Elektricni pogoni

2008-02-25 1

Električni pogoni

Zašto je potrebna promenljiva brzina obrtanja?

Svi procesi se mogu podeliti na:

•Procese kojima se realizuje transport materijala:

– čvrstog agregatnog stanja

– tečnosti i gasovi

•Procese kojima se realizuje

obrada materijala.

2008-02-25 2

Električni pogoniUpravljanje ili regulacija?

UPRAVLJANJE

REGULACIJA

2008-02-25 3

Električni pogoni

Kako realizovati pogon sa promenljivom brzinom?

•Motorima jednosmerne struje. Nekada

•Motorima naizmenične struje. Sada– Asinhroni motori.

– Sinhroni motori (sa permanentnim magnetima).

2008-02-25 4

Električni pogoniŠta čini električni pogon?

Motor Proces

Povratne sprege

Električno napajanje

Korisnički interfejs

FR

2008-02-25 5

m

ω mm

ω ω

mm

ω ω

Kvadranti

MMG

G

2008-02-25 6

Električni pogoni-Tipovi opterećenja-

2008-02-25 7

Električni pogoni-Tipovi opterećenja-

2008-02-25 8

Električni pogoni-Potencijalno opterećenje-

2008-02-25 9


2008-02-25 10

V V

mm = rMg

Mg Mg

mm = rMgm m


2008-02-25 11

Električni pogoni-Stacionarna radna tačka-

2008-02-25 12

Električni pogoni-Stacionarna radna tačka-

2008-02-25 13

Električni pogoni-Koliko traje zalet asinhronog motora?-

ubrzanjazaleta m

Jt ω⋅=

2008-02-25 14

Električni pogoni -Frekventni regulator-

2008-02-25 15

Električni pogoni -Frekventni regulator-

2008-02-25 16

• Pretvara naizmenični napon u jednosmerni.

• Uobičajena konfiguracija je diodni most.

• Za veće snage obično se koriste poluupravljivi mostovi.

Električni pogoni -Frekventni regulator. Ispravljač-

2008-02-25 17

2008-02-25 18

2008-02-25 19

Električni pogoni -Frekventni regulator. DC Bus-

Jednosmerno međukolo strujnih inverotra.

Jednosmerno međukolo naponskih inverotra.

2008-02-25 20

• U kondenzatoru je akumulirana energije.• Filtriranje jednosmernog napona iz ispravljača.• Napajanje kontrolne ploče i perifernih uređaja.• Kolo za punjenje kondenzatora.

DC Bus

DC Filter

Električni pogoni -Frekventni regulator. DC Bus-

maxldc UU ⋅= 2

VUdc 5604002 =⋅=

2008-02-25 21

• Transformiše DC napon u AC promenljive frekvencije i amplitude.

Najčešće je upotrebljen IGBT kao energetski prekidač.

Električni pogoni -Frekventni regulator. Invertor-

DC to AC Inverter

IGBTs

AC Izlaz

M

Trofaznim naponskim invertorom motor se napaja promenljivim naponom promenljive učestanosti Voltage Source Inverter.Ili se koristi kao pojačavač u regulatorima struje sa zatvorenom petljom po struji Current RegulatedPWM Inverter.

2008-02-25 22

• U FR koriste se različite tehnike impulsno širinskemodulacije u cilju postizanja: minimalne snage gubitaka, maksimalnog iskorišćenja ulaznog napona, izlazni oblici napona i struje sa niskim sadržajem harmonika ....


DC to AC Inverter

IGBTs

AC Izlaz

M

2008-02-25 23

• Dve najčešće sretane strategije IŠM su:


• Sinusni PWM sa trougaonim nosiocem

• IŠM zasnovana na modulaciji prostornim vektorom – Space Vector PWM (SVPWM)

2008-02-25 24

Noseći signalModulišući

(referentni) signalŽeljeni oblik

izlaznog napona

PWM naponStruja motora

Električni pogoni -Frekventni regulator. PWM-• Prve

realizacije PWM bile su analogne

• Sadašnji specijalizovani DSP i μC poseduju PWM jedinice

2008-02-25 25

-Uticaj prekidačke učestanosti na struju motora.-

• Trougaoni nosilac ima višestruko veću učestanost od modulišućeg signala. Njegova učestanost predstavlja prekidačku učestanost invertora.• Ako je učestanost nosioca celobrojanumnožak osnovne učestanosti izlaznog napona govorimo o sinhronizovanoj sinusnoj modulaciji

