BEZPOŚREDNIE STEROWANIE MOMENTU I MOCY BIERNEJ MASZYNY ASYNCHRONICZNEJ DWUSTRONNIE ZASILANEJ

Transkrypt

1 POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI, NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO I ROBOTYKI Michał Jeleń BEZPOŚREDNIE STEROWANIE MOMENTU I MOCY BIERNEJ MASZYNY ASYNCHRONICZNEJ DWUSTRONNIE ZASILANEJ Autoefeat ozawy doktokiej Pooto: d hab. inŝ. Kaziiez Gielotka, of. Pol. Śl. Gliwice 2007

2 Si teści 1. WPROWADZENIE MASZYNA ASYNCHRONICZNA DWUSTRONNIE ZASILANA CEL PRACY TEZA PRACY METODY BADAWCZE ZASTOSOWANE W PRACY ZAKRES PRACY PODSTAWOWE ZAŁOśENIA METODY I UKŁADY STEROWANIA MASZYNY ASYNCHRONICZNEJ DWUSTRONNIE ZASILANEJ STEROWANIE POLOWO ZORIENTOWANE BEZPOŚREDNIE STEROWANIE MOMENTU I MOCY BIERNEJ UKŁADY BEZPOŚREDNIEGO STEROWANIA MOMENTU I MOCY BIERNEJ MASZYNY ASYNCHRONICZNEJ DWUSTRONNIE ZASILANEJ BEZPOŚREDNIE STEROWANIE MOMENTU I MOCY BIERNEJ W UKŁADZIE Z TABLICĄ PRZEŁĄCZEŃ Tablica klayczna Modyfikacja tategii zełączeń Badania yulacyjne BEZPOŚREDNIE STEROWANIE MOMENTU I MOCY BIERNEJ MASZYNY DWUSTRONNIE ZASILANEJ Z MODULATOREM WEKTOROWYM Mazyna dwutonnie zailana jako obiekt egulacji Badania yulacyjne układu z odulatoe wektoowy BADANIA LABORATORYJNE MASZYNY ASYNCHRONICZNEJ DWUSTRONNIE ZASILANEJ OPIS UKŁADU LABORATORYJNEGO PORÓWNANIE UKŁADU PRACUJĄCEGO Z TABLICĄ KLASYCZNĄ I ZMODYFIKOWANĄ BADANIA LABORATORYJNE UKŁADU PRACUJĄCEGO ZE ZMODYFIKOWANĄ TABLICĄ PRZEŁĄCZEŃ BADANIA LABORATORYJNE UKŁADU Z MODULATOREM WEKTOROWYM PORÓWNANIE LABORATORYJNE METODY POLOWO ZORIENTOWANEJ Z METODĄ BEZPOŚREDNIEGO STEROWANIA MOMENTU I MOCY BIERNEJ MASZYNY ASYNCHRONICZNEJ DWUSTRONNIE ZASILANEJ PODSUMOWANIE

3 1. Wowadzenie 1.1. Mazyna aynchoniczna dwutonnie zailana Steowanie ędkości azyn elektycznych odbywa ię obecnie z eguły zy wykozytaniu zekztałtników enegoelektonicznych. Zaówno w układach naędowych jak i geneacyjnych teowanie ędkości azyny elektycznej ądu zeiennego oŝe odbywać ię w dwojaki oób: zez włączenie zekztałtnika w obwód ieć-tojan azyny aynchonicznej klatkowej lub ynchonicznej. W taki zyadku zekztałtnik ui być zwyiaowany na ełną oc obieaną/oddawaną zez azynę z/do ieci, zez włączenie zekztałtnika w obwód ieć-winik azyny aynchonicznej ieścieniowej, któej tojan jet odłączony bezośednio do ieci. W ty zyadku zekztałtnik zwyiaowany jet na akyalną oc oślizgu. W zyadku, gdy zake teowania ędkości (a ty ay akyalny oślizg, z jaki acuje azyna aynchoniczna) jet niewielki, uzaadnione jet toowanie dugiej z zedtawionych owyŝej etod teowania ędkości. Układy naędowe z ilnikie ieścieniowy teowany od tony winika znane ą od około 100 lat. Najczęściej otykany obecnie w zeyśle ozwiązanie jet aynchoniczna kakada zekztałtnikowa tałego oentu (kakada odynchoniczna y. 1.1.a). Z uwagi na zatoowanie otownika nieteowanego i tyytoowego zekztałtnika teowanego w obwodzie winika, układ taki uoŝliwia tylko jednokieunkowy zeływ ocy z winika ilnika do ieci. Powoduje to, Ŝe aca azyny oŝe odbywać ię w zakeie acy ilnikowej tylko zy ędkościach odynchonicznych, a haowanie elektyczne (aca geneatoowa) tylko zy ędkościach nadynchonicznych. MA P MA P a) b) Ry Scheat aynchonicznej kakady tałego oentu (a) oaz azyny dwutonnie zailanej (b) Zatoowanie w obwodzie winika falowników naięcia z odulacją zeokości iulów (y. 1.1.b) w iejce otowników teowanego i nieteowanego uoŝliwia dwukieunkowy zeływ ocy w obwodzie winika, a ty ay acę 4-kwadantową azyny w układzie wółzędnych oentoślizg. Jednocześnie w taki zyadku itnieje oŝliwość teowania watości ocy bienej obieanej zez azynę aynchoniczną z ieci zailającej. Mazyny aynchoniczne dwutonnie zailane z falownikie włączony w obwód winika to częto acujące ze zienną ędkością układy geneacyjne (głównie w elektowniach wiatowych), jak ównieŝ układy naędowe Cel acy Układy teowania azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej z falownikie naięcia MSI włączony w obwód winika ilnika w otatnich latach były teate wielu ublikacji. W układach takich najczęściej touje ię etody teowania wektoowego lub teowanie ultikalane, znacznie zadziej etodę bezośedniego teowania oentu. Metoda bezośedniego teowania oentu (ang. Diect Toue Contol DTC) zotała zaoonowana i jet najczęściej wykozytywana do teowania ilnika klatkowego. Piewze ace 3

4 dotyczące zatoowań etody DTC do teowania azyny dwutonnie zailanej ojawiły ię kilka lat teu i odnozą ię one jedynie do etody DTC z egulatoai koaatoowyi i tablicą zełączeń. W dotęnej liteatuze nie znaleziono Ŝadnych oacowań dotyczących odiany etody DTC z odulatoe wektoowy w zyadku azyny dwutonnie zailanej i z tego owodu oaz ze względu na ciągle niewielką liczbę ublikacji dotyczących teatu teowania azyny dwutonnie zailanej wg etody DTC itnieje otzeba zeowadzenia badziej zczegółowych badań. Cele acy jet wzechtonne analityczne, yulacyjne i laboatoyjne zebadanie właściwości azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej, teowanej według etody DTC Teza acy Tezę acy foułuje ię natęująco: Zatoowanie bezośedniego teowania oentu i ocy bienej azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej uoŝliwia uzykanie oównywalnych właściwości egulacyjnych układu jak w zyadku zatoowania teowania olowo zoientowanego, zy otzy układzie teowania Metody badawcze zatoowane w acy Metody badawcze zatoowane w acy obejują: analizę teoetyczną bezośedniego teowania oentu i ocy bienej azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej, badania yulacyjne analizowanych etod i układów teowania w śodowiku Matlab-Siulink, weyfikację laboatoyjną Zake acy Zake acy obejuje: zegląd itniejących odian etody DTC, okeślenie zaad bezośedniego teowania oentu i ocy bienej azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej w układzie z tablicą zełączeń, awdzenie oŝliwości oawy właściwości azyny dwutonnie zailanej, zczególnie w zakeie acy z ały oślizgie, ozez oacowanie odyfikacji tablicy zełączeń tanzytoów, oacowanie zaad bezośedniego teowania oentu i ocy bienej azyny dwutonnie zailanej w układzie z odulatoe wektoowy, oacowanie układów odzęgających w układzie bezośedniego teowania oentu i ocy bienej z odulatoe wektoowy, oacowanie odelu azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej teowanej wg etody DTC z odulatoe wektoowy, łuŝącego do dobou aaetów układu egulacji, oacowanie odeli yulacyjnych układów teowania azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej oatych na etodzie DTC, budowę tanowika laboatoyjnego i weyfikację aktyczną wyników ozwaŝań teoetycznych i badań yulacyjnych, oównanie właściwości naędu z azyną aynchoniczną dwutonnie zailaną teowaną wg etody olowo zoientowanej oaz etody DTC Podtawowe załoŝenia W acy ozwaŝa ię głównie zatoowanie naędowe azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej i w związku z ty analizowane jet bezośednie teowanie oentu elektoagnetycznego ilnika. W acy kuiono ię na teowaniu falownika winikowego. Wybane zagadnienia związane ze teowanie falownika ieciowego zedtawiono w Dodatku. W aach acy zyjęto natęujące załoŝenia uazczające: ozatywany jet ilnik tójfazowy yetyczny, oija ię wływ naycenia agnetycznego, zjawika hiteezy i ądów wiowych, oija ię wyŝze haoniczne zetzennego ozkładu ola w zczelinie owietznej, ozłoŝone zetzennie uzwojenia tojana i winika zatęuje ię uzwojeniai kuionyi, ezytancje i eaktancje uzwojeń uwaŝa ię za tałe. 4

