PORÓWNANIE WŁAŚCIWOŚCI WEKTOROWYCH METOD REGULACJI MOMENTU I STRUMIENIA MASZYNY INDUKCYJNEJ (DTC I FOC)

Podobne dokumenty
OCENA WŁAŚCIWOŚCI UKŁADÓW PRZEKSZTAŁTNIKOWYCH (FOC, DTC, DTC-SVM) ZASILAJĄCYCH MASZYNĘ INDUKCYJNĄ

STEROWANIE UKŁADU NAPĘDOWEGO Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM W ZASTOSOWANIACH TRAKCYJNYCH

Implementacja sterowania DTC- do przekształtnika trójpoziomowego

Rozszerzony konspekt preskryptu do przedmiotu Sterowanie napędów i serwonapędów elektrycznych

ANALIZA PRACY SILNIKA SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI W WARUNKACH ZAPADU NAPIĘCIA

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

WPŁYW USZKODZENIA TRANZYSTORA IGBT PRZEKSZTAŁTNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI NA PRACĘ NAPĘDU INDUKCYJNEGO

Rozwój sterowania prędkością silnika indukcyjnego trójfazowego


d J m m dt model maszyny prądu stałego

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

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

ANALIZA PRACY SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO W ASPEKCIE STEROWANIA WEKTOROWEGO

Przekształtnik sieciowy AC/DC przy sterowaniu napięciowym i prądowym analiza porównawcza

ANALIZA POLOWA I OBWODOWA SILNIKA SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI STEROWANEGO REGULATOREM HISTEREZOWYM

WYBRANE PROBLEMY DIAGNOSTYKI UKŁADÓW NAPĘDOWYCH Z FALOWNIKAMI NAPIĘCIA

Nowe algorytmy bezpośredniej regulacji momentu i strumienia silnika indukcyjnego zasilanego z trójpoziomowego przekształtnika DC/AC

ANALIZA WPŁYWU METODY ADAPTACJI REGULTAORA PRĘDKOŚCI NA WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNE NAPĘDU INDUKCYJNEGO

ANALIZA WEKTOROWYCH METOD PRZEKSZTAŁTNIKOWEGO STEROWANIA AUTONOMICZNYM GENERATOREM INDUKCYJNYM

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

Wybrane problemy diagnostyki układów napędowych z falownikami napięcia

dr inż. WIKTOR HUDY dr hab. inż. KAZIMIERZ JARACZ Uniwersytet Pedagogiczny im. KEN w Krakowie Instytut Techniki

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

PL B1. Sposób regulacji prędkości obrotowej silnika asynchronicznego zasilanego z falownika napięcia z filtrem silnikowym

POMIAR PRĄDÓW FAZOWYCH SILNIKA Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

BADANIE WPŁYWU GRUBOŚCI SZCZELINY POWIETRZNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH W OPARCIU O OBLICZENIA POLOWE

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

PORÓWNANIE WYBRANYCH REGULATORÓW PRĄDU W UKŁADZIE STEROWANIA SILNIKIEM SYNCHRONICZNYM ZE WZBUDZENIEM OD MAGNESÓW TRWAŁYCH

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

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

PL B1. Sposób regulacji prądu silnika asynchronicznego w układzie bez czujnika prędkości obrotowej. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL

Silnik indukcyjny - historia

ANALIZA WPŁYWU NIESYMETRII NAPIĘCIA SIECI NA OBCIĄŻALNOŚĆ TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH

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

BADANIA SYMULACYJNE SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH PRZEZNACZONYCH DO NAPĘDU WYSOKOOBROTOWEGO

WPŁYW USZKODZENIA WIRNIKA NA PRACĘ BEZCZUJNIKOWEGO NAPĘDU INDUKCYJNEGO Z ESTYMATOREM MRASCC

SILNIK RELUKTANCYJNY PRZEŁĄCZALNY PRZEZNACZONY DO NAPĘDU MAŁEGO MOBILNEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

Parametry elektryczne i czasowe układów napędowych wentylatorów głównego przewietrzania kopalń z silnikami asynchronicznymi

WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNE SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH Z ROZRUCHEM ASYNCHRONICZNYM PRZY STEROWANIU CZĘSTOTLIWOŚCIOWYM

