Układ napędowy z silnikiem indukcyjnym i falownikiem napięcia

Komentarze

Transkrypt

Układ napędowy z silnikiem indukcyjnym i falownikiem napięcia
Układ napędowy z silnikiem indukcyjnym i falownikiem
napięcia – sterowanie multiskalarne
Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Sebastian Giziewski
Katedra Automatyki Napędu Elektrycznego WEiA
Politechnika Gdańska
ver. 1.0, 2010r.
Opracowanie przygotowano w oparciu o instrukcję laboratoryjną:
1. Z. Krzemiński, M. Włas, J. Guziński: BADANIE UKLADU STEROWANIA MULTISKALARNEGO SILNIKIEM INDUKCYJNYM
KLATKOWYM ZASILANYM Z PRZEMIENNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI MMB-12 – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego ver.3,
2006 rok.
Uwaga
Wymagane jest wcześniejsze zapoznanie się z instrukcją do programu konsoli sterującej
„TKombajn” przeznaczonej dla systemu mikroprocesorowego przekształtnika. Program ten
umoŜliwia wgrywanie programów sterujących pracą napędu, rejestrację przebiegów oraz
zmianę parametrów.
Instrukcja do programu „TKombajn” jest dostępna pod adresem:
http://www.ely.pg.gda.pl/kane/ne.html
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie z działaniem układu regulacji prędkości kątowej silnika
indukcyjnego zasilanego z pośredniego przemiennika częstotliwości MMB-12. Ponadto
zbadanie i zarejestrowanie przebiegów w układzie, przeprowadzenie procedury strojenia
regulatorów, wyznaczenie charakterystyk mechanicznych oraz przeprowadzenie analizy
układu.
2. Wprowadzenie
Silnik indukcyjny jest skomplikowanym obiektem nieliniowym. Do przeprowadzenia
syntezy układu regulacji niezbędne jest dokonanie kilku transformacji eliminujących
nieliniowe zaleŜności z modelu silnika. Pierwszym etapem jest transformacja zmiennych z
układu trójfazowego do układu ortogonalnego, w którym pomija się składową zerową, co
zmniejsza liczbę zmiennych i równań róŜniczkowych w modelu matematycznym silnika
indukcyjnego. Dla otrzymanego w ten sposób prostokątnego układu współrzędnych
wirującego z dowolną prędkością powstaje model matematyczny silnika indukcyjnego, w
którym występuje pięć nieliniowych równań róŜniczkowych. Następnym etapem jest taki
wybór układu współrzędnych, Ŝe jedna ze składowych określonego wektora jest równa zero,
co zmniejsza liczbę równań róŜniczkowych do czterech, przy czym jedno z tych równań jest
liniowe. Otrzymany w ten sposób wektorowy model silnika indukcyjnego jest
wykorzystywany do syntezy układu regulacji.
Zastosowanie innej transformacji zmiennych, prowadzącej do multiskalarnego modelu
(MM) matematycznego silnika indukcyjnego, jest ułatwieniem w porównaniu z metodami
1
wektorowymi, poniewaŜ otrzymuje się cztery zmienne, dla których dwa równania
róŜniczkowe są liniowe.
Metoda sterowania multiskalrnego została po raz pierwszy zaprezentowana w pracy
[Krzemiński, 1987]. Znajduje zastosowanie w sterowaniu obiektami nieliniowymi, w których
występują wewnętrzne sprzęŜenia pomiędzy wielkościami regulowanymi. Zasada sterowania
multiskalarnego polega na wprowadzeniu do układu sterowania takiego nieliniowego obiektu
odpowiednio wybranych zmiennych i zastosowaniu funkcji sterujących tak aby doprowadzić
do uzyskania postaci liniowej i odsprzęŜonej systemu – rys. 1.
Rys. 1. Linearyzacja i odprzęŜenie złoŜonego nieliniowego obiektu sterowania (m –
sterowanie układu liniowego, q - zmienne stanu układu liniowego, u-sterowanie układu
obiektu nieliniowego, x - zmienne stanu obiektu nieliniowego)
Po uzyskaniu liniowej, odsprzęŜonej struktury obiektu regulacji moŜliwe jest
zastosowanie nieskomplikowanej kaskadowej struktury liniowych regulatorów. Silnik
indukcyjny jest nieliniowym obiektem regulacji, w którym występują wewnętrzne sprzęŜenia
pomiędzy zmiennymi mechanicznymi a zmiennymi elektromagnetycznymi. Dlatego w
przypadku napędów z silnikiem indukcyjnym zastosowanie zasad sterowania multiskalarnego
jest szczególnie korzystne.
3. Definicja zmiennych multiskalarnych
Zmienne stanu w modelu multiskalarnym silnika powstają w wyniku przyjęcia jako
nowych zmiennych skalarnego i wektorowego iloczynu dwóch wektorów występujących
w wektorowym modelu silnika indukcyjnego oraz kwadratu jednego z tych wektorów.
Czwartą zmienną jest prędkość kątowa wirnika. Jako parę wektorów wybrano wektor prądu
stojana oraz wektor strumienia skojarzonego wirnika. Zmienne multiskalarne zdefiniowane są
następująco:
x =ω ,
(1)
11
r
x = ψ i − ψ i = ψ i sin(δ) ,
(2)
12
rx sy
ry sx
rs
x = ψ2 + ψ2 ,
(3)
21
rx
ry
x = ψ i + ψ i = ψ i cos(δ) ,
(4)
22
rx sx
ry sy
rs
gdzie ψ rx , ψ ry są składowymi wektora strumienia wirnika, isx , isy są składowymi wektora
prądu stojana, ψ r jest amplitudą wektora strumienia wirnika, is jest amplitudą wektora prądu
stojana, δ jest kątem pomiędzy wektorem strumienia wirnika a wektorem prądu stojana,
nazywanym kątem obciąŜenia.
Zaletą zmiennych multiskalarnych jest to, Ŝe są niezaleŜne od wyboru układu
współrzędnych.
2
Zmienna x11 jest prędkością kątową wirnika, zmiana oznaczenia z ωr na x11 podyktowana
została tylko jednolitością zapisu zmiennych MM.
Zmienna x12 jest interpretowana jako wielkość proporcjonalna do momentu
elektromagnetycznego silnika. Jest to iloczyn wektorowy wektorów prądu stojana oraz
strumienia skojarzonego wirnika. Moment elektromagnetyczny silnika określony jest
następująco:
L