2008-02-25 26

Električni pogoni -Frekventni regulator. PWM-

• Prve realizacije PWM bile su analogne

Swa+

Swa-

Swb+

Swb-

Swc+

Swc-

PWM PWMPWM

SWa SWb SWc

Carrier

ua

ub

uc

UaN

UbN

UcN

-E/2

E/2

t=kTS

Carrier

tk+

PWM wawe

Modulation signal

t=(k+1)TS

0

1

-1

0

1

-1

u(k)

tk-=TS- tk+

2008-02-25 27

2008-02-25 28


• Osnovne veličinesinffm tr

f =

sinVVm tr

a =

•gde je:

• mf – indeks frekvencijske modulacije

• ftr – učestanost nosećeg signala

• fsin – učestanost modulišućeg signala

•ma – indeks amplitudske modulacije

•Vtr – amplituda trougaonog nosioca

•Vsin – amplituda modulišućeg signala

2008-02-25 29


• Rad PWM modulatora se može podeliti u dve oblasti:

•Linearnu oblast ma≤1. Kada je ftr≥20⋅fsin važi da je pojačanje modulatora ≈1

•Nelinearna oblast ma≥1 pojačanje modulatora je ≤ 1. Granica koja označava kraj nelinearne oblasti je početak kvadratnog režima rada six-step.

2008-02-25 303,241ma

nadmodulacija

kvadratni rad

za mf = 15

kvadratni rad

linearni deo

0

d

LL1V

(rms) V

78,06=

π

612,022

3=

Električni pogoni -Oblasti rada PWM modulatora:-

2008-02-25 31


• Izlazni napon grane invertora prema negativnom polu

*a

u

*a

uEuaN ⋅=

• gde je modulišući signal iskazan preko indeksa amp. modulacije

)sin()(* tmtu aa ω=

2008-02-25 32


• Izlazni međufazni naponi se mogu izraziti kaocabcab uuu ,,

)6

sin(3)()()( πω +=−= tmEtututu abNaNab)

65sin(3

2)()()( πω +=−= tmEtututu acNbNbc

)2

3sin(32

)()()( πω +=−= tmEtututu aaNcNca

2008-02-25 33

TC+

Vd

Vd

180o

180o0

TA+

TA-

0

0

0

TB-

TB+

tω1

tω1

tω1

tω1

TC-

TC+

UAN

UBN

UCN

UAB

uLL1


• Napon PWM invertora na granici nelinearne oblasti:

2008-02-25 34

MUDC1,0,0

0,0,1 1,0,1

0,1,1

0,1,0 1,1,0

Električni pogoni -Frekventni regulator. SVPWM-

2008-02-25 35

2008-02-25 36

2008-02-25 37

2008-02-25 38

2008-02-25 39

2008-02-25 40

2008-02-25 41

2008-02-25 42

2008-02-25 43

2008-02-25 44

Električni pogoni -Automatska adaptacija parametra-

2008-02-25 45


2008-02-25 46


2008-02-25 47

Šta nam frekventni regulatori omogućuju?

2008-02-25 48

Električni pogoni - Oblici referentnih signala brzine-

2008-02-25 49

Električni pogoni -Zašto soft start?-

2008-02-25 50


2008-02-25 51


2008-02-25 52

Električni pogoni -Soft start-

2008-02-25 53

Električni pogoni -Soft start-

2008-02-25 54

2008-02-25 55

Električni pogoni -Leteći start-

2008-02-25 56

Električni pogoni -Kompenzacija klizanja-

BRZINA

50%

100%

%mm

zadata

2008-02-25 57

Električni pogoni -Eliminacija mehaničkih vibracija preskokom

učestanosti-

2008-02-25 58

Električni pogoni -Zaustavljanje pogona injektovanjem

jednosmerne struje-

2008-02-25 59

Električni pogoni -Momentna karakteristika asinhronog motora

napajanog jednosmernom strujom-

2008-02-25 60

Električni pogoni -Zaustavljanje pogona injektovanjem

jednosmerne struje-

Kako dobijamo DC napon?