ADAPTACYJNY REGULATOR PRĄDU STOJANA TRAKCYJNEGO NAPĘDU ASYNCHRONICZNEGO

STEROWANIE PRACĄ SILNIKA INDUKCYJNEGO W ASPEKCIE BEZCZUJNIKOWEJ REGULACJI PRĘDKOŚCI KĄTOWEJ ZA POMOCĄ SZTUCZNYCH SIECI NEURONOWYCH

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

WPŁYW KLINÓW MAGNETYCZNYCH NA WŁAŚCIWOŚCI ROZRUCHOWE SILNIKA INDUKCYJNEGO

WSPÓŁCZYNNIK MOCY I SPRAWNOŚĆ INDUKCYJNYCH SILNIKÓW JEDNOFAZOWYCH W WARUNKACH PRACY OPTYMALNEJ

IDENTYFIKACJA PARAMETRÓW I SYMULACJA PRACY SILNIKA INDUKCYJNEGO WSPÓŁPRACUJĄCEGO Z UKŁADEM FALOWNIKOWYM

POZNAN UNIVE RSITY OF TE CHNOLOGY ACADE MIC JOURNALS No 72 Electrical Engineering 2012

PL B1. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL BUP 20/10. JAROSŁAW GUZIŃSKI, Gdańsk, PL WUP 05/15. rzecz. pat.

SILNIK ELEKTRYCZNY O WZBUDZENIU HYBRYDOWYM

STEROWANIE POLOWO-ZORIENTOWANE WIELOFAZOWYM SILNIKIEM INDUKCYJNYM Z ZASTOSOWANIEM METOD MODULACJI WEKTOROWEJ

STEROWANIE CZĘSTOTLIWOŚCIOWE SILNIKÓW INDUKCYJNYCH SYNCHRONIZOWANYCH

Zastosowanie sztucznej sieci neuronowej do regulacji prędkości kątowej silnika indukcyjnego w układzie sterowania typu IFOC

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

Ćwiczenie 3 Falownik

Obliczenia polowe silnika przełączalnego reluktancyjnego (SRM) w celu jego optymalizacji

WIELOETAPOWY PROCES DIAGNOSTYKI UKŁADÓW NAPĘDOWYCH

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

SILNIK SYNCHRONICZNY ŚREDNIEJ MOCY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI ZASILANY Z FALOWNIKA

Laboratorium Elektroniki w Budowie Maszyn

7 Dodatek II Ogólna teoria prądu przemiennego

BADANIA SILNIKA SZEREGOWEGO BEZKOMUTATOROWEGO

CHARAKTERYSTYKI EKSPLOATACYJNE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

Sterowanie przepływem i prędkością silnika hydraulicznego w układzie z falownikowym napędem pompy

Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Nr 56 Politechniki Wrocławskiej Nr 56. Studia i Materiały Nr

Napęd elektryczny. Główną funkcją jest sterowane przetwarzanie energii elektrycznej na mechaniczną i odwrotnie

Od prostego pozycjonowania po synchronizację. Rozwiązania Sterowania Ruchem. Napędy Elektryczne i Sterowania

ZAGADNIENIA STANÓW DYNAMICZNYCH TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH W WYBRANYCH NIESYMETRYCZNYCH UKŁADACH POŁĄCZEŃ

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

UKŁAD AUTOMATYCZNEJ REGULACJI SILNIKA SZEREGOWEGO PRĄDU STAŁEGO KONFIGUROWANY GRAFICZNIE

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

9. Napęd elektryczny test

Silniki prądu stałego. Wiadomości ogólne

Maszyna indukcyjna dwustronnie zasilana metody sterowania, właściwości, zastosowania

UKŁAD HAMOWANIA ELEKTRYCZNEGO DO BADANIA NAPĘDÓW

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

Katedra Energoelektroniki i Napędów Elektrycznych Wydział Elektryczny Politechniki Białostockiej

ADAPTACYJNE WEKTOROWE STEROWANIE UKŁADEM NAPĘDOWYM Z POŁĄCZENIEM SPRĘŻYSTYM

WERYFIKACJA METOD OBLICZENIOWYCH SILNIKÓW TARCZOWYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

ROZRUCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH DUŻEJ MOCY PRZY CZĘŚCIOWYM ZASILANIU UZWOJENIA STOJANA

LABORATORIUM PRZETWORNIKÓW ELEKTROMECHANICZNYCH

ŁAGODNA SYNCHRONIZACJA SILNIKA SYNCHRONICZNEGO DUŻEJ MOCY Z PRĘDKOŚCI NADSYNCHRONICZNEJ

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

Studia i Materiały Nr

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 80/

CHARAKTERYSTYKI EKSPLOATACYJNE SILNIKA INDUKCYJNEGO DUŻEJ MOCY Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 1/5

f r = s*f s Rys. 1 Schemat układu maszyny dwustronnie zasilanej R S T P r Generator MDZ Transformator dopasowujący Przekształtnik wirnikowy