me = Im  m Ψ*r is  ,
(5)
 Lr

czyli
L
me = m ψ rx isy − ψ ryisx ,
(6)
Lr
i, jak moŜna zauwaŜyć, zaleŜność na me róŜni się od zaleŜności na x12 jedynie
współczynnikiem Lm/Lr.
Zmienna x 21 jest kwadratem strumienia skojarzonego wirnika. Zamiana strumienia
skojarzonego wirnika na kwadrat tego strumienia nie powoduje komplikacji w układzie
sterowania, bowiem strumień skojarzony wirnika nie przyjmuje wartości ujemnych.
Najtrudniej przedstawia się interpretacja fizyczna zmiennej x 22 . Zmienna ta jest
iloczynem skalarnym wektorów strumienia magnetycznego wirnika i prądu stojana. Wielkość
ta jest często określana w literaturze jako składowa magnesująca.
(
)
4. Model multiskalarny silnika
W wyniku obliczenia pochodnych zmiennych opisanych zaleŜnościami (1-4) otrzymuje
się poniŜszy układ równań róŜniczkowych multiskalarnego modelu matematycznego silnika
indukcyjnego:
dx11 L m
1
=
x12 − mo ,
dt
JL r
J
dx12
L
1

 L
= − x12 − x11  x 22 + m x 21  + r u1 ,
dt
Tv
w

 w
dx 21
R
L
= −2 r x 21 + 2R r m x 22 ,
dt
Lr
Lr
(7)
(8)
m1
2
dx 22
R L
L x 2 + x 22
L
1
= − x 22 + x11x12 + r m x 21 + R r m 12
+ r u2 ,
dt
Tv
wL r
Lr
x 21
w
(9)
m2
(10)
gdzie:
Tv =
wL r
R r w + R s L2r + R r L2m
u1 = Ψ rx u sy − Ψ ry u sx ,
,
(11)
(12)
u 2 = Ψ rx usx + Ψ ry u sy .
(13)
Zachodzi równieŜ zaleŜność:
is2
2
x12
+ x 222
=
.
x 21
(14)
3
W multiskalarnym układzie regulacji silnikiem indukcyjnym nie występuje prąd stojana
is jako zmienna regulowana. Na podstawie zaleŜności (14) moŜna wyznaczyć ograniczenie
wartości zadanej zmiennej proporcjonalnej do momentu elektromagnetycznego x12
określając maksymalny dopuszczalny prąd stojana Ismax:
.
(15)
Wykorzystanie zmiennych x12 i x 22 umoŜliwia określenie wzajemnego połoŜenia
wektorów prądu stojana i strumienia magnetycznego wirnika:
x
δ = arc tg 12 .
(16)
x 22
Zmienne multiskalarne nie są zaleŜne od wyboru układu współrzędnych, poniewaŜ zaleŜą
od wartości wybranych wektorów i ich wzajemnego połoŜenia.
5. Linearyzacja układu
Kompensacja nieliniowych składników występujących w (8) i (10) moŜliwa jest przez
wprowadzenie nowych wielkości sterujących u1 oraz u 2 . Na podstawie wartości m1 oraz m2
pojawiających się na wyjściach regulatorów moŜna określić:
w
L
1
u1 = δ [x11 (x 22 + m x 21 ) +
m1 ] ,
(17)
Lr
wδ
Tv
u1 =
2
wδ
R L
R L x 2 + x 22
1
(− x11x12 − r m x 21 − r m 12
+
m2 ) ,
Lr
Lr w δ
Lr
x 21
Tv
(18)
oraz zadane składowe napięcia stojana silnika:
ψ rx u 2 − ψ ry u1
u sx =
,
(19)
ψ r2
ψ rx u1 − ψ ry u 2
u sy =
.
(20)
ψ r2
Wprowadzenie nowych wielkości sterujących prowadzi do uzyskania odsprzęŜonego
modelu silnika składającego się z dwóch niezaleŜnych podukładów:
Podukład mechaniczny:
dx11 L m
1
=
x12 − m0 ,
dt
JL r
J
dx12
1
=
( − x12 + m1 ) .
dt
Tv
(21)
(22)
Podukład elektromagnetyczny:
dx 21
R
R L
= −2 r x 21 + 2 r m x 22 ,
dt
Lr
Lr
dx 22
1
=
( − x 22 + m2 )
dt
Tv
(23)
(24)
4
3x400V 50 Hz
x^21 x^22 Ismax
Prostownik
Ograniczenie
momentu
ω
x
r_zad
^
ω
r_n
ud
12o
^x
12
OdsprzęŜenie
2
u2
m2
Transfor
macja
^
ψ
^x
22
x^21
u sx u sy i sx i sy
u sx
u1
m1
u sy
^
ψ
rx
t0
Modul.
PWM
Identyfikacja
Rr
^
Vp x^11 x^2 1Lx^ 22L
Identyfikacja
Lm
Falownik
ry
Obser.
predkości
^
x^ = ω
11 r
^
Rr
t1
t2
abc
xy
x^2 1L
x^2 2L
^
Lm
^
x^ = ω
r
11
Obser.
Luenbergera
∆ωr
ω
r
(dostrajanie)
Rys. 2. Układ sterowania multiskalarnego silnikiem indukcyjnym zasilanym z przemiennika z estymacją
prędkości kątowej wirnika w obserwatorze prędkości oraz z identyfikacją indukcyjności wzajemnej stojana i
wirnika i rezystancji wirnika
6. Obserwator prędkości kątowej wirnika
Przedstawiony w niniejszym rozdziale obserwator prędkości opisano w pracy
[Krzemiński, 2000]. Równania obserwatora prędkości wyprowadzone na podstawie modelu
maszyny w nieruchomym układzie współrzędnych są rozszerzeniem obserwatora
Luenbergera opisanego w ćwiczeniu na temat sterowania polowo - zorientowanego. Zgodnie
z rysunkiem 2 rolą obserwatora prędkości w układzie sterowania jest estymacja prędkości
oraz składowych strumienia wirnika.
Strukturę obserwatora prędkości pokazano na rysunku 3. Powstała ona przez zastąpienie
w modelu wektorowym silnika indukcyjnego iloczynów prędkości kątowej wirnika
i składowych wektora strumienia wirnika przez składowe wektora zakłóceń. Zgodnie z teorią
obserwatorów zakłócenia występujące w modelu moŜna odtwarzać za pomocą integratorów
pokazanych na rysunku 2. Na wejścia integratorów doprowadzane są sygnały błędów
odtwarzanych i mierzonych składowych wektora prądu stojana.
JeŜeli zakłócenia w obserwatorze określone są poniŜszymi zaleŜnościami:
ζ x = ωr ψˆ rx ,
(25)
ˆ ry ,
ζ y = ωr ψ
(26)
gdzie ωr jest prędkością kątową wirnika, ζ x , ζ y są składowymi wektora zakłóceń, a ψˆ rx , ψˆ ry
są odtwarzanymi składowymi wektora strumienia wirnika, to odtworzoną prędkość kątowa
wirnika ω̂r moŜna obliczyć na podstawie poniŜszego wyraŜenia:

ˆ r = S
ω


ζ 2x + ζ 2y 
,
ψˆ 2rx + ψˆ 2ry 

(27)
gdzie S jest znakiem określonym następująco:
ˆ ry ζ y ) .
S = sign (ψˆ rx ζ x + ψ
(28)
Stwierdzono, Ŝe wyraŜenie (28) prowadzi do najbardziej precyzyjnego określenia znaku
prędkości w zakresie bliskim zeru prędkości.
5
isx
usx
ζy
Model
dla
^i sx
ψ^rx
^r
ω
Obliczanie
^
ω
r
Model
ζx
isy
dla
^ry
ψ
^i sy
usy
Rys. 3. Schemat struktury obserwatora prędkości
Dzięki analizie właściwości dynamicznych obserwatora prędkości wprowadzono do
struktury dodatkowe sprzęŜenia tłumiące. W rezultacie pełna struktura obserwatora prędkości
określona jest w postaci następującego układu równań róŜniczkowych:
diˆsx
ˆ rζx ,
= a1ˆisx + a 2ψˆ rx + a 3ζ y + a 4 u sx + k 3 k1 isx − ˆisx − ω
(29)
dτ
d îsy
ˆ rζy ,
= a 1îsy + a 2 ψˆ ry − a 3ζ x + a 4 u sy + k 3 k1 i sy − îsy − ω
(30)
dτ
dψˆ rx
ˆ r ψˆ ry − ζ y ) ,
= a 5 îsx + a 6ψˆ rx − ζ y − k 2 (ω
(31)
dτ
dψˆ ry
ˆ r ψˆ rx − ζ x ) ,
(32)
= a 5ˆisy + a 6ψˆ ry + ζ x + k 2 ( ω
dτ
dζ x
= k1 isy − ˆisy ,
(33)
dτ
dζ y
= − k1 isx − ˆisx ,
(34)
dt
( (
( (
(
)
)
)
(

