docUkład napędowy z silnikiem indukcyjnym i falownikiem napięcia
download 
Reklamacja 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
