Sterowanie skalarne silnikiem indukcyjnym

Transkrypt

Arkadiusz Lewicki, Jarosław Guziński: Sterowanie skalarne silnikiem indukcyjnym.
Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Sterowanie skalarne silnikiem indukcyjnym
Arkadiusz Lewicki, Jarosław Guziński
Katedra Automatyki Napędu Elektrycznego WEiA
Politechnika Gdańska 2010
wersja 5.1
Opracowanie powstało na bazie instrukcji laboratoryjnych:
1. M. Włas, J. Guziński: STEROWANIE SKALARNE SILNIKIEM INDUKCYJNYM KLATKOWYM ZA POMOCĄ PRZEMIENNIKA
CZĘSTOTLIWOŚCI AMT-030 - instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego ver.2, 2006 rok
2. A. Lewicki: STEROWANIE SKALARNE SILNIKIEM INDUKCYJNYM - instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego ver.3, 2009 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 badanie właściwości statycznych i dynamicznych układu
napędowego zasilanego z falownika napięcia ze sterowaniem skalarnym U/f=const.
2. Częstotliwościowa regulacja prędkości silnika indukcyjnego
Podstawowym sposobem regulacji prędkości obrotowej silnika asynchronicznego jest
regulacja częstotliwościowa polegająca na zmianie parametrów napięcia zasilającego silnik.
Do tego celu moŜna wykorzystać przemiennik częstotliwości składający się z prostownika
diodowego i falownika napięcia – rysunek 1.
1
Rh
L1
L2
L3
Ud
U
V
W
C
M
Th
Prostownik
Falownik
napięcia
Rys. 1. Przemiennik częstotliwości z mostkiem prostowniczym i falownikiem napięcia
Zastosowanie falownika napięcia do zasilania układu napędowego z silnikiem
indukcyjnym daje moŜliwości sterowania wartością amplitudy i częstotliwością napięcia
zasilającego silnik.
Strona 1
Napięcie wyjściowe falownika jest napięciem zmodulowanym – zawiera szereg
impulsów o amplitudzie równiej wartości napięcia w obwodzie pośredniczącym i zmiennej
szerokości. Zmiana wartości średniej napięcia wyjściowego falownika dokonywana jest
poprzez zmianę szerokości impulsów w kolejnych okresach impulsowania tranzystorów czyli
przez modulację szerokości impulsów.
Zadana wartość napięcia zasilania silnika o regulowanej amplitudzie i częstotliwości
ustalana jest przez algorytm sterujący pracę całego układu napędowego falownik-silnik. W
napędach falownikowych silnika klatkowego stosowane są róŜne algorytmy sterowania o
odmiennych właściwościach i stopniach złoŜoności.
Przy sterowaniu częstotliwościowym silnikiem indukcyjnym wykorzystuje się róŜnego
rodzaju nadrzędne układy sterowania. Stosowane, róŜnego rodzaju nadrzędne metody
sterowania silnikiem asynchronicznym moŜna podzielić na dwie podstawowe grupy: układy
sterowania skalarnego oraz układy sterowania wektorowego – rys. 2.
Podstawowe metody sterowania
silnikiem asynchronicznym
Skalarne
Sterowanie
U/f = const
z
zadawaniem
napięcia
Sterowanie
U/f=const z
zadawaniem
prądu
Wektorowe
Orientacja
względem
wektora
pola
Bezpośrednia
regulacja
momentu
Sterowanie
nieliniowe multiskalarne
Rys. 2. Ogólny podział podstawowych metod sterowania silnikiem asynchronicznym
Układy sterowania skalarnego określane są równieŜ jako układy sterowania
zewnętrznego, natomiast układy sterowania wektorowego nazywane są równieŜ układami
sterowania wewnętrznego.
W układach sterowania skalarnego regulacji podlegają amplitudy i częstotliwości
wybranych zmiennych, natomiast przy sterowaniu wektorowym dodatkowo dokonuje się
regulacji fazy. Układy sterowania skalarnego są proste w realizacji ale charakteryzują się
gorszymi właściwościami w porównaniu z metodami sterowania wektorowego.
