Sposób regulacji silnika asynchronicznego zasilanego z falownika napięcia z filtrem wyjściowym, zwłaszcza przeznaczony dla układów bezczujnikowych

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. H02P 21/13 ( ) G06F 17/13 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób regulacji silnika asynchronicznego zasilanego z falownika napięcia z filtrem wyjściowym, zwłaszcza przeznaczony dla układów bezczujnikowych (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 14/07 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 02/12 (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL (72) Twórca(y) wynalazku: JAROSŁAW GUZIŃSKI, Gdańsk, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Czesław Popławski PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób regulacji silnika asynchronicznego zasilanego z falownika napięcia z filtrem wyjściowym, zwłaszcza przeznaczony dla bezczujnikowych układów napędowych. Znajduje on zastosowanie w elektrycznych układach napędowych z silnikami asynchronicznymi, w których dodatkowo dla poprawy kształtu prądów i napięć zasilających silnik asynchroniczny zastosowano filtr wyjściowy, zwłaszcza w bezczujnikowych układach napędowych o regulowanej prędkości. Pojęcie bezczujnikowego układu napędowego o regulowanej prędkości odnosi się do układu w którym wyeliminowano konieczność stosowania czujnika prędkości kątowej wału. Czujniki prędkości są wrażliwe na zakłócenia, a ich użycie w niektórych zastosowaniach może wielokrotnie zwiększać koszt układu napędowego. Coraz powszechniejsze zastosowanie znajdują układy odtwarzania prędkości kątowej wału. Odtwarzać w nich można równocześnie pozostałe zmienne stanu silnika asynchronicznego, które odpowiadają zmiennym wektorowego modelu silnika - składowym wektorów prądu stojana i strumienia wirnika. Pełna informacja o modelu silnika asynchronicznego daje podstawę do syntezy wysokiej jakości układu regulacji silnika asynchronicznego zasilanego z falownika napięcia. Model matematyczny silnika asynchronicznego jest piątego rzędu i zawiera człony nieliniowe. Dwie zmienne tego modelu są składowymi wektora prądu stojana. Dwie zmienne są składowymi wektora strumienia wirnika, a piąta zmienna jest prędkością kątową wirnika. Bezpośrednio w oparciu o taki model nie można zrealizować układu regulacji silnika asynchronicznego. Znany jest z publikacji Z Krzemiński: Cyfrowe sterowanie maszynami asynchronicznymi", Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2001 sposób redukcji rzędu modelu silnika asynchronicznego poprzez transformację zmiennych wektorowych modelu matematycznego piątego rzędu, związanych z określonym prostokątnym układem współrzędnych, do postaci zmiennych multiskalarnych nie związanych z układem współrzędnych. Model multiskalarny silnika asynchronicznego jest czwartego rzędu. Pierwsza zmienna multiskalarna oznacza prędkość kątową wału, druga zmienna multiskalarna jest proporcjonalna do momentu elektromagnetycznego silnika, trzecia zmienna multiskalarna jest równa kwadratowi modułu wektora strumienia wirnika, natomiast czwarta zmienna multiskalarna nie ma interpretacji fizycznej. Znane są również z publikacji Z Krzemiński: Cyfrowe sterowanie maszynami asynchronicznymi", Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2001: sposób odtwarzania prędkości kątowej wału i strumienia wirnika oraz sposób bezczujnikowej regulacji silnika asynchronicznego zasilanego z falownika napięcia. Sposób bezczujnikowej regulacji silnika asynchronicznego zasilanego z falownika napięcia polega na pozyskiwaniu sygnału prędkości kątowej wału silnika asynchronicznego oraz sygnałów odpowiadających składowym wektorów prądu stojana silnika, napięcia stojana silnika oraz strumienia skojarzonego wirnika rozpatrywanych w prostokątnym układzie współrzędnych. Sygnały prędkości kątowej