr. Miran Rodič
Lorenzov zakon
Translacijsko gibanje:
Sila:
F  L  i  B  L i B sin iB
Pospešek:
F  ma
Vrtenje:
Navor:
T  Fr
Kotni pospešek:
TJ
d
dt
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
2
dr. Miran Rodič
Lenzovo pravilo
e = L(vB)
Translacijsko gibanje:
e  L  v  B  L v B sin vB
Rotacijsko gibanje:
v
e   e  B  ω   e ω B sin B
B
e
Inducirana napetost
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
3
dr. Miran Rodič
Princip delovanja ASM
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
4
dr. Miran Rodič
Princip delovanja ASM
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
5
dr. Miran Rodič
Navor asinhronskega motorja
Te  ki  ψ r  i s   ki ψ r i s sin  i 
 k  ψ r  ψ s   k ψ r ψ s sin  ψ
cT
cT
b
b
ψs
is
δi
δψ
ψr
a
Statorske koordinate
ψr
a
Statorske koordinate
Proizvedeni navor : vektorski produkt!
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
6
dr. Miran Rodič
Magnetni pretok (fluks)
asinhronskega motorja
dψs
 u s  Rs i s
dt
dis  Lr 
dis 
dψr Lr  dψs



L

u

R
i


L
s
s s
s


 s

dt
Lm  dt
dt  Lm 
dt 
ψr 
Lr
 ψs   Ls is 
Lm
Magnetni pretok : integral napetosti!
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
7
dr. Miran Rodič
dr. Miran Rodič
Osnovne sheme vodenja
asinhronskega motorja
Univerza v Mariboru,
Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko,
Inštitut za robotiko
Naslov : Smetanova 17, SI-2000 Maribor, Slovenija; Tel.: 0 2 220 7308,
Fax.: 02 220 7315; E-mail: [email protected]
http://www.ro.feri.uni-mb.si/~miranro/
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
8
dr. Miran Rodič
Skalarno frekvenčno
vodenje
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
9
dr. Miran Rodič
Pricip skalarnega frekvenčnega
vodenja ASM
Hitrost vrtenja se spreminja s
frekvenco napetosti na sponkah!
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
10
dr. Miran Rodič
Skalarno frekvenčno vodenje - lastnosti
Regulacija
navora
Regulacija
fluksa
Odziv
ne
ne
počasen
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
11
dr. Miran Rodič
Principielna shema skalarnega
frekvenčnega vodenja
Referenca
frekvence
U/f
Us
fs
PŠM
pretvornik
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
ASM
12
dr. Miran Rodič
Skalarno frekvenčno vodenje
asinhronskega motorja
V1  V0  K f f1
zmanjševanje f1
povečevanje f1
območje slabljenja
fluksa
V0=0
V00
območje
polnega fluksa
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
13
dr. Miran Rodič
Pri konstantnem rotorskem fluksu so
krivulje navor/hitrost linearne
spremenljiva hitrost
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
14
dr. Miran Rodič
Krivulje navor/hitrost pri
konstantnem statorskem fluksu
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
15
dr. Miran Rodič
Skalarno frekvenčno vodenje –
prednosti in slabosti
Prednosti:
Slabosti:
• Enostavnost
• Slaba točnost
• Brez merilnika
hitrosti
• Slab odziv navora
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
16
dr. Miran Rodič
Vektorsko vodenje z
orientacijo rotorskega polja
(FOC)
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
17
dr. Miran Rodič
Princip vektorskega vodenja ASM:
Vodenje temelji na principu
vodenja enosmernega motorja!
Razklopitev magnetilne in
momentne komponente!
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
18
dr. Miran Rodič
Vektorsko vodenje - lastnosti
Regulacija
navora
Regulacija
fluksa
Odziv
indirektna
direktna
hiter
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
19
dr. Miran Rodič
Enosmerni motor
ia
ua
+
-
La
Ra
ea
+
e
Le
ie
Re
ue
d
ua  Raia   Laia   ea
dt
ea  Ke
+
-
Te  K M ia
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
20
dr. Miran Rodič
Enosmerni motor
Električni del
ua
+
Magnetenje
ue
+ -
1
s
Ψe
-
1
La
dia
dt
+
1
s
-
Tb
-
Te
+ -
Ra
La
Mehanski del
1
Js
ω
1
s
φ
b
Re
Le
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
21
dr. Miran Rodič
Vektorska regulacija - vektorji
dq
dq
i dq

