Laboratorium dynamiki

układów napędowych

Ćwiczenie 9

„Bezpośrednie sterowanie momentem silnika indukcyjnego”

Sekcja 6

Brzyszkowski Piotr

Grima Rafał

Olejniczak Grzegorz

Sobieraj Robert

1. Cel i zakres ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie metod bezpośredniego sterowania momentu i strumienia silnika indukcyjnego klatkowego. W ramach ćwiczeń należy przeanalizować układ sterowania, zapoznać się z wpływem parametrów układu na pracę napędu oraz zarejestrować przebiegi wybranych wielkości elektrycznych silnika.

2. Opracowanie wyników

1. Opis stanowiska

W ćwiczeniu wykorzystana została metoda DTC do bezpośredniego sterowania momentem oraz strumieniem silnika. Moment elektromagnetyczny maszyny asynchronicznej klatkowej opisuje poniższy wzór:

gdzie :

- liczba par biegunów w silniku,

- indukcyjność magnesująca, stojana i wirnika w silniku,

- strumień skojarzony stojana i wirnika w silniku,

- kąt między wektorami przestrzennymi strumieni skojarzonych stojana i wirnika.

Metoda DTC polega na zmianie wartości strumienia stojana
oraz kąta
(kąt pomiędzy strumieniem stojana, a strumieniem wirnika), co skutkuje zmianą momentu elektromechanicznego silnika.

Zastosowanie falownika napięcia do zasilania silnika umożliwia uzyskanie 6 aktywnych i 2 zerowych wektorów przestrzennych napięcia. Wektory te oraz ogólna idea bezpośredniego sterowania momentu maszyny asynchronicznej klatkowej zostały przedstawione na rysunku poniżej (Rys. 1.):

Rys. 1. Wykres przedstawiający strumienie stojana i wirnika oraz dodatkowe strumienie wytworzone przez falownik.

Schemat układu sterowania metoda DTC został przedstawiony na Rys. 2. Za pomocą tego schematu jest także realizowany wybór wektorów.

Rys. 2. Schemat układu sterowania metodą DTC.

Badania laboratoryjne zostały przeprowadzone na maszynie o danych znamionowych :

INDUKTA typ: Sgt82n-4

P_n - 7.5 kW

n_n - 1450 obr/min

cosφ - 0.85

f - 50 Hz

η - 87 %

Ogólny schemat układu pomiarowego został przedstawiony na rysunku poniżej (Rys. 3.):

Rys. 3. Schemat układu laboratoryjnego.

2. Wyniki pomiarów

Wyniki pomiarów jakie dokonaliśmy w tym ćwiczeniu zostały przedstawione w poniższej tabeli (Tabela 1). Wielkości które zmienialiśmy podczas pomiarów to: Tablica łączeń (klasyczna czy zmodyfikowana) oraz parametr HM który oznacza połowę szerokości strefy komparatora momentu.

Tabela 1

Klasyczna tablica łączeń		Klasyczna tablica łączeń		Zmodyfikowana tablica łączeń		Zmodyfikowana tablica łączeń
HM = 2 Nm		HM = 4 Nm		HM = 2 Nm		HM = 4 Nm
n[obr/min]	f[Hz]	n[obr/min]	f[Hz]	n[obr/min]	f[Hz]	n[obr/min]	f[Hz]
73	2073	73	750	73	2000	73	550
100	2300	100	1250	100	2200	100	850
200	2770	200	1850	200	2390	200	1400
300	2900	300	2250	300	2800	300	1800
400	3200	400	2370	400	2910	400	2050
500	3320	500	2620	500	3100	500	2230
600	3200	600	2700	600	3000	600	2350
700	3120	700	2750	700	2950	700	2420
800	3000	800	2600	800	2820	800	2400
900	2790	900	2550	900	2610	900	2370
1000	2580	1000	2450	1000	2490	1000	2310
1100	2470	1100	2400	1100	2290	1100	2290
1200	2430	1200	2390	1200	2270	1200	2270
1300	2280	1300	2290	1300	2190	1300	2190
1400	2150	1400	2150	1400	2050	1400	2050

3. Przebiegi z oscyloskopu

1. Przebiegi dla parametrów: klasyczna tablica łączeń i H_M = 2 [Nm].

Rys. 4. Przebiegi u(t), i(t),Ψ(t) i n(t) dla n=73 [obr/min] i H_M = 2 [Nm].

Rys. 5. Przebiegi u(t), i(t),Ψ(t) i n(t) dla n=500 [obr/min] i H_M = 2 [Nm].

