l5b_v4-a

7/25/2019 L5b_v4-a

http://slidepdf.com/reader/full/l5bv4-a 1/7

1

Lucrarea 5b

Reglajul vectorial a turaţiei maşinii asincrone cu rotor în

scurtcircuit cu orientare după fluxul rotoric utilizând un

invertor Siemens de tensiune

1. Generalități

În ultimii ani, domeniul acţionărilor electrice reglabile prezintă o tendinţă decontinuă creştere datorată dezvoltării dispozitivelor semiconductoare în electronica deputere, o dată cu dezvoltarea continuă în domeniul microprocesoarelor şi a procesoarelorde semnal. Aceste dezvoltări tehnologice au dus la aplicarea pe scară din ce în ce mai largă ametodelor de control vectorial bazate pe teoria fazorilor spaţiali, obţinându-se o eficienţăenergetică mărită şi un control cu o precizie superioară celorlalte tipuri de control.

Teoria controlului vectorial a pornit de la analogia cu maşina de curent continuucompensate cu excitaţie separată, în care cuplul este produs de către fluxul de excitaţie şicurentul indusului. Dacă fluxul de excitaţie este menţinut constant cuplul motorului se poatecontrola prin curentul indusului din rotor. Dacă se vrea modificarea fluxului de excitaţie,acesta se face prin intermediul curentului de excitaţie independent de curentul indusului.Decuplarea în controlul fluxului şi a cuplului duce la o dinamică excelentă în controlulmaşinii de curent continuu.

Această analogie a motorului de inducţie cu maşina de curent continuu constituiebaza principiului orientării după câmp necesar controlului vectorial al motorului. Aceastăidee de principiu al orientării după câmp a apărut ca o consecinţă a proprietăţii fluxului

rotoric, din direcţia căruia se pot determina cele două componente (activă şi reactivă) acurentului, astfel realizându-se separarea fenomenelor electro-mecanice de cele electro-magnetice.

În această lucrare, invertorul SIMOVERT MASTERDRIVES MC este configurat pentrucontrolul în buclă închisă de viteză utilizând principiul controlului vectorial. Tensiuneacontinuă de intrare este obţinută de la un redresor trifazat cu diode, ieşirea acestuia fiindprevăzută cu condensator de capacitate mare pentru asigurarea caracterului sursă detensiune a convertorului static de frecvenţă obţinut prin alăturarea celor două convertoare.Pentru a asigura regimul de redresor a invertorului SIMOVERT MASTERDRIVES MC (în timpulregimului de frânare a maşinii de inducţie acţionate) circuitul intermediar de curent

continuu este prevăzut cu un sistem de disipare a energiei de frânare compus dintr -untranzistor şi o rezistenţă de frânare. Tranzistorul este comandat şi introduce în circuitulintermediar de curent continuu rezistenţa de frânare dacă tensiunea din circuit depăşeşte ovaloare prestabilită. În acest mod sistemul de acţionare poate funcţiona în toate cele patrucadrane.

2. Consideraţii teoretice

Ecuaţiile generale ale maşinii de inducţie bazate matematic pe teoria fazorilorspaţiali sunt capabile să descrie comportarea maşinii în toate regimurile de funcţionare, atât

în regim stabilizat cât şi tranzitoriu. Literatura de specialitate propune mai multe seturi de

ecuaţii pentru descrierea matematică a maşinii de inducţie, atât folosind teoria fazorilorspaţiali precum şi modele bazate pe relaţii matriciale. Modelul cel mai potrivit care este

7/25/2019 L5b_v4-a


2

capabil de a soluţiona atât problemele maşinii, cât şi ale reglării, este bazat pe teoriafazorilor spaţiali. Acest model oferă ideea sistemului de reglare cel mai fizic şi simplustructurat, conceput pe baza principiului orientării după câmp. Este evident, că utilitateamodelării este determinată de corectitudinea cu care modelul ales descrie obiectul realmodelat.

Modelarea motorului asincron pornește de la ecuaţiile generale ale acestuia.

Ecuaţiile generale ale mașinii de inducţie sunt obţinute în urma transformării mașiniitrifazate de inducţie într-o mașină echivalentă bifazată într-un plan complex comun pentrustator și rotor.

Pentru aceasta trebuie efectuate următoarele transformări: - Rotorul în colivie (sistem polifazat) se înlocuiește cu un rotor trifazat

echivalent, deci se face reducerea la un număr de trei faze, identic cu statorul.- Se raportează toţi parametrii mașinii la același număr de spire, de obicei la

numărul de spire statorice. - Reducerea numărului de perechi de poli la 1, adică trecerea de la unghiuri

mecanice la unghiuri electrice.