Metoda sterowania skalarnego jest najprostszą metodą sterowania układem napędowym
falownik – silnik indukcyjny. W metodzie sterowania skalarnego, określanej równieŜ jako
sterowanie typu U/f=const., wykorzystuje się zaleŜnościach obowiązujących dla stanów
ustalonych pracy maszyny. W związku z tym układ sterowania nie oddziałuje na wzajemne
połoŜenie wektorów prądów i strumieni skojarzonych i tym samym nie ma moŜliwości
prawidłowej kontroli procesów przejściowych w takim napędzie.
W układzie sterowania skalarnego U/f=const stabilizacja strumienia magnetycznego w
silniku uzyskiwana
jest na podstawie proporcjonalnej zmiany wartości napięcia i
częstotliwości zasilania tj. przez utrzymanie stałego stosunku U/f. Wadą układu sterowania
skalarnego jest brak kontroli silnika w stanach przejściowych nad istotnymi wielkościami
silnika takimi jak m.in. prąd, moment elektromagnetyczny czy strumień magnetyczny. Z tego
powodu, w celu ograniczenia niekorzystnych zjawisk w stanach przejściowych, stosuje się
zmniejszenie dynamiki układu napędowego przez stopniową zmianę zadanej wartości
Strona 2
częstotliwości napięcia stojana i związaną z tym stopniową zmianę wartości napięcia
zasilającego silnik – rysunek 3.
Integrator
zadajnika
Charakterystyka
U/f
f uzad
f uzad
U zad
s
U
MSI
f
f zad
u
Modulator Sygnały
szerokości bramkowe
impulsów tranzystorów
FALOWNIK
NAPIĘCIA
Rys. 3. Układ sterowania skalarnego U/f=const. układem napędowym falownik-silnik
W układzie sterowania skalarnego, na podstawie zaleŜności obowiązujących dla stanu
ustalonego silnika, nastawiane są wartości amplitudy i pulsacji wektorów napięć, prądów i
strumieni silnika. Przy takim sterowaniu wartość napięcia zasilania silnika określana jest na
podstawie zadanej częstotliwości napięcia silnika. Częstotliwość fu i pulsacja napięcia
zasilania silnika ωu związane są zaleŜnością:
ωu = 2πf u
(1)
Przy pominięciu poślizgu silnika związek między modułem napięcia silnika |us| a pulsacją
ωu jest określony przez uproszczoną zaleŜność wyprowadzoną z równań modelu silnika w
stanie ustalonym:
u s = ψs
(2)
gdzie:
u
s
[R R
s
r
]
− ωu ω2 (L r Ls − L2m ) + (ωu Ls R r + ω2 L r R s )
2
2
R 2r L2s + ω2 (L r Ls − L2m )
2
jest modułem wektora napięcia zasilania silnika, ωu jest pulsacją wektora
napięcia zasilania silnika, ω2 to pulsacja poślizgu, ψs jest modułem strumienia
stojana silnika, Rs, Rr to rezystancje stojana i wirnika silnika natomiast Ls, Lr, Lm to
indukcyjności stojana, wirnika oraz indukcyjność wzajemna.
Przyjmując, Ŝe pulsacja poślizgu ω2 = 0 otrzymuje się zaleŜność:
(3)
us =
ψs
R s + ω2u Ls
L2s
2
2
Przy wyznaczeniu zaleŜności wiąŜącej wartość modułu wektora wyjściowego z jego
prędkością wirowania często pomija się wartość rezystancji stojana przyjmując Rs=0. Wynika
to z tego, Ŝe przy wyŜszych częstotliwościach napięcia silnika rezystancja stojana Rs jest
znacznie mniejsza od reaktancji stojana Xs:
(4)
X s = 2πf u Ls >> R s
Przy pominięciu rezystancji stojana w zaleŜności (3) moduł wektora napięcia zasilania
silnika określa zaleŜność:
(5)
us =
ψs ω u
Strona 3
Z zaleŜności (5) wynika, Ŝe aby uzyskać stały strumień w silniku tj. dla |ψs|=const. przy
równoczesnych zmianach pulsacji ωu naleŜy proporcjonalnie zmieniać napięcie zasilania
silnika |us|. Jeśli strumień silnika pozostaje stały to równieŜ moment maksymalny silnika jest
stały.
