WPŁYW USZKODZENIA WIRNIKA NA PRACĘ BEZCZUJNIKOWEGO NAPĘDU INDUKCYJNEGO Z ESTYMATOREM MRASCC

Podobne dokumenty
Analiza układu wektorowego sterowania silnikiem indukcyjnym z uszkodzonymi prętami klatki wirnika

ANALIZA WPŁYWU USZKODZEŃ CZUJNIKÓW PRĄDU STOJANA NA PRACĘ WEKTOROWEGO UKŁADU NAPĘDOWEGO KONCEPCJA UKŁADU ODPORNEGO

WPŁYW USZKODZENIA TRANZYSTORA IGBT PRZEKSZTAŁTNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI NA PRACĘ NAPĘDU INDUKCYJNEGO

KONCEPCJA NEURONOWEGO DETEKTORA USZKODZEŃ CZUJNIKA PRĘDKOŚCI DLA UKŁADÓW NAPĘDOWYCH Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM STEROWANYCH METODĄ POLOWO ZORIENTOWANĄ

ANALIZA WPŁYWU METODY ADAPTACJI REGULTAORA PRĘDKOŚCI NA WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNE NAPĘDU INDUKCYJNEGO

WYKORZYSTANIE SZTUCZNYCH SIECI NEUROOWYCH DO DIAGNOSTYKI WIRNIKA SILNIKA INDUKCYJNEGO W UKŁADZIE STEROWANIA POLOWO-ZORIENTOWANEGO

UKŁADY NAPĘDOWE Z SILNIKAMI INDUKCYJNYMI STEROWANE METODAMI WEKTOROWYMI DFOC ORAZ DTC-SVM ODPORNE NA USZKODZENIA PRZEMIENNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI

AUTOREFERAT. 2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe z podaniem nazwy, miejsca i roku ich uzyskania oraz tytułu rozprawy doktorskiej

WPŁYW SPOSOBU ADAPTACJI PRĘDKOŚCI KĄTOWEJ W ESTYMATORZE MRAS NA WŁAŚCIWOŚCI BEZCZUJNIKO- WEGO UKŁADU WEKTOROWEGO STEROWANIA SILNIKA INDUKCYJNEGO

Zastosowanie algorytmu identyfikacji rezystancji wirnika do diagnostyki silnika indukcyjnego w czasie rzeczywistym

ANALIZA WRAŻLIWOŚCI WYBRANYCH ESTYMATORÓW ZMIENNYCH STANU NA BŁĘDNĄ IDENTYFIKACJĘ PARAMETRÓW SCHEMATU ZASTĘPCZEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO

CHARAKTERYSTYKI EKSPLOATACYJNE SILNIKA INDUKCYJNEGO DUŻEJ MOCY Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

ANALIZA WYBRANYCH DETEKTORÓW USZKODZEŃ CZUJNIKA PRĘDKOŚCI KĄTOWEJ W NAPĘDACH Z SILNIKAMI INDUKCYJNYMI

STEROWANIE UKŁADU NAPĘDOWEGO Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM W ZASTOSOWANIACH TRAKCYJNYCH

ZASTOSOWANIE SYGNAŁU SKUTECZNEJ WARTOŚCI RUCHOMEJ PRĄDU STOJANA W DIAGNOSTYCE SILNIKA INDUKCYJNEGO PODCZAS ROZRUCHU

BADANIA EKSPERYMENTALNE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

Diagnostyka ukladów napedowych

CHARAKTERYSTYKI EKSPLOATACYJNE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

Diagnostyka uszkodzeń elektrycznych silnika indukcyjnego zasilanego z przemiennika częstotliwości w zamkniętej strukturze sterowania

SYMPTOMY USZKODZENIA WIRNIKA MASZYNY INDUKCYJNEJ PRACUJĄCEJ Z BEZCZUJNIKOWYM UKŁADEM REGULACJI

DIAGNOSTYKA SILNIKA INDUKCYJNEGO Z ZASTOSOWANIEM SYGNAŁU SKUTECZNEJ WARTOŚCI RUCHOMEJ PRĄDU CZĘŚĆ 2 ZASILANIE NIESYMETRYCZNE