wału oraz składowych wektora strumienia wirnika ustalane są w obserwatorze poprzez odpowiednie przekształcenie pomierzonych sygnałów składowych wektora prądu stojana oraz składowych wektora napięcia stojana. Sygnały prędkości kątowej wału, składowych wektora strumienia wirnika oraz składowych wektora prądu stojana transformowane są na postać odpowiadającą zmiennym multiskalarnym niezależnym od układu współrzędnych. Regulacja silnika asynchronicznego odbywa się poprzez regulację sygnałów zmiennych multiskalarnych w bloku regulatorów. Nieliniowości, które wynikają z zależności pomiędzy pozyskanym sygnałami prędkości kątowej wału i pozostałymi sygnałami odpowiadającymi zmiennym wektorowym, kompensowane są poprzez ustalenie sygnałów sterowań odsprzęgających. Transformując sygnały sterowań odsprzęgających niezależne od układu współrzędnych, ustala się zadane sygnały składowych wektora napięcia wyjściowego falownika napięcia. Odsprzęganie oznacza eliminację sprzężeń pomiędzy czynnościami regulacji odpowiednich sygnałów zmiennych multiskalarnych. Napięcie generowane na wyjściu falownika napięcia składa się z ciągu impulsów o amplitudzie przekraczającej znamionowe napięcie silnika asynchronicznego. Impulsy te wytwarzane są poprzez kolejne załączenia kombinacji tranzystorów falownika. W układach napędowych, w których stosuje się falowniki napięcia, wskazane jest wyeliminowanie z przebiegów napięć na zaciskach silnika dużych stromości narastania napięcia ze względu możliwość powstawania efektów falowych powodujących starzenie izolacji w wyniku przepięć oraz generowanie prądów łożyskowych. W tym celu pomiędzy zaciski falownika a zaciski silnika włącza się filtr wyjściowy. Korzystnym jest aby filtr wyjściowy w każdej fazie zawierał dwie gałęzie podłużne zawierając indukcyjność i rezystancję, przy czym jedna z gałęzi jest szeregowo połączona z wyjściem falownika a druga szeregowo połączona z zaciskiem

3 PL B1 3 danej fazy silnika, oraz jedną gałąź zawierającą pojemność, włączoną poprzecznie pomiędzy pozostałe dwie. Znany jest z publikacji: Krzemiński Z, Guziński J.: Output filter for voltage source inverter supplying induction motor, Proceedings of the Int. Conf. Power Conversion Intelligent Motion, PCIM'05, Nurnberg, Germany, 2005 układ filtru wyjściowego falownika o strukturze zbliżonej do opisanej powyżej. Zastosowanie takiego filtru zapewnia wyeliminowanie szkodliwych zjawisk oddziaływujących na silnik asynchroniczny, które powstają w wyniku zasilania za pomocą falownika napięcia. Filtr ten nie wprowadza znaczącego przesunięcia fazowego do przebiegów prądów i napięć zasilających silnik, powodując jedynie zmianę amplitudy tych sygnałów. Stosowane współcześnie falowniki napięcia zapewniają realizację na wyjściu napięcia o zadanym kształcie podstawowej harmonicznej na podstawie pomiaru napięcia w obwodzie pośredniczącym falownika. Jednocześnie typowe, seryjnie produkowane falowniki posiadają wbudowane czujniki pomiarowe prądu wyjściowego zarówno dla celów regulacji jak i dla celów zabezpieczenia przed przetężeniem prądu. Dla celu realizacji układu regulacji silnika asynchronicznego zastosowanego w napędzie elektrycznym o regulowanej prędkości z dołączonym do falownika filtrem wyjściowym konieczny jest więc dodatkowy pomiar prądów i napięć za filtrem wyjściowym. W znanych z publikacji: M. Kojima, K. Hirabayashi, Y. Kawabata, E.C. Ejiogu, and T. Kawabata, "Novel vector control system using deadbeat controlled PWM inverter with output LC filter, " in Conf. Rec. IEEE/IAS Annu. Meeting, vol 3, Pittsburgh, PA, Oct. 2002, pp oraz R. Seliga and W. Koczara: "Multiloop Feedback Control Strategy in Sine-Wave Voltage Inverter for an Adjustable Speed Cage Induction Motor Drive System " Proceedings of the Int. Conf. EPE Graz Austria, Aug. 2001, CD-ROM układach regulacji