Maksymalny moment silnika przy róŜnych prędkościach obrotowych jest stały jeśli
amplituda strumienia stojana jest równieŜ stała i równa amplitudzie strumienia dla
warunków pracy znamionowej maszyny.
Jeśli przyjmie się, Ŝe znamionowy moduł strumienia stojana wyraŜony w jednostkach
względnych ma wartość:
(6)
ψs
=1
i jest utrzymywany na tym samym poziomie w całym zakresie pracy silnika, to zgodnie z (5)
moduł napięcia zasilania silnika jest proporcjonalny do jego pulsacji oraz, na podstawie (1),
równieŜ do częstotliwości:
(7)
u s = ωu
Kształtowanie charakterystyki mechanicznej silnika indukcyjnego przy sterowaniu
skalarnym i utrzymywaniu stałego stosunku napięcia do częstotliwości przedstawiono na
rys. 4.
n
n0n
n01
fn>f1>f2
Un, fn
Un U1 U2
= = =const.
fn f1 f2
U1, f1
n02
U2'>U2
U2', f2
U2, f2
Mmax
M
Rys. 4. Kształtowanie charakterystyki mechanicznej silnika przy sterowaniu skalarnym
U/f=const.
Typowa zaleŜność między częstotliwością wyjściową oraz napięciem wyjściowym
falownika jest liniowa – tak jak przedstawiono na rys. 5.
Strona 4
us
us = Un
us = Un
Un
us = − ω u
−ω n
us = ωu
Umin
−ω1
0
ω1
ωn
ωu
us = Umin
Rys. 5. Liniowa charakterystyka U/f=const. falownika napięcia
Znamionowa wartość strumienia stojana utrzymywana jest wyłącznie w zakresie
częstotliwości, dla której zachowany jest warunek określony zaleŜnością (5). Dla małych
częstotliwości czyli pulsacji napięcia w zakresie ωu = ( −ω1 , ω1 ) silnik zasilany jest napięciem
U1 o amplitudzie wyŜszej niŜ wynika to z zaleŜności (5). Spowodowane jest to pominięciem
rezystancji stojana, która występuje w zaleŜności (2) co umoŜliwiło uzyskanie zaleŜności (3).
Wpływ pominięcia rezystancji stojana na charakterystykę mechaniczną silnika
indukcyjnego dla małych częstotliwości przedstawiono na rys. 4. Na rys. 4 przy małej
częstotliwości f2 maksymalny moment silnika jest zmniejszony z uwagi na zbyt małą wartość
napięcia U2. Zastosowanie większego napięcia U2’ powoduje wzrost momentu maksymalnego
silnika.
Dla prędkości wirowania wektora napięcia większej od znamionowej ωu wartość napięcia
zasilania silnika ograniczona jest do wartości znamionowej ωn.
3. Maksymalne napięcie wyjściowe falownika
W układach napędowych, w których wartość napięcia znamionowego silnika jest wyŜsza
od maksymalnej wartości napięcia wyjściowego falownika z modulacją szerokości impulsów,
napięcie zasilające silnik ograniczone jest do wartości:
(8)
u s max =
3
ud
2
gdzie: ud jest wartością napięcia obwodu pośredniczącego falownika.
Wzrost napięcia wyjściowego falownika poza wartość określoną przez (8) prowadzi do
wejścia falownika w zakres nadmodulacji. Przy nadmodulacji napięcie zasilania silnika jest
odkształcone co powoduje równocześnie odkształcenia prądu zasilającego silnik.
W ćwiczeniu laboratoryjnym, aby uniknąć pracy z odkształconym prądem, częstotliwość
zasilania silnika ograniczona została tak aby przy utrzymaniu stałego stosunku U/f, układ nie
pracował w zakresie nadmodulacji.
4. Strumień stojana i strumień wirnika
Związek pomiędzy amplitudą strumienia wirnika a amplitudą strumienia stojana
wyznaczyć moŜna z zaleŜności:
Strona 5
(9)
ψs =
Lr
L L − L2m
ψs − r s
is
Ls
Lm
gdzie: ψs jest modułem wektora strumienia wirnika, i s jest modułem wektora prądu.
Stałe czasowe elektromagnetyczne obwodu stojana i wirnika są róŜne. Obwód stojana ma
mniejszą stałą czasową niŜ obwód wirnika.