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

BADANIA EKSPERYMENTALNE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

Dotacje na innowacje. mgr inż. Sebastian Styński Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej Politechnika Warszawska

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ UKŁADU NAPĘDOWEGO POMPY WODY ZASILAJĄCEJ DUŻEJ MOCY

Analiza układu wektorowego sterowania silnikiem indukcyjnym z uszkodzonymi prętami klatki wirnika

BADANIA ELEKTROMECHANICZNYCH ZESPOŁÓW NAPĘDOWYCH ZWAŁOWARKI ZGOT

ROZRUCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

OBLICZENIOWE BADANIE ZJAWISK WYWOŁANYCH USZKODZENIEM KLATKI WIRNIKA

Przegląd koncepcji maszyn wzbudzanych hybrydowo do zastosowania w napędzie samochodów

BADANIA MASZYNY RELUKTANCYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ PRZEZNACZONEJ DO NAPĘDU LEKKIEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

POLOWO OBWODOWY MODEL DWUBIEGOWEGO SILNIKA SYNCHRONICZNEGO WERYFIKACJA POMIAROWA

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

OBLICZENIA POLOWE SILNIKA PRZEŁĄCZALNEGO RELUKTANCYJNEGO (SRM) W CELU JEGO OPTYMALIZACJI

Transkrypt:

Zeszyty Problemowe aszyny Elektryczne Nr 72/2005 219 Andrzej Sikorski Politechnika Białostocka, Białystok PORÓWNANIE WŁAŚCIWOŚCI WEKTOROWYCH ETOD REGULACJI OENTU I STRUIENIA ASZYNY INDUKCYJNEJ (DTC I FOC) COPARISON OF THE PROPRIETIES OF THE AC OTOR TORQUE AND FLUX VECTORIAL CONTROL ETHODS ( THE DTC AND FOC) Abstract: Field oriented control (FOC) and direct torque control (DTC) are becoming the industrial standards for induction motors torque control. Direct torque control method proposed by Takahasi and Noguchi in 1985 in spite of its disadvantages (flux vector hexagonal in shape and distorted current for small motor speed) is competitive to the flux oriented methods of control (FOC). FOC and DTC method comparative analysis are performed to show the basic distinctness of the both. This paper is aimed to give a contribution for a detailed comparison between two control techniques, emphasizing advantages and disadvantages. The analyze performed in this article shows the likeness of the both methods in scope of scheme and properties. The comparison of the FOC method with linear PI controller, nonlinear deltamodulation controller or look up table method and standard DTC method were carry out. The performance of the two basic control schemes is evaluated in terms of torque and current ripple, and transient response to step variations of the torque command. The analysis has been carried out on the basis of the results obtained by laboratory investigation. 1. Wstęp etoda wektorowego sterowania silnika indukcyjnego z orientacją wektora pola (FOC field oriented control) zaproponowana przez F. Blaschke w 1971 [1] roku jest powszechnie stosowaną w rozwiązaniach przemysłowych zaawansowaną metodą sterowania. Rosnące możliwości techniczne jej realizacji, a zwłaszcza wykorzystanie procesorów sygnałowych (DSP) umożliwiało ciągły rozwój struktur tej metody. etoda FOC ewoluowała od metody z pośrednią orientacją wektora pola (IFOC indirect field oriented control) do metody z bezpośrednią orientacją wektora pola (DFOC direct field oriented control). Podstawowa różnica polega na sposobie wyznaczania kąta obrotu wirującego układu współrzędnych, w którym zorientowane są składowe zadawanych prądów: składowej i sd proporcjonalnej do strumienia oraz składowej isq proporcjonalnej do momentu. W metodzie IFOC kąt ten wyznaczany jest poprzez całkowanie pulsacji poślizgu, natomiast w metodzie DFOC ze składowych wektora strumienia w stacjonarnym układzie współrzędnych αβ. Składowe zadawanych prądów orientowane są bezpośrednio względem tego strumienia. W latach siedemdziesiątych podstawowe trudności jakie napotykano w praktycznej realizacji tej metody polegały na konieczności dwukrotnej transformacji zmiennych: z trójfazowych do wirującego układu współrzędnych i odwrotnie oraz odtwarzania kąta obrotu układu współrzędnych (rys. 1. Nowe możliwości realizacji sterowania (wydajne procesory DSP) umożliwiły odtwarzanie strumieni silnika (stojana Ψ s, wirnika Ψ r, głównego Ψ m ) w formie przebiegów fazowych lub wektorów i realizację metody DFOC, która stała się standardem wektorowych metod sterowania. Odpowiedzią na zapotrzebowanie na sterowania o właściwościach zbliżonych do FOC bez konieczności stosowania transformacji współrzędnych była metoda DSC (direct self control) zaproponowana przez Depenbrocka [2] oraz metoda DTC (direct torque control) zaproponowana przez Takahashi i Noguchi [3] w roku 1985. W obu metodach w sposób bezpośredni kształtowane są strumień i moment silnika. etoda DSC, jakkolwiek bardzo prosta w implementacji, nie znalazła szerszego zastosowania z uwagi na silne odkształcenia prądów i strumieni od przebiegu sinusoidalnego. etoda DTC, pomimo swych wad tj. odkształcenia strumienia i prądu przy małych prędkościach pracy układu napędowego, stanowiła istotną konkurencję dla polowo zorientowanych metod sterowania (FOC). W większości publikacji np.