dołączenie do falownika napięcia w układzie napędowym filtru wyjściowego wymagało zastosowania dodatkowych czujników pomiarowych prądu bądź napięcia. Podwyższa to koszt układu napędowego i obniża niezawodność ponieważ transmisja sygnałów pomiarowych z wyjścia filtru do falownika może podlegać zakłóceniom. Sposób regulacji silnika asynchronicznego zasilanego z falownika napięcia z filtrem wyjściowym, zwłaszcza przeznaczony dla układów bezczujnikowych, polegający na pomiarze w równoodległych chwilach czasu sygnałów odpowiadających składowym x i y wektora prądu wyjściowego falownika przy czym oznaczenia x i y wskazują że składowe wektora określone są w prostokątnym układzie współrzędnych nieruchomym względem stojana, a prąd wyjściowy falownika oznacza prąd płynący w przewodach łączących falownik z filtrem wyjściowym, porównaniu sygnałów składowych x i y wektora prądu wyjściowego falownika pomierzonych w danej chwili czasu z sygnałami składowych x i y wektora prądu wyjściowego falownika pomierzonymi w poprzedniej chwili czasu, mierzeniu w równoodległych chwilach czasu sygnałów odpowiadających składowym x i y wektora napięcia wyjściowego falownika, porównaniu sygnałów składowych x i y wektora napięcia wyjściowego falownika pomierzonych w danej chwili czasu z sygnałami składowych x i y wektora napięcia wyjściowego falownika pomierzonymi w poprzedniej chwili czasu, ustalaniu sygnałów odpowiadających składowym x i y wektora prądu stojana silnika, przy czym prąd stojana silnika oznacza prąd płynący w przewodach łączących filtr wyjściowy z silnikiem, ustalaniu sygnałów odpowiadających składowym x i y wektorów napięcia stojana silnika oraz strumienia skojarzonego wirnika oraz ustalaniu sygnału prędkości kątowej wału silnika asynchronicznego, przetransformowaniu tych sygnałów na postać odpowiadającą zmiennym multiskalarnym niezależnym od układu współrzędnych, regulacji sygnałów zmiennych multiskalarnych w bloku regulatorów, kompensacji nieliniowości, występujących pomiędzy sygnałem prędkości kątowej wału i pozostałymi sygnałami odpowiadającymi zmiennym wektorowym, poprzez sterowania odsprzęgające, przy czym odsprzęganie oznacza eliminację sprzężeń pomiędzy regulacją odpowiednich sygnałów zmiennych multiskalarnych, i ustaleniu zadanych sygnałów sterujących dla falownika napięcia charakteryzuje się według wynalazku tym, że sygnały składowych wektora prądu stojana oraz sygnały składowych wektora napięcia stojana ustala się w symulatorze filtru wyjściowego, przy czym sygnały składowych wektora prądu stojana ustala się w bloku prądu stojana symulatora filtru wyjściowego przekształcając pomierzone w danej chwili czasu sygnały składowych wektora prądu wyjściowego falownika oraz ustalone w danej chwili sygnały pomocnicze prądowe odpowiadające składowym wektora prądu płynącego przez kondensatory filtru wyjściowego, zgodnie z zależnościami: isx = ilx - icx, isy = ily - icy.

4 4 PL B1 ilx - sygnał składowej x wektora prądu wyjściowego falownika icx - sygnał składowej y wektora prądu płynącego przez kondensatory filtru wyjściowego isy - sygnał składowej x wektora prądu wyjściowego falownika ily - sygnał składowej y wektora prądu wyjściowego falownika icy - sygnał składowej y wektora prądu płynącego przez kondensatory filtru wyjściowego. Sygnały składowych wektora napięcia stojana ustala się w bloku napięcia stojana symulatora filtru wyjściowego przekształcając ustalone w danej chwili czasu sygnały składowych wektora prądu stojana oraz ustalone w poprzedniej chwili czasu sygnały składowych wektora prądu stojana uzyskane z drugiego rejestru pamiętającego oraz ustalone w danej chwili sygnały pomocnicze napięciowe odpowiadające składowym wektora napięcia na kondensatorach filtru wyjściowego, zgodnie z zależnościami: L2 (isx isxpop) usx = ucx isx R2 L2 (isy isypop) usy = ucy