ˆ r = S
ω


)
)
)
ζ 2x + ζ 2y
+ k 4 ( V − Vf
ψˆ 2rx + ψˆ 2ry

)  ,


(35)
gdzie k1, k 2 , k 3 , k 4 są współczynnikami wzmocnienia, isx , isy są składowymi wektora
ˆ
prądu stojana, u , u są składowymi wektora napięcia stojana, ˆi , ˆi , ψˆ , ψ
są
sx
sx
sy
sy
rx
ry
składowymi odtwarzanych wektorów prądu stojana i strumienia wirnika, a1 – a6 są
współczynnikami zaleŜnymi od parametrów silnika (patrz instrukcja do układu sterowania
polowo-zorientowanego), a τ jest czasem względnym. Wszystkie zmienne i parametry
wyraŜono w wielkościach względnych.
W równaniu (32) wprowadzono dodatkowy sygnał V:
ˆ rx ζ y − ψˆ ry ζ x ,
V=ψ
(36)
który został wybrany w rezultacie badań symulacyjnych [Krzemiński 2001]. Sygnał ten
stabilizuje obserwator przez tłumienie oscylacji odtwarzanej prędkości w stanach
6
przejściowych. Ze względu na małą składową stałą występującą w sygnale V od obliczonej
prędkości odejmowana jest odfiltrowana wartość tego sygnału Vf. Filtrację przeprowadza się
ze stałą czasową T według zaleŜności:
Vf 1
= (V − Vf ) .
(37)
dt T
7. Dobór nastaw regulatorów
Nieliniowa transformacja zmiennych pozwala na linearyzację równań róŜniczkowych
opisujących dynamikę silnika indukcyjnego, a co za tym idzie zastosowanie metod doboru
regulatorów dla obiektów liniowych. Zlinearyzowany układ dzieli się na dwa podukłady,
elektromechaniczny związany ze zmiennymi x11 i x12 (równania 21 i 22), oraz
elektromagnetyczny związany ze zmiennymi x21 i x22 (równania 23 i 24). Zmiennymi
sterującymi w podukładach są zmienne m1 i m2. Na podstawie struktury podukładów
zaprojektowano kaskadowy układ regulatorów typu PI. W złoŜonym układzie sterowania
silnikiem indukcyjnym nastawy regulatorów moŜna wyznaczać na drodze eksperymentalnej
podobnie jak dla obcowzbudnej maszyny prądu stałego. W praktyce dobór regulatorów moŜe
być przeprowadzany na podstawie prób i obserwacji otrzymanych przebiegów. DąŜy się przy
tym do tego, aby układ napędowy z dobranymi nastawami regulatorów pracował zgodnie z
załoŜeniami.
W układzie napędowym badanym w ćwiczeniu regulatory wielkości sterujących tworzą
dwie struktury kaskadowe, tj. podukład mechaniczny i elektromagnetyczny. W układzie tym
na wstępie naleŜy dokonać optymalizacji obwodów wewnętrznych, a więc obwodów regulacji
zmiennych x12 i x22, a następnie optymalizacji obwodów zewnętrznych, czyli obwodu
regulacji prędkości – zmiennej x11 i strumienia – zmiennej x21.
W układzie rzeczywistym nastawy regulatorów dobrane w sposób analityczny mogą nie
być optymalne ze względu na niedokładności wyznaczonych parametrów układu. Optymalne
wartości nastaw regulatorów muszą być określone przez dostrojenie na obiekcie. Dostrojenie
w układzie rzeczywistym przeprowadza się najczęściej przez rejestrację przebiegów
zmiennych regulowanych i porównanie ich z zadanymi przebiegami - rys. 4.