5 2. Metody i układy teowania azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej Podobnie jak w zyadku azyny klatkowej, etody teowania azyny dwutonnie zailanej oŝna odzielić na dwie guy: teowanie kalane, do któego zalicza ię wowadzanie dodatkowego naięcia do obwodu winika oaz etody wektoowe, do któych oŝna zaliczyć: teowanie olowo zoientowane, teowanie ultikalane, bezośednie teowanie oentu. Analiza etod teowania oata zotała na ównaniach azyny aynchonicznej (w jednotkach względnych), obowiązujących w układzie wółzędnych wiujący z dowolną ędkością ω k : u d ψ = i + TN + dt jω ψ, (2.1) k u = i + T N dψ dt + j ( ωk ω) ψ, (2.2) = l i + l i ψ M, (2.3) = l i + l i ψ M, (2.4) ( ) = I ψ. (2.5) i 2.1. Steowanie olowo zoientowane Metoda teowania olowo zoientowanego jet znana od wielu lat i obecnie badzo częto toowana do teowania wzelkiego odzaju azyn ądu zeiennego. Idea etody olega na teowaniu kładowych ądu w układzie wółzędnych zoientowany wg tuienia azyny, dzięki czeu oŝliwa jet niezaleŝna kontola jej tuienia oaz oentu elektoagnetycznego. Takie odejście ozwala uzykać tuktuę obiektu egulacji odobną do tuktuy ilnika ądu tałego. W zyadku azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej ówi ię aczej o teowaniu odowiednio ocy bienej obieanej z ieci zailającej oaz oentu (ocy czynnej w układach geneacyjnych). Ry Polowo zoientowany układ teowania azyny dwutonnie zailanej RozwaŜając ównania azyny aynchonicznej ieścieniowej w ynchoniczny układzie wółzędnych x,y zoientowany względe tuienia kojazonego tojana, otzyujey natęujące zaleŝności (w tanie utalony): 5

6 ω ψ = ψ ( lm ix l l ), (2.6) M = ψ iy. (2.7) l Z zaleŝności (2.6) oaz (2.7) wynika, Ŝe zy załoŝeniu tałości tuienia tojana oc biena obieana z ieci zailającej zaleŝy od kładowej i x ądu winika, natoiat oent geneowany zez azynę uzaleŝniony jet od kładowej i y. Scheat olowo zoientowanego układu teowania azyny dwutonnie zailanej zedtawiono na y Zaletą tej etody jet odzęŝenie wielkości teowanych w tanie utalony, natoiat do wad oŝna zaliczyć złoŝony układ teowania, wyagający.in. tanfoacji wółzędnych oaz znajoości aaetów cheatu zatęczego azyny Bezośednie teowanie oentu i ocy bienej Metoda bezośedniego teowania oentu owtała w latach 80-tych ubiegłego wieku i zotała zaoonowana dla azyny aynchonicznej klatkowej, jednak oŝna ją zatoować ównieŝ do teowania innych azyn. Idea etody olega na teowaniu alitudy oaz wzajenego ołoŝenia wektoów zetzennych tuieni kojazonych tojana i winika zez wybó odowiedniego wektoa zetzennego naięcia. W zyadku azyny dwutonnie zailanej tojan zailany jet z ieci tójfazowej naięcie inuoidalny o tałej czętotliwości i alitudzie, zate oŝna zyjąć, Ŝe alituda i ędkość ω ψ wektoa zetzennego tuienia kojazonego tojana ψ ą aktycznie tałe. Wekto zetzenny tuienia kojazonego winika ψ oŝe być w azynie dwutonnie zailanej teowany naięcie winika. W układzie wółzędnych d, (związany z winikie), zy oinięciu watości ezytancji winika ( = 0), z zaleŝności (2.2) otzyuje ię: 1 ψ = u dt. (2.8) T N Pzy zailaniu winika ilnika ieścieniowego z falownika naięcia (y. 2.2.a) oŝna uzykać 6 aktywnych wektoów zetzennych naięcia zailania winika i 2 zeowe (y. 2.2.b). UŜycie okeślonego wektoa zetzennego naięcia zailania winika owoduje, zgodnie z zaleŝnością (2.8), zyot tuienia kojazonego winika w kieunku zgodny z dany wektoe naięcia (y. 2.2.c). Wybieając odowiedni wekto zetzenny naięcia oŝna więc oddziaływać na alitudę wektoa zetzennego tuienia kojazonego winika oaz na jego ołoŝenie. a) b) c) Ry Idea bezośedniego teowania oentu i ocy bienej azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej Moent elektoagnetyczny azyny, na odtawie (2.3)-(2.5), oŝna oiać zaleŝnością: 6

7 1 lm 1 l = I ψ ψ ψ ψ l = σ l lσ l M ψ ψ inδ, (2.9) gdzie δ ψ jet kąte iędzy wektoai zetzennyi tuieni kojazonych tojana i winika (y. 2.3). Zate, zgodnie z zaleŝnością (2.9), teowanie oentu azyny oŝe odbywać ię ozez teowanie ołoŝenia wektoa zetzennego tuienia kojazonego winika względe wektoa zetzennego tuienia kojazonego tojana (czyli watości kąta δ ψ ). Moc biena chwilowa obieana z ieci zez azynę aynchoniczną ieścieniową (zy załoŝeniu, Ŝe oc biena indukcyjna a znak dodatni) wyaŝona jet zaleŝnością: * ( u i ) = uyix uxiy = I. (2.10) ψ W układzie wółzędnych ynchonicznych x,y zoientowany względe tuienia kojazonego winika, na odtawie zaleŝności (2.1), (2.3), (2.4) i (2.10), otzyuje ię wyaŝenie na watość ocy bienej obieanej z ieci zailającej zez azynę aynchoniczną (w tanie utalony): Ry Wektoy zetzenne azyny aynchonicznej w nieuchoy układzie wółzędnych α,β oaz w układzie wółzędnych d, wiujący z ędkością winika ω 2 lm ω 2 lm = ψ ψ xψ = ψ ψ ψ coδψ. (2.11) lσ l lσ l Z owyŝzego ównania wynika, Ŝe na watość ocy bienej obieanej z ieci zez azynę aynchoniczną oŝna wływać zez zianę watości alitudy ψ wektoa zetzennego tuienia kojazonego winika. Poównując zaleŝności (2.9) i (2.11) oŝna twiedzić, Ŝe itnieje zęŝenie iędzy obwodai teowania oentu i ocy bienej ilnika. Obliczając dla tanu utalonego ochodne oentu elektoagnetycznego ilnika i ocy bienej względe tuienia ψ oaz kąta δ ψ : d 1 l = M ψ in δψ, (2.12) dψ l l d dδ σ l 1 = M ψ ψ coδψ, (2.13) ψ lσ l d dψ ω lm = ψ coδψ, (2.14) l l σ d dδ ω l = M ψ ψ inδψ, (2.15) ψ lσ l i uwzględniając niewielkie w aktyce watości kąta δ ψ oŝna twiedzić, Ŝe wływ ziany alitudy tuienia kojazonego winika na oent ilnika (2.12) jak i wływ ziany kąta δ ψ na watość ocy bienej (2.15) ą tounkowo (w oównaniu ze zianą dugiego aaetu) niewielkie. 7