WIELOETAPOWY PROCES DIAGNOSTYKI UKŁADÓW NAPĘDOWYCH

ANALIZA SYMPTOMÓW USZKODZEŃ ŁĄCZNIKÓW TRANZYSTOROWYCH FALOWNIKA NAPIĘCIA W NAPĘDZIE INDUKCYJNYM

WPŁYW USZKODZENIA WYBRANYCH CZUJNIKÓW POMIAROWYCH NA PRACĘ NAPĘDU INDUKCYJNEGO STEROWANEGO METODĄ WEKTOROWĄ

WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNE SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH Z ROZRUCHEM ASYNCHRONICZNYM PRZY STEROWANIU CZĘSTOTLIWOŚCIOWYM

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 84/2009

STEROWANIE CZĘSTOTLIWOŚCIOWE SILNIKÓW INDUKCYJNYCH SYNCHRONIZOWANYCH

PORÓWNANIE SILNIKA INDUKCYJNEGO ORAZ SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI I ROZRUCHEM BEZPOŚREDNIM - BADANIA EKSPERYMENTALNE

ANALIZA PRACY SILNIKA SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI W WARUNKACH ZAPADU NAPIĘCIA

ZWARCIE POMIAROWE JAKO METODA WYKRYWANIA USZKODZEŃ KLATKI WIRNIKA SILNIKA INDUKCYJNEGO

KOMPUTEROWY SYSTEM DO MONITOROWANIA STANU UZWO- JEŃ STOJANA SILNIKA INDUKCYJNEGO

OCENA SKUTECZNOŚCI ANALIZ FFT, STFT I FALKOWEJ W WYKRYWANIU USZKODZEŃ WIRNIKA SILNIKA INDUKCYJNEGO

Cel zajęć: Program zajęć:

WPŁYW ADDYTYWNYCH ZAKŁÓCEŃ TYPU SINUSOIDALNEGO SYGNAŁÓW WEJŚCIOWYCH REGULATORÓW PI W UKŁADZIE FOC Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM NA PRĘDKOŚĆ OBROTOWĄ

OBLICZENIOWE BADANIE ZJAWISK WYWOŁANYCH USZKODZENIEM KLATKI WIRNIKA

ZASTOSOWANIE ROZSZERZONEGO OBSERWATORA STANU I PARAMETRÓW DO WYKRYWANIA USZKODZEŃ UZWOJENIA WIRNIKA ORAZ STOJANA SILNIKA INDUKCYJNEGO

Zastosowanie uproszczonego modelu dwuosiowego do modelowania uszkodzeń wirnika silnika klatkowego

BADANIA PORÓWNAWCZE SILNIKA INDUKCYJNEGO KLATKOWEGO PODCZAS RÓŻNYCH SPOSOBÓW ROZRUCHU 1. WSTĘP

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

ZASTOSOWANIE MODELI ADALINE W STRUKTURZE STEROWANIA PRĘDKOŚCIĄ SILNIKA INDUKCYJNEGO

WYBRANE PROBLEMY DIAGNOSTYKI UKŁADÓW NAPĘDOWYCH Z FALOWNIKAMI NAPIĘCIA

ZWARTE PRĘTY ROZRUCHOWE W SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

GĘSTOŚĆ PRĄDU W PRĘTACH USZKODZONEJ KLATKI WIRNIKA SILNIKA INDUKCYJNEGO

SILNIK RELUKTANCYJNY PRZEŁĄCZALNY PRZEZNACZONY DO NAPĘDU MAŁEGO MOBILNEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