ω zad
ω
tr
δ % = 4%
ω
t1
ω zad
t
Rys. 4. Przebieg odpowiedzi czasowej układu sterowania na skokowe zmiany wielkości sterującej ωzad
Nastawy zmienia się tak, aby uzyskać jak najszybsze działanie układu przy
równoczesnym ograniczeniu lub wyeliminowaniu przeregulowań i uzyskaniu stabilnej pracy
układu.
7
8. Stanowisko laboratoryjne
Stanowisko laboratoryjne składa się z silnika indukcyjnego FSg132S2 o mocy 5,5kW
zasilanego z przemiennika częstotliwości MMB-12 oraz obciąŜenia w postaci maszyny prądu
stałego PZOb-54A zasilanej z przekształtnika tyrystorowego DMLII-0040.
Sterowanie układu napędowego z silnikiem indukcyjnym składa się składa się ze
sterownika mikroprocesorowego i komputera PC - rys.5.
PC
T1..T6
SHARC SH65L
ADSP-21065L
i
Uklad FPGA
RS-232
SILNIK
INDUKCYJNY
Z OBCIĄśENIEM
Przemiennik
MMB 12
Foult
Ia , I
, Ud
b
Rys. 5. Sterowanie układu laboratoryjnego
3 x 230/400V ~ 50Hz TN-C-S
3 x 230/400V ~ 50Hz TN-C-S
LgY1,5
LgY5x4
L3
WTO5x32 PE
L2
L1
LgY5x4
K2
K1
Q1
S301
B6
N
F1-F3
DO2
35A
gR
Q2
S301
B6
F4-F6
DO2
20A
gG
H1
LgY1,5
Sterowanie
Rys. 2.
L3
PE
L2
L1
N
Sterowanie
Rys. 2.
Q3
ZMS
0,4/3
L1
L2
L3
1 2
PE
Z_p
anel
U1
DML-0040 MN505
Z9
Zasilanie 3x400V 50Hz
L2
N
L3
PE
U2
MMB-12
X1
(5)
X1
(6)
X1
(7)
PE
Zasilanie 3x400V 50Hz
U
A+ A-
P2
LEM
LA205S
3
V
W
PE
M2
Wentylator
silnika
4
M
Komputer
PC
M
R1
Rezystor BW103
60R, 800W
M
P1
L1
BR
DC+
rys.
3
Z6
Z7
Panel
kontrolny
List
wa
zdal
neg
o
ster
owa
nia
RS232
M1
FSg 132S-2A
5,5kW 3x400V 10,4A
2910obr/min
Uwaga:
1. Główny tor prądowy wykonać przewodem LgY4, pozostałe obwody LgY1,5
2. Podłaczenie enkodera P3, pomiaru prędkości przedstawiono na rys. 2.
3. Połączenia silnolnoprądowe rezystora hamowania R1 łaczyć przewodem LgY3x1,5
M3
PZOb 54a
6,5kW 460V 14,2A 2850obr/min
Politechnika Gdańska
Rys.1
Stanowisko do badań układów multiskalarnego sterowania - część silnoprądowa
Rys. 6. Schemat układu laboratoryjnego
8
14.03.2006
M. Włas
Rozdzielnica
DML-0040
Rozdzielnica
MMB-12
Zasilanie
Panel
kontrolny
Kasowanie
Wyłacznik
awaryjny
H1
S4
S5
Start/Stop
Zał.
Wył.
S1
S2
Zadajnik Ogranicznik
prędkości momentu
Zał.
Wył.
S6
S7
S3
R3
R4
Rys. 7. Widok rozdzielnic z aparaturą łączeniową
Sterownik mikroprocesorowy składa się z procesora sygnałowego ADSP21065L, układu
logiki programowalnej FPGA, przetwornika analogowo - cyfrowego oraz układów wejść
i wyjść cyfrowych. Komputer PC umoŜliwia ładowanie programu sterowania do pamięci
sterownika mikroprocesorowego za pomocą interfejsu RS232 oraz obsługę układu
napędowego przy pomocy programu TKombajn - zadawanie i odczyt parametrów oraz
wizualizację przebiegów.
Schemat połączeń układu podany został na rys. 6. ObciąŜeniem silnika indukcyjnego
zasilanego z przekształtnika MMB-12 jest maszyna prądu stałego o mocy 6,5kW zasilana
z przekształtnika tyrystorowego nawrotnego DMLII-0040 pracującą jako generator na