isy R2 usx - sygnał składowej x wektora napięcia silnika R2 - wartości stałe odpowiadające rezystancjom filtru wyjściowego L2 - wartości stałe odpowiadające indukcyjnościom filtru wyjściowego isxpop - sygnał składowej x wektora prądu silnika ustalony w poprzedniej chwili czasu - wartość stała odpowiadająca czasowi pomiędzy chwilami pomiarów usy - sygnał składowej y wektora napięcia silnika isy - sygnał składowej y wektora prądu silnika isypop - sygnał składowej y wektora prądu silnika ustalony w poprzedniej chwili czasu. Sygnały pomocnicze napięciowe, odpowiadające składowym wektora napięcia na kondensatorach filtru wyjściowego, ustala się w bloku napięcia kondensatora symulatora filtru wyjściowego przekształcając pomierzone w danej chwili czasu sygnały składowych wektora prądu wyjściowego falownika oraz sygnał różnicy pomiędzy pomierzonymi w danej chwili czasu sygnałami składowych wektora prądu wyjściowego falownika a pomierzonymi w poprzedniej chwili sygnałami składowych wektora prądu wyjściowego falownika uzyskanymi z pierwszego rejestru pamiętającego oraz pomierzone w danej chwili czasu sygnały składowych wektora napięcia wyjściowego falownika, zgodnie z zależnościami: L1 (ilx ilxpop) usx = ulx ilx R1 L1 (ily ilypop) ucy = uly ily R1 ulx - sygnał pomocniczy napięciowy składowej x napięcia wyjściowego falownika ilx - sygnał składowej x wektora prądu silnika R1 - wartości stałe odpowiadające rezystancjom filtru wyjściowego L1 - wartości stałe odpowiadające indukcyjnościom filtru wyjściowego ilxpop - sygnał składowej x wektora prądu silnika ustalony w poprzedniej chwili czasu - wartości stała odpowiadająca czasowi pomiędzy chwilami pomiarów uly - sygnał pomocniczy napięciowy składowej y napięcia wyjściowego falownika ily - sygnał składowej y wektora prądu wyjściowego falownika ilypop - sygnał składowej y wektora prądu silnika ustalony w poprzedniej chwili czasu.

5 PL B1 5 Sygnały pomocnicze prądowe odpowiadające składowym wektora prądu płynącego przez kondensatory filtru wyjściowego ustala się w bloku prądu kondensatora symulatora filtru wyjściowego przekształcając ustalone w danej chwili sygnały pomocnicze napięciowe odpowiadające składowym wektora napięcia na kondensatorach filtru wyjściowego oraz ustalone w poprzedniej chwili sygnały pomocnicze napięciowe, uzyskane z trzeciego rejestru pamiętającego, odpowiadające składowym wektora napięcia na kondensatorach filtru wyjściowego zgodnie z zależnościami: Cxy icx = Cxy icx = ( ucx ucxpop), ( ucy ucypop), icx - sygnał składowej x wektora prądu płynącego przez kondensatory filtru wyjściowego Cxy - wartość stała odpowiadająca pojemności kondensatora filtru wyjściowego ucxpop - sygnał pomocniczy napięciowy składowej x napięcia na kondensatorach filtru wyjściowego ustalony w poprzedniej chwili czasu - wartość stała odpowiadająca czasowi pomiędzy chwilami pomiarów icy - sygnał składowej y wektora prądu płynącego przez kondensatory filtru wyjściowego ucypop - sygnał pomocniczy napięciowy składowej y napięcia na kondensatorach filtru wyjściowego ustalony w poprzedniej chwili czasu. Wykorzystanie sposobu według wynalazku w układach napędowych z silnikami asynchronicznymi o regulowanej prędkości z dołączonym filtrem wyjściowym umożliwia wyeliminowanie dodatkowych czujników pomiarowych prądu i napięcia za filtrem wyjściowym. Pozwala to na znaczące zmniejszenie kosztów układu napędowego oraz podwyższenie poziomu niezawodności. Jednocześnie sygnały prądu i napięcia stojana silnika asynchronicznego uzyskane przy wykorzystaniu sposobu według wynalazku mają postać dogodną do przekształcenia w celu precyzyjnego ustalenia sygnału prędkości kątowej wału za pomocą znanych z literatury obserwatorów prędkości i precyzyjnej regulacji silnika asynchronicznego zasilanego z falownika napięcia. Przedmiot wynalazku objaśniony