i

ji
s
sd
sq
b

q
is
isb
mR
isddq  isas cos     isbs sin   
d
isqdq  isas sin     isbs cos   
r=LmimR

isd

isq

rotorska os
i
r


a
isa
statorska os
dq
mR
Lr r jp
i 
i r e  i mR e jp
Lm
s
s
dq
 rdq  Lmi mR
Te  kT  ψr  i s   kT ψr i s sin   kT ψr isq
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
22
dr. Miran Rodič
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
23
dr. Miran Rodič
Matematični model ASM v orientaciji
rotorskega polja
Statorski tok:
{
dq

disddq
dimR
1  dq
dq
dq

 usd  t   Rs isd   LsmRisq  1    Ls

dt  Ls 
dt 
disqdq
1
dq
dq
dq
dq

u
t

R
i


L

i

1


L

i

 s mR mR 

sq  
s sq
s mR sd
dt  Ls
Magnetilni tok:
dq
dimR
Rr dq dq
  isd  imR 
dt
Lr
Orientacija polja:
dq
d  Rr isq

 pr  sl  pr  mR
dq
dt Lr imR
Navor:
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
2 L2m dq dq
Tel  p imRisq
3 Lr
24
dr. Miran Rodič
rd=Lmisd=konst.
Asinhronski motor
FOC:
usq
+
-
2p Lm2
i
3 σLsLr sd +
dTe
dt 1
s
-
Te
+
TL
-
1
Js
ωr
1
s
φ
Rs
Rr
+
σLs σLr
p•Ls•isd
 Rs
dTe
Rr 
2 p L2m
Te 
 

isd usq  p r Lsisd 
dt
3 Ls Lr
 Ls Lr 
dr
J
 Te  TL
dt
us  C Ted  Te 
LINEARNO
2 p L2m
isd  isq 
Te 
3 Lr
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
25
dr. Miran Rodič
Principielna shema vodenja asinhronskega
motorja z orientacijo rotorskega polja
Regulacija
hitrosti in
slabljenje
polja
Td
Regulacija Isd
navora in
fluksa
Regulacija
tokov
Us
fs
PŠM
pretvornik
ASM
T
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
26
dr. Miran Rodič
Podrobna shema vodenja asinhronskega
motorja z orientacijo rotorskega polja
 rd
1
Lm
d
d
imR
-
d
dq
isd
dq
usd
d
d
-
-
dq
dq d
isq
Te d
usas
dq
usq
d
ab
d
usbs
PŠM
pretvornik
ASM
3
Te
2 p Lm 2
3
Lr
dq
isd

