Comanda Coc a Masinii Asincrone

8/15/2019 Comanda Coc a Masinii Asincrone

1/41

Comanda mainii asincrone

Comanda cu orientare dup! câmp

COC

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/


2/41

Comanda mainii de curent alternativ• Acesta reprezint! ansamblul de metode i mijloace cu ajutorul c!rora se

realizeaz! controlul conversiei electromecanice într-o main! electric!. Prindefini

ie conversia electromecanic

# într-o ma

&in#

este procesul de transformare aenergiei electrice primit# la bornele ma&inii în energie mecanic# transmis# prinintermediul arm#turii mobile.

• Parametrii regla$i în cadrul unui proces de conversie electromecanic! sunt(starea mecanic!) i un flux principal din main! (starea de magnetizare). Îngeneral cuplul electromagnetic depinde i de starea de magnetizare. La ma&inilede curent alternativ se impune controlul separat, al fiec#rei m#rimi în parte, decisunt necesare dou# canale de reglare. În principiu, exist# dou# tipuri de metode decontrol al cuplului &i fluxului la ma&inile de curent alternativ care sunt utilizate în

aplicaiile cu performane ridicate:controlul (comanda, reglarea) cu orientare dup# câmp (COC), numit# frecvent, maiales în literatura de limb# englez#, control vectorial (vector control);controlul direct al cuplului (&i fluxului), pe scurt DTC (DTFC), acronime care provindin sintagmele din limba englez# Direct Torque (and Flux) Control.Servosistemele cu control vectorial au fost introduse cu mai mult de 30 ani înurm#, în Germania de Blaschke, Hasse &i Leonhard . Acestea au ajuns la un gradmare de maturitate fiind sisteme cu popularitate în cre&tere într-o gam# larg# deaplicatii. Ele au cucerit o pia# mondial# substanial# &i acast# pia# este într-ocontinu# expansiune. Servosistemele cu control direct al cuplului au fost introduse

în perioada anilor ‘80 ani în Germania de Depenbrock &i în Japonia de Takahashi.Pân# acum, pe pia#, exist# numai o singur# companie industrial# care a realizat cuun servosistem cu DTC pentru ma&ina asincron#, dar, în viitorul apropiat, sea&teapt# s# mai muli produc#tori.




3/41

Principiul metodei de comand! cu orientare dup!câmp ( COC ).

Scheme fundamentale

• Principiul are la baz# expresia de calcul acuplul electromagnetic respectiv proprietateade invarian# a valorii acestuia la schimbareasistemului de raportare a fazorilor spaiali.Aceast# proprietate este evident# din expresiaurm#toare:

}Im{2

3

}Im{2

3

}Im{2

3 *** !!! r r s s s se i pi pi pm ===




4/41

• Rezult# trei dintre posibilit#ile de determinare a cuplului electromagnetic instantaneu:

• primele dou# cu m#rimi fazoriale statorice în reperele ortogonale, fix'-(, respectiv mobil x-y;

• a treia cu m#rimi fazoriale rotorice în referenialul mobil.

• Pentru a introduce principiul metodei comenzii cu orientare dup# câmp,COC, vom considera relaia de calcul al

cuplului electromagnetic, cu m#rimi statorice, scris# în funcie de componentele fazorilor spaiali din sistemul

mobil oarecare x-y: .

• De aici rezult# în mod evident c# aceast# expresie este prea complicat# pentru controlul cuplului

electromagnetic deoarece necesit# modificarea controlat# a patru m#rimi, deci ar fi necesare 4 canale de

reglare.

• Pentru simplficarea relaiei precedente &i implicit a procedeului de control al cuplului electromagnetic, se

particularizeaz# sistemul , orientându-se axa dup# direcia fazorului fluxului statoric ( figura 2.1). În acest caz

fazorul complex, , devine real fiind valabile relaiile ,

)()2/3( x s y s y s x se ii pm !! −=

x s s s!!!

==




5/41

0= y s!

y s se i pm !2

3=




6/41

• Ca flux de orientare se poate alege în aceea&i m#sur# fluxulde magnetizare rezultant din întrefier, fluxul rotoric.

• M#rimile asociate fazorului fluxului de orientare,se numesc m#rimi de orientare.Pentru implementarea practic# a procedeului de COC trebuie s#

se rezolve urm#toarele dou# probleme principale:• determinarea în timp real a m#rimilor de orientare pe baza

valorilor m#surate ale m#rimilor din ma&in# (cureni, tensiunila borne, viteza rotoric#);• generarea în timp real a m#rimilor de referin# pentru

convertorul static de frecven# în funcie de m#rimile dereferin# obinute din partea de reglare.

.,,

s!"

),,(),( ∗∗∗∗∗ → sc sb sa se uuum !




7/41


8/41

Caracterizarea general! a modeluluide flux (MF)

• Acest bloc de calcul are rolul funcional de agenera, prin calcul în timp real, m#rimile de

orientare

&i unele m#rimi de reacie care nu se potobine prin m#surare direct#

!" ,,

y s x se iim ,,




9/41

• Structura blocului MF este influenat# de:1.– tipul fluxului de orientare;

Ca flux de orientare se poate adopta:fluxul statoric

fluxul rezultant de magnetizare

fluxul rotoric

fluxul magnetului permanent2. – m#rimile de reacie m#surate

! r m s s s i Li L +=

)(! mmr smm i Lii L =+=

! r r smr i Li L +=

eΨ




10/41

m#rimile de reacie m#surate

• M!rimile care se pot m!sura direct la o main! de curent alternativ sunt):• tensiunile i curen$ii de la borne (de regul! valorile m!rimilor de faz!), fluxul de

magnetizare rezultant din întrefier, viteza i pozi$ia unghiular!.

• Pentru m#surarea curenilor &i tensiunilor se utilizez# traductoarele denumitecomercial LEM, care au la baz# elemente sensibile de tip Hall. Achiziia fluxului demagnetizare se face cu ajutorul traductoarelor Hall, sau cu bobine de dimensiuni

reduse, amplasate, în faza de fabricaie, în întrefier pe direciile celor trei axe alefazelor ma&inii.

• Informaia referitoare la viteza unghiular# se obine cu tahogeneratoare de c.c.sau c.a., sau cu traductoare de poziie tip incremental (electro-optice).

• În general, pentru implementarea unui sistem de comand# cu orientare dup#câmp, nu sunt necesare toate m#rimile care pot fi m#surate direct, fiind suficient

un set format dou# de m#rimi, de exemplu:

),( s s

iu ),( sm

i!sau ),( r si "sau

M#surarea unui fazor presupune achiziia a cel puin dou# marimi instantanee de faz#




11/41

Caracterizarea general! a blocului de calcul alm!rimilor de referin$! ale CSF

• Acest bloc are rolul de a genera în timprealizarea m#rimilor de referin# de tensiune

în funcie de m#rimile de referin# (cureni)

obinui din partea de reglare a sistemului.Acest bloc folose&te, în funcie de structur#,valorile m#surate ale curenilor de faz#

&i viteza unghiular# rotoric#




12/41

Structura BCMR este influenat# deurm#toarele aspecte:

1. tipul convertorului static defrecven# (CSF), respectiv acircuitului intermediar al acestuia;2. fluxul de orientare adoptat;3. metoda de reglare a curenilor.




13/41


14/41

Reglarea i comanda cu orientare dup! câmp a mainiiasincrone trifazate

• Schemele care se vor prezenta în continuare sededuc considerându-se urm#toarele ipoteze:

• ma&ina asincron# are rotorul în scurtcircuit;

• înf #&urarea trifazat# statoric# este conectat# înstea cu neutrul izolat;• fluxul de orientare este fluxul rotoric;• m#rimile m#surate utilizate la comanda cu

orientare dup# câmp sunt curenii statorici siviteza unghiulara rotoric#.




15/41

Modelul de flux al mainii asincrone trifazate

• Baza de plecare pentru obinerea structuriiacestui bloc sunt ecuaiile fazoriale de flux:

!

r r smr i Li L +=

&i de echilibru a tensiunilor din rotor:

t i R

r

r r r d

!d!)( j0

+−+= ωω




16/41

Schema de reglare i comand! cu orientaredup! câmp a mainii asincrone trifazate

• Controlul vitezei la servosistemele cu ma&ini asincronese realizeaz# cu o structur# de reglare multivariabil# detipul în cascad#.

• Aceasta conine dou# canale de reglare, unul pentru

controlul modulului fluxului rotoric , cel#lalt realizândcontrolul st#rii mecanice, respectiv al cupluluielectromagnetic.

• BCMR care furnizeaz# în timp real m#rimile dereferin#, , ale CSF, conine blocurile de calcul pentru

transform#rile de sisteme de m#rimi &i o structur# dereglare multivariabil# a curenilor în sistem trifazat (curegulatoare amplasate pe conductorii de linie).




17/41

Schema de reglare i comand! cu orientare dup! câmp

Pentru a obine viteze unghiulare cu valori mari este necesar# o reducere a valorii fluxului, în

acest caz ma&ina funcionând în a&a numitul regim de sl#bire de flux. Având în vedere expresiacuplului m rezult# c#, la funcionarea în regimul de sl#bire de flux, pentru a obine o valoareimpus# a acestuia este necesar s# se m#reasc#, în mod corespunz#tor, componenta transversal#a curentului. Regulatoarele din schem# de flux, vitez# unghiular#, cuplu electromagnetic &i decurent se adopt#, de regul#, de tip liniar cu lege de reglare PI.




18/41

Convertoare statice de frecven$! utilizate pentrualimentarea mainilor de curent alternativ

• Pentru modificarea în sensul dorit a curenilor respectiva tensiunii de alimentare se utilizeaz# echipamenteelectronice denumite convertoare statice de frecven#(CSF).

• Pentru obinerea unor performane cît mai bune încontrolul conversiei ,de regul#, CSF este însoit de unasau mai multe bucle de reglare.

•




19/41

Func$ionarea convertorului static de frecven$!

• Convertorul static de frecven# este elementul funcional, dinstructura oric#rui sistem de acionare, care realizeaz# controlulfluxului energetic al unei ma&ini de curent alternativ, în concordan#cu variaia impus# de circuitele de reglare ale curenilor.

• Pentru comanda electronic# a acion#rilor electrice rapide, cufuncionare liniar# în patru cadrane, se utilizeaz# în prezentconvertoarele statice cu pulsuri de tensiune, cunoscute în literatur#

sub denumirea de convertoare PWM cu circuit intermediar detensiune constant#• O variant# modern# a acestui tip de convertor, care rezolv#

problemele regl#rii tensiunii din circuitul intermediar cu recuperarede energie &i a atenu#rii armonicilor de reea, este convertorulPWM dublu sau dual.

• Etajul de putere al convertoarelor PWM moderne este realizat cu

dispozitive semiconductoare de mare putere &i frecven# de tipulIGBT sau MOSFET, care înlocuiesc treptat tranzistoarele bipolare.




20/41

Convertorul static de frecven#CSF cu circuit intermediar de TC




21/41

• Sursa primar# de energie este format#, în construciile clasice, dintr-un transformator &i un redresor necomandat cu alimentare mono sau

trifazat#. În prezent exist# realiz#ri care folosesc în locul redresoruluinecomandat un circuit electronic de putere asem#n#tor cu cel aletajului de putere. Acest circuit suplimentar se introduce cu scopulrecuper#rii energiei &i pentru atenuarea armonicilor de curentrespectiv tensiune absorbite de la reeaua de curent alternativ.

• Circuitul intermediar conine pa lâng# condensatorul C de marecapacitate &i putere &i un bloc disipare &i recuperare. Rolul funcionalal acestui circuit:

• Fluxul energetic în sursa primar de energie cu construc # ie clasic esteunidirec # ional, fiind posibil circula# ia energiei numai de la re# ea la circuitul intermediar. Între etajul de putere $i circuitul intermediar este posibil îns

circula# ia bidirec # ional a energiei. Astfel ma$ina absoarbe energie de lacircuitul intermediar în regim de motor $i returneaz energie circuitului intermediar în intervalele de frânare(când ma$ina func # ioneaz în regim degenerator) energia acumulat în masele de mi $care.




22/41

• Frânarea în regim de generator este întâlnit# &i utilizat# frecvent în servomecanisme. Ca urmare a energiei returnate circuituluiintermediar, tensiunea condensatorului cre&te &i poate atingevalori periculoase pentru elementele din schem#.

• Pentru a menine tensiunea circuitului intermediar între anumitelimite, este necesar s# se elimine energia acumulat# în exces încondensator. Acest lucru se poate realiza prin disipare printr-unrezistor de putere sau prin recuperarea energiei cu un circuitelectronic suplimentar. În general, soluia cu recuperarea

energiei se recomand# în cazul acion#rilor cu mai multemotoare care au etajele de putere conectate la un circuitintermediar comun.

• În etajul de putere, diodele montate în antiparalel cutranzistoarele de putere sunt de tip rapid, adic# cu cu timp derevenire cât mai mic. Aceste diode numite de circula ie liber # sau

de curent reactiv au rolul de a asigura c#i de circulaie pentrucurentul absorbit de ma&in#, când tranzistoarele comandate înconducie nu pot prelua curentul respectiv.




23/41

Modulatorul duratei pulsurilor• Are rolul de a furniza în funcie de semnalul de

referin# de tensiune semnalele care constituie

protocolul de comand# al tranzistoarelor din etajul deputere.

• Modulatorul duratei pulsurilor conine : generator detensiune liniar variabil#, bloc cu circuitecomparatoare, generatorul de zon# moart#.Generatorul de tensiune liniar variabil# este un circuitelectronic de mic# putere care furnizeaz# un semnalperiodic cu forma de regul# triunghiular#. Semnalul de

la ie&irea acestui circuit se nume&te semnalulmodulator sau purt#tor. Frecvena semnaluluipurt#tor este egal#, la modularea cu dou# niveluri cufrecvena pulsurilor de tensiune aplicate circuituluiindusului. Blocul cu circuite comparatoare conine, înfuncie de metoda de modulaie folosit#, unul saudou# circuite comparatoare de tip βM 339 larealizarea analogic#.

• Semnalul u1 de la ie&irea comparatorului va avea,pentru semnalul purt#tor triunghiular simetric variaiaprezentat# în figura

Modularea semnalului




24/41

• Al doilea semnal de ieire a blocului de compareare se ob#ine, în func#ie de modulareafolosit$, fie prin inversarea logic$ a semnalului u1, fie la ieirea unui al doilea circuitsimilar care este îns$ alimentat pe borma pozitiv$ cu tensiunea de referin#$ cu semnulschimbat.

• Generatorul de zon$ moart$ este un circuit electronic de prelucrere informa#ional$ cu ofunc#ionalitate care va fi prezentat$ în continuare. Dac$ examin$m func#ionarea etajuluide putere putem observa c$ tranzistoarele pe de o vertical$ trebuie comandate înopozi#ie de faz$, respectiv cînd tranzistorul este comandat în conduc#ie, tranzistoruleste comandat în stare blocat$ i invers.

• În caz contrar poate s$ apar $ un scurt circuit direct în barele circuitului intermadiar.Considerând situa#ia obinuit$ în care tranzistorul este comandat cu semnalul u1rezult$ aadar c$, pentru respectarea condi#iei anterioare, tranzistorul trebuie s$ fiecomandat$ cu un semnal care se ob#ine din u1 prin inversare logic$.

• Pe lâng$ acestea exist$ înc$ un aspect foarete important care motiveaz$

introducerea genereatorului de zon$ moart$.• Putem observa c$ tranzistoarele dintr-o vertical$ sunt comandate simultan, unul înconduc#ie cel$lalt în blocare. Intrarea în conduc#ie respectiv în blocarea tranzistoarelor nu se produce instantaneu durând câteva microsecunde.

• Avem aadar un interval de timp în care ambele tranzistoare au condi#ii de conduc#ie. În accest interval de timp de conduc#ie comun$ comun$ exist$ pericolul apari#iei unuicurent care curge prin cele dou$ tranzistoare înseriate, ce poate amorsa un scurtcircuitdirect între barele circuituli intermedial.

• Pentru a evita acest poten#ial pericol este indicat ca s$ se defazeze, cu câtevamicrosecunde comanda de intrare în conduc#ie a unui tranzistor, fa#$ de comanda înblocare a celuilalt din vertical$ i invers.




25/41

Metode de modulare în durat!• Exist# mai multe criterii de clasificare a metodelor de modulare în durat#.• Dup# forma semnalului modulator up(t) avem modulare în fercven#• cu semnal purt#tor în form# de dini de ferestr#u sau modulare pe un

singur front,cu semnal purt#tor triunghiular sau modulare pe ambelefronturi;

• Analiza spectral# a semnalelor modulate în durat# în cele dou# cazuripune în eviden# propriet#ile mai bune în conservarea semnalului originalpentru modularea cu semnal purt#tor triunghiular, care, în prezent esteutilizat în exclusivitate.

• Dup# forma de variaie a semnalului modulat în decursul unei perioade asemnalului purt#tor avem:

-modulare natural#, la care semnalul de comand are variaie continu# îndecursul unei perioade a semnalului purt#tor (modulare utilizat# lasistemele analogice)

-modulare uniform#, caz în care semnalul modulat este constant în decursulunei perioade a semnalului purt#tor fiind egal cu valoaorea de la începutulperioadei

Dup# num#rul de nivelul ale pulsurilor de tensiune aplicate înf #&ur#riimotorului :

-modulare cu dou# niveluri (cu legea de comutare simetric#)-modulare cu trei niveluri (cu legea de comutare asimetric#)




26/41

Convertoare statice de frecven$! cupulsuri de tensiune

• Pentru modificarea tensiunilor statorice se utilizeaz# principiulmodul#rii în durat#. în l#ime sau PWM,a pulsurilor de tensiune cu amplitudine &i frecven# constant#

Modularea în durat# a semnalului




27/41

Reprezentarea simplificat! a unei maini de c.a. alimentat! de la un convertorde frecven$! cu pulsuri de tensiune.

În tabelul 2.1 sunt prezentatetensiunile ramurilorinvertorului, de faz# &i apunctului de neutru, fazorulspaial al tensiunilor &icomponentele acestuia însistemul α-β pentru toatest#rile posibile de comutare aleinvertorului .

Tabelul 2.1




28/41

Tensiunile ansamblului invertor-ma&in# de c.a

j Sa S b Sc1 1 0 0 1/2 -1/2 -1/2 -1/6 2/3 -1/3 -1/3 2/3 2/3 0

2 1 1 0 1/2 1/2 -1/2 1/6 1/3 1/3 -2/3 1/3

3 0 1 0 -1/2 1/2 -

1/2 -1/6 -1/3 2/3 -1/3 -1/3

4 0 1 1 -1/2 1/2

1/2 1/6

-2/3 1/3

1/3 -2/3 2/3 0

5 0 1 1 -1/2 1/2

1/2 -1/6

-1/3 -1/3

2/3 -1/3

6 1 0 1 1/2 -1/2 1/2 1/6 1/3 -2/3 1/3 1/3

7 0 0 0 -1/2 -1/2 -

1/2 -1/2 0 0 0 0 0 0

8 1 1 1 1/2 1/2 1/2 1/2 0 0 0 0 0 0




29/41

Din acest tabel rezult#, c# dou# din st#rile decomutare sunt inactive furnizând tensiuni nulepentru toate fazele înf #&ur#rilor statorice. Înfigura 2.8 se prezint# fazorii spaiali care se potobine prin aplicarea celor opt st#ri de comutareposibile ale invertorului ideal pe durata uneiperioade de baz# a pulsurilor, T p. Pentruobinerea unui fazor arbitrar într-un domeniuadmisibil al planului α-β se folose&te modularea în durat#. Elementele de baz# ale procedeuluide modulare în l#ime, care se folose+te în

cadrul lucr#rii pentru simularea sistemului deacionare cu alimentare PWM, sunt puse îneviden# cu diagrama fazorial# &i formele deund# ale semnalelor de comand# aleinvertorului prezentate în fig. 2.9. În exemplul considerat aici, fazorul dorit al

tensiunii statorice se afl# în sectorul (1) întrefazorii U1 &i U2. A&adar, pentru a produce fazorulUs, invertorul trebuie s# comute între U1 &i U2 cudurate proporionale cu U x respectiv Uy .

figura 2.9




30/41


31/41

Procesul de modulare în durat#.a)-Diagrama fazorial#; b)-Semnalele de comand# ale invertorului




32/41

• Valoarea maxim! a modulului U s

se determin! dincondi$ia:

p y x T t t =+

rezult#, considerându-se cazul cel mai defavorabil:

3

0U U m s =




33/41




34/41




35/41




36/41




37/41




38/41




39/41




40/41




41/41

Comanda Coc a Masinii Asincrone

Documents

Transcript of Comanda Coc a Masinii Asincrone