jest bliżej w przykładzie wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie sposób postępowania przy ustalaniu sygnałów składowych wektorów prądu stojana i napięcia stojana, fig. 2 przedstawia schematycznie sposób postępowania przy regulacji silnika regulacji silnika asynchronicznego zasilanego z falownika napięcia z filtrem wyjściowym. Sygnały pomiarowe składowych wektora prądu wyjściowego falownika ilx, ily uzyskane w danej chwili z przetwornika pomiarowego prądu PI oraz sygnały pomiarowe składowych wektora prądu wyjściowego falownika ilxpop, ilypop pomierzonymi w poprzedniej chwili uzyskane z pierwszego rejestru pamiętającego RPl a także sygnały pomiarowe składowych wektora napięcia wyjściowego falownika ulx, uly uzyskane w danej chwili z przetwornika pomiarowego napięcia PU przekształca się w bloku napięcia kondensatora BNK symulatora filtru wyjściowego SFW, zgodnie z zależnościami: L1 ucx = ulx ilx R1 L1 ucx = uly ily R1 ( ilx ilxpop), ( ily ilypop), ulx - sygnał pomocniczy napięciowy składowej x napięcia wyjściowego falownika ilx - sygnał składowej x wektora prądu wyjściowego falownika R1 - wartości stałe odpowiadające rezystancjom filtru wyjściowego L1 - wartości stałe odpowiadające indukcyjnościom filtru wyjściowego ilxpop - sygnał składowej x wektora prądu silnika ustalony w poprzedniej chwili

6 6 PL B1 - wartość stała odpowiadająca czasowi pomiędzy chwilami pomiarów uly - sygnał pomocniczy napięciowy składowej y napięcia wyjściowego falownika ily - sygnał składowej y wektora prądu wyjściowego falownika ilypop - sygnał składowej y wektora prądu silnika ustalony w poprzedniej chwili czasu. Na podstawie tej zależności ustala się sygnały pomocnicze napięciowe ucx, ucy odpowiadające składowym wektora napięcia na kondensatorach filtru wyjściowego. Sygnały pomocnicze napięciowe ucx, ucy ustalone w danej chwili w bloku napięcia kondensatora BNK symulatora filtru wyjściowego SFW oraz pomocnicze napięciowe ucxpop, ucypop odpowiadające składowym wektora napięcia na kondensatorach filtru wyjściowego ustalone w poprzedniej chwili, uzyskane z trzeciego rejestru pamiętającego RP3 przekształca się w bloku prądu kondensatora BPK symulatora filtru wyjściowego SFW zgodnie z zależnościami: Cxy icx = Cxy icy = ( ucx ucxpop), ( ucy ucypop), icx - sygnał składowej x wektora prądu płynącego przez kondensatory filtru wyjściowego Cxy - wartość stała odpowiadająca pojemności kondensatora filtru wyjściowego ucxpop - sygnał pomocniczy napięciowy składowej x napięcia na kondensatorach filtru wyjściowego ustalony w poprzedniej chwili czasu - wartość stała odpowiadająca czasowi pomiędzy chwilami pomiarów icy - sygnał składowej y wektora prądu płynącego przez kondensatory filtru wyjściowego ucxpop - sygnał pomocniczy napięciowy składowej y napięcia na kondensatorach filtru wyjściowego ustalony w poprzedniej chwili czasu. Na podstawie tej zależności ustala się sygnały pomocnicze prądowe icx, icy odpowiadające składowym wektora prądu płynącego przez kondensatory filtru wyjściowego. Ustalone w danej chwili w bloku prądu kondensatora BPK symulatora filtru wyjściowego SFW sygnały pomocnicze prądowe odpowiadające składowym icx, icy wektora prądu płynącego przez kondensatory filtru wyjściowego oraz sygnały pomiarowe składowych wektora prądu wyjściowego falownika ilx, ily uzyskane w danej chwili z przetwornika pomiarowego prądu PI przekształca się w bloku prądu stojana BPS symulatora filtru wyjściowego SFW zgodnie z zależnościami: isx = ilx - icx, isy = ily - icy, ilx - sygnał składowej x wektora prądu wyjściowego falownika icx - sygnał składowej y wektora prądu płynącego przez kondensatory filtru wyjściowego isy - sygnał składowej x wektora prądu wyjściowego falownika ily - sygnał składowej y wektora prądu wyjściowego falownika icy - sygnał składowej y wektora prądu