Diagnostyka silnika indukcyjnego z wykorzystaniem dostępnych napięć stojana

Silnik indukcyjny - historia

Autoreferat przedstawiający informacje o osiągnięciach zawodowych i naukowych

przedmiot kierunkowy obowiązkowy polski semestr I

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 75/

Rozwój sterowania prędkością silnika indukcyjnego trójfazowego

Wybrane problemy diagnostyki układów napędowych z falownikami napięcia

ADAPTACYJNE WEKTOROWE STEROWANIE UKŁADEM NAPĘDOWYM Z POŁĄCZENIEM SPRĘŻYSTYM

ZJAWISKA W OBWODACH TŁUMIĄCYCH PODCZAS ZAKŁÓCEŃ PRACY TURBOGENERATORA

PRZEMIENNIKI CZĘSTOTLIWOŚCI W DWUSIL- NIKOWYM NAPĘDZIE WAŁU TAŚMOCIĄGU PO- WIERZCHNIOWEGO

SYNTEZA PRZEKSZTAŁTNIKOWEGO UKŁADU STEROWANIA AUTONOMICZNYM GENERATOREM INDUKCYJNYM. CZĘŚĆ II BADANIA SYMULACYJNE

PROSTY ALGORYTM LOKALIZACJI USZKODZEŃ TRANZYSTORÓW FALOWNIKA NAPIĘCIA W NAPĘDZIE Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM

d J m m dt model maszyny prądu stałego

Bezczujnikowa diagnostyka uszkodzeń mechanicznych w przekształtnikowym napędzie elektrycznym

Zagadnienia maszyn, napędów i pomiarów elektrycznych / [red. nauk. Ludwik Antal]. Wrocław, Spis treści

przedmiot kierunkowy obowiązkowy polski semestr VII

WYKRYWANIE USZKODZEŃ WIRNIKÓW SILNIKÓW INDUKCYJNYCH Z WYKORZYSTANIEM ANALIZY FALKOWEJ I SZTUCZNYCH SIECI NEURONOWYCH

ZASTOSOWANIE TEORII OBSERWATORÓW W NAPĘDZIE ELEKTRYCZNYM

ANALIZA WEKTOROWYCH METOD PRZEKSZTAŁTNIKOWEGO STEROWANIA AUTONOMICZNYM GENERATOREM INDUKCYJNYM

ANALIZA WEKTOROWEGO UKŁADU NAPĘDOWEGO Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM ODPORNEGO NA USZKODZENIA WYBRANYCH CZUJNIKÓW POMIAROWYCH

ZASTOSOWANIE SIECI NEURONOWYCH W BEZCZUJNIKOWYM UKŁADZIE NAPĘDOWYM Z POŁĄCZENIEM SPRĘŻYSTYM

Studia i Materiały Nr

WPŁYW OSADZENIA MAGNESU NA PARAMETRY SILNIKA MAGNETOELEKTRYCZNEGO O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

METODA DIAGNOSTYKI USZKODZEŃ ELEKTRYCZNYCH SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

Diagnostyka silników indukcyjnch dwuklatkowych z uszkodzonymi prętami

przedmiot kierunkowy obowiązkowy polski semestr VI

przedmiot kierunkowy obowiązkowy polski semestr VI

BADANIA SKUTKÓW CIEPLNYCH ZWARĆ ZWOJOWYCH W UZWOJENIACH STOJANA SILNIKA INDUKCYJNEGO

Wykaz ważniejszych oznaczeń Podstawowe informacje o napędzie z silnikami bezszczotkowymi... 13

Tematyka prac doktorskich 1. Bezczujnikowe sterowanie oraz estymacja parametrów maszyn wielofazowych zasilanych przekształtnikowo

ANALIZA WPŁYWU USZKODZENIA TRANZYSTORA IGBT FALOWNIKA NAPIĘCIA NA PRZEBIEGI ZMIENNYCH STANU W NAPĘDZIE INDUKCYJNYM

SPIS TREŚCI PRZEDMOWA WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ 1. PODSTAWOWE INFORMACJE O NAPĘDZIE Z SILNIKAMI BEZSZCZOTKOWYMI 1.1. Zasada działania i

SILNIK SYNCHRONICZNY ŚREDNIEJ MOCY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI ZASILANY Z FALOWNIKA

ZASTOSOWANIE SKOSU STOJANA W JEDNOFAZOWYM SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

Rozszerzony konspekt preskryptu do przedmiotu Sterowanie napędów i serwonapędów elektrycznych

