6. Układy regulacyjne z silnikiem synchronicznym o magnesach
Transkrypt
6. Układy regulacyjne z silnikiem synchronicznym o magnesach
6. Układy regulacyjne z silnikiem synchronicznym o magnesach trwałych 6.1 Zasada regulacji częstotliwościowej ; 6.2 Układ regulacji silnika z sinusoidalną SEM (PMSM); 6.3 Metoda bezpośredniego sterowania momentem i strumieniem (DTC); Schematy przekrojów wirnika PMSM; usytuowanie magnesów: a) i b) powierzchniowe, c) i d) zagłębione d d N q N q S S S N N S S N N S S (a) (b) N N d d q q N N S S N N S S S S S N N (d) (c) Magnes trwały Ferromagnetyk Paramagnetyk N S N S Przebieg: indukcji, SEM i prądu jednej fazy silnika o magnesach trwałych: a) z trapezoidalną SEM – BLDCM, b) z sinusoidalną SEM – PMSM B B 0 ϑ 2π π 0 E π 2π π 2π π 2π ϑ E 0 π t 2π 0 I ωt I 0 π t 2π 0 ωt Układ uzwojeń maszyny prądu przemiennego: a) maszyna z trójfazowym symetrycznym uzwojeniem stojana i wirnika (silnik indukcyjny), b) silnik synchroniczny o magnesach trwałych A A ϑ ϑ d iA iA a UA UA Uc N ia ib UB B UB ic Ub iB B iC iB UC C q b S c Ua iC UC C Opis matematyczny silnika PMSM dΨ sk U sk = Rs I sk + + jω k Ψ sk dt Ψ sk = Ls I sk + Ψ f dω m 1 = (m e − m op ) dt J dϑ =ω dt me = p ms Im(Ψ *sk I sk ) 2 Opis matematyczny silnika PMSM we współrzędnych d-q zmienne stanu - strumienie skojarzone stojana u d = Rs i d + dψ d − pω mψ q dt u q = Rs iq + dψ q dt + pω mψ d ψ d = Ld i d + ψ f ψ q = Lq i q dω m 1 ms ψ ψ = − − p ( i i ) m d q q d op dt J 2 dΘ =ω dt Opis matematyczny silnika PMSM we współrzędnych d-q zmienne stanu - prądy stojana Lq did Rs 1 id + =− ud ω m iq + Ld dt Ld Ld diq dt =− Rs L 1 iq − d ω m id − ω mΨ f + uq Lq Lq Lq dω m 1 Ψ f i q + L d − L q ⋅ i d i q − m op = dt TM [ ( ) ] dΘ =ω dt Schemat blokowy PMSM zmienne stanu – prądy stojana Strategie sterowania PMSM I. Zachowanie stałego kąta mocy δ=π/2, II. Zachowanie stałego współczynnika mocy cosϕ = 1, III. Zachowanie stałej wartości amplitudy strumienia skojarzonego stojana Ψs = const, IV. Maksymalizacja stosunku momentu elektromagnetycznego do amplitudy prądu Wykresy wektorowe dla strategii sterowania: III. Ψs = const. I. δ=π/2 jq jq isq ψs ψs η is -if η δ η η δ η ψi η ψf δ ψi d ψf d Strategie sterowania – zaleŜności matematyczne I. - δ=ππ/2 IV. max QI = 3 3 M e = ⋅ p ⋅ Ψd ⋅ I s = ⋅ p ⋅ Ψ f ⋅ I s 2 2 I d = I s cos δ 3 M e = ⋅ km ⋅ I s 2 Ψs = Me Is I q = I s sin δ Ψ f2 + (L q I q ) 2 Me = QI = III. Ψs = const. 3 M e = ⋅ p ⋅Ψ f ⋅ I s ⋅ sin( η ) 2 ( ) 1 3 ⋅ p ⋅ Ψ f ⋅ I s ⋅ sin( δ ) + Ld − Lq ⋅ I s2 sin(2δ ) 2 2 ( ) Me 3 1 = ⋅ p ⋅ Ψ f ⋅ sin( δ ) + Ld − Lq ⋅ I s sin(2δ ) 2 Is 2 δ op 2 1 1 1 = cos − − + 4 L −L I 4 Ld − Lq I s 2 d q s −1 ( ) ( ) dla warunku Ψs = Ψf = const. Schemat blokowy PMSM w układzie współrzędnych d-q dla id = 0 (δ=π/2) ZaleŜność strumienia i momentu od prądu dla strategii I (K1), II (K2) i III (K3). 1.5 Me/Memax ψ K1 ψ/ψ f 1 MK1 ψ K2 MK3 ψ K3 0.5 MK2 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 I/If Wykres zaleŜności momentu elektromagnetycznego i strumienie skojarzonego stojana od prądu stojana; 1 - strategia I, 2 – strategia IV dla Lq/Ld =5, 1,5 m/mmax 1 Ψ/Ψ Ψf 1,4 2 0,8 1,3 1 1 1,2 0,6 1,1 0,4 1 2 0,2 0,9 I/If I/If 0,8 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Układ regulacji połoŜenia i prędkości PMSM z dwoma regulatorami prądów typu PI osiach d-q 400VAC/50 i dzad=0 ω zad θzad Rω Rθ PI iqzad PI u α dq uq αβ θ ω θ ud id iq FDP dq αβ αβ uβ ua ub uc S a S b S c abc iα αβ FDP iβ ia ib ic abc θ z-1 Tz SSMT θ R Układ wektorowej regulacji prądu z regulatorami histerezowymi prądów fazowych iqz d-q iβ z α-β iAz iBz idz α-β iαz abc iA iCz iB iC sinΘ cosΘ PMSM Struktura układu regulacji prędkości PMSM z bezpośrednim sterowaniem momentem (DTC) Ψsz – ωz mz – Rω SA dΨs Tabela dme optymalnych przełączeń wektora napięcia Sb Sc – UA UB UC Ψs me Wyznaczanie strumienia i momentu ω γS PMSM R Przydział wektora napięcia falownika do sektorów sterowania dla dwupołoŜeniowego regulatora momentu dΨ Ψs dme S1 S2 S3 S4 S5 S6 1 1 U2 = (110) U3 = (010) U4 = (011) U5 = (001) U6 = (101) U1 = (100) 1 -1 U6 = (101) U1 = (100) U2 = (110) U3 = (010) U4 = (011) U5 = (001) -1 1 U3 = (010) U4 = (011) U5 = (001) U6 = (101) U1 = (100) U2 = (110) -1 -1 U5 = (001) U6 = (101) U1 = (100) U2 = (110) U3 = (010) U4 = (011) Przebieg prędkości zadanej i rzeczywistej oraz prądu rzeczywistego w osiach d i q w układzie regulacji prędkości PMSM z czujnikiem (a) podczas rozruchu i hamowania silnika