płynącego przez kondensatory filtru wyjściowego. Na podstawie tej zależności uzyskuje się sygnały składowych wektora prądu stojana isx, isy. Ustalone w danej chwili w bloku prądu stojana BPS symulatora filtru wyjściowego SFW sygnały składowych wektora prądu stojana isx, isy oraz ustalone w poprzedniej chwili czasu sygnały składowych wektora prądu stojana isxpop, isypop uzyskane z drugiego rejestru pamiętającego RP2 a także ustalone w danej chwili sygnały pomocnicze napięciowe ucx, ucy odpowiadające składowym wektora napięcia na kondensatorach filtru wyjściowego przekształca się w bloku napięcia stojana BNS symulatora filtru wyjściowego SFW zgodnie z zależnościami:

7 PL B1 7 L2 usx = ucx isx R2 L2 usy = ucy isy R2 ( isx isxpop), ( isy isypop), usx - sygnał składowej x wektora napięcia silnika R2 - wartości stałe odpowiadające rezystancjom filtru wyjściowego L2 - wartości stałe odpowiadające indukcyjnościom filtru wyjściowego isxpop - sygnał składowej x wektora prądu silnika ustalony w poprzedniej chwili czasu - wartość stała odpowiadająca czasowi pomiędzy chwilami pomiarów usy - sygnał składowej y wektora napięcia silnika isy - sygnał składowej y wektora prądu silnika isypop - sygnał składowej y wektora prądu silnika ustalony w poprzedniej chwili czasu. Sygnały składowych wektora prądu stojana isx, isy oraz sygnały pomiarowe odpowiadające składowym wektora napięcia stojana silnika asynchronicznego usx, usy pozyskane z symulatora filtru wyjściowego SFW poddaje się procesowi przetwarzania w bloku obserwatora prędkości, prądu i strumienia wirnika OPPiSW w wyniku czego ustala się sygnał odpowiadający odtworzonej prędkości kątowej wału ωr oraz sygnały odpowiadające odtworzonym składowym wektora strumienia wirnika ψrx, ψry. Poprzez przekształcenie w pierwszym bloku transformacji BT1 sygnału odpowiadającego odtworzonej prędkości kątowej wału ωr oraz sygnałów składowych wektora prądu stojana isx, isy pozyskanych z symulatora filtru wyjściowego SFW a także sygnałów odpowiadających odtworzonym składowym wektora strumienia wirnika ψrx, ψry pozyskanych z bloku obserwatora prędkości, prądu i strumienia wirnika OPPiSW ustala się sygnały odpowiadających zmiennym multiskalarnym x11, x12, x21, x22 zgodnie z zależnościami: x11 = ωr, x12 = ψrx isy - ψry isx, x21 = ψrx 2 + ψry 2, x22 = ψrx isx + ψry isy Sygnały odpowiadające zmiennym multiskalarnym x11, x12, x21, x22 ustalone w pierwszym bloku transformacji BT1 oraz sygnały zadane pozyskane z zadajników wartości zmiennych multiskalarnych x11z, x21z przekształca się w bloku regulatorów R, w wyniku czego ustala się sygnały wyjściowe m1, m2 zgodnie z zależnościami: x12 z = Kp11 x22 z = Kp21 m1 = Kp12 m2 = Kp22 T ( x11z x11) + Ki11 ( x11z x11) dt, T ( x21z x21) + Ki21 ( x21z x21) dt, T ( x12z x12) + Ki12 ( x12z x12) dt, T ( x22z x22) + Ki22 ( x22z x22) dt, Poprzez przekształcenie w bloku odsprzężeń BO sygnałów wyjściowych m1, m2 ustalonych w bloku regulatorów R oraz sygnałów odpowiadających zmiennym multiskalarnym x11, x12, x21, x22 ustalonych w pierwszym bloku transformacji BT1 ustala się sygnały u1, u2 odpowiadające sterowaniom odsprzęgającym zgodnie z zależnościami:

8 8 PL B1 Lm 1 u1= σ Ls x11 x22 + x21 + m1 wσ Tv 2 2 Rr Lm Rr Lm x12 + x22 1 u2 = σ Ls x11 x12 x21 + m2 2 σ Ls Lr Lr x21 Tv Poprzez przekształcenie w drugim bloku transformacji BT2 sygnałów u1, u2 odpowiadającym sterowaniom odsprzęgającym ustalonych w bloku odsprzężeń BO oraz sygnałów odpowiadających odtworzonym składowym wektora strumienia wirnika ψrx, ψry ustalonym w bloku obserwatora prędkości, prądu i strumienia wirnika OPPiSW ustala się zadane sygnały sterujące dla falownika napięcia FN z filtrem wyjściowym FW zasilającego silnik asynchroniczny SA, przy czym zadane sygnały sterujące dla falownika napięcia FN oznaczają zadane wartości sygnałów składowych