220 Zeszyty Problemowe aszyny Elektryczne Nr 72/2005 [4, 5], które ukazały się na temat porównania obu metod (DTC i FOC) autorzy charakteryzując obie metody wykazują ich zalety i wady oraz różnice. Ten artykuł akcentuje przede wszystkim podobieństwa obu metod, a także ewoluowanie obu metod w tym samym kierunku. 2. Charakterystyka FOC i DTC etoda FOC w tradycyjnym, wynikającym z historycznych uwarunkowań ujęciu jest metodą z regulatorami prądu w układzie trójfazowym lub wirującym. W zależności od układu, jak widać na rysunkach 1a i 1b, wymaga jednego lub dwóch układów transformacji współrzędnych. Przy założeniu, że regulacji prądów dokonujemy w liniowych regulatorach prądu uznawano, że wadami metody FOC w porównaniu do metody DTC są: dwa (lub trzy) regulatory prądu i modulator PW, dwa (lub jeden) układy transformacji współrzędnych (UVW/, /UVW), wpływ zmiany parametrów maszyny na jakość regulacji (nastawy regulatorów prądu), gorsza dynamika kształtowania momentu wynikająca z użycia regulatorów typu PI, które wprowadzają opóźnienie w regulacji prądów, a w konsekwencji również i regulacji momentu, mała dokładność (błędy amplitudy i fazy) regulacji prądów w trójfazowym układzie regulacji w stanie statycznym i związane z tym błędy regulacji momentu i strumienia, a także konieczność odsprzęgania obu torów regulacji prądów. Jako zalety traktowano: możliwość kontroli prądu i jego sinusoidalny kształt, stała częstotliwość modulacji umożliwiająca łatwe filtrowanie napięcia wyjściowego, możliwość wzbudzania maszyny tj. wytworzenia w silniku znamionowego strumienia nawet przy zerowej prędkości zadanej. ω m Ψ sd R ω m PI R Ψ R I i d PI PI PI i q PI R i Sd i Sq u U u V PW u W U d DC/AC Ψ sd Estymacja strumienia Ψ s i momentu ω m TG i VW u VW 3~ i d i q i U i V i W u U u V PW u W i d i q i U i V i W i SU i SV i SW Rys. 1. Schemat sterowania metodą FOC z liniową regulacją prądu w układzie (, trójfazowym UVW (, oraz nieliniowym regulatorem histerezowym ( i SU i SV i SW