WYKRYWANIE USZKODZEŃ W LITYCH ELEMENTACH ŁĄCZĄCYCH WAŁY

BADANIA ELEKTROMECHANICZNYCH ZESPOŁÓW NAPĘDOWYCH ZWAŁOWARKI ZGOT

Bezczujnikowe sterowanie SPMSM

AWARYJNE STANY PRACY SILNIKÓW INDUKCYJNYCH PIERŚCIENIOWYCH

Badanie wpływu zakłóceń sygnałów wejściowych regulatorów typu PI w układzie sterowania polowo-zorientowanego z silnikiem indukcyjnym

ANALIZA WPŁYWU USZKODZENIA UZWOJENIA STOJANA SILNIKA INDUKCYJNEGO NA KĄT PRZESUNIĘCIA FAZOWEGO POMIĘDZY PRĄDEM I NAPIĘCIEM

ZASTOSOWANIE SIECI NEURONOWYCH DO ESTYMACJI PRĘDKOŚCI NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO Z SILNIKIEM SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

MODERNIZACJA NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO WIRÓWKI DO TWAROGU TYPU DSC/1. Zbigniew Krzemiński, MMB Drives sp. z o.o.

ANALIZA PRACY SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO W ASPEKCIE STEROWANIA WEKTOROWEGO

!!!!!!!!!! WNIOSEK O PORTFOLIO: Automatyczna bezinwazyjna diagnostyka symetrii wirnika maszyn indukcyjnych. Autorzy: dr inż.

Badania maszyny reluktancyjnej przełączalnej, przeznaczonej do napędu lekkiego pojazdu elektrycznego

Bezpośrednie sterowanie momentem silnika indukcyjnego zasilanego z 3-poziomowego. przekształtnika MSI z kondensatorami o zmiennym potencjale

Załącznik nr Wybrane w pracy ustawienia modelu maszyny asynchronicznej w środowisku Matalab/Simulink karta Configuration...

DIAGNOSTYKA SILNIKA INDUKCYJNEGO Z WYKORZYSTANIEM DOSTĘPNYCH NAPIĘĆ STOJANA

ANALIZA WPŁYWU NIESYMETRII NAPIĘCIA SIECI NA OBCIĄŻALNOŚĆ TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH

NAPĘD BEZCZUJNIKOWY Z SILNIKIEM SYNCHRONICZNYM O MAGNESACH TRWAŁYCH

Wydział EAIiE Katedra Maszyn Elektrycznych Publikacje 2009

WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH MASZYN RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH

Transkrypt:

195 Mateusz Dybkowski, Czesław T. Kowalski, Teresa Orłowska Kowalska Politechnika Wrocławska, Wrocław WPŁYW USZKODZENIA WIRNIKA NA PRACĘ BEZCZUJNIKOWEGO NAPĘDU INDUKCYJNEGO Z ESTYMATOREM MRASCC INFLUENCE OF THE ROTOR FAULTS TO THE PERFORMANCE OF THE SENSORLESS INDUCTION MOTOR DRIVE WITH MRASCC ESTIMATOR Abstract: In the paper analysis of the sensorless induction motor drive with rotor faults is presented. The rotor flux and speed is reconstructed using the MRASCC estimator, where the induction motor is used as a reference model. The stator current estimator and current model of the rotor flux are used as adapted models. Most of the speed estimators used in sensorless drives are sensitive to motor parameters changes, especially to the rotor resistance changes. The proposed MRASCC estimator is very robust to all motor parameter changes, thus it should work properly in the case of faulted rotor. In the paper simulation and experimental results of the sensorless IM drive with broken rotor bars are presented. Range of the stable work of the control system is shown. Characteristic frequency harmonics of the IM state variables connected with broken bars are introduced. The low speed region and the dynamical properties of the sensorless drive with rotor faults are tested. 1. Wstęp Układy napędowe z silnikami indukcyjnymi (SI) odgrywają coraz większe znaczenie w różnych gałęziach przemysłu [1], [2], [3]. Dzięki swoim właściwościom regulacyjnym, prostej budowie, niezawodności i niskiej cenie wypierają one maszyny prądu stałego. SI wymagają jednak stosowania specjalnych, złożonych, układów sterowania [3], które umożliwiają uzyskanie coraz lepszych właściwości dynamicznych. Układy te wymagają informacji o zmiennych stanu, które coraz częściej są dostarczane ze specjalnych układów służących do ich odtwarzania [1], [3], [4]. Silniki indukcyjne mimo stosunkowo dużej niezawodności ulegają jednak uszkodzeniom, które mogą doprowadzić do poważnych konsekwencji w szczególności w napędach bezczujnikowych. Dlatego też istotne jest wczesne wykrywanie symptomów uszkodzeń tych maszyn i jak najwcześniejsze awaryjne wyłączenie napędu [8]-[10]. Ponadto w układach napędowych, w których często dochodzi do tego typu uszkodzeń wykorzystywane powinny być tylko takie estymatory zmiennych stanu, które charakteryzują się dużą odpornością na zmiany parametrów SI. W układach wektorowego sterowania silnikiem indukcyjnym (DFOC) symptomy uszkodzenia wirnika mogą być widoczne w postaci charakterystycznych częstotliwości w składowych prądu stojana, module strumienia wirnika, napięciach sterujących oraz w sygnałach odprzęgających. Monitorowanie on-line tych wielkości może ułatwić diagnostykę stanu napędu, a tym samym zwiększyć niezawodność całego układu napędowego. W referacie przedstawiono analizę bezczujnikowego układu wektorowego sterowania SI z uszkodzonymi prętami klatki wirnika. Badania symulacyjne zweryfikowano na stanowisku laboratoryjnym. 2. Struktura sterowania napędu Badania dotyczą układu bezpośredniego sterowania polowo zorientowanego DFOC, w którym do estymacji strumienia i prędkości kątowej wykorzystano estymator adaptacyjny MRASCC [4], [7]. Schemat ideowy bezczujnikowego układu sterowania przedstawiono na rysunku 1. Model matematyczny, analizę stabilności, oraz wrażliwości estymatora MRASCC przedstawiono szczegółowo w [7]. Układ ten składa się z dwóch niezależnych estymatorów strumienia wirnika i estymatora prądu stojana, z których sygnały podawane są na mechanizm adaptacji prędkości. Na wyjściu tego układu otrzymuje się prędkość kątową, przestrajającą model prądowy strumienia wirnika i estymator prądu stojana [6]. W estymatorze MRASCC rolę modelu odniesienia pełni silnik indukcyjny.

