SILNIK INDUKCYJNY KLATOWY STEROWANY ZE SKALARNEGO FALOWNIKA NAPIĘCIA

Transkrypt

1 SILNIK INDUKCYJNY KLATOWY STEROWANY ZE SKALARNEGO FALOWNIKA NAPIĘCIA 1. odel matematyczny ilnika indkcyjnego Do opi tanów dynamicznych ilników klatkowych toowana jet powzechnie metoda zepolonych wektorów przetrzennych. Stojąc opi wektorowy, gdzie wektory przetrzenne reprezentowane ą w kładzie wpółrzędnych K wirjących z prędkością kątową ω K, równania ilnika indkcyjnego klatkowego wyraŝone w jednotkach względnych moŝna przeawić natępjąco [1] - [2]: K dψ K = r ik + TN + jωkψ K (1.1) r i T dψ ( ωk ωm ) ψ 0 = r + N + j (1.2) ψ = x i + x i (1.3) K K ψ = x i + x i (1.4) r K d ω m = 1 T ( m m ) o (1.5) gdzie, i, i r, ψ, oraz ψ r ą odpowiednio wektorami przetrzennymi napięcia tojana, prąd tojana, prąd wirnika, trmienia kojarzonego tojana i wirnika; ω m jet prędkością kątową wał; m moment elektromagnetyczny rozwijany przez ilnik, m o moment zewnętrzny (obciąŝenia); x, x r oraz x ą reaktancjami tojana, wirnika i magnejąca określone dla czętotliwości znamionowej f N =50 Hz; T N = 1/(2πf N ); T mechaniczna tała czaowa. 2. Sterowanie kalarne ilnika indkcyjnego Wyokiej jakości napędy reglowane z ilnikami aynchronicznymi klatkowymi realizje ię w kładach zailania przez przemienniki czętotliwości. Ogólnie metody terowania czętotliwościowego moŝna podzielić na kalarne (bez przęŝenia zwrotnego) i wektorowe (ze przęŝeniem zwrotnym). etody kalarne w porównani z metodami wektorowymi charakteryzją ię gorzą dynamiką. Bardziej zczegółowy podział metod terowania czętotliwościowego mazyn indkcyjnych przeawiono na rynk 2.1.

2 Ry.2.1. Podział metod terowania czętotliwościowego ilników indkcyjnych klatkowych Charakterytyki mechaniczne ilnika indkcyjnego terowanego czętotliwościowo w zakreie tałego moment oraz tałej mocy przeawiono na rynk 2.2. Ry.2.2. Charakterytyki ilnika aynchronicznego zailanego przez przemiennik czętotliwości z reglacją napięcia tojana Cechą charakterytyczną terowania kalarnego jet to, Ŝe na poawie zaleŝności obowiązjących dla tanów talonych natawiane ą tylko amplitdy i prędkości kątowe (czętotliwości) wektorów przetrzennych napięć, prądów i trmieni kojarzonych ilnika klatkowego. Układ terowania nie oddziaływje na wzajemne połoŝenie wektorów (orientację), przez co nie ma moŝliwości terowania ilnika w tanach dynamicznych. Najbardziej rozpowzechnione ą kłady terowania kalarnego, w których tabilizacja trmienia zykiwana jet na poawie charakterytyk tatycznych /f = cont. Przyjmjąc, Ŝe kład wpółrzędnych K wirje z prędkością ω K = ω to równanie (1.1) moŝna zapiać natępjąco: = r i + jωψ (2.1) z czego modł napięcia tojana wyraŝony w jednotkach względnych wynoi:

3 ( r i ) ( fψ ) 2 2 = + (2.2) Jeśli przyjąć, Ŝe rezytancja tojana r S =0, wówcza moŝna zapiać f = 1 (2.3) W rzeczywitych kładach, przy dŝych czętotliwościach zailania ilnika dominjącą rolę odgrywa reaktancja w impedancji fazowej obwod tojana. Natomiat przy bardzo małych czętotliwościach zailania mi ię względnić wpływ rezytancji zwojeń ilnika. Dlatego, w cel trzymania trmienia w ilnik na tałym poziomie przy małych czętotliwościach, napięcie tojana powinno być nieco wyŝze niŝby to wynikało z zaleŝności (2.3). Dla zatoowań praktycznych zamiat zaleŝności (2.3) toje ię zaleŝność + f (2.4) = 0 gdzie 0 = ir - jet napięciem kompenjącym padkek napięcia na rezytancji zwojeń tojana. Na rynk 2.3 przeawiono zaleŝność napięcia tojana w fnkcji czętotliwości. Ry.2.3. Charakterytyka napięcia tojana w fnkcji czętotliwości f przy tałym trmieni ψ =1 Schemat blokowy terowania kalarnego ilnika indkcyjnego zrealizowanego wg równania (2.3) przeawiono na ry Algorytm terowania oblicza amplitdę napięcia proporcjonalnie do zadanej wartości prędkości ω mc, a potrzebny do generacji ekwencji implów PW kąt γ zykje ię przez całkowanie prędkości. Wektor napięcia tojana reprezentowany we wpółrzędnych polowych tanowi wielkość wejściową do modlatora PW, który generje ygnały terjące pracą tranzytorów IGBT falownika napięcia. Sygnał zadany prędkości ω mc określa czętotliwość pracy falownika f = ω, która definije zadany wektor napięcia tojana wg zaady /f = cont.

4 Ry.2.4. Sterowanie kalarne typ /f = cont. ilnika klatkowego zailanego z falownika napięcia (linią przerywaną zaznaczono wariant z obwodem tabilizacji prędkości kątowej) [3] JednakŜe prędkość mechaniczna ω m oraz czętotliwość poślizg ω r = ω ω m nie ą kontrolowane precyzyjnie. oŝe to powodować przeciąŝenia ilnika i falownika. Aby ograniczyć dŝe wartości czętotliwości poślizg w tanach dynamicznych, w torze reglacji czętotliwości tojana wtawiany jet integrator, którego cza naratania dobierany jet odpowiednio do mechanicznej tałej czaowej napęd. Zapobiega on kokowej zmianie czętotliwości tojana, a więc i poślizg. W przypadkach gdy wymagana jet tabilizacja prędkości wał ilnika wprowadza ię reglator prędkości (linia przerywana na ry. 2.4). Zadana wartość czętotliwości poślizg ω rc generowana jet przez reglator prędkości typ PI. Sygnał ten po zmowani z ygnałem z prądnicy tachometrycznej określa czętotliwość tojana ω. W wynik trzymania warnk /f = cont., trmień tojana pozotaje tały, co gwarantje proporcjonalność między momentem elektromagnetycznym, a czętotliwością poślizg. Dzięki ograniczeni na wyjści reglatora prędkości zadanej wartości czętotliwości poślizg ω rc, ilnik nie tknie zarówno przy kokowych zmianach wartości zadanej prędkości jak teŝ moment zewnętrznego. Nagła redkcja prędkości zadanej powodje generowanie przaz reglator prędkości jemnego poślizg w wynik czego ilnik przechodzi w zakre hamowania generatorowego. Energia hamowania mi być zwrócona do ieci przez przekztałtnik hamjący lb rozprozona w rezytorze hamjącym R H obwod pośredniczącego. Układ terowania /f = cont. jet niezwykle proty. JednakŜe zaleta prototy okpiona jet natępjącymi wadami: brak kontroli moment rozwijanego przez ilnik w tanach przejściowych, brak odprzęŝenia dynamicznego między terowaniem moment i trmienia, dłgie i niekontrolowane tany przejściowe oraz kłonność do łabo tłmionych ocylacji moment i prędkości, brak przęŝeń zwrotnych i w wynik brak zabezpieczenia przed przeciąŝeniami, oŝliwości dynamiczne ilnika i falownika nie ą w pełni wykorzytane.

5 3. Praca dwtrefowa ilnika indkcyjnego Ry.4. Charakterytyka /f dla pracy nawrotnej dwtrefowej Reglacja prędkości w ilnik indkcyjnym moŝe odbywać ię dwtrefowo (ry.4). Stała wartość trmienia Ψ, trzymywana jet na tałym poziomie do oiągnięcia przez napięcia zailającego tojan wartości znamionowej. Dalza reglacja prędkości odbywa ię jedynie poprzez zmianę czętotliwości f, co powodje zmniejzenie wartości trmienia w ilnik. ateriały opracowano na poawie: 1. H. Tnia,. P. Kaźmierkowki: Atomatyka napęd przekztałtnikowego, PWN Grnwald: Napęd elektryczny, WNT P. Kaźmierkowki: Nowoczene energoozczędne kłady terowania i reglacji napędów z ilnikami indkcyjnymi klatkowymi, Krajowa Agencja Pozanowania Energii S.A., Wydanie I, Warzawa, 2004