Zeszyty Problemowe aszyny Elektryczne Nr 72/2005 221 U d ω m R ω m Ψ s ε Ψ ε d Ψ d Tablica selekcji wektorów (EPRO) N Detekcja sektorów N DC/AC Ψ sd Ψ sα Ψ sβ Estymacja strumienia Ψ s i momentu ω m TG i VW u VW 3~ Rys. 2. Schemat sterowania metodą DTC W powyższym ujęciu w metodzie DTC wady FOC są jej zaletami, a zalety wadami. Należy podkreślić, że jako podstawową zaletę DTC uważano jej prostotę (brak przetworników współrzędnych, regulatorów). Ponadto z uwagi na bezpośrednie kształtowanie momentu dynamika jego kształtowania była bezkonkurencyjna w porównaniu do innych znanych metod sterowania. Schemat układu sterowania metodą bezpośredniej regulacji momentu i strumienia przedstawiono na rysunku 2. Zadane wartości strumienia stojana Ψ s i momentu elektromagnetycznego (wyjście regulatora prędkości) porównywane są z rzeczywistymi wartościami Ψ s i i podawane na regulatory nieliniowe (komparatory). Optymalne przełączenia stabelaryzowane są w pamięci adresowanej stanem dwupoziomowego komparatora regulacji strumienia stojana i trójpoziomowego komparatora momentu zależnie od sektora N (π/3), w którym aktualnie znajduje się wektor strumienia Ψ s [3]. Główne wady metody DTC występują przy zerowej i niskiej (do 5% ω N ) prędkości kątowej napędu. Opisane w literaturze [4, 5, 6] niedoskonałości metod DTC to: odkształcenia strumienia i prądu, zmniejszenie strumienia przy niskich prędkościach, brak możliwości wzbudzenia maszyny przy zerowej prędkości, co pogarsza dynamikę kształtowania momentu podczas rozruchu. W powyższych porównaniach nie uwzględniano właściwości układów FOC i DTC wynikające z potrzeby estymacji strumienia w obu metodach. Stopień złożoności estymatora decyduje o jego właściwościach zwłaszcza przy niskich prędkościach kątowych napędu. Zwykle realizowane praktycznie struktury estymatorów strumienia wymagają użycia składowych wektora prądu w wirującym układzie odniesienia. Oznacza to, że zaleta za jaką uważano brak układów transformacji współrzędnych w metodzie DTC nie występuje. Ponadto w sterowaniu mikroprocesorowym program realizujący przetwornik współrzędnych to niewielka część całego programu sterowania, gdzie np. estymacja strumienia zajmuje około 30% czasu realizacji pełnego algorytmu sterowania. 2. Charakterystyka FOC i DTC Istotą metody FOC jest sposób formowania zadanych wartości składowych prądu w wirującym układzie odniesienia i sposób odtwarzania kąta obrotu układu współrzędnych. Tak więc sposób regulacji prądu w podrzędnej strukturze nie jest atrybutem charakteryzującym zasadę działania metody FOC. Większość podnoszonych wad metody FOC wynikała z użycia liniowych regulatorów prądu. Wprowadzenie nieliniowej regulacji np. poprzez trzy histerezowe regulatory prądu (rys. 1c ) eliminuje częściowo wady poprawiając dynamikę kształtowania momentu. Jednocześnie regulatory te wprowadzają wady związane z właściwościami

222 Zeszyty Problemowe aszyny Elektryczne Nr 72/2005 regulatorów histerezowych tj. zdwojenie histerezy (powoduje wzrost pulsacji momentu) oraz tzw. szybkie przełączenia (powodują wzrost strat łączeniowych) przy niskich pulsacjach kątowych napędu. Ponieważ realizacja mikroprocesorowa modulatorów z histerezą jest trudna rozważona będzie odmiana nieliniowego regulatora prądu tzw. modulacja (rys. 3 Badania laboratoryjne przeprowadzono w układzie z silnikiem klatkowym o parametrach: P N =3,7 kw, I N =10 A, U N =350 V, f N =51,6 Hz, n N =1500obr/min, N =24 Nm, zasilanym z falownika napięcia (U DC =200 V) sterowanego z pakietu dspace (wieloprocesorowy system czasu rzeczywistego dedykowany do sterowania złożonych układów energoelektronicznych). Poniżej na rysunkach a przedstawiono oscylo gramy w stanie przejściowym zadanej i mierzonej wartości momentu elektromagnetycznego oraz mierzonego prądu jednej fazy silnika podczas skokowej zmiany momentu z 10 Nm na +10 Nm, a na rys. b te same przebiegi z rozszerzoną 10krotnie skalą czasu. T P i d i q i U i V i W i SU i SV i SW T P i U i d i q di d di q Tablica selekcji wektorów (EPRO) N Detekcja sektorów N i Sd i Sq i VW Rys. 3. Nieliniowe regulatory prądu: modulacja, modulator z tablicą przełączeń Kolejną rozważaną wersją nieliniowego regulatora prądu jest regulator z tabelaryzacją przełączeń. Sposób adresowania tablicy oraz jej zawartość została zaczerpnięta z metody DTC. W ten sposób struktury obu metod sterowania (FOC i DTC) upodobniły się do siebie. 3. Wyniki badań eksperymentalnych Ψ s Rys. 4. Oscylogramy i trajektorie metody FOC z liniowym regulatorem prądu i s