196 Vxc V yc isxr rref ref isyr is, isx isy u s, r me m Rys. 1. Schemat struktury bezpośredniego sterowania polowo zorientowanego napędu z silnikiem indukcyjnym W badaniach symulacyjnych układu bezczujnikowego wykorzystano model matematyczny silnika indukcyjnego umożliwiający modelowanie uszkodzenia prętów klatki wirnika. Model ten opisano szczegółowo w [10]. sygnały te mogą być wykorzystane do skutecznej diagnostyki napędu bezczujnikowego. 3. Wpływ uszkodzenia wirnika na jakość estymacji prędkości kątowej W trakcie badań modelowano uszkodzenia wirnika poprzez całkowite przerwanie pręta wirnika. Badany silnik posiada 22 pręty w klatce, z czego maksymalna liczba uszkodzonych prętów wynosiła 8. Uszkodzenia dotyczyły tylko sąsiednich prętów wirnika. Przeprowadzone badania symulacyjne pozwoliły na wskazanie sygnałów związanych ze strukturą bezpośredniego sterowania polowo zorientowanego, które niosą ze sobą najwięcej informacji o stopniu uszkodzenia wirnika. Wykazano, że sygnałami tymi są: składowa prądu stojana isy, sygnały odprzęgające ex, ey, moduł strumienia wirnika i estymowana wartość prędkości kątowej. Stwierdzono także, że charakterystyczne częstotliwości pojawiające się w tych sygnałach nie zależą od aktualnej wartości prędkości kątowej. Są one jednak ściśle powiązane z bieżącym momentem obciążenia i stopniem uszkodzenia wirnika. Przykładową charakterystykę zmian częstotliwości charakterystycznej dla uszkodzenia wirnika fu = 2sfs (fs częstotliwość zasilania) w funkcji zmian momentu obciążenia dla 4 uszkodzonych prętów wirnika SI przedstawiono na rysunku 2. Badania te przeprowadzono dla dwóch prędkości kątowych. Przy znajomości aktualnej wartości momentu obciążenia Rys. 2. Charakterystyka zmian częstotliwości fu w funkcji momentu dla napędu z SI o uszkodzonych 4 prętach klatki wirnika Na rysunkach 3 5 przedstawiono przebiegi prędkości zadanej, mierzonej, estymowanej, moduł strumienia wirnika, składowe prądu stojana isx, isy, sygnały odprzęgające ex i ey w różnych warunkach pracy układu bezczujnikowego. Badania wykonano w jednostkach względnych [3]. Na rysunku 3 przedstawiono start układu bezczujnikowego do prędkości m = 0.05 mn. W chwili t = 1 s załączono moment obciążenia (0.2moN). W chwili t = 2 s następowało stopniowe zwiększanie stopnia uszkodzenia wirnika (od uszkodzonego 1 pręta w chwili t = 2 s, do uszkodzonych ośmiu prętów wirnika w chwili t = 9 s). Na przedstawionych przebiegach można zaobserwować pojawienie się charakterystycznej częstotliwości związanej z uszkodzeniem wirnika.

197 1 2 3 4 5 6 7 8 mo Rys. 3. Przebiegi prędkości zadanej, mierzonej, estymowanej, składowe prądu stojana isx, isy, sygnały ex, ey ey; m = 0,05 mn, mo = 0,2 mon Rys. 4. Przebiegi prędkości zadanej, mierzonej, estymowanej, składowe prądu stojana isx, isy, sygnały ex, ey m = 0,2 mn, mo = mon Rys. 5. Przebiegi prędkości zadanej, mierzonej, estymowanej, składowe prądu stojana isx, isy, sygnały ex i ey m = 0 - mn, mo = mon Rys. 6. Przebiegi prędkości zadanej, mierzonej, estymowanej, składowe prądu stojana isx, isy, sygnały ex, ey, m = 0,05 mn, mo = mon Wraz ze wzrostem stopnia uszkodzenia wirnika zwiększa się wartość częstotliwości uszkodzeniowej oraz błąd pomiędzy prędkością mierzoną i estymowaną. Fakt ten wynika z wrażliwości struktury wektorowego sterowania SI i estymatora na zmiany parametrów schematu zastępczego SI. Na rysunku 4 przedstawiono podobną sytuację dla prędkości m = 0,2 mn i mo = mon. Zgodnie z charakterystyką z rysunku 2, zwiększeniu uległa częstotliwość uszkodzeniowa. Wraz ze