ograniczeniu momentu. Dane znamionowe silnika indukcyjnego i maszyny prądu stałego
zostały zamieszczone w załączniku nr 1.
Zmienna
omegaRzad
omega_sof
Opis
Prędkość zadana (zmieniać w zakresie -0.6 do 0.6).
Prędkość w [j.w.] odniesiona jest do 3000obr/min.
Prędkość odtwarzana w obserwatorze prędkości
me
Moment elektromagnetyczny silnika
mef
Moment elektromagnetyczny silnika uśredniony
is
Moduł prądu stojana
ia
Prąd w fazie A
ud
Napięcie w obwodzie pośredniczącynm
Ograniczenie prądu stojana, zmienna uczestnicząca w
wyliczeniu ograniczenia zmiennej x21z (proporcjonalnej
do momentu elektromagnetycznego)
Zmienna multiskalarna proporcjonalna do momentu
elektromagnetycznego (wyjście regulatora prędkości)
Ograniczenie wyjścia regulatora prędkości
Kwadrat strumienia wirnika zadany (zmieniać w zakresie
0.1 do 1.2, domyślnie 1)
Ismax
x12z
x12o
x21z
9
x21_m
Kwadrat strumienia wirnika odtwarzany
Współczynnik wzmocnienia regulatora PI prędkości
kp11
(zmieniać w zakresie 1 do 20, domyślnie 5)
Współczynnik
całkowania regulatora prędkości (zmieniać
ki11
w zakresie 0.0001 do 0.1, domyślnie 0.005)
Współczynnik
wzmocnienia regulatora PI zmiennej x21
kp21
(zmieniać w zakresie 0.01 do 1, domyślnie 1)
Współczynnik całkowania regulatora zmiennej x21
ki21
(zmieniać w zakresie 0.0001 do 0.1, domyślnie 0.1)
Tab. 1. Spis zmiennych dostępnych w programie konsoli sterującej „TKombajn”
Uwaga: Wszystkie rejestrowane zmienne określone są w jednostkach względnych
odniesionych do wielkości bazowych zdefiniowanych w pracy [3]:
Napięcie bazowe
Ub
3 Un fazowe
Prąd bazowy
Ib
3 In fazowy
Impedancja bazowa
Zb
Ub/Ib
Strumień magnetyczny bazowy
Ψb
Ub/ωo
Prędkość kątowa bazowa
ωb
ωo/p
Moment bazowy
mb
Ψ bI bp
Indukcyjność bazowa
Lb
Ψb/Ib
Tab. 2. Jednostki bazowe
gdzie: ωo – pulsacja synchroniczna,
ωo=2πfn
1.
2.
3.
4.
5.
6.
9. Program ćwiczenia
Zapoznać się ze stanowiskiem laboratoryjnym.
Zapoznać się z działaniem i obsługą programu operatora.
Wgrać do pamięci procesora plik Speed.ldr.
Wyznaczyć charakterystyki mechaniczne układu dla trzech prędkości zadanych: 0.2[j.w.],
0.4[j.w.], 0.6[j.w.]. Moment elektromagnetyczny odczytywać z jako zmienną mef, jest to
wartość filtrowana (uśredniona) momentu elektromagnetycznego me silnika.
Przeprowadzić rejestrację stanu ustalonego pracy silnika przy prędkości zadanej 0[j.w.]
oraz 0,5[j.w.] dla zmiennych:
5.1. omeraRzad, omega_sof, x21z, x21_m, me
5.2. omeraRzad, omega_sof, is, ia, ud
Ustawić minimalny czas rejestracji.
Dobrać nastawy regulatora PI prędkości: współczynnik wzmocnienia kp11 oraz
odwrotność stałej czasowej ki11. Sprawdzić działanie układu regulacji bez obciąŜenia.
Badanie przeprowadzić poprzez skok wartości zadanej prędkości od 0.05[j.w.] do
0.6[j.w.]
10
7. Dobrać nastawy regulatora PI zmiennej x21: współczynnik wzmocnienia kp21 oraz