2
T
ab
dq
isq
dq
imR
Rr
Lr
%
Rr
Lr
sl
p
-
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
27
dr. Miran Rodič
Vektorsko vodenje – prednosti in slabosti
Prednosti:
Slabosti:
• Visoki pospeški ,
• Vedno potreben
merilnik hitrosti
• Dober odziv
navora
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
28
dr. Miran Rodič
Direktno vodenje navora
(DTC)
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
29
dr. Miran Rodič
Princip direktnega vodenja po navoru:
Izbira optimalnega vektorja
napetosti, ki bo ustrezno spremenil
navor in fluks!
Ni potrebe po pulzno širinski
modulaciji!
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
30
dr. Miran Rodič
Direktno vodenje navora – lastnosti:
Regulacija
navora
Regulacija
fluksa
Odziv
direktna
direktna
hiter
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
31
dr. Miran Rodič
Principielna shema direktnega
vodenja navora
Regulacija
hitrosti in
slabljenje
polja
Regulacija
navora in
fluksa
Histerezni
regulator,
pretvornik
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
ASM
32
dr. Miran Rodič
Podrobna shema direktnega vodenja
navora
Histerezni
regulator
Referenčni
navor
Navor
Status
navora
Histerezno
okno
Rotorski
fluks
Referenčni
fluks
Status
fluksa
ASIC
Pretvornik
S1, S2,
S3
Optimalna
stikalna
logika
DSP
Dejanski fluks
Dejanski navor
Dejanska frekvenca
Dejanska hitrost
Stanje stikal
Adaptivni
model
motorja
DC napetost
ASM
Tok
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
33
dr. Miran Rodič
DTC - razlaga
Statorski fluks:
dψ ss
 uss  Rs i ss
dts
dψ s
 uss ,

dt
ψ ss  ussTs
Navor:
 Rs
dTe
R
 
 r
dt
  Ls  Lr

2p 1
T

ψ ss  u ss 

 e
3  Ls

 R
R
Te    s  r
  Ls  Lr

2p 1
T

ψ ss  u ss  Ts

 e
3  Ls

Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
34
dr. Miran Rodič
DTC - napetostni vektorji
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
35
dr. Miran Rodič
DTC – vpliv napetostnih vektorjev
|s  viT| (|s |=1) (v1 - , v2 ·· , v3 -·, v4 -- , v5 -·· , v6 --·
1.0001)
v1
v6
r
v2
1
0.9999
0
v5
30
60
90
v0(0,0,0)
v4(0,1,1)
120 150 180 210 240 270 300 330 360
kot(s)
s  vi (v1 - , v2 ·· , v3 -·, v4 -- , v5 -·· , v6 --·
)
v2
0.5
v1(1,0,0)
v7(1,1,1)
v5(0,0,1)
a
v6(1,0,1)
sektorji:
v3
v1
b
(3)
(2)
(4)
0
(1)
a
v4
-0.5
-1
0
v2(1,1,0)
v3
v4
1
Te
b
v3(0,1,0)
v5
30
60
90
v6
(5)
(6)
120 150 180 210 240 270 300 330 360
kot(s)
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
36
dr. Miran Rodič
DTC – shema in preklopna tabela
Ted