wektora napięcia stojana usxz, usyz, zgodnie z zależnościami: ψrx u2 ψry u1 usxz = 2 2 ψrx + ψry ψrx u1 + ψry u2 usyz = 2 2 ψrx + ψry Rr, Rs - wartości stałe odpowiadające rezystancjom silnika asynchronicznego odpowiednio wirnika i stojana Lr, Ls, Lm - wartości stałe odpowiadające indukcyjnościom silnika asynchronicznego odpowiednio: wirnika, stojana oraz wzajemnej, Tv - stała czasowa, σ - wartość stała odpowiadająca współczynnikowi rozproszenia, T - okres próbkowania regulatorów, Kp11, Ki11, Kp12, Ki12, Kp21, Ki21, Kp22, Ki22 - współczynniki wzmocnień regulatorów, x12z, x22z - zadane wartości zmiennych multiskalarnych. Zastrzeżenie patentowe Sposób regulacji silnika asynchronicznego zasilanego z falownika napięcia z filtrem wyjściowym, zwłaszcza przeznaczony dla układów bezczujnikowych, polegający na pomiarze w równoodległych chwilach czasu sygnałów odpowiadających składowym x i y wektora prądu wyjściowego falownika przy czym oznaczenia x i y wskazują że składowe wektora określone są w prostokątnym układzie współrzędnych nieruchomym względem stojana, a prąd wyjściowy falownika oznacza prąd płynący w przewodach łączących falownik z filtrem wyjściowym, porównaniu sygnałów składowych x i y wektora prądu wyjściowego falownika pomierzonych w danej chwili czasu z sygnałami składowych x i y wektora prądu wyjściowego falownika pomierzonymi w poprzedniej chwili czasu, mierzeniu w równoodległych chwilach czasu sygnałów odpowiadających składowym x i y wektora napięcia wyjściowego falownika, porównaniu sygnałów składowych x i y wektora napięcia wyjściowego falownika pomierzonych w danej chwili czasu z sygnałami składowych x i y wektora napięcia wyjściowego falownika pomierzonymi w poprzedniej chwili czasu, ustalaniu sygnałów odpowiadających składowym x i y wektora prądu stojana silnika, przy czym prąd stojana silnika oznacza prąd płynący w przewodach łączących filtr wyjściowy z silnikiem, ustalaniu sygnałów odpowiadających składowym x i y wektorów napięcia stojana silnika oraz strumienia skojarzonego wirnika oraz ustalaniu sygnału prędkości kątowej wału silnika asynchronicznego, przetransformowaniu tych sygnałów na postać odpowiadającą zmiennym multiskalarnym niezależnym od układu współrzędnych, regulacji sygnałów zmiennych multiskalarnych w bloku regulatorów, kompensacji nieliniowości, występujących pomiędzy sygnałem prędkości kątowej wału i pozostałymi sygnałami odpowiadającymi zmiennym wektorowym, poprzez sterowania odsprzęgające, przy czym odsprzęganie oznacza eliminację sprzężeń pomiędzy regulacją odpowiednich sygnałów zmiennych multiskalarnych, i ustaleniu zadanych sygnałów sterujących dla falownika napięcia

9 PL B1 9 znamienny tym, że sygnały składowych wektora prądu stojana (isx, isy) oraz sygnały składowych wektora napięcia stojana (usx, usy) ustala się w symulatorze filtru wyjściowego (SFW), przy czym sygnały składowych wektora prądu stojana (isx, isy) ustala się w bloku prądu stojana (BPS) symulatora filtru wyjściowego (SFW) przekształcając pomierzone w danej chwili czasu sygnały składowych wektora prądu wyjściowego falownika (ilx, ily) oraz ustalone w danej chwili sygnały pomocnicze prądowe odpowiadające składowym (icx, icy) wektora prądu płynącego przez kondensatory filtru wyjściowego zgodnie z zależnościami: isx = ilx - icx, isy = ily - icy, ilx - sygnał składowej x wektora prądu wyjściowego falownika icx - sygnał składowej y wektora prądu płynącego przez kondensatory filtru wyjściowego isy - sygnał składowej x wektora prądu wyjściowego falownika ily - sygnał składowej y wektora prądu wyjściowego falownika icy - sygnał składowej y wektora prądu płynącego przez kondensatory filtru wyjściowego, a sygnały składowych wektora napięcia stojana (usx, usy) ustala się w bloku napięcia stojana (BNS) symulatora filtru wyjściowego (SFW) przekształcając