odwrotność stałej czasowej ki21. Sprawdzić działanie układu regulacji bez obciąŜenia.
Badanie przeprowadzić poprzez skok wartości zadanej od 1[j.w.] do 0.6[j.w.]
8. Zarejestrować: wzrost prędkości 0,1[j.w.] – 0,6[j.w.], zmniejszenie prędkości 0,6[j.w.] –
0,1[j.w.], nawrót 0,6[j.w.] – 0,6[j.w.] dla silnika nieobciąŜonego. W kaŜdym z
przypadków zarejestrować zmienne z punktu 5.1 oraz 5.2.
9. Powtórzyć rejestracje wzrostu prędkości oraz zmniejszenia prędkości z punktu 8 dla
silnika obciąŜonego.
10. Wykonać rozruch 0.1[j.w.] – 0.6[j.w.] silnika obciąŜonego momentem 0.2[j.w.] dla
róŜnych ustawień (0.4, 0.7, 1) ograniczenia prądu stojana Ismax. Zarejestrować zmienne
omegaRzad, omega_so, x12o, x12z, is.
11. Sprawdzić działanie odsprzęŜenia torów regulacji prędkości i strumienia. Próbę
przeprowadzić dla silnika obciąŜonego, pracującego ze stałą prędkością 0,5j.w.. Przy
zmniejszeniu strumienia do 1.0j.w. do 0.8j.w. zarejestrować: omega_sof, x12z, x12_m,
x21z, x21_m.
Literatura
1. Dębowski A. : Sposoby sterowania momentem w nowoczesnym napędzie elektrycznym. V
Seminarium w ramach Targów Napęd i Sterowania 1999 Gdańsk 1999
2. Kaźmierkowski M. : Sterowanie polowo zorientowane czy regulacja bezpośrednia
momentu silnika klatkowego. Elektronizacja 2/98.
3. Krzemiński Z. : Cyfrowe sterowanie maszynami asynchronicznymi. Wydawnictwo
Politechniki Gdańskiej 2001. Gdańsk.
4. Tunia H., Kaźmierkowski M.: Automatyka napędu przekształtnikowego. PWN, Warszawa,
1987.
5. Orłowska - Kowalska T.: „Bezczujnikowe układy napędowe z silnikami indukcyjnymi”,
Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2003.
6. Grunwald Z.: „Napęd elektryczny”, WNT, Warszawa 1987.
Pytania kontrolne
1. Zasada sterowania multiskalarnego silnikiem klatkowym.
2. Budowa przemiennika częstotliwości do regulacji prędkości silnika
indukcyjnego klatkowego.
3. Narysować schemat blokowy układ regulacji sterowania multiskalarnego
silnikiem indukcyjnym.
4. Narysować i wyjaśnić zasadę doboru regulatorów w układzie multiskalarnego
sterowania.
5. Realizacja ograniczenia prądu stojana.
6. Zasada odtwarzania prędkości w obserwatorze prędkości.
11
Załącznik 1
Dane silnika indukcyjnego FSg 132S-2A 5,5kW
Typ maszyny
FSg 132 S-2A
Moc znamionowa
Pn=5,5 [kW]
Napięcie fazowe
Unf=230 [V]
Prąd fazowy silnika przy połączeniu
In=10.4 [A]
uzwojeń w gwiazdę
Prędkość obrotowa znamionowa
Częstotliwość znamionowa
Liczba par biegunów
Znamionowy współczynnik mocy
Sprawność
nn=2910 [obr/min]
fn=50 [Hz]
p=1
cos ϕn=0.88
87%
Dane maszyny prądu stałego PZOb – 54a 6,5kW
Typ maszyny
PZOb – 54a
Moc znamionowa
Pn=6.5 [kW]
Napięcie znamionowe
Unf=460 [V]
Prąd znamionowy
In=14,2 [A]
Prędkość obrotowa znamionowa
nn=2850 [obr/min]
Napięcie znamionowe wzbudzenia
Unf=220 [V]
Prąd znamionowy wzbudzenia
In=1,34 [A]
12

Podobne dokumenty