5. Układ sterowania skalarnego
W układzie sterowania skalarnego wielkościami regulowanymi są: moduł napięcia
stojana |us| oraz jego pulsacja ωu. Pod względem stanów przejściowych właściwości układu
napędowego ze sterowaniem skalarnym są prawie takie same jak silnika klatkowego
włączonego bezpośrednio do sieci. RóŜnica tkwi jedynie w moŜliwości regulacji modułu i
pulsacji napięcia zasilającego stojan. Przez zmianę częstotliwości zmienia się prędkość
obrotową. Aby zmieniać prędkość obrotową przy stałym obciąŜeniu maszyny naleŜy
zachować |us|/fu=const. Wówczas zarówno wartość strumień stojana ψs jak i maksymalny
moment elektromagnetyczny maszyny nie ulegają zmianie.
Schemat blokowy układu sterowania silnikiem indukcyjnym z charakterystyką U/f
przedstawiono na rys. 6.
ud
ωu
us
ωu
M
Rys. 6. Falownik napięcia z zadawaniem napięcia według charakterystyki U/f
W układzie z rys. 6 sygnałem zadanym jest pulsacja napięcia ωu związana z
częstotliwością fu przez zaleŜność (1). Na podstawie zadanej pulsacji ωu odczytywana jest z
charakterystyki U/f zadana wartość napięcia wyjściowego falownika.
6. Układ z ogranicznikiem szybkości zmian sygnału zadanego
W celu uniknięcia niestabilnej pracy układu oraz ograniczenia wartości prądów w stanach
przejściowych dla napędu ze sterowaniem skalarnym konieczne jest ograniczenie szybkości
zmian zadanego sygnału częstotliwości. W tym celu do układu regulacji wprowadza się
dodatkowy blok ograniczający szybkość zmian zadanej wartości pulsacji napięcia
zasilającego przekształtnik – rys. 7.
Strona 6
udc
ωu
us
t
M
Rys. 7. Falownik napięcia z zadawaniem napięcia według charakterystyki U/f i kompensacją
poślizgu oraz ograniczeniem dynamiki częstotliwości zadanej
Blok ograniczenia szybkości zmian sygnału zadanego umoŜliwia realizację płynnych
zmian prędkości obrotowej. Wpływa to korzystnie na ograniczenie niekorzystnych efektów
występujących przy zmianach prędkości obrotowej silnika ale powoduje pogorszenie
dynamiki zmian prędkości silnika.
W układzie badanym w ćwiczeniu laboratoryjnym dynamika zmian częstotliwości
zadanej jest określona przez zmienną tr programu procesora sterującego układem
napędowym.
7. Omijanie prędkości krytycznych
Właściwości wirujących elementów mechanicznych układu napędowego mogą
powodować pojawianie się rezonansów mechanicznych , w pewnych zakresach prędkości
obrotowych silnika. W układzie sterowania, w którym wartość prędkości obrotowej wału
wirnika zmienia się powoli moŜliwe jest szybkie ominięcie częstotliwości rezonansowych
popierz skokową zmianę częstotliwości i amplitudy napięcia zasilającego.
Na rys. 8. przedstawiono schemat blokowy skalarnego układu sterowania silnikiem
klatkowym z omijaniem częstotliwości rezonansowych.
udc
Omijanie
częst.
rezonans .
ωu
us
t
M
Rys. 8. Falownik napięcia z zadawaniem napięcia według charakterystyki U/f, ograniczeniem
dynamiki zmian pulsacji zadanej i funkcją omijania częstotliwości rezonansowych
Strona 7
8. Układu z kompensacją poślizgu
Wzrost obciąŜenia silnika, przy niezmienionych wartościach napięcia i częstotliwości,
powoduje wzrost poślizgu i spadek obrotów silnika. W celu utrzymania stałej wartości
prędkości obrotowej wymagane jest wytworzenie większego momentu elektromagnetycznego
przez silnik. W układzie sterowania skalarnego moŜe odbywać się to przez zwiększenie
napięcia przy zachowaniu stałej częstotliwości. Do określenia stopnia obciąŜenia silnika
moŜna wykorzystać pomiar prądu stojana. Do układu regulacji moŜe zostać wprowadzana
poprawka, dla napięcia zadanego, uwzględniająca wartość prądu stojana aktualnie pobieraną
przez silnik.