ustalone w danej chwili czasu sygnały składowych wektora prądu stojana (isx, isy) oraz ustalone w poprzedniej chwili czasu sygnały składowych wektora prądu stojana (isxpop, isypop) uzyskane z drugiego rejestru pamiętającego (RP2) oraz ustalone w danej chwili sygnały pomocnicze napięciowe (ucx, ucy) odpowiadające składowym wektora napięcia na kondensatorach filtru wyjściowego zgodnie z zależnościami: L2 usx = ucx isx R2 L2 usy = ucy isy R2 ( isx isxpop), ( isy isypop) usx - sygnał składowej x wektora napięcia silnika R2 - wartości stałe odpowiadające rezystancjom filtru wyjściowego L2 - wartości stałe odpowiadające indukcyjnościom filtru wyjściowego isxpop - sygnał składowej x wektora prądu silnika ustalony w poprzedniej chwili czasu - wartość stała odpowiadająca czasowi pomiędzy chwilami pomiarów usy - sygnał składowej y wektora napięcia silnika isy - sygnał składowej y wektora prądu silnika isypop - sygnał składowej y wektora prądu silnika ustalony w poprzedniej chwili czasu, przy czym sygnały pomocnicze napięciowe (ucx, ucy) odpowiadające składowym wektora napięcia na kondensatorach filtru wyjściowego ustala się w bloku napięcia kondensatora (BNK) symulatora filtru wyjściowego (SFW) przekształcając pomierzone w danej chwili czasu sygnały składowych wektora prądu wyjściowego falownika (ilx, ily) oraz sygnał różnicy pomiędzy pomierzonymi w danej chwili czasu sygnałami składowych wektora prądu wyjściowego falownika (ilx, ily) a pomierzonymi w poprzedniej chwili sygnałami składowych wektora prądu wyjściowego falownika (ilxpop, ilypop) uzyskanymi z pierwszego rejestru pamiętającego (RP1) oraz pomierzone w danej chwili czasu sygnały składowych wektora napięcia wyjściowego falownika (ulx, uly) zgodnie z zależnościami: L1 usx = ulx i1x R1 ( i1x i1xpop),

10 10 PL B1 L1 ucy = u1y i1y R1 ( i1y i1ypop), ulx - sygnał pomocniczy napięciowy składowej x napięcia wyjściowego falownika ilx - sygnał składowej x wektora prądu falownika R1 - wartości stałe odpowiadające rezystancjom filtru wyjściowego L1 - wartości stałe odpowiadające indukcyjnościom filtru wyjściowego ilxpop - sygnał składowej x wektora prądu falownika ustalony w poprzedniej chwili czasu - wartości stała odpowiadająca czasowi pomiędzy chwilami pomiarów uly - sygnał pomocniczy napięciowy składowej y napięcia wyjściowego falownika ily - sygnał składowej y wektora prądu wyjściowego falownika ilypop - sygnał składowej y wektora prądu falownika ustalony w poprzedniej chwili czasu, natomiast sygnały pomocnicze prądowe (icx, icy) odpowiadające składowym wektora prądu płynącego przez kondensatory filtru wyjściowego ustala się w bloku prądu kondensatora (BPK) symulatora filtru wyjściowego (SFW) przekształcając ustalone w danej chwili sygnały pomocnicze napięciowe (ucx, ucy) odpowiadające składowym wektora napięcia na kondensatorach filtru wyjściowego oraz ustalone w poprzedniej chwili sygnały pomocnicze napięciowe (ucxpop, ucypop), uzyskane z trzeciego rejestru pamiętającego (RP3), odpowiadające składowym wektora napięcia na kondensatorach filtru wyjściowego zgodnie z zależnościami: Cxy icx = Cxy icy = ( ucx ucxpop) ( ucy ucypop) icx - sygnał składowej x wektora prądu płynącego przez kondensatory filtru wyjściowego Cxy - wartość stała odpowiadająca pojemności kondensatora filtru wyjściowego ucxpop - sygnał pomocniczy napięciowy składowej x napięcia na kondensatorach filtru wyjściowego ustalony w poprzedniej chwili czasu - wartość stała odpowiadająca czasowi pomiędzy chwilami pomiarów icy - sygnał składowej y wektora prądu płynącego przez kondensatory filtru wyjściowego ucypop - sygnał pomocniczy napięciowy składowej y napięcia na kondensatorach filtru wyjściowego ustalony w poprzedniej chwili czasu.

11 PL B1 11 Rysunki

12 12 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 4,92 zł (w tym 23% VAT)