- Prin aplicarea teoriei fazorilor spaţiali, are loc o transformare de faze, princare de fapt se trece de la sistemul trifazat la cel bifazat natural. Aplicând o transformare desistem (a,b,c ->d,q), rezultă componentele fazorului spaţial reprezentate în planurile complexe naturale, care pentru mărimile statorice este fix, notat cu d-q, iar pentru mărimilerotorice este legat de rotor, care face un unghi θ (dacă =1) cu axa de referinţă, notat cu

dθ-qθ. Viteza unghiulară a rotorului este .

- Se face transformarea de axe de coordonate în urma căreia se obţinemodelul bifazat general din cel natural prin raportarea tuturor fazorilor spaţiali (acomponentelor ortogonale) la același sistem de axe dλ-qλ oarecare, care face un unghi λ cuaxa fixă de referinţă d. Viteza unghiulară electrică a acestui sistem general de coordonate

este . Prin această transformare de fapt se face reducerea frecvenţelor la aceeaşi

valoare, de obicei la zero, corespunzătoare curentului continuu, dacă este aplicatăorientarea după câmp.

Astfel, sistemul de ecuaţii generale ale mașinii de inducţie cu rotor în colivie deveveriţă, scrise cu fazori spaţiali, rezultă după cum urmează: - Ecuaţiile de tensiune:

(2.1)

(2.2)

- Ecuaţiile de flux, în funcţie de curenţi: (2.3) (2.4)

- Cuplul electromagnetic:

( ) (2.5)

Sistemul de ecuaţii este completat de către ecuaţia fundamentală a mişcării, cerealizează legătura între mărimile electromagnetice şi cele mecanice.

Controlul vectorial cu orientare indirectă după fluxul rotoric

7/25/2019 L5b_v4-a


3

Considerând fluxul de orientare, controlul vectorial al mașinii de inducție poate firealizat cu orientare după fluxul rotoric, după fluxul statoric sau după fluxul din întrefier, înfuncție de aplicație, tipul maşinii (cu rotorul în colivie sau bobinat), modalitatea de calcul,estimare, identificare sau măsurare a fluxului, tipul convertorului de frecvență și procedurade modulație a pulsului, etc.

În continuare este prezentată procedura de reglare vectorială cu orientare indirectă

după câmp (Indirect Field-oriented Control).d λr

qλ r

d

r

r

d

dt

r r r L i

r

r i

si mi

r r i

mr mr L i

sd r mr i i

mmm L i

1r sq r r

ji i

A x a f i x ă

d e r e f e

r i n ț ă

o r i e

n t a t ă

d u p ă

s t a t o r

Axa d orientată

după fluxul rotoric

Axa q orientată

după fluxul rotoric

Fig. 2.1. Diagrama fazorială de curenți și fluxuri a motorului de inducție cu rotorul în scurtcircuit și

flux constant.

În cazul motorului de inducție cu colivie (cu rotorul scurtcircuitat) această metodă sebazează pe faptul că la flux rotoric constant componenta de curent statoric în direcțiafluxului este proporțională cu acest flux, deci este componenta producătoare de câmp, iarcea producătoare de cuplu este perpendiculară pe aceasta (ca întotdeauna, indiferent de

fluxul de orientare). Această proprietate rezultă din ecuația de tensiune rotorică (2.2) într-un plan complex care este legat de după fluxul rotoric. Orientarea după fluxul rotoric înseamnă matematic:

|| (2.6)

iar curentul statoric orientat după câmpul rotoric se poate scrie: (2.7)

Dacă rotorul este scurtcircuitat, , şi dacă modului fluxului rotoric esteconstant, , avem:

( ) (2.8)

Curentul rotoric

este perpendicular pe direcţia fluxului

. În aceste condiţii, conform

diagramei fazoriale din figura 2.1 proiecţia curentului statoric pe direcţia fluxului

este:

(2.9)

deci, poate fi considerată componenta reactivă a curentului , orientat după fluxul rotoric. Cuplul electromagnetic dezvoltat de maşină calculat cu ajutorul mărimilor orientate

după fluxul rotoric este dat de relaţia:

(2.10)

Pe baza celor două componente de curent se disting cele două bucle de reglareactivă și reactivă, pentru reglarea mărimilor mecanice, respectiv magnetice.

7/25/2019 L5b_v4-a


4

Calculul unghiului fluxului rotoric de orientare se realizează prin estimarea alunecării,făcând apel la cunoaşterea poziţiei rotorului faţă de sistemul fix de axe legat de stator.Informaţia de poziţie se obţine prin integrarea vitezei unghiulare rotorice. Din referinţa decuplu şi de flux se poate determina pulsaţia ΔΩ (alunecarea absolută) a mărimilor din rotor,astfel şi a fluxului rotoric, care este egală cu alunecarea absolută exprimat în unghi electric.