+
-
|sd |
sectors:
Tabela
+

-
|^s |
,,
=1
IM
(3)
(2)
(4)
 (sector)
^
Te
=0
PŠM
b
Observer
navora in fluksa
(1)
a
uss
(5)
(6)
iss
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
= -1
v5
v6
v1
v2
v3
v4
=0
v0
v7
v0
v7
v0
v7
=1
v3
v4
v5
v6
v1
v2
=-1
v6
v1
v2
v3
v4
v5
=0
v1
v2
v3
v4
v5
v6
=1
v2
v3
v4
v5
v6
v1
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
37
dr. Miran Rodič
DTC - odzivi
|ds | -- , |s| -
Tde -- , Te -, TL 
6
1
0.9
4
0.7
Torque [Nm]
Stator Flux [Vs]
0.8
0.6
0.5
0.4
2
0
-2
0.3
0.2
-4
0.1
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
-6
0
0.5
1
Željeni in dejanski statorski
fluks
1.5
2
2.5
3
t [s]
t [s]
Željeni (Ted) in dejanski (Te)
električni navor in navor
obremenjevanja (TL)
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
38
dr. Miran Rodič
Direktno vodenje navora in fluksa –
prednosti in slabosti:
Prednosti:
Slabosti:
• Brez merilnika
hitrosti
• Merilnik hitrosti je
potreben za visoko
točnost
• Zmerna točnost
• Odličen odziv
navora
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
39
dr. Miran Rodič
dr. Miran Rodič
Merilniki hitrosti in položaja
Univerza v Mariboru,
Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko,
Inštitut za robotiko
Naslov : Smetanova 17, SI-2000 Maribor, Slovenija; Tel.: 0 2 220 7308,
Fax.: 02 220 7315; E-mail: [email protected]
http://www.ro.feri.uni-mb.si/~miranro/
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
40
dr. Miran Rodič
Merilnik položaja in hitrosti
Vir
svetlobe
Disk
Optični
sistem
Ojačevalnik
Inkrementalni dajalnik
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
41
dr. Miran Rodič
Inkrementalni dajalnik
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
42
dr. Miran Rodič
Inkrementalni dajalnik - opis
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
43
dr. Miran Rodič
Inkrementalni dajalnik – princip
delovanja
A
B
A
B
smer
A
pulzi
p. gor
B
smer vrtenja
p. dol
smer vrtenja
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
44
dr. Miran Rodič
Inkrementalni dajalnik – princip
množenja pulzov
signal A
signal B
pulzi
x1
x2
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
x4
45
dr. Miran Rodič
Absolutni dajalnik
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
46
dr. Miran Rodič
Absolutni dajalnik - princip
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
47
dr. Miran Rodič
Absolutni dajalnik – Grayeva koda
MSB
Gray
4
3
2
1
0
XOR
3
XOR
2
1
XOR
XOR
binarno
MSB
4
0
LSB
LSB
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
48
dr. Miran Rodič
dr. Miran Rodič
Optimizacija in slabljenje polja
Univerza v Mariboru,
Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko,
Inštitut za robotiko
Naslov : Smetanova 17, SI-2000 Maribor, Slovenija; Tel.: 0 2 220 7308,
Fax.: 02 220 7315; E-mail: [email protected]
http://www.ro.feri.uni-mb.si/~miranro/
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
49
dr. Miran Rodič
Optimizacija izkoristka
Tref
Td
usd
s
2

3p
L2m Rr  L2r Rs d
T
Rs
PŠM
pretvornik

rd
^
U DC
, kv  1
3 s
UDC
Sistem
vodenja
ASM
Izračun
optimalnega
fluksa
 dr max  kv
is
d
ropt
IM
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
50
dr. Miran Rodič
Optimizacija izkoristka - Enostanjska
vodenja
Referenca
optimalnega
stanja
US*
Regulacija
fS*
PŠM
pretvornik
ASM
T
'simple state control'
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
51
dr. Miran Rodič
Optimizacija izkoristka - Vodenje na
osnovi modela motorja
fR*
Optimizacijski
algoritem z
regulacijo
US*
fS*
PŠM
pretvornik
ASM
T
Model
motorja
'model based control'
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
52
dr. Miran Rodič
Optimizacija izkoristka - Vodenja na
osnovi iskalnih algoritmov
fR*
Regulacijski
algoritem
Min.
US*
fS*
PŠM
pretvornik
Izračun
moči
ASM
T
'search control'
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
53
dr. Miran Rodič
Optimizacija izkoristka – Primerjava
metod
Metoda vodenja
Enostanjska
Na osnovi
modela
Z iskalnim
algorit.
Občutljivost na parametre
Da
Da
Ne
Optimizacijska točnost
Srednja
Srednja
Velika
Hitrost konvergence
Hitra
Hitra
Počasna
Obsežnost
Enostavna
Srednja /
velika
Srednja
Meritev hitrosti (estimacija)
Slip: da,
fakt. moči:
ne
Včasih
Da,
ne, če je
poznana
obremenitev
Ostalo
Drhtenje navora,
tendenca
nestabilnosti pri
spremembi
obrem.
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
54
dr. Miran Rodič
Slabljenje polja
Navor
-0
0
0

0

Moč
Inducirana napetost!
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
55
dr. Miran Rodič
Hvala za pozornost!
Vprašanja?
Osnove vodenja asinhronskih električnih motorjev
56