198 wzrostem stopnia uszkodzenia wirnika zwiększa się błąd ustalony pomiędzy prędkością mierzoną i estymowaną. Należy jednak zwrócić uwagę, że układ bezczujnikowy pracuje w sposób stabilny w całym zakresie zmian prędkości kątowej (rys. 5). Pomimo pojawiającego się błędu ustalonego, zwiększającego się wraz ze zwiększaniem stopnia uszkodzenia wirnika, napęd nie traci stabilności, a estymator działa w sposób prawidłowy. W przypadku napędu pracującego z bardzo małą prędkością kątową przy pełnym momencie obciążenia uszkodzenie kilku prętów wirnika może doprowadzić do sytuacji, że napęd przestanie reagować na sygnały ze struktury sterowania (rys. 6). Układ bezczujnikowy działa prawidłowo w całym zakresie zmian prędkości kątowej z pełnym momentem obciążenia wtedy, gdy liczba uszkodzonych prętów nie przekracza 3. Jeżeli ich liczba jest większa, w układzie napędowym pojawiają się problemy związane z rozruchem i stabilną pracą w zakresie bardzo małych wartości prędkości kątowych (rys. 6). 4. Wyniki badań eksperymentalnych Badania eksperymentalne układu DFOC wykonano na stanowisku laboratoryjnym, wyposażonym w kartę DS1103 oraz odpowiednie oprogramowanie, za pomocą której sterowano pracą silnika zasilanego z przemiennika częstotliwości MSI. Stanowisko umożliwiało badanie układu sterowania z silnikiem indukcyjnym z uszkodzonymi prętami klatki wirnika. W celu szczegółowej analizy pracy układu, na rysunku 8 przedstawiono przebiegi prędkości oraz błędu jej odtworzenia dla napędu bezczujnikowego z SI ze zdrowym wirnikiem. Rys. 8. Wyniki badań eksperymentalnych bezczujnikowego układu wektorowego sterowania SI z estymatorem MRASCC ( zdrowy wirnik) Widać, że układ działa poprawnie i prawidłowo reaguje na zmiany momentu obciążenia. W celu weryfikacji otrzymanych wyników badań symulacyjnych bezczujnikowego układu wektorowego sterowania SI z estymatorem MRASCC, na kolejnych rysunkach przedstawiono wybrane przebiegi zmiennych stanu napędu (prędkości zadanej, mierzonej i estymowanej, błędu prędkości, hodograf strumienia wirnika oraz składowe wektora prądu stojana w układzie wirującym (x-y)), w którym uszkodzone zostały 2 pręty klatki wirnika. Taki stopień uszkodzenia pozwala na jednoznaczną ocenę układu napędowego. Na rysunku 9 przedstawiono proces rozruchu układu do prędkości m = 0,2 mn oraz załączenia momentu obciążenia w chwili t = 4 s, w przypadku uszkodzenia 2 prętów wirnika. Rys. 7. Schemat stanowiska laboratoryjnego Obiektem badań był silnik indukcyjny Stg 80X4C, firmy BESEL. Sygnały prądowe oraz napięciowe mierzone były za pomocą przetworników hallotronowych LEM LA25 i LV 50 skalujących sygnały tak, aby były akceptowalne przez kartę procesora sygnałowego. Schemat ideowy układu przedstawiono na rysunku 7. Rys. 9. Wyniki badań eksperymentalnych bezczujnikowego układu wektorowego sterowania SI z estymatorem MRASCC (uszkodzone 2 pręty wirnika)

Po załączeniu momentu obciążenia widoczny jest duży błąd pomiędzy prędkością mierzoną i estymowaną, pojawia się także charakterystyczna częstotliwość związana z występowaniem uszkodzenia wirnika. Częstotliwość ta jest wyraźnie widoczna w sygnałach składowych prądu stojana, prędkości mierzonej i estymowanej, podczas zmiany momentu obciążenia (rys. 9). 199 Na rysunkach 10 i 11 przedstawiono wpływ wartości momentu obciążenia na jakość działania bezczujnikowego układu wektorowego sterowania SI z uszkodzonymi prętami klatki wirnika. Wraz ze wzrostem momentu wzrasta błąd ustalony pomiędzy prędkością mierzoną i estymowaną. a) b) Rys. 10. Wyniki badań eksperymentalnych bezczujnikowego układu wektorowego sterowania SI z estymatorem MRASCC podczas cyklicznych nawrotów przy mo = 0,1moN (a), mo = 0,5moN (b) (uszkodzone 2 pręty wirnika) Rys. 11. Wyniki badań eksperymentalnych bezczujnikowego układu wektorowego sterowania SI z estymatorem MRASCC podczas zmiany momentu obciążenia z mo = 0,5moN do mo = 0,2moN (uszkodzone 2 pręty wirnika) Przeprowadzone badania eksperymentalne potwierdziły wyniki uzyskane w badaniach symulacyjnych. Pojawiający się błąd ustalony może doprowadzić nawet do problemów związanych z rozruchem układu napędowego. Problem ten jest szczególnie istotny w zakresie bardzo małych prędkości kątowych. W praktyce wystąpienie uszkodzenia już 1 pręta może być skutecznie wykryte przez układ diagnostyczny. 5. Podsumowanie Przeprowadzone badania symulacyjne i eksperymentalne bezczujnikowego układu wekto- rowego sterowania silnikiem indukcyjnym z uszkodzonymi prętami klatki wirnika wskazują na możliwość stabilnej pracy tego układu w napędach, w których dochodzi do częstych uszkodzeń wirnika, pod warunkiem zastosowania estymatora prędkości i strumienia wirnika odpowiednio odpornego na zmiany parametrów silnika. Badania wykazały, że układ bezczujnikowy z estymatorem MRASCC działa stabilnie w całym zakresie zmian prędkości kątowej w obecności uszkodzeń prętów klatki wirnika.