W układzie z kompensacją poślizgu zadana wartość modułu napięcia określona jest
zaleŜnością:
(10)
us ' = us + w ⋅ i s
gdzie: us jest modułem wektora napięcia silnika odczytanym z charakterystyki U/f, us ' jest
zadanym modułem wektora napięcia wyjściowego falownika uwzględniającego
kompensację poślizgu, w jest stałym współczynnikiem dobieranym tak aby uzyskać
sztywną charakterystykę mechaniczną napędu.
Wzrost obciąŜenia na wale maszyny pociąga za sobą wzrost prądu stojana i tym samym
napięcia. Natomiast wzrost napięcia poprzez zwiększenie generowanego momentu powoduje
wzrost prędkości obrotowej.
Struktura układu sterowania skalarnego z kompensacją poślizgu przedstawiona została na
rys. 9.
ud
ωu
us
us '
+
+
ωu
W
is
M
~
Rys. 9. Układ sterowania skalarnego z kompensacją poślizgu
9. Program ćwiczenia
Układ napędowy składa się z silnika indukcyjnego o mocy 5,5kW i obciąŜenia w postaci
maszyny prądu stałego pracującej jako generator. ObciąŜeniem generatora jest rezystor
regulowany. Przemiennik częstotliwości AMT-030 umoŜliwia, przy częstotliwości
impulsowania 7,5kHz, uzyskanie maksymalnego wyjściowego prądu 30 amperów. Pracą
przemiennika częstotliwości steruje układ mikroprocesorowy SH65 ver.3.0 z procesorem
sygnałowym DSP firmy Analog Devices typu ADSP21065L i układem logiki
programowalnej FPGA firmy Altera typu FLEX6016. Program zawierający algorytm
Strona 8
sterowania napędem przekazywany jest do pamięci procesora DSP za pomocą programu
konsoli operatora „TKombajn”, która umoŜliwia takŜe zmianę parametrów sterowania,
rejestrację i wizualizację przebiegów.
Uwagi:
1. Procesor steruje załączeniem i wyłączeniem obciąŜenia przez załączanie i wyłączanie
stycznika umieszczonego w obwodzie twornika prądnicy obciąŜającej silnik klatkowy.
Sterowanie stycznikiem w programie „TKombajn” odbywa się odpowiednimi
przyciskami LOAD ON i LOAD OFF znajdujacymi się w zakładce Control.
2. W obwodzie prądnicy prądu stałego zastosowano stycznik załączający rezystor
obciąŜenia. Sterowanie załączeniem i wyłączeniem stycznika kontrolowane jest przez
ukłąd sterowania falownika. W celu ochrony styków stycznika jego wyłączenie moŜliwe
jest tylko po zatrzymaniu silnika klatkowego. Wynika to z tego, Ŝe zastosowany w
układzie stycznik ma styki zaprojektowane jedynie do łączenia prądu przemiennego.
3. Parametry silnika, falownika, maszyny obciąŜającej oraz nazwy zmiennych dostępnych z
poziomu programu „konsola” umieszczone są w końcowej części instrukcji.
4. O ile nie podano inaczej zmienne określone są w jednostkach względnych, które
oznaczane są skrótem j.w.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Zapoznać się z działaniem i obsługą przemiennika częstotliwości.
Zapoznać się z działaniem i obsługą programu konsoli operatora „TKombajn”.
Załadować plik udof.ldr do pamięci procesora sygnałowego.
Wyznaczyć charakterystyki mechaniczne układu n=f(Mo) dla 2 róŜnych zadanych
częstotliwości: np.: 0,8j.w. i 0,3j.w. Prędkość obrotowa silnika oznaczona jako n powinna
zostać wyraŜona w jednostkach [obr/min] natomiast moment obciąŜenia Mo w [Nm].
Moment obciąŜenia silnika obliczyć z następującej zaleŜności:
u ⋅ i + R t ⋅ i 2t
(11) M O = t t
ωr
gdzie: ut, it, są napięciem twornika w [V] oraz prądem twornika w [A] maszyny prądu
stałego obciąŜającej silnik klatkowy, Rt=1.5Ω jest rezystancją stojana, ωr jest
prędkością obrotową wału w [rad/sek].