Zeszyty Problemowe aszyny Elektryczne Nr 72/2005 223 Ponadto na rysunkach c przedstawiono trajektorie wektorów strumienia stojana Ψ s (zewnętrzna figur i prądu stojana i s (wewnętrzna figur w stacjonarnym układzie współrzędnych αβ w stanie statycznym przy częstotliwości synchronicznej około 4 Hz. We wszystkich metodach sterowania FOC z regulatorami nieliniowymi oraz DTC procesor pracował z krokiem 100µs, natomiast w metodzie FOCPW, z częstotliwością 2,4 khz, co odpowiadało częstotliwością przełączeń zaworów równej 14,4 khz. Oscylogramy dotyczące metody FOCPW (rys. 4) potwierdzają ogólnie znane jej wady tj. najgorszą ze wszystkich prezentowanych metod dynamikę kształtowania momentu zarówno w stanach statycznych jak i dynamicznych (rys. 4a. Oznacza to potencjalnie gorsze właściwości nadrzędnych układów regulacji prędkości czy też położenia. Rys. 5. Oscylogramy i trajektorie metody FOC z regulatorem prądu typu Rys. 6. Oscylogramy i trajektorie metody FOC z regulatorem z tabelaryzacją przełączeń

224 Zeszyty Problemowe aszyny Elektryczne Nr 72/2005 Rys. 7. Oscylogramy i trajektorie metody DTC etody FOC z nieliniowymi regulatorami prądu i DTC charakteryzują się zbliżonymi dobrymi właściwościami regulacji momentu w stanach przejściowych. W stanach statycznych przy niskiej prędkości kątowej w metodzie DTC oraz FOC z tabelaryzacją przełączeń występują charakterystyczne dla DTC odkształcenia strumienia i prądu stojana [7]. Najlepszymi właściwościami, biorąc pod uwagę szybkość kształtowania momentu (rys. 5a oraz brak odkształceń prądu i strumienia (rys. 5 charakteryzuje się metoda FOC z regulatorem typu. 4. Podsumowanie Trudno jest przesądzać o właściwościach metody FOC, jeśli nie sprecyzujemy dokładnie struktury obwodu regulacji prądu. To właśnie regulator prądu decyduje o właściwościach metody, a w skrajnych przypadkach można stwierdzić, że upodabnia ją do metody DTC. Jak wykazano w pracach [6], [7] można poprzez zbliżone formalnie zabiegi, odpowiednio w metodzie FOC z tabelaryzacją przełączeń i w metodzie DTC zlikwidować wady związane z odkształceniem strumienia i prądu przy niskich prędkościach obrotowych. 5. Literatura [1]. Blaschke F.: Das Verfahren der Feldorientirung zur Regleung der Asynchronmachine. Siemens Forschungs und Entwicklungsberichte, 184193 (1972). [2]. Depenbrock.: Direct selfcontron (DSC) of inverterfed induction machine. IEEE Transactions on Power Electronics, vol. PE3, no. 4, Oct. 1988, s. 420429. [3]. Takahashi I., Noguchi T.: A new quick response and high efficiency control strategy of an induction motor, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. IA22, no. 5, Sep/Oct 1986, s. 820827. [4]. Kaźmierkowski. P., Krishnan R., Blaabjerg F.: Control In Power Electronics. Academic Press. 2002. [5]. Casadei D., Profumo F., Serra G., Tani A.: FOC and DTC: Two Viable Schemes for Induction otors Torque Control. IEEE Transaction on Power Electronics, vol. 17, No. 5, September 2002, s. 779787. [6]. Ruszczyk A.: Nowe algorytmy predykcyjnych metod regulacji prądów przekształtników AC/DC i DC/AC, rozprawa doktorska, Politechnika Białostocka, Białystok 2005, [7]. Sikorski A., Korzeniewski.: Improvement of torque and flux control in DTC method, 11th International Conference EPEPEC 2004, Riga, Latvia, 2004, CD. Pracę wykonano w ramach badań własnych Politechniki Białostockiej Autor Andrzej SIKORSKI Politechnika Białostocka, Wydział Elektryczny, 15351 Białystok, ul. Wiejska 45D, email: sikorski@pb.bialystok.pl