Rys. 6. Przebiegi u(t), i(t),Ψ(t) i n(t) dla n=1000 [obr/min] i H_M = 2 [Nm].

Rys. 7. Przebiegi u(t), i(t),Ψ(t) i n(t) dla n=1400 [obr/min] i H_M = 2 [Nm].

2. Przebiegi dla parametrów: klasyczna tablica łączeń i H_M = 4 [Nm].

Rys. 8. Przebiegi u(t), i(t),Ψ(t) i n(t) dla n=73 [obr/min] i H_M = 4 [Nm].

Rys. 9. Przebiegi u(t), i(t),Ψ(t) i n(t) dla n=500 [obr/min] i H_M = 4 [Nm].

Rys. 10. Przebiegi u(t), i(t),Ψ(t) i n(t) dla n=1000 [obr/min] i H_M = 4 [Nm].

Rys. 11. Przebiegi u(t), i(t),Ψ(t) i n(t) dla n=1400 [obr/min] i H_M = 4 [Nm].

3. Przebiegi dla parametrów: zmodyfikowana tablica łączeń i H_M = 2 [Nm].

Rys. 12. Przebiegi u(t), i(t),Ψ(t) i n(t) dla n=73 [obr/min] i H_M = 2 [Nm].

Rys. 13. Przebiegi u(t), i(t),Ψ(t) i n(t) dla n=500 [obr/min] i H_M = 2 [Nm].

Rys. 14. Przebiegi u(t), i(t),Ψ(t) i n(t) dla n=1000 [obr/min] i H_M = 2 [Nm].

Rys. 15. Przebiegi u(t), i(t),Ψ(t) i n(t) dla n=1400 [obr/min] i H_M = 2 [Nm].

4. Przebiegi dla parametrów: zmodyfikowana tablica łączeń i H_M = 4 [Nm].

Rys. 16. Przebiegi u(t), i(t),Ψ(t) i n(t) dla n=73 [obr/min] i H_M = 4 [Nm].

Rys. 17. Przebiegi u(t), i(t),Ψ(t) i n(t) dla n=500 [obr/min] i H_M = 4 [Nm].

Rys. 18. Przebiegi u(t), i(t),Ψ(t) i n(t) dla n=1000 [obr/min] i H_M = 4 [Nm].

Rys. 19. Przebiegi u(t), i(t),Ψ(t) i n(t) dla n=1400 [obr/min] i H_M = 4 [Nm].

1. Charakterystyka

Rys. 2. Charakterystyki przedstawiające zależność prędkości obrotowej wirnika od częstotliwości przełączeń. Gdzie: wykres 1 - klasyczna tablica łączeń oraz parametr H_M = 2,

wykres 2 - klasyczna tablica łączeń oraz parametr H_M = 4,

wykres 3 - zmodyfikowana tablica łączeń oraz parametr H_M = 2,

wykres 4 - zmodyfikowana tablica łączeń oraz parametr H_M = 4,

3. Wnioski

Przebiegi uzyskane podczas przebiegu ćwiczenia jednoznacznie wskazują na to iż dla klasycznej tablicy łączeń oraz dla parametru H_M = 2 [Nm] przy niskich prędkościach obrotowych wirnika n=73 [obr/min] przebieg prądu jest znacznie zniekształcony. W miarę wzrostu prędkości do n = 1000 i 1400 [obr/min] przebieg ten jest coraz lepszy.

Zmiana parametru H do wartości równej 4 skutkuje poprawą jakości przebiegu prądu natomiast kosztem przebiegu napięcia który ma silne zakłócenia dla niskich prędkości wirnika.

Zastosowanie zmodyfikowanej tablicy łączeń oraz ustawienie parametru H = 2 [Nm] nie wniosło wielkich zmian, przebieg prądu w dalszym ciągu silnie zniekształcony przy niskich prędkościach obrotowych wirnika.

W końcu zastosowanie zmodyfikowanej tablicy łączeń oraz ustawienie parametru H_M na wartość równą 4 [Nm] skutkuje tym iż zarówno przebiegi prądu jak i napięcia dla każdego z badanych poziomów prędkości obrotowej wirnika są poprawne.

Charakterystyka przedstawiona na ostatnim z rysunków ukazuje różnicę w częstotliwości przełączeń, szczególnie dla niskich prędkości obrotowych wirnika charakterystyki gdzie parametr H_M został ustawiony na wartość równą 2 [Nm] częstotliwość przełączeń f [Hz] jest znacznie wyższa niż dla wartości parametru H_M = 4 [Nm].

---