200 Sygnały związane ze strukturą wektorowego sterowania SI mogą być z powodzeniem wykorzystane w procesie diagnostyki napędu. W układach z automatyczną diagnostyką wirnika możliwe jest wykrycie, przy wykorzystaniu sygnałów, w których występuje częstotliwość fu, uszkodzenia już 1 pręta klatki wirnika. Stabilna praca napędu bezczujnikowego, w szczególności w zakresie dużych prędkości kątowych, z estymatorem MRASCC dla uszkodzonych 3 i więcej prętów wskazuje na możliwość wykorzystania tego typu układów w napędach narażonych na częste awarie. Praca finansowana ze środków na naukę w latach 2007-2010 jako projekt badawczy rozwojowy Nr R01 014 03. 6. Literatura [1] Vas P., Sensorless vector and direct torque control. Oxford University Press, New York, 1998 [2] Kazmierkowski M. P., Blaabjerg F., Krishnan: Control in Power Electronics Selected Problems, Academic Press, USA, 2002 [3] Orłowska Kowalska T.: Bezczujnikowe układy napędowe z silnikami indukcyjnymi, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2003 [4] Orlowska-Kowalska T., Dybkowski M.: Dynamical properties of induction motor drive with novel MRAS estimator, Przegląd Elektrotechniczny, nr. 11, 2006, ss. 35-38 [5] Ohyama K., Asher G. M., Sumner M.: Comparative Analysis of Experimental Performance and Stability of Sensorless Induction Motor Drives, IEEE Trans. Ind. Electr., vol. 53, no. 1, 2006, pp. 178 186 [6] Orlowska-Kowalska T., Dybkowski M.: Improved MRAS-type speed estimator for the sensorless induction motor drive, Proc. of XIX Symp. EPNC 2006, Maribor, Slovenia, 2006, pp. 105-106 [7] Dybkowski M, Orlowska-Kowalska T.: Application of the Stator Current-based MRAS Speed Estimator in the Sensorless Induction Motor Drive, EPE-PEMC 2008, Poznan, Poland, CD [8] Kowalski Cz. T., Pawlak M.: Zastosowanie metody analizy wektora przestrzennego prądu stojana do wykrywania uszkodzeń w silnikach indukcyjnych, Przegląd Elektrotechniczny, nr 7-8, 2004, ss. 771-777 [9] Kowalski Cz. T.: Zastosowanie analizy falkowej w diagnostyce silników indukcyjnych, Przegląd Elektrotechniczny, nr 1, 2006, ss. 21-26 [10] Pawlak M., Orłowska-Kowalska T.: Zastosowanie uproszczonego modelu dwuosiowego do modelowania uszkodzeń wirnika silnika klatkowego, Przegląd Elektrotechniczny, nr 10, 2006, ss. 48-53 Autorzy Dr inż. Mateusz Dybkowski, e-mail: mateusz.dybkowski@pwr.wroc.pl Dr hab. inż. Czesław T. Kowalski, prof. PWr e-mail:czeslaw.t.kowalski@pwr.wroc.pl Prof. dr hab. inż. Teresa Orłowska - Kowalska e-mail:teresa.orlowska-kowalska@pwr.wroc.pl Politechnika Wrocławska, Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych ul. Smoluchowskiego 19, 50-370 Wrocław