2008-02-25 61

Električni pogoni -Zaustavljanje pogona injektovanjem jednosmerne

struje-

2008-02-25 62

Električni pogoni - Paralelan rad-

Kako zaštiti motor?Adaptacija parametara?Priključenje motora?

2008-02-25 63

Električni pogoni -Povratna sprega po procesnoj

veličini-

2008-02-25 64

Električni pogoni -Total stop-

2008-02-25 65

2008-02-25 66

Električni pogoni -Pogon pumpi-

2008-02-25 67


2008-02-25 68

2008-02-25 69

Električni pogoni -Automatic Energy Optimization AEO-

2008-02-25 70


2008-02-25 71

2008-02-25 72

2008-02-25 73


2008-02-25 74

2008-02-25 75

Električni pogoni - Kočenje -

2008-02-25 76


Blok dijagram

KAKO IZGLEDA ELEKTRIČNA ŠEMA?

2008-02-25 77


RP

I kocenjabimetala =

Kako podesiti bimetal?

2008-02-25 78

Električni pogoni - Laoda Sharing. Razmena energije u DC Kolu. -

Sa izvorom jednosmernog napona.

2008-02-25 79


Sa jednim velikim pogonom.

2008-02-25 80


Tipična aplikacija.

2008-02-25 81

2008-02-25 82

Električni pogoni -Frekventni regulator i struja mreže-

Da li je struja mreže kontinualna? Kakav je talasni oblik?

2008-02-25 83


2008-02-25 84


2008-02-25 85


ZADATAKOsciloskopom pogledati talasni oblik struje na ulazu u frekventni regulator.

2008-02-25 86

Električni pogoni -Frekventni regulator i napon mreže-

Zatupljene sinusoide napona mreže.

2008-02-25 87


2008-02-25 88


2008-02-25 89


2008-02-25 90


2008-02-25 91

Električni pogoni -Frekventni regulator i napon mreže-

Nema zatupljenosti sinusoida napona mreže.

2008-02-25 92


Prednost:smanjen je THD, 5-, 7-harmonik su eliminisani. Mana: cena je za 50% veća.

2008-02-25 93


2008-02-25 94


Zaključak: Koristimo tamo gde sa zahtevaju mala izobličenja napona.

2008-02-25 95

• “U/f” pogon. – Otvorena povratna petlja po

brzini sa ili bez kompenzacije klizanja.

– Zatvorena povratna petlja po brzini.

• “Vektorska regulacija bez davača pozicije” sensorless.

• “Vektorska regulacija fluksa”.

U/f

VECTORCONTOL

FLUX VECTOR

Električni pogoni -Varijante regulacije-

2008-02-25 96

190

380

25 50fOb/min750 1500

0

Nominalni napon

Električni pogoni -Regulacija U/f = const.-U

U/f kriva pokušava da održi konstantan fluks u vazdušnom zazoru motora.

2008-02-25 97

AM

U/f Krive

PI

DBReferentna frekvencijaili brzina

Kompenz. klizanja

Električni pogoni -Regulacija U/f = const.-

PWM Invertor

2008-02-25 98

Električni pogoni -Regulacija U/f. VVC-

2008-02-25 99

Stator Rotor

R1 XLS

XM

XLR

R2 / KlizanjeVl


Is0

Prazan hod. Struja rotora je nula.

2008-02-25 100

Stator Rotor

R1 XLS

XM

XLR

R2 / KlizanjeVl +Vcomp


Is

Opterećenje.

Ir

2008-02-25 101

• Jednostavno za realizaciju. • Niska cena.• Lako za podešavanje.• Nije potreban dodatni hardver.• Moguće je povezati više motora na jedan

frekventni regulator.

Električni pogoni -Regulacija U/f. Prednosti-

2008-02-25 102

• Loše dinamičke karakteristike.• Loša tačnost regulacije brzine.• Nije moguće nezavisno kontrolisati fluks i

momenat motora.• Potrebna je veća struja da proizvede isti

moment nego kod vektorske regulacije.