Prędkość obrotową odczytywać w programie „TKombajn”.
W sprawozdaniu określić sztywność charakterystyk.
Dla wybranej zadanej pulsacji napięcia silnika dokonać rejestracji: momentu
elektromagnetycznego silnika, składowej x napięcia silnika, składowej x prądu stojana,
składowej x strumienia wirnika oraz składowej x strumienia stojana. Przebiegi
zarejestrować dla najkrótszego czasu rejestracji. Pomiar powtórzyć rejestrując dodatkowo
moduł strumienia wirnika i moduł strumienia stojana zamiast składowych x tych
strumieni. W sprawozdaniu zwrócić szczególną uwagę na róŜnice w przebiegach
strumieni stojana i wirnika.
Przeprowadzić nawrót silnika dla wybranej zadanej pulsacji napięcia (np. 0,7j.w. do –
0,7j.w.) dla dwóch szybkości zmian sygnału zadanego tr (np. tr=1 i tr=10). Nawrót
przeprowadzić dla silnika nieobciąŜonego. Zarejestrować przebiegi: zadanej pulsacji
napięcia, momentu elektromagnetycznego silnika, modułu prądu stojana, napięcia w
obwodzie pośredniczącym i prędkości obrotowej wału silnika. W sprawozdaniu zwrócić
szczególną uwagę na przebieg napięcia w obwodzie pośredniczącym oraz na przebiegi
sygnałów przy zmianie kierunku obrotów silnika.
Strona 9
7.
Przeprowadzić nawrót silnika tak jak w punkcie 6 rejestrując: zadaną pulsację napięcia
stojana, moduł napięcia zasilającego silnik, moduł strumienia stojana, moduł strumienia
wirnik oraz moduł prądu stojana.
8. Przeprowadzić rozruch i hamowanie silnika dla dwóch czasów (np. tr=1[s] i tr=10[s]) z
załączonym obciąŜeniem. Zarejestrować przebiegi: zadanej pulsacji napięcia, momentu
elektromagnetycznego silnika, modułu prądu stojana, napięcia w obwodzie
pośredniczącym i prędkości obrotowej wału silnika.
9. Powtórzyć rejestracje z punktu 7 dla prędkości przyjętych w punkcie 8.
10. Zmienne z punktu 7 zarejestrować dla stanu ustalonego pracy napędu.
11. Zbadać działanie układu przy skokowym obciąŜeniu silnika – zarejestrować przebiegi:
zadanej pulsacji napięcia, momentu elektromagnetycznego silnika, modułu prądu stojana,
napięcia w obwodzie pośredniczącym, prędkości obrotowej wału silnika. Rejestrację
wykonać przy stałej, zadanej pulsacji napięcia stojana np. 0,7j.w. Do rejestracji
warunkowej moŜna wykorzystać zmienna logiczną stanu załączenia stycznika.
12. Zastosować funkcję mijania prędkości krytycznych wpisując wartość pulsacji krytycznej
z zakresu przewidywanych zmian pulsacji napięcia zasilającego silnik, a następnie
dokonać rozruchu lub hamowania i zarejestrować zmienne z punktu 6.
Tab. 1. Spis zmiennych dostępnych z poziomu programu konsola:
Nazwa
ia, ib, ic
isx, isy
is
ud
kryt_1
tr
omegaU
omega_sof
omegaR
Mem
frx_so, fry_so
fr
fsx_so, fsy_so
fs
usx, usy
us
stycznik_zalaczony
Opis
Prądy fazowe silnika (układ trójfazowy)
Składowe x oraz y prądu silnika (układ dwufazowy nieruchomy)
Moduł prądu silnika
Napięcie obwodu pośredniczącego
Wartość pulsacji dla której występuje rezonans
Czas określający szybkość zmiany sygnału zadanego częstotliwości
Zadana wartość pulsacji napięcia zasilającego silnik
Prędkość estymowana w obserwatorze prędkości
Prędkość wału silnika mierzona enkoderem
Moment elektromagnetyczny
Składowe strumienia wirnika
Moduł strumienia wirnika
Składowe strumienia stojana
Moduł strumienia stojana
Składowe wektora napięcia zasilającego silnik
Moduł wektora napięcia zasilającego silnik
Zmienna logiczna określająca stan stycznika obciąŜenia (1 - stycznik
załączony, 0 - stycznik wyłączony)
Strona 10
Wszystkie rejestrowane zmienne określone są w jednostkach względnych odniesionych
do wielkości bazowych podanych w tabeli 2.