8 3. Układy bezośedniego teowania oentu i ocy bienej azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej 3.1. Bezośednie teowanie oentu i ocy bienej w układzie z tablicą zełączeń Ry Scheat układu bezośedniego teowania oentu i ocy bienej azyny dwutonnie zailanej w układzie z tablicą zełączeń W etodzie DTC z tablicą zełączeń tany tanzytoów falownika naięcia okeślane ą bezośednio w oaciu o tany wyjściowe egulatoów koaatoowych oaz o infoację o ektoze, w któy znajduje ię wekto zetzenny tuienia kojazonego winika łazczyznę d, dzieli ię na ześć ektoów związanych z oŝliwyi do uzykania z falownika aktywnyi wektoai zetzennyi naięcia (y. 3.1). Alitudę tuienia winika oaz oent teuje ię ozez wybó odowiedniego wektoa naięcia zailającego winik. Soób wybou wektoa zetzennego naięcia winika wynika z tablicy zełączeń zedtawionej w tab Sybol N oznacza nue ektoa, w któy w danej chwili znajduje ię wekto zetzenny tuienia kojazonego winika (y. 3.1). Stany wyjściowe koaatoów (bez hiteezy) okeślone ą zaleŝnością: d 1, = 0, gdy gdy z z 0 < 0 d 1, = 0, 1, gdy gdy z gdy H H z < H Ry Podział łazczyzny d, na ektoy z < H gdzie: z, zadana i zeczywita watość ocy bienej obieanej z ieci zailającej, z, zadany i zeczywity oent elektoagnetyczny azyny, H ołowa zeokości śodkowej tefy koaatoa oentu Tablica klayczna, (3.1) Najczęściej otykaną w liteatuze tategią wybou wektoa zetzennego naięcia jet tategia zedtawiona w tab. 3.1 i będzie ona dalej nazywana tategią klayczną. Szeokość śodkowej tefy koaatoa oentu dobiea ię w taki oób, by kozytać głównie z części tablicy zawieającej wektoy naięcia owodujące uch wektoa zetzennego tuienia kojazonego winika w kieunku zgodny 8

9 z kieunkie wiowania ola i wektoy zeowe. Pzykładowo, jeśli azyna acuje z ędkością odynchoniczną ( > 0), do edukcji oentu (w ytuacji, gdy d = 1, czyli oent za duŝy) kozyta ię z wektoów u N+2 lub u N+1 (w zaleŝności od ygnału wyjściowego koaatoa ocy bienej), natoiat dla d = 0 wybieany jet wekto zeowy. Wybanie wektoa zeowego naięcia, zgodnie z zaleŝnością (2.8), owoduje zatzyanie wektoa zetzennego tuienia kojazonego winika oaz ozotaje bez wływu na jego alitudę (zy oinięciu ezytancji winika). W tej ytuacji natęuje tounkowo owolna (w oównaniu do wybania wektoa aktywnego) ziana oentu Tabela 3.1. Klayczna tablica zełączeń w etodzie DTC d d wekto naięcia u N+1 1 u N wekto zeowy 0 u N-1 1 u N-2 geneowanego zez azynę, któa wynika z jednotajnego uchu wektoa zetzennego tuienia kojazonego tojana, któy zeuwa ię względe nieuchoego wektoa zetzennego tuienia kojazonego winika, owodując zianę kąta oiędzy wektoai tuieni. Pzy odowiednio zeokiej tefie śodkowej oijane ą wektoy naięcia u N-2 i u N-1, któe owodują uch wektoa zetzennego tuienia kojazonego winika w kieunku zeciwny do kieunku wiowania ola i ównieŝ ozwalają na zwiękzenie oentu. Takie teowanie zaewnia uniolany kztałt naięcia zailającego winik (w ółokeie zailania), ozwala na zachowanie lezego wółczynnika THD ądów, zniejza tętnienia w oencie geneowany zez azynę i nie owoduje nadienego zwiękzania czętotliwości zełączeń zawoów Modyfikacja tategii zełączeń Jak wyjaśniono wcześniej, w klaycznej etodzie wybou wektoa naięcia wekto zeowy jet wybieany niezaleŝnie od tanu koaatoa ocy bienej w zyadku, gdy ygnał wyjściowy koaatoa oentu wynoi d = 0. Pzy załoŝeniu, Ŝe ezytancja winika ilnika jet ówna zeo, wekto zetzenny tuienia kojazonego winika jet wówcza niezienny (alituda i faza). JednakŜe uwzględniając niezeową watość ezytancji winika (zaleŝność (3.2) zy u = 0) okazuje ię, Ŝe w taki zyadku alituda oaz faza wektoa tuienia kojazonego winika zieniają ię. 1 ψ = ( u i )dt. (3.2) T N Podcza acy z duŝy oślizgie ędkość kątowa wektoa zetzennego tuienia kojazonego tojana w układzie wółzędnych d, jet duŝa, co owadzi zy aktycznie nieuchoy (dla u = 0) wektoze ψ do zybkiej ziany oentu i ty ay do kótkiego czau załączenia wektoa zeowego naięcia. W taki zyadku ziana alitudy wektoa zetzennego tuienia winika, a ty ay ziana ocy bienej obieanej z ieci zailającej, jet ała. W ytuacji, gdy wektoy zetzenne tuieni kojazonych w układzie d, wiują z ałą ędkością (oślizg zbliŝony do zea, czyli ędkość azyny zbliŝona do ędkości ynchonicznej), wekto zeowy naięcia winika utzyywany jet zez tounkowo długi cza, co w aktyce owadzi do znacznego zniejzenia alitudy wektoa zetzennego tuienia kojazonego winika. Zniejzenie alitudy a iejce niezaleŝnie od tanu acy azyny (aca naędowa lub haulcowa, ędkość więkza lub niejza od ynchonicznej). Bioąc od uwagę zaleŝność (2.11) ytuacja ta jet ównoznaczna z utatą kontoli nad egulacją ocy bienej watość ocy bienej obieanej z ieci zailającej dąŝy do watości wytęującej w układzie bez zekztałtnika w obwodzie winika. Wyeliinowanie wyŝej oianej wady oŝliwe jet zez odyfikację tategii wybou wektoa zetzennego naięcia. Modyfikację tategii wybou wektoa naięcia oŝna zealizować na dwa ooby: zniejzenie zeokości śodkowej tefy koaatoa oentu, dzięki czeu wybieane będą wektoy naięcia owodujące uch wektoa zetzennego tuienia kojazonego winika w kieunku zgodny oaz zeciwny do kieunku wiowania ola. Takie działanie zaewnia utzyanie oentu i tuienia na zadany ozioie w cały zakeie zian ędkości obotowej azyny, jednak owoduje jednocześnie nadiene zwiękzenie czętotliwości zełączeń zawoów i owadzi do biolanego kztałtu naięć, 9