(2.11)

Prin integrarea acestei pulsaţii rezultă unghiul de poziţie a fluxului faţă de rotor. Însumând acest unghi de poziţie cu unghiul de poziţie al rotorului rezultă unghiul fazoruluide flux rotoric faţă de sistemul fix de coordonate.

Unghiul (poziţia) fazorului de orientare poate fi determinat şi printr-un procedeuechivalent cu cel descris mai înainte: se realizează compensarea alunecării absoluteadunând pulsaţia fluxului rotoric cu viteza unghiulară a rotorului:

(2.12)

unde este viteza unghiulară a fazorului fluxului rotoric.

Poziţia fezorului spaţial al fluxului rotoric de orientare se determină prin integrarea acestuia:

∫ (2.13)

Această metodă de determinare a poziţiei fazorului fluxului de orientare aredezavantajul că poziţia exactă poate fi determinată doar dacă cunoaştem în prealabil poziţiainiţială. Din această cauză metoda este denumită orientare indirectă după câmp. Procedeul din urmă are însă avantajul că utilizează un singur integrator.

Fig. 2.2. Schema de principiu a controlului vectorial cu orientare indirectă după câmp a motoruluiasincron cu colivie de veveriţă.

Schema de control prezentată în figura 2.2 este o schemă clasică folosită în

acţionările electrice de viteză variabilă cu motoare de inducţie fiind întâlnită într-o formăsau alta la marii producători de echipamente industriale pentru acţionări electrice.

7/25/2019 L5b_v4-a


5

3. Montajul experimental

Legendă: REDRESOR – Redresor (230 V, 10 A).PUNTE REDRESOARE TRIFAZATĂ – Punte redresoare trifazată 3x230 V/15 A.INVERTOR SIEMENS - SIMOVERT MASTERDRIVES MC.RZ – Rezolver. – Ampermetru 0-1 A. – Ampermetru 0-20 A. – Voltmetru 0-250 Vcc. – Voltmetru 0-600 V~. – Wattmetru, cosfimetru. – Reostat 29 .

– Reostat 440 . – Comutator basculant.Date de catalog:

MCC – Motor de curent continuu MI – Motor de inducţie

turaţia de sincronism

PUNTE

REDRESOARE

TRIFAZATĂ

REDRESOR

Ex

MCC

Aa

Va

K1

MI

Vs

Rf

Ae

Re

INVERTOR

SIEMENS

Rezistenţăde frânare

Ws

Calculator

Personal +

Simovis

RZ

Fig. 3.1. Montajul experimental.

7/25/2019 L5b_v4-a


6

4. Mersul lucrării

1. Se realizează montajul din figura 3.1.2. Se alimentează REDRESOR şi PUNTE REDR. TRIFAZATĂ de la panourile de comandă

( este deschis). Se verifică valoarea curentului de excitaţie pentru mcc, .3. Se porneşte calculatorul şi se iniţializează programul Simovis. Se selectează prin

dublu-click prima poziţie din lista de convertoare MasterDrives MC pentru arealiza conexiunea serială cu invertorul şi a vizualiza lista de parametri. Se identifică parametri ce reprezintă turaţia instantanee (r002) a motorului respectiv curentulstatoric (r004).

4. În câmpul Setpoint se introduce turaţia de referinţă Se porneşteinvertorul de la butonul de START (butonul verde în Simovis) conform figurii 3.2. Secompletează tabelul pentru mersul în gol.

5. Se închide şi se fixează din diferite valori pentru curentul ,

minim 2 valori. Datele se trec în tabel.6. Se repetă punctele 4 şi 5 pentru următoarele valori ale turaţiei:

7.

Atenţie!!! Sistemul se opreşte de la butonul roşu de STOP din Simovis. 8. Cu comutatorul deschis şi invertorul oprit se aplică o referinţă de turaţie de

apoi se realizează o reversare prin setarea unei referinţe de şi se observăcomportamentul acţionării la reversare de viteză.

9. Se repetă punctele 4 şi 5 pentru următoarele valori ale turaţiei:

10. Sistemul se opreşte de la butonul roşu din Simovis. 11. Se ridică următoarele caracteristici:

a. caracteristicile mecanice pentru b. caracteristicile şi pentru .

c.

caracteristica pentru un curent de sarcină 12. Relaţii de calcul:

,

, .

Fig. 3.2. Panoul de lucru Simovis.

7/25/2019 L5b_v4-a


7

Nr.

crt.

[rpm]

[rpm]

[A] [V] [V] [A] [W] [W] Ω[rad/s]

[%]

1

23

4

567

89

10

11

12

1314

1516

1718

l5b_v4-a

Documents