Tab. 2. Jednostki bazowe
us
Napięcie
Moduł wektora napięcia zasilającego silnik
U b = 3U n fazowe = U n przewodowe
Prąd
I b = 3I n
Impedancja
Zb =
Ub
Strumień magnetyczny
Ψb =
Ub
Prędkość kątowa
ωb =
Moment
Indukcyjność
Ib
ωo
ωo
p
mb = Ψ b ⋅ Ib ⋅ p
Lb =
Ψb
Ib
gdzie: ωo - pulsacja synchroniczna:
(12)
ωo = 2πf n
10.
Parametry układu napędowego
Dane znamionowe silnika klatkowego SZJDe56
Moc znamionowa
Napięcie przewodowe
Prąd fazowy silnika przy połączeniu uzwojeń w gwiazdę
Prędkość obrotowa znamionowa
Częstotliwość znamionowa
Liczba par biegunów
Znamionowy współczynnik mocy
Pn=5,5 [kW]
Un=220/380 [V]
In= 20,4/11,8[A]
nn= 935 [obr/min]
fn=50[Hz]
p=3
cos ϕn=0.84 [-]
Przemiennik częstotliwości
Przemiennik częstotliwości zbudowany jest z mostka prostownikowego i falownika
napięcia z tranzystorami IGBT (moduły dwutranzystorowe Toshiba-MG75Q2YS40)
oraz tranzystora hamującego (Semikron-SKM 300 GAR 123D). Tranzystory są
wyzwalane poprzez układ sterowników M57959L firmy Mitsubishi. W
przemienniku zainstalowano czujniki hallotronowe firmy LEM do pomiaru dwóch
prądów wyjściowych (LA55SP1) oraz do pomiaru napięcia w obwodzie
pośredniczącym (LV25P).
11.
1.
2.
3.
4.
Zagadnienia
Kształtowanie charakterystyki mechanicznej silnika indukcyjnego.
Częstotliwościowa regulacja obrotów silnika indukcyjnego.
Sterowanie skalarne U/f=const silnikiem indukcyjnym.
Wyjaśnić problemy związane ze sterowaniem skalarnym przy niskiej częstotliwości
napięcia silnika.
Strona 11
5. Dlaczego przy niskiej częstotliwości napięcia silnika indukcyjnego nie jest utrzymywany
stały stosunek U/f?
6. W jakim celu utrzymywany jest stały stosunek napięcia do częstotliwości w napędzie
silnika indukcyjnego zasilanego z falownika.
7. Jakie są wady sterowania skalarnego U/f?
8. W jaki sposób moŜna poprawić właściwości układu napędowego silnika indukcyjnego
przy sterowaniu U/f=const.
9. W jakim celu ogranicza się szybkość zmian sygnału zadanego częstotliwości w układzie
sterowania skalarnego silnikiem indukcyjnym?
Literatura
10. Grunwald Z. (red): Napęd Elektryczny. WNT, Warszawa 1987.
11. Szklarski L., Dziadecki A., Strycharz J., Jaracz K.: Automatyka napędu elektrycznego.
Wyd. AGH, Kraków 1987.
12. Bisztyga K.: Sterowanie i regulacja silników elektrycznych. WNT, Warszawa 1989.
13. Tunia H., Kaźmierkowski M. Automatyka napędu przekształtnikowego. PWN,
Warszawa 1987.
14. Orłowska-Kowalska T: Bezczujnikowe układy napędowe z silnikami indukcyjnymi.
Wrocław, Oficyna Wydawnicza PW 2003.
Strona 12

Sterowanie skalarne silnikiem indukcyjnym

Transkrypt

Podobne dokumenty

miejski ośrodek pomocy społecznej w pułtusku sprzeda samochód

MERCEDES-BENZ E 200 Kompressor

PORSCHE Blok silnika