10 odyfikacja tablicy zełączeń. Metoda ta nie a wyŝej wyienionych wad. Zodyfikowana Tabela 3.2. Zodyfikowana tablica zełączeń w etodzie DTC tablica zełączeń zedtawiona zotała w tab d d wekto naięcia RóŜnica oiędzy zodyfikowaną a klayczną 0 u N+1 tablicą zełączeń olega na uŝyciu wektoa 1 zetzennego naięcia u 1 u N+2 N znajdującego ię w aktualny ektoze w zyadku, gdy oent jet 0 u N doby, a oc biena za duŝa (tuień za ały). 0 Wybanie tego wektoa owoduje zwiękzenie 1 wekto zeowy alitudy tuienia kojazonego winika (bez 0 u N-1 itotnego wływu na jego ołoŝenie, czyli na oent), 1 dzięki czeu oŝliwe jet zachowanie kontoli nad 1 u N-2 ocą bieną w cały zakeie zian ędkości obotowej azyny, a w zczególności odcza acy z ały oślizgie Badania yulacyjne Badania yulacyjne zotały zeowadzone w śodowiku Matlab-Siulink. Pzy ealizacji odelu układu teowania zotały uwzględnione zjawika wytęujące w zeczywity cyfowy układzie teowania, takie jak dyketyzacja oiaów i oóźnienia zetwazania. Cza dyketyzacji, odobnie jak w układzie laboatoyjny, wynoił 33 µ. Paaety odelu yulacyjnego azyny aynchonicznej ieścieniowej odowiadały aaeto zeczywitej azyny, wykozytanej do badań laboatoyjnych. Wzytkie wyniki badań yulacyjnych zedtawiono w jednotkach względnych. ω a) b) c) d) Ry Pędkość (a) oaz oc biena dla układu z klayczną tablicą zełączeń i zeoką (b) oaz wąką (c) śodkową tefą koaatoa oentu oaz dla układu z tablicą zodyfikowaną (d) zy zianie ędkości zadanej z ω z = 0,6 do ω z = 1,4 Na y. 3.3 zedtawiono oównanie tategii wybou wektoa naięcia w etodzie DTC z tablicą zełączeń. Układ acował z oente obciąŝenia obc = 0,5 i ocą bieną zadaną z = 0, ędkość zadana zieniała ię kokowo z ędkości odynchonicznej (ω z = 0,6) do ędkości nadynchonicznej (ω z = 1,4). Na y. 3.3.b zedtawiono zebieg ocy bienej obieanej z ieci zailającej odcza acy azyny 10

11 z klayczną tablicą zełączeń (tab. 3.1) i zeoką śodkową tefą koaatoa oentu (H = 0,07). Gdy ędkość zbliŝa ię do watości, zy któej acowałaby azyna ze zwatyi ieścieniai (t = 0,48, y. 3.3.a), natęuje utata kontoli nad ocą bieną. Po zekoczeniu ewnej ganicznej watości oślizgu, oniŝej któej czętotliwość wiowania ola w układzie d, jet ała, natęuje owót do właściwej acy układu teowania. W zyadku zniejzenia śodkowej tefy koaatoa oentu (H = 0,02) układ acuje awidłowo oc biena utzyywana jet na zadany ozioie niezaleŝnie od watości oślizgu azyny (y. 3.3.c) jednak odbywa ię to kozte znacznego zwiękzenia czętotliwości zełączeń tanzytoów falownika. W zyadku zatoowania zodyfikowanej tablicy zełączeń (tab. 3.2) układ acuje oawnie (y. 3.3.d) w ełny zakeie zian ędkości obotowej zy zeokiej śodkowej tefie koaatoa oentu (H = 0,07). Czętotliwość zełączeń zawoów jet znacznie niŝza niŝ w zyadku tategii z klayczną tablicą i wąką śodkową tefą koaatoa oentu, zwłazcza odcza acy z niką czętotliwością zebiegów w winiku. Poównania czętotliwości zełączeń zawoów zy óŝnych tategiach teowania dokonano odcza badań laboatoyjnych i zedtawiono w ozdziale 4.2. i d ω a) b) c) d) Ry Pąd winika (a), ędkość (b), oc biena (c) oaz oent elektoagnetyczny (d) odcza cyklu acy azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej Na y. 3.4 zedtawiono zebiegi w cyklu acy naędu z azyną dwutonnie zailaną teowaną wg etody DTC ze zodyfikowaną tablicą zełączeń. W cyklu ty oŝna wyóŝnić natęujące chaakteytyczne tany acy azyny: acę naędową z ędkością odynchoniczną (do t = 0,47 ) oaz nadynchoniczną (do t = 0,8 ), natęnie haowanie zy acy z ędkością nadynchoniczną (do t = 1,02 ) i haowanie zy ędkości odynchonicznej. W chwili t = 0,75 natęuje kokowa ziana ocy bienej zadanej z watości z = 0 do z = 0,5, co objawia ię zniejzenie alitudy ądu winika. W chwili t = 0,8 natęuje kokowa ziana oentu obciąŝenia z watości obc = 0,5 do obc = 0,5. Mazyna acuje oawnie w takcie całego cyklu, utzyując oc bieną na zadany ozioie i śledząc ędkość zadaną w zakeie 0,6-1,4. Na odtawie wyników badań yulacyjnych azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej, teowanej według etody DTC z tablicą zełączeń, oŝna wyciągnąć natęujące wnioki: w układzie ty oŝliwe jet niezaleŝne teowanie oentu ozwijanego zez azynę oaz ocy bienej obieanej z ieci zailającej, a kokowa ziana jednej wielkości teowanej ozotaje bez zauwaŝalnego wływu na dugą, etoda zaewnia badzo dobe właściwości dynaiczne teowania oentu i ocy bienej (oiągnięcie watości zadanej natęuje w czaie około 1 ), 11

12 zaoonowana odyfikacja tablicy zełączeń ozwala na oawną acę azyny w kaŝdych waunkach, zy uiakowanej czętotliwości zełączeń tanzytoów falownika (y. 4.6), co a itotne znaczenie w zyadku azyn duŝej ocy, zienna czętotliwość zełączeń tanzytoów owoduje tudności w doboze układów filtujących wyŝze haoniczne ądów ieciowych Bezośednie teowanie oentu i ocy bienej azyny dwutonnie zailanej z odulatoe wektoowy Oócz etody teowania oówionej w ozdziale 3.1 itnieją ównieŝ odiany etody DTC toowane do teowania azyny indukcyjnej klatkowej, w któych zaiat koaatoów i tablicy zełączeń touje ię odulato wektoowy. Zatoowanie odulatoa oawia właściwości tatyczne układu (eliinując związane ze zianai ektoów zniekztałcenia w zebiegach i tabilizując czętotliwość zełączeń zawoów) bez znaczącego ogazania właściwości dynaicznych. Autoowi nie ą znane ublikacje dotyczące zatoowania tej odiany etody DTC dla azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej. Wekto zetzenny naięcia zailającego winik (y. 1.0), w układzie Ry Wyke wektoowy azyny dwutonnie zailanej wółzędnych x,y zoientowany względe wektoa zetzennego tuienia kojazonego winika, oŝna ozłoŝyć na kładowe: ównoległą do tuienia u x oaz otoadłą u y. Składowa u x, zgodnie z zaleŝnością (2.8), wływa na alitudę tuienia winika, natoiat kładowa u y na oent (zianę kąta δ ψ oiędzy tuieniai kojazonyi tojana i winika). Zate zgodnie z zaleŝnościai (2.9) i (2.11) odowiednie kztałtowanie tych dwóch kładowych naięcia winika owadzi do: teowania oentu elektoagnetycznego azyny za oocą kładowej naięcia winika u y ozez jej bezośedni wływ na watość kąta δ ψ, a ty ay na oent ilnika, teowania ocy bienej obieanej z ieci zez azynę aynchoniczną za oocą kładowej u x ozez jej bezośedni wływ na alitudę tuienia kojazonego winika azyny aynchonicznej, a ty ay na oc bieną. Ry Układ teowania azyny dwutonnie zailanej oaty na etodzie DTC z odulatoe wektoowy 12

13 W zyadku teowania ilnika klatkowego za oocą etody DTC z odulatoe wektoowy, do okeślania kładowych naięcia zailającego ilnik najczęściej touje ię egulatoy tyu PID, i taka właśnie weja układu teowania zotała zatoowana do teowania azyny dwutonnie zailanej i zebadana w aach niniejzej acy. W układzie teowania zadany wekto zetzenny naięcia winika, okeślony zez kładowe u xz i u yz, tanfoowany jet do układu wółzędnych związanego z winikie i zaieniany na oduł u z oaz kąt γ uz. Wielkości te tanowią ygnały wejściowe dla odulatoa wektoowego, któy wyacowuje odowiednie ygnały teujące zawoai falownika naięcia Mazyna dwutonnie zailana jako obiekt egulacji Ry Wyke wektoowy azyny indukcyjnej dwutonnie zailanej Analizując odel azyny aynchonicznej oiany ównaniai (2.1)-(2.5) w układzie wółzędnych zoientowany według wektoa zetzennego tuienia kojazonego tojana (y. 3.7), wiujący z ędkością ω ψ, otzyuje ię natęujące zaleŝności: ω l = ψ l σ l 1 l ψ ψ TN + ψ ω 2 M ψ x y dt d, (3.3) M = ψ ψ y, (3.4) lσ l u u x y l dψ M x ' = ψ x ψ TN ωψ y σl + l, (3.5) dt dψ y ' = ψ y + TN + ωψ x, (3.6) σl dt gdzie ω oznacza óŝnicę ędkości wiowania układu wółzędnych i winika. Zakładając ψ = cont oaz niezienność watości ω w otoczeniu unktu acy i dokonując tanfoacji Lalace a ównań (3.3)-(3.6) otzyuje ię dla zyotów: ωψ lm ( ) = ψ x ( ), (3.7) l l σ lmψ ( ) = ψ y ( ), (3.8) l l ψ ψ x y ( ) = ( ) = σ ' ( u ( ) ω ψ ( ) ) x 1 + T σ y ' ( u ( ) ω ψ ( ) ) y 1 + T σ x σl σl gdzie tała czaowa T σ okeślona jet zaleŝnością: (3.9), (3.10), 13

14 T T σl σ = N. (3.11) Pzyjując, Ŝe odel ateatyczny zekztałtnika czętotliwości oŝna zedtawić w otaci: u x τ ( ) = k e u ( ), (3.12) xz u y τ ( ) = k e u ( ), (3.13) yz gdzie: u xz, u xz watości zadane naięć winika w oiach x i y, k, τ wzocnienie i cza oóźnienia zekztałtnika, otzyuje ię cheat blokowy azyny dwutonnie zailanej w układzie ynchoniczny x,y zoientowany według tuienia kojazonego tojana w otaci zedtawionej na y () u xz k e τ σl u x () ψ x () 1+ T σ lmωψ l l σ () ' ω ' ω () u yz k e τ () u y σl 1+ T σ ψ y () l () Mψ l l Ry Scheat blokowy teowania oentu i ocy bienej azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej w układzie ynchoniczny x,y zoientowany według tuienia kojazonego tojana Wadą tuktuy zetawionej na y. 3.8 jet zęŝenie (inteakcja) teowania w oiach x i y. MoŜna ją wyeliinować zez zatoowanie obwodów odzęgających. Scheat układu z obwodai odzęgającyi o tanitancjach H ox () i H oy () w otaci ogólnej zedtawiono na y σ () u xz G x () u x () ψ x () G ox () H ox () G x () () H oy G y () () u yz () G y u y () () G oy ψ y () Ry Scheat blokowy z obwodai odzęgającyi Inteakcja iędzy teowanie w oiach x i y nie będzie zachodziła, jeŝeli tanitancje obwodów odzęgających będą ówne: H ox σl ' ω ( ) =, 1 + T σ (3.14) 14

15 H oy σl ' ω ( ) =. 1 + T σ (3.15) Scheat zatęczy azyny dwutonnie zailanej o zatoowaniu obwodów odzęgających oianych zaleŝnościai (3.14)-(3.15) zedtawiono na y Stanowi on odtawę dobou nataw egulatoów. () u xz k e τ σl u x () ψ x () 1+ T σ lmωψ l l σ () () u yz k e τ () u y σl 1+ T σ ψ y () l () Mψ l l Ry Scheat zatęczy azyny dwutonnie zailanej o zatoowaniu obwodów odzęgających σ Badania yulacyjne układu z odulatoe wektoowy i d ω a) b) c) d) Ry Pąd winika (a), ędkość (b), oc biena (c) oaz oent elektoagnetyczny (d) odcza cyklu acy azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej Na y zedtawiono zebiegi w cyklu acy azyny dwutonnie zailanej teowanej za oocą etody DTC z odulatoe wektoowy. W cyklu ty oŝna wyóŝnić natęujące tany acy: acę naędową z ędkością odynchoniczną (do t = 0,53 ) i nadynchoniczną (do t = 0,75 ), haowanie z ędkością nadynchoniczną (do t = 0,97 ) oaz haowanie z ędkością odynchoniczną. W chwili t = 0,53, kiedy ędkość ówna jet ędkości ynchonicznej, natęuje kokowa ziana ocy bienej zadanej z watości z = 0 do z = 0,5, natoiat w chwili t = 0,75 a iejce kokowa ziana 15

16 oentu obciąŝenia z watości obc = 0,5 do obc = 0,5. Pędkość azyny zieniała ię w zakeie 0,6-1,4. W zebiegach ądu oaz ocy bienej azyny widoczne ą niewielkie tętnienia (zwłazcza odcza acy z ędkością bliką ynchonicznej y a, c), któe związane ą z chaakteytycznyi dla azyny dwutonnie zailanej tętnieniai tuienia winika. Wływ obwodów odzęgających na zebiegi w zaknięty obwodzie egulacji azyny dwutonnie zailanej obazują zebiegi na y Inteakcja iędzy obwodai egulacji oentu i ocy bienej nawet w zyadku baku obwodów odzęgających jet niewielka (y c, d). Wowadzenie obwodów odzęgających nieco zniejza wływ zian ocy bienej na zebieg oentu ilnika (y a) i całkowicie eliinuje wływ zian oentu na zebieg ocy bienej (y b). Ziana znaku w obwodach odzęgających w niewielki toniu wływa na inteakcję iędzy obydwoa obwodai egulacji (y e, f). Dynaika zian oentu oaz ocy bienej w układzie teowania wykozytujący odulato wektoowy jet badzo doba oiągnięcie watości zadanych natęuje w czaie około 1 (y. 3.12). Na odtawie wyników badań yulacyjnych azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej, teowanej według etody DTC z odulatoe wektoowy, oŝna wyciągnąć natęujące wnioki: odobnie jak w układzie z tablicą zełączeń, oŝliwe jet niezaleŝne teowanie oentu ozwijanego zez azynę oaz ocy bienej obieanej z ieci zailającej, nie obewuje ię ogozenia (ozez zatoowane w egulatoach obwody całkujące) właściwości dynaicznych w tounku do układu z tablicą zełączeń, wływ ziany jednej wielkości teowanej na dugą jet niewielki, dodatkowo oŝe być on zniejzony ozez zatoowanie obwodów odzęgających, tała czętotliwość zełączeń tanzytoów uoŝliwia łatwy dobó filtów wyŝzych haonicznych ądów tojana azyny. a) b) c) d) e) f) Ry Poównanie odowiedzi na kokowe ziany zadanych watości ocy bienej i oentu dla układu teowania z obwodai odzęgającyi (a, b), bez obwodów odzęgających (c, d) i o zianie znaku ygnałów w obwodach odzęgających (e, f) 4. Badania laboatoyjne azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej 4.1. Oi układu laboatoyjnego Scheat tanowika laboatoyjnego do badania azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej zedtawiono na y Układ kłada ię z natęujących eleentów: 16

17 ilnika indukcyjnego ieścieniowego SUDf 112M-4a odukcji fiy Indukta, ilnika ądu tałego PC 132MX odukcji fiy Koel, zailanego z czteokwadantowego zekztałtnika tyytoowego DML-039/BN333 fiy Aato, i acującego jako obciąŝenie, falownika naięcia FNTKA-20/400 fiy Enel, układów oiaowych wielkości niezbędnych do teowania, koutea PC, teownika ikooceoowego oatego na oceoze ygnałowy TMS320F2812 fiy Texa Intuent. Ry Scheat tanowika laboatoyjnego Zatoowany ilnik indukcyjny ieścieniowy oiada natęujące dane znaionowe: P N = 3,0 kw, I 2N = 18,0 A, U 1N = 400 V, n N = 1390 ob/in, I 1N = 6,5 A, coϕ N = 0,82. U 2N = 120 V, Niezbędny eleente tanowika badawczego ą układy oiaowe wielkości otzebnych do teowania azyny dwutonnie zailanej, a ianowicie: ądów dwóch faz tojana, ądów dwóch faz winika, dwóch naięć iędzyzewodowych ieci zailającej, naięcia w obwodzie DC zekztałtnika czętotliwości, ędkości obotowej. Rolę układu teowania ełni teownik ikooceoowy TMDSEZD2812 oaty na oceoze ygnałowy Texa Intuent TMS320F2812. Steownik ikooceoowy wyagał dodatkowego układu ośedniczącego, ozwalającego na zęŝenie teownika z eleentai wykonawczyi i zaewniającego oŝliwość kontoli acy teownika zez oeatoa. W związku z ty zaojektowana zotała łyta ozzezająca (y. 4.2), któa zotała wyoaŝona w eleenty takie jak: zailacz elektoniki, układy doaowujące ozioy ygnałów do wytęujących w ikooceoze, układy oiaowe naięć ieciowych oaz naięcia w obwodzie DC zekztałtnika, wyjścia zekaźnikowe, zetaw zycików, wyświetlacz LCD oaz wejścia i wyjścia analogowe oaz cyfowe, łuŝące do kounikacji z układai eyfeyjnyi. Poga dla teownika ikooceoowego zotał naiany Ry Płyta ozzezająca waz z odłączony do niej teownikie ikooceoowy 17

18 w języku C. Zaileentowane zotały tzy algoyty teowania: DTC z tablicą zełączeń, DTC z odulatoe wektoowy oaz algoyt teowania olowo zoientowanego. W zyadku układu z tablicą itnieje oŝliwość ziany tategii wybou wektoa zetzennego naięcia winika (tablicy zełączeń). Oeato a ównieŝ dotę do ziany więkzości aaetów układu teowania, takich jak natawy egulatoów czy zeokość śodkowej tefy koaatoa oentu. Wzytkie obliczenia w układzie teowania były wykonywane w jednotkach bezwzględnych. Do obliczeń niezbędne okazało ię wyznaczenie aaetów cheatu zatęczego azyny aynchonicznej. W układzie teowania konieczna była etyacja tuienia kojazonego winika. Do tego celu wykozytano etyato tuienia winika oaty na ównaniach: ' d M d ' ' d Ψ = L I + L I, (4.1) ' M ' ' Ψ = L I + L I. (4.2) Moent azyny wyznaczany był na odtawie zaleŝności: M e ' ' ' ' ( Ψ I Ψ I ) 3 = b d d, (4.3) 2 natoiat oc czynna i biena na odtawie wzoów: 3 P = ( U α I α + U β I β ), (4.4) 2 3 Q = ( U β I α U α I β ). (4.5) 2 Wółczynnik zniekztałceń THD ądów tojana obliczano z zaleŝności: 500 h= 2 THD = 100%. I I 1 2 h (4.6) Układ teowania z tablicą zełączeń acował z czae dyketyzacji ówny 33 µ, natoiat weja z odulatoe wektoowy acowała z czae dyketyzacji ówny 200 µ (co odowiadało czętotliwości zełączeń zawoów falownika ównej 5 khz). Wzytkie zebiegi zaejetowane za oocą ocylokou zotały zedtawione w jednotkach względnych i wykalowane w taki oób, by 2,5 V odowiadało watości jeden w jednotkach względnych. Wyjątkie jet ąd winika, w zyadku któego 1,25 V odowiadało watości jeden w jedn. względnych. PołoŜenie wkaźnika, okeślającego nue kanału ocylokou, wyznacza ozio zea danego zebiegu Poównanie układu acującego z tablicą klayczną i zodyfikowaną Na y. 4.3 zedtawiono zebiegi ądu winika w oi d i d, naięcia winika w oi d u d oaz ocy bienej zy acy utalonej z ędkością ω = 0,7 oaz oente obciąŝenia obc = 0 dla tablicy klaycznej (tab. 3.1) i zodyfikowanej (tab. 3.2). Moc biena zadana wynoiła z = 0. Pzy acy z tablicą klayczną i zeoką śodkową tefą koaatoa oentu (H = 0,07) wytęują tudności z utzyanie ocy bienej na zadany ozioie (y. 4.3.a). Ze względu na to, Ŝe zy tej ędkości czętotliwość naięcia i ądu w winiku jet tounkowo duŝa, oc biena zeczywita odbiega od zadanej jedynie zy ganicach ektoów. Śednia czętotliwość zełączeń zawoów wynoi w ty zyadku f i = 2 khz. Po zniejzeniu zeokości śodkowej tefy koaatoa oentu (H = 0,02) natęuje wzot czętotliwości zełączeń zawoów do f i = 3,5 khz, co ozwala na utzyanie ocy bienej na zadany ozioie (y. 4.3.b). Ziana tategii zełączeń na zodyfikowaną zaewnia oawną acę układu zy zeokiej śodkowej tefie koaatoa oentu (H = 0,07) i czętotliwości zełączeń zawoów f i = 2,6 khz (y. 4.3.c). 18

19 i d f i = 2,0 khz i d f i = 3,5 khz i d f i = 2,6 khz u d u d u d a) b) c) Ry Pzebieg ądu i d, naięcia u d oaz ocy bienej zy acy utalonej z ędkością ω = 0,7 oaz oente obc = 0 dla tablicy klaycznej i H = 0,07 (a), H = 0,02 (b) oaz dla tablicy zodyfikowanej i H = 0,07 (c) Na y. 4.4 zedtawiono zebiegi uzykane odcza acy azyny z ędkością ω = 0,97. W zyadku zatoowania klaycznej tablicy zełączeń i zeokiej śodkowej tefy koaatoa oentu (y. 4.4.a) wytęuje znaczne odkztałcenie ądu winika oaz utata kontoli nad ocą bieną. Czętotliwość zełączeń zawoów wynoi jedynie f i = 0,3 khz ze względu na to, Ŝe watość naięcia zailającego winik odcza acy z tak niką czętotliwością jet blika zeu, zate udział wektoów zeowych jet badzo duŝy. Po zniejzeniu zeokości śodkowej tefy koaatoa oentu (y. 4.4.b) czętotliwość zełączeń zawoów wzata do f i = 4,1 khz, co ozwala na odzykanie kontoli nad ocą bieną. Ziana tablicy zełączeń na zodyfikowaną odobnie jak w zyadku niŝzych ędkości obotowych zaewnia oawną acę azyny (y. 4.4.c) zy uiakowanej czętotliwości zełączeń zawoów, któa w ty zyadku wynoi f i = 1,2 khz. i d f i = 0,3 khz i d f i = 4,1 khz i d f i = 1,2 khz u d u d u d a) b) c) Ry Pzebieg ądu i d, naięcia u d oaz ocy bienej zy acy utalonej z ędkością ω = 0,97 i oente obc = 0 dla tablicy klaycznej i H = 0,07 (a), H = 0,02 (b) oaz dla tablicy zodyfikowanej i H = 0,07 (c) i i THD = 5,5 % THD = 4,2 % f [khz] f [khz] a) b) Ry Rozkład haonicznych oaz zebieg ądu tojana dla układu z tablicą klayczną i H = 0,02 (a) oaz dla układu z tablicą zodyfikowaną (b) odcza acy z ędkością ω = 0,87 19

20 Na y. 4.5 okazano zebieg ądu tojana oaz ozkład haonicznych dla układu teowania z klayczną tablicą zełączeń i wąką śodkową tefą koaatoa oentu oaz dla układu teowania z tablicą zodyfikowaną zy acy z ędkością ω = 0,87. Układ ze zodyfikowaną tablicą zaewnia lezy o około jeden unkt ocentowy wółczynnik zniekztałceń THD ądów tojana. 4,5 4 f i [khz] 4,5 4 f i [khz] 3,5 3 2,5 tab. kla., H=0,02 tab. zod., H=0,07 tab. kla., H=0,07 3,5 3 2,5 2 1, ,5 1 tab. kla., H=0,02 tab. zod., H=0,07 tab. kla., H=0,07 0,5 0 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 ω Ry. 4.6 zedtawia oównanie śedniej czętotliwości zełączeń tanzytoów dla układu z tablicą klayczną oaz zodyfikowaną w zaleŝności od ędkości obotowej. Aby oŝliwe było utzyanie ocy bienej na zadany ozioie w cały zakeie zian ędkości obotowej, utalono H = 0,07 w zyadku tablicy zodyfikowanej oaz H = 0,02 dla tablicy klaycznej. W zyadku tablicy zodyfikowanej czętotliwość zełączeń oiągnęła iniu odcza acy z ędkością zbliŝoną do ynchonicznej, natoiat układ z tablicą klayczną odznaczał ię odwotną tendencją. W cały badany zakeie zian ędkości układ z tablicą zodyfikowaną chaakteyzował ię niŝzą czętotliwością zełączeń tanzytoów, zy odobnych oiągach tatycznych i dynaicznych azyny. Dla oównania okazano ównieŝ tę aą zaleŝność dla tablicy klaycznej i H = 0,07. Szeokość H dobano w ty zyadku w taki oób, aby naięcie wyjściowe falownika zachowało uniolany kztałt. Nietety tategia ta nie zaewniała oawnej acy azyny w badany zakeie zian ędkości obotowej. W ty zyadku oŝliwe byłoby utzyanie ocy bienej na zadany ozioie jedynie odcza acy z wyŝzą czętotliwością zebiegów w winiku, co odowiadałoby ędkości znacznie óŝniącej ię od ędkości ynchonicznej. Ze względu na to, Ŝe azyna dwutonnie zailana jet zazwyczaj toowana w układach o niewielki zakeie teowania ędkości (w tounku do ędkości ynchonicznej), celowe jet toowanie tablicy zodyfikowanej. Bioąc od uwagę zalety układu z tablicą zodyfikowaną, do dalzych badań wybano układ teowania z tablicą zodyfikowaną, zedtawioną w tab Badania laboatoyjne układu acującego ze zodyfikowaną tablicą zełączeń Wybane wyniki badań laboatoyjnych układu acującego ze zodyfikowaną tablicą zełączeń zedtawione zotały na y. 4.7-y Na y. 4.7.a zedtawiono eakcję układu na kokową zianę oentu zadanego z watości z = 0,25 do z = 0,7 i związaną z ty zianę ędkości (zejście zez ędkość ynchoniczną) odcza acy naędowej z ędkością oczątkową ω = 0,7. Układ acuje z zeową watością ocy bienej zadanej. Podcza całego oceu zejściowego azyna utzyuje oc bieną na zadany ozioie. W zyadku okazany na y. 4.7.b natęuje ujeny kok oentu zadanego z watości z = 0,25 do z = 0,7 odcza acy z ędkością oczątkową ω = 1,4 w odowiedzi azyna haując zwalnia z ędkości nadynchonicznej do odynchonicznej. RównieŜ w ty zyadku układ utzyuje oc bieną na zadany ozioie, czego dowodzi zeunięcie oiędzy ąde a naięcie tojana ówne 180. Nie obewuje ię zęŝenia oiędzy wielkościai teowanyi zybka ziana oentu ozotaje bez wływu na oc bieną obieaną z ieci zailającej. Cza odowiedzi na kokową zianę watości zadanej oentu wynoi około 1. 0,5 0 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 a) b) Ry ZaleŜność śedniej czętotliwości zełączeń tanzytoów falownika od ędkości obotowej azyny odcza acy z ocą bieną zadaną z = 0 i oente obciąŝenia obc = 0,5 (a) oaz z ocą bieną zadaną z = 0,5 i oente obciąŝenia obc = 0 (b) ω 20

21 u α i d a) b) Ry Reakcja na kokową zianę oentu zadanego odcza acy naędowej z ędkością oczątkową ω = 0,7 (a) oaz haulcowej z ędkością oczątkową ω = 1,4 (b) Na y. 4.8.a zedtawiono odowiedź układu na kokową zianę ocy bienej zadanej z watości z = 0 do z = 0,5 odcza acy naędowej azyny z ędkością ω = 0,7. Ziana ocy bienej obieanej z ieci zailającej wiąŝe ię ze zianą ocy bienej dotaczanej do obwodu winika azyny zez falownik, a zate zianie ulegają ównieŝ alitudy ądów tojana i winika. Na y. 4.8.b okazano eakcję układu na kokową zianę ocy bienej zadanej z watości z = 0,25 do z = 0,25 odcza acy haulcowej z ędkością ω = 1,2. W ty tanie acy widoczna jet ziana wółczynnika ocy o tonie tojana azyny z indukcyjnego na ojenościowy. Wływ ziany ocy bienej na oent elektoagnetyczny azyny i na oc czynną obieaną z ieci jet aktycznie niezauwaŝalny. u α, u α i d a) b) Ry Reakcja na kokową zianę ocy bienej zadanej odcza acy naędowej z ędkością ω = 0,7 (a) oaz haulcowej z ędkością ω = 1,2 (b) 4.4. Badania laboatoyjne układu z odulatoe wektoowy Wybane wyniki badań laboatoyjnych układu acującego z odulatoe wektoowy zedtawione zotały na y. 4.9-y Wyniki te zotały uzykane w analogicznych waunkach, w jakich zbadano układ z tablicą zełączeń i ą badzo zbliŝone do wyników badań wonianego układu. RóŜnica olega na chaakteytycznych dla azyny dwutonnie zailanej ocylacjach wytęujących w ejetowanych zebiegach, któe ojawiają ię odcza duŝej kokowej ziany wielkości teowanych. Ocylacje te zanikają w czaie nie dłuŝzy niŝ 200 (y c). Zatoowanie odulatoa wektoowego zaewnia badzo dobą dynaikę układu, nie zauwaŝa ię ównieŝ wływu kokowej ziany jednej wielkości teowanej na dugą. 21

22 u α i d a) b) Ry Reakcja na kokową zianę oentu zadanego odcza acy naędowej z ędkością oczątkową ω = 0,7 (a) oaz haulcowej z ędkością oczątkową ω = 1,4 (b) u α, u α i d a) b) Ry Reakcja na kokową zianę ocy bienej zadanej odcza acy naędowej z ędkością ω = 0,7 (a) oaz haulcowej z ędkością ω = 1,2 (b) 4.5. Poównanie laboatoyjne etody olowo zoientowanej z etodą bezośedniego teowania oentu i ocy bienej azyny aynchonicznej dwutonnie zailanej W aach badań oównawczych dokonano oównania tzech etod teowania: etody DTC z tablicą zełączeń (nazywaną dalej w kócie DTC-ST) y. 3.2, etody DTC z odulatoe wektoowy (DTC-SVM) y. 3.6, etody olowo zoientowanej (FOC) y Układ teowania azyny dwutonnie zailanej oaty na etodzie olowo zoientowanej acował z czae dyketyzacji ówny 200 µ, co odowiadało czętotliwości zełączeń zawoów ównej 5 khz. W zyadku tej etody oent zadany zieniano ozez zianę watości zadanej ądu winika w oi y. Pzebiegi okazane na y zaejetowano zy acy w tanie oczątkowy na biegu jałowy z ędkością ynchoniczną i znaionową watością ocy bienej zadanej. Odowiedzi azyny na kok oentu zadanego do watości z = 0,5 a natęnie kok ocy bienej zadanej do zea w zyadku wzytkich tzech układów teowania ą badzo zbliŝone. Reakcje azyny na kokową zianę oentu zadanego z watości z = 0,25 do z = 0,6 odcza acy z zeową watością ocy bienej zadanej i ędkością ω = 0,75 zedtawiono na y Mazyna zechodzi z acy haulcowej do naędowej w czaie około 1. Podobnie jak w ozedni zyadku nie obewuje ię wływu kokowej ziany oentu na zebieg ocy bienej obieanej z ieci zailającej. 22

23 i d i d i d a) b) c) Ry Reakcja na kokową zianę wielkości zadanych odcza acy z ędkością oczątkową ω = 1 dla układu teowania DTC-ST (a), DTC-SVM (b) i FOC (c) u α u α u α a) b) c) Ry Reakcja na kokową zianę oentu zadanego odcza acy z ędkością oczątkową ω = 0,75 dla układu teowania DTC-ST (a), DTC-SVM (b) i FOC (c) Na yunku y okazano zebiegi ądu tojana oaz ozkłady haonicznych dla układu bezośedniego teowania oentu i ocy bienej z odulatoe wektoowy oaz dla układu teowania olowo zoientowanego zy acy z ędkością ω = 0,87, a na y zobazowano zaleŝność wółczynnika zawatości haonicznych THD od ędkości obotowej dla wzytkich badanych etod teowania. Wółczynnik THD ądów tojana dla układów teowania wykozytujących odulato wektoowy jet oównywalny. Wółczynnik ten jet niŝzy o około 1-2 unktów ocentowych w oównaniu do uzykanego w układzie teowania ze zodyfikowaną tablicą zełączeń i o około 2-3 unktów ocentowych niŝzy od uzykanego w układzie z tablicą klayczną. i i THD = 3,1 % THD = 3,1 % f [khz] f [khz] a) b) Ry Rozkład haonicznych oaz zebieg ądu tojana dla układu teowania DTC-SVM (a) oaz FOC (b) odcza acy z ędkością ω = 0,87 Wyniki badań laboatoyjnych układu teowania oatego na etodzie olowo zoientowanej ą badzo zbliŝone do wyników uzykanych w układach teowania oatych na etodzie DTC. Wzytkie badane etody teowania chaakteyzują ię odobnyi właściwościai tatycznyi oaz dynaicznyi. Czay 23

24 odowiedzi na kokowe ziany wielkości teowanych ą aktycznie takie ae i tudno jet wkazać itotne óŝnice oiędzy oŝliwościai badanych układów teowania. Metody wykozytujące odulato wektoowy zaewniają zbliŝony ozkład haonicznych oaz wółczynnik THD ądów tojana, natoiat wółczynnik zawatości haonicznych układów z tablicą zełączeń jet nieco wyŝzy (o akyalnie 3 unkty ocentowe). 5. Poduowanie W aach acy wzechtonnie zeanalizowano i zebadano układ z azyną aynchoniczną dwutonnie zailaną teowaną THD [%] DTC-ST kla. DTC-ST zod. FOC DTC-SVM 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Ry ZaleŜność wółczynnika THD od ędkości dla badanych etod teowania wg etody bezośedniego teowania oentu i ocy bienej. Otzyano zaleŝności, z któych wynika, Ŝe toując odobne zaady jak w klaycznej etodzie DTC (dla ilnika klatkowego) do teowania falownika w obwodzie winika azyny dwutonnie zailanej, uzykuje ię: teowanie oentu (ocy czynnej) azyny zez zianę kąta zawatego iędzy wektoai tuieni kojazonych tojana i winika, teowanie ocy bienej w obwodzie tojana zez zianę alitudy tuienia kojazonego winika. W aach acy oacowano tuktuy układu teowania azyny indukcyjnej dwutonnie zailanej dla klaycznej etody DTC z egulatoai koaatoowyi i tablicą zełączeń oaz dla teowania DTC z odulatoe wektoowy. Dla układu z egulatoai koaatoowyi zaoonowano altenatywną tablicę zełączeń uoŝliwiającą oawną acę układu teowania zy dowolnej ędkości obotowej, w ty zy ędkości ynchonicznej. Dla układu z odulatoe wektoowy oacowano obwody odzęgające oaz foułowano cheaty blokowe układu, będące odtawą yntezy egulatoów oentu i ocy bienej. W aach acy oacowano teŝ odele yulacyjne badanych układów oaz oogaowano i uuchoiono ikooceoowy układ teowania oaty na oceoze ygnałowy TMS320F2812 fiy Texa Intuent. Wzytkie oacowane tuktuy układu teowania zebadano yulacyjnie zy wykozytaniu ogau Matlab-Siulink oaz zetetowano na zaojektowany i wykonany w aach acy tanowiku laboatoyjny z azyną indukcyjną dwutonnie zailaną. Dokonano ównieŝ laboatoyjnego oównania etody DTC z najczęściej toowaną etodą teowania azyny dwutonnie zailanej, jaką jet etoda olowo zoientowana. NajwaŜniejze wnioki uzykane na odtawie zeowadzonych analiz i badań oŝna foułować natęująco: zatoowanie teowania tyu DTC do azyny indukcyjnej dwutonnie zailanej uoŝliwia uozczenie układu teowania w oównaniu ze teowanie wg etody olowo zoientowanej, azyna indukcyjna dwutonnie zailana teowana wg etody DTC cechuje ię badzo dobyi właściwościai dynaicznyi. Zaówno w badaniach yulacyjnych jak i laboatoyjnych na kokowe ziany watości zadanych oentu i ocy bienej otzyano czay odowiedzi układu zędu 1, wływ wytęującego w tuktuze układu zęŝenia iędzy teowaniai oentu i ocy bienej jet w zaknięty układzie teowania aktycznie oijalny, zaoonowana odyfikacja tablicy zełączeń tanzytoów zaewnia oawną acę układu zy niŝzej czętotliwości zełączeń tanzytoów falownika w tounku do tablicy klaycznej, zwłazcza odcza acy z ały oślizgie azyny aynchonicznej, zatoowanie teowania tyu DTC zaewnia uzykanie odobnych właściwości tatycznych i dynaicznych układu jak w zyadku zatoowania etody olowo zoientowanej. Na odtawie zeowadzonej analizy teoetycznej oaz badań yulacyjnych i laboatoyjnych oŝna twiedzić, Ŝe teza naukowa acy zotała udowodniona. ω 24