Električni pogoni -Regulacija U/f. Mane-

2008-02-25 103

• Održava fluks u vazdušnom zazoru konstantnim.• Nezavisna kontrola fluksa i momenta kao kod DC

motora.• Potrebna je informacija o položaju rotora.

– Bez davača pozicije (sensorless).– Sa davačem pozicije.

Električni pogoni -Vektorska regulacija-

2008-02-25 104

Električni pogoni -Vektorska regulacija. Princip-

α = a

d

βq

is

iq idθiα

iβψr

aii =α

( )cb iii +=3

1β

θθ βα sincos ⋅+⋅= iiid

θθ βα cossin ⋅+⋅−= iiiq

2008-02-25 105

PIPI ωSV

PWMInve-rtor

Modelmotora

d,q α,

β

d,q

α,β

a,b,c

α,β

AC Motor

iq* V*sα

VDCn*

Park-1

θ

id

iqiαiβ

Slabljenje polja

Park Klark

nprocenjeno

-

-

-

Električni pogoni -Vektorska regulacija. Sensorless-

PIid*

V*sβ

V*sq

V*sd

2008-02-25 106

• Dobre strane– Bolja dinamika nego

kod U/f reg.– Pun momenat pri

maloj frekvenciji.– Efikasna kontrola

struje. – Nije potreban

dodatni hardver.

• Loše strane– Nema punog momenta

pri nultoj brzini.– Ograničene

autotjuningmogućnosti.

– Teško podešavanje. Potrebno odlično poznavanje motora.

– Nema mogućnosti povezivanja više motora na jedan frekventni reg.

Električni pogoni -Sensorless. Prednosti i mane-

2008-02-25 107

PIPI ωSV

PWMInve-rtor

Modelmotora

d,q α,

β

d,q

α,β

a,b,c

α,β

AC Motor

iq* V*sα

VDCn*

Park-1

θ

id

iqiαiβ

Slabljenje polja

Park Klark

-

-

-

Električni pogoni -Vektorska regulacija fluksa-

PIid*

V*sβ

V*sq

V*sd

En

2008-02-25 108

• Prednosti.– Pun momenat pri

nultoj brzini. – Optimalna kontrola

struje. – Mogućnost

autotjuninga.– Autotjuning moguć

i u radu.

• Mane– Nema

mogućnosti povezivanja više motora.

– Potreban dodatni hardver (povratna sprega po poziciji).

Električni pogoni -Vektorska regulacija fluksa-

2008-02-25 109

Regulacione petlje su način da se upravlja pojedinim veličinama u nekom dinamičkom sistemu.

Referenca Greška

Upravljana veličina

Gain(s)

-Sistem

Upravljačka veličina

Električni pogoni -Regulaciona petlja. Princip-

2008-02-25 110

Postoje tri regulacione petlje: pozicije, brzine i momenta.

---PWM

Petlja momentaPetlja brzinePetlja pozicije

Električni pogoni -Regulacione petlje. Princip-

2008-02-25 111

• Cilj: da se obezbedi jednakost momenta koji motor razvija i momenta opterećenja.

• Komanda: dolazi iz petlje po brzini ili preko analognog ulaza za moment.

• Povratna sprega: strujni transformator.

- PWM

Petlja Momenta

Električni pogoni -Regulacione petlje. Regulacija momenta-

2008-02-25 112

• Cilj: da se obezbedi da se motor obreće željenom brzinom.

• Referenca: dolazi iz regulatora po poziciji ili preko analognog ulaza brzine.

• Povratna sprega: enkoder.

++ PWM

Petlja MomentaPetlja Brzine

Električni pogoni -Regulacione petlje. Regulacija brzine-

2008-02-25 113

• Cilj: da radni predmet zauzme željenu poziciju.• Komanda: dolazi od kontrolnog algoritma ili impulsnog

signala.• Sprega: enkoder.

Električni pogoni -Regulacione petlje. Regulacija pozicije-

---PWM

Petlja momentaPetlja brzinePetlja pozicije

2008-02-25 114

Documents

Elektricni pogoni