Бездатчиковое определение скорости вентильного двигателя

Предлагаемое построение системы управления позволяет регулировать напряжение и поддерживать его с высокой точностью при больших динамических колебаниях нагрузки.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Аверин, С. В. Сравнение способов регулирования переменного напряжения с помощью коэффициента регулирования / С. В. Аверин, Ю. Г. Следков // Практическая силовая электроника. - 2002. - №8. - С. 27-29.

2. Доманов, А. В. Анализ чувствительности системы управления трёхфазного регулятора напряжения / А. В. Доманов, В. И. Доманов, И. Ю. Муллин // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2010. - №6. - С. 24-27.

3. Браславский, И. Я. Баланс реактивной мощности в системе тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный двигатель / И. Я. Браславский, А. М. Зюзев, А. В. Костылев // Электротехника. - 2000. - №1.

4. Аверин, С. В. Сравнение способов регулирования переменного напряжения с помощью коэффициента регулирования / С. В. Аверин,

Ю. Г. Следков // Практическая силовая электроника. - 2002. - №8.

5. Зиновьев, Г. С. Основы силовой электроники / Г. С. Зиновьев. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2003.-664 с.

Муллин Игорь Юрьевич, ассистент кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» энергетического факультета УлГТУ. Имеет 15 научных трудов, автор 2 изобретений.

Гордеев Андрей Валерьевич, в 2010 поступил в магистратуру Ульяновского государственного технического университета на специальность «Вычислительная техника». Имеет 7 научных трудов.

Виноградов Сергей Сергеевич, ведущий инженер ОАО «Альфабанк». Имеет 5 научных трудов.

УДК 62-83:681.513

Н. В. МИШИН, А. В. МИШИН

БЕЗДАТЧИКОВОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ВЕНТИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

ч

Рассматривается модель вентильного двигателя в программе ЭшиИпк и бездатчиковое управление вентильным двигателем.

Ключевые слова: вентильный двигатель, ротор, электропривод.

В большинстве приложений, где необходимо получение хороших характеристик электропривода (ЭП) при минимальной его стоимости, наибольший интерес вызывают схемы бездатчико-вого векторного управления. Прежде всего - это атомная энергетика, в частности, перегрузочные роботы, где необходим более высокий (до 50:1) диапазон регулирования скорости и по условиям технологии исключается возможность установки датчика положения на вал ротора двигателя. К подобным системам управления (СУ) предъявляются также повышенные требования по диапазону регулирования электромагнитного

- момента - до 10:1.

© Мишин Н. В., Мишин А. В., 2012

‘ Применительно к таким схемам термин «бездатчиковое управление» означает отсутствие датчика скорости на валу двигателя, а информация о скорости вращения и потокосцеплениях двигателя, извлекается из измеренных токов и напряжений статора. Угловая скорость электрического ПОЛЯ (Ооэл определяется выражением

,,

“О” " ш! , и/2 ’

Т2о ^ 2Ь

где Ч^2а, Ч'гь ~ потокосцепления статора в неподвижной системе координат;

р - число полюсов двигателя.

Структурная схема электропривода с бездат-чиковым определением скорости приведена на рис. 1.

Вычисление скорости производится в блоке ’\\^_8о1уе, изображённом на рис. 2.

Переход от трёхфазной системы координат к двухфазной и обратно выполняется с помощью формул преобразования координат. Переменные в новой системе координат находятся как сумма проекций в старой системе на оси новой системы координат.

1а =

Г 1- 1-Л2.

а 2Ь 2 3*

ИЛИ

А-

2 4 2 3

<

1

Структура преобразователя координат (ЛВС

- аЬ), собранного по формулам (2), приведена на рис. 3.

На рис. 4 изображены напряжения и токи статора двигателя в неподвижной системе координат после фильтрации высоких частот.

Производные потокосцеплений статора двигателя в неподвижной системе координат приведены на рис. 5.

Invertor

Powergui

-Discrete,

Ts = 2e-OQ6 s.

Invertor

U zadl

1

•ь

1

is_abc

m wm

Те

W^.So!ve

Рис. 1

Рис. 2

Q}

ABC

1

р’ 0.0000 lsil_

и-

1

и 0.00001S+1

Рис.З

lab'

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6

Ч

Рис. 7

На рис. 6 изображены конечные сигналы, участвующие в вычислении скорости, а также скорость двигателя при бездатчиковом определении (рис. 7).

Большинство ведущих мировых производителей электроприводов Siemens, ABB, Schneider Electric, Hitachi, Danhfos и другие поддерживают в своих изделиях все три современные структуры управления электрического давления (ЭД): скалярного, векторного датчикового и векторно-

го бездатчикового. Причём для последней структуры указывается диапазон регулирования скорости до 50:1. Опыт промышленной эксплуатации таких ЭП в России показывает, что в зоне низких скоростей часто возникают колебания скорости, устранить которые настройками привода не удаётся, и реальный диапазон регулирования скорости заметно ниже.

Таким образом, основные проблемы, связанные с построением бездатчикового векторного

электропривода, заключаются в следующем:

1) Наблюдатель состояния двигателя, построенный на основе решения полной системы уравнений электрического равновесия для статора и ротора по доступной информации о напряжениях и токах статора, способен обеспечить приемлемую точность вычисления потокосцепления и скорости только в ограниченном диапазоне частот. Это связано с известной проблемой введения начальных условий при частотах, близких к нулевой. Практически все способы решения данной проблемы связаны с введением определённого отклонения математического описания наблюдателя состояния относительно реального объекта при работе в области малых частот. Эти отклонения проявляются в виде ошибки в вычислении потокосцепления, скорости, активной и реактивной составляющих тока.

2) Следующей проблемой является чувствительность электропривода к изменению его параметров в процессе работы. Прежде всего это относится к температурным изменениям активных сопротивлений статора и ротора, а также к изменению взаимной индуктивности в зависимости от тока цепи намагничивания. Одним из подходов к решению данной проблемы в построении векторного регулятора и наблюдателя состояния ЭД является применение регуляторов, грубых в отношении параметрических возмущений, в частности, релейных регуляторов, функционирующих в скользящих режимах. Другим подходом является параметрическая адаптация, осуществляемая в реальном времени при работе привода.

3) Третьей проблемой является получение необходимой точности оценки эквивалентных (усреднённых на интервале расчёта процессов в наблюдателе состояния) значений токов и напряжений статора. На точность оценки эквивалентных напряжений в области малых частот основной гармоники и высоких частот модуляции существенно влияет «мёