7/25/2019 L6b_v3

1/6

1

Lucrarea 6b

Reglajul vectorial al vitezei motorului sincron cu magnet

permanent alimentat de la un invertor de tensiune

1.Generaliti

Sistemele de acionare la turaie variabil ale mainilor de curent alternativ care sebazeaz pe controlul scalar nu pot atinge performanele acionrilor cu maini de curentcontinuu. Dezvoltarea sistemelor de calcul a fcut posibil implementarea unor t ehnici decontrol vectorial performante ale mainilor de curent alternativ bazate teoria orientrii dupcmp.

Prin intermediul metodei fazorilor spaiali s-a putut construi un model matematic

mai simplu al mainilor de curent alternativ, care ne conduce la o analogie cu maina decurent continuu cu excitaie separat. Aceast analogie st la baza principiului orientriidup cmp ale mainilor de curent alternativ. Separnd controlul componentei active(mecanice) de cele reactive (magnetice) ale variabilelor, se pot obine dou bucle de reglare,ca i la m.c.c. cu excitaie derivaie i anume:

- bucla reactiv aici se vor controla mrimile magnetice ale mainii (fluxulstatoric -, sau componenta reactiv a curentului statoric - ).

- bucla activ unde se va realiza controlul mrimilor mecanice ale mainii(poziia i/sau viteza i/sau cuplul electromagnetic, respectiv componenta activ acurentului statoric - ).

n aplicaiile cu maini de curent alternativ, motoarele sincrone cu magneipermaneni i-au ctigat un loc binemeritat nu doar din considerente energetice, ci idatorit performanelor de control ridicate. Fcndu-se o analiz a acestor tipuri demotoare, s-au constatat urmtoarele avantaje care justific utilizarealor n diverse aplicaiicare necesit performane de control ridicate:

- densitate ridicat a fluxului din ntrefier;- raport putere / greutate ridicat;- raport cuplu / inerie ridicat (asigur acceleraii ridicate) la motoarele cu

raportul lungime/diametrul rotorului mare;- funcionare la cuplu neted, fr ripluri chiar i la viteze mici (posibilitate de

poziionare precis);- cuplu controlat la vitez zero;- funcionare la vitez ridicat;- suport ocuri de cuplu (accelerri i decelerri rapide de scurt durat);- eficien i factor de putere ridicate;- design compact.Standul de ncercare utilizat n aceast lucrare este unul industrial, motorul de

acionare fiind un motor sincron cu magnei permaneni (MSMP), alimentat de la unconvertor static de frecven cu circuit intermediar de curent continuu cu caracter surs detensiune.

Ansamblul motorconvertor poate asigura o funcionare n 4 cadrane. n regim degenerator energia recuperat se disip pe o rezisten, a crei funcionare este comandat

7/25/2019 L6b_v3

2/6

2

prin intermediu unui tranzistor legat n serie. Convertorul este cuplat direct la reeauatrifazat. Poate fi parametrizat prin intermediul unei tastaturi care este cuplat printr-ointerfa serial RS 485.

Convertorul conine dou uniti de calcul:1) master - asigur controlul general al invertorului;2) FPGA- are implementat sistemul de control vectorial.Microcontrolerul controleaz sistemul i n aceleai timp realizeaz conexiunile ntre

prile componenteale convertorului.FPGA-ul (Field Programmable Gate Array) este o unitate de calcul n care este

implementat sistemul de control vectorial. FPGA-urile sunt dispozitive logice programabile.Prin intermediul interfeei de programare citire, sistemul poate fi configurat cu

ajutorul unui set de parametri. Aceti parametri sunt mpriin dou categorii:- Parametri de program Prxx pot lua valori numerice ntr-un domeniu

stabilit de ctre productor.- Parametri binaribxx pot lua doar valori de 0 sau 1, i de cele mai multe

ori sunt nite comutatoare, prin intermediul crora se activeaz anumite pri din sistem.Astfel pot fi construite diferite configuraii de sistem, n limitele permise.

2.Consideraii teoretice

Ecuaiile generale ale mainilor de curent alternativ se deduc lund n considerareteoria fazorilor spaiali. Acetia descriu att regimul permanent, ct i pe cel tranzitoriu almainii. Modelul matematic a mainii sincrone se deduce ntr-un plan complex al crei axesunt orientate dup direciile prefereniale rotorice .

Utiliznd fazorii spaiali, ecuaia de tensiune este:

(2.1)

unde viteza rotorului este:

.

Fluxul rezultant statoric se poate scrie: (2.2)

unde este fluxul de excitaie al motorului (al magnetului permanent), iar reprezint reacia indusului datorit sarcinii. Fluxul rezultant din main se compune decidintr-un flux obinut pe cale mecanic prin rotirea rotorului, respectiv unul obinut pe caleelectric alimentnd fazele statorului, acesta numindu-se i reacia indusului caredeformeaz pe cel obinut pe cale mecanic.

Componentele fluxului statoric n sistem bifazat orientat sunt: (2.3) (2.4)

Cmpul magnetului permanent se considera constant iar din ecuaiile de mai susrezulta componentele tensiunii statorice:

(2.5)

(2.6)

Cuplul electromagnetic poate fi exprimat ca:

( )

( ( ) ). (2.7)

7/25/2019 L6b_v3

3/6

3

Strategia de control implementat asigur o funcionare la parametrii energeticioptimi i are la baz meninerea perpendicularitii dintre fazorul fluxului i cel al curentuluistatoric. Astfel, la un cuplu dat curentul absorbit este minim. Acest lucru poate fi realizatprin anularea componentei longitudinale a curentului statoric ( ).

n acest caz particular ecuaiile generale ale mainii se modific n felul urmtor:

Ecuaiile de tensiune: (2.8)

(2.9)

Componentele fluxului statoric: (2.10) (2.11)

Cuplul electromagnetic:

. (2.12)

Componenta activ a curentului este: (2.13)

unde: este poziia rotorului (i implicit a fluxului magnetului permanent), iar este poziia fazorului spaial al curentului statoric.

Pentru a obine cuplul maxim pentru un curent dat, unghiul de sarcin optimtrebuie s fie:

, pentru care reacia longitudinals fie anulat, figura 2.1.

d

d

dt

ss sqj

si

sdMP

s

Axafix

derefe

rin

orientat

dup

stator

Axa rotoric

longitudinal

Axa rotoric

transversal

d

q

sd

sq

Poziiarotorului

su

s

0sd sq si i

sq sd s Asi i i i

2

i

defazaji

nductiv

Fig. 2.1. Diagrama fazorial a mainii sincrone cu magnet permanent funcionnd cu reacialongitudinal anulat.

7/25/2019 L6b_v3

4/6

4

Schema de principiu a controlului motorului sincron cu magnei permaneni, descrismai sus se regsete nfigura urmtoare.

- 0 t

Regulator

de vitez

+

MSMP

Traductor

de poziiemsmec

Redresor

Invertor

PWM

refmec

,imsa b

msmecCalcul

vitez

Regulatoare

de curent cu

histerez

-+ref ref

ssqi i

zp

TS-1

0 0i , ,i

msa b c

TA-1

refsdi

refsqi

0ref

sdi , ,irefa b c

Transformata

invers Park

Fig. 2.2. Schema de principiu a controlului vectorial pentru motorului sincron cu magneipermaneni de suprafa.

Traductorul incremental furnizeaz informaia de poziie, care va fi transformat n

vitez prin derivare. Aceast vitez se compar cu referina impus, diferena lor fiindintrodus ntr-un regulator de vitez la ieirea creia vom obine mrimea de comand, ianume componenta activ a curentului statoric. Cealalt mrime de referin, adiccomponenta reactiv a curentului este anulat. Aceti doi cureni fiind mrimi de curentcontinuu, va trebui s obinem cei 3 cureni statorici de referin , adic va trebui s trecemla mrimi trifazate naturale. Acest lucru se realizeaz prin intermediul unei dubletransformri, din sistem de coordonate bifazate orientate se trece n sistem bifazat fix, dupcare va urma o transformare de sistem din bifazat n trifazat. Aceast transformare mai estedenumit i Transformata Park. Logica de comand a dispozitivelor semiconductoare aleinvertorului se vor obine utiliznd regulatoare bipoziionale de curent cu histerez care

funcioneaz pe baza erorii de curent.

3.Montajul experimental

Legend:R.U.T.Redresor universal cu tiristoare (0110 V).CONVERTOR SDC 1014convertor static de frecven trifazat de 4 cadrane.RZRezolver.Ampermetru 0-20 A.Voltmetru 0-250 Vcc.

Voltmetru 0-600 V~.Wattmetru, cosfimetru.

7/25/2019 L6b_v3

5/6

5

Reostat 29 .Comutator basculant.Date de catalog:

MCCMotor de curent continuu MS-MPMotor sincron cu magnetpermanent

R.U.T.

MCCAa

Va

K1

MS-

MP

Vs

R

CONVERTOR

SDC 1014

Win

RZR

45 V

Fig. 3.1. Montajul experimental.

4.

Mersul lucrrii

1. Se realizeaz montajul din figura 3.1.2. Se alimenteaz R.U.T. i se seteaz tensiunea de alimentare pentru MCC egal cu 45

V (comutatorul este deschis). Se alimenteaz convertorul i se parametrizeazsistemul pentru reglajul vitezei.

3. Pentru ca sistemul s funcioneze cu controlul vitezei,se vor parcurge urmtorii pai:- Se verific parametrul b02 i se asigur ca valoarea acestuia s fie 0, pentru ca

alimentarea motorului s fie oprit n timpul parametrizrii sistemului.- Prin parametrul Pr20 se alege care din cele patru valori programate va fi luat n

considerare. Se va seta la valoarea 0,corespunztoare referinei Pr00.

7/25/2019 L6b_v3

6/6

6

- Se va programa referina de vitez, adic parametrul Pr00 la valoarea dorit.- Se verific dac parametrul Pr21 este la valoarea 0, ceea ce nseamn c sistemul

va recunoate viteza de referin aleas.- Se verific valoarea parametrului Pr42 care reprezint protecia motorului la

curent de vrf. Aceast valoare este dat n procente fa de curentul nominal al

convertorului (5,6A), iar n cazul motorului de fa trebuie s fie de 50% (ceea censeamn 2,8A pentru motorul nostru avnd curentul nominal de 1,6A).

- Se verific valoarea parametrului Pr45 care reprezint protecia motorului lacurent maxim de funcionare, fiind o protecie termic. Aceast valoare este dat

n procente fa de curentul nominal al convertorului ( ), iar n cazulmotorului de fa trebuie s fie de 30% (ceea ce nseamn 1.68A pentru motorulnostru avnd curentul nominal de 1,6A).

- Se va porni motorul prin schimbarea valorii parametrului b02 de la 0 la 1.4. Se seteaz i se completeaz valorile n tabel pentru mersul n gol.

Se nchide i se fixeaz din diferite valori pentru curentul ,minim 2 valori. Datele se trec n tabel.

5. Se repet punctul4 pentru urmtoarele valori ale turaiei: 6. Se ridic urmtoarele caracteristici:

a. caracteristicile mecanice pentru b. caracteristica pentru .c. caracteristica pentru .d. caracteristicile , , pentru

7. Relaii de calcul:

,

,

Nr.

crt. [rpm](Pr00)

[rpm](Pr59)

[A]

[V]

[V]

[%](Pr40)

[A]

[W]

[A]

[V]

[W]

[VA]

[rad/s]

[%]

1

2

3

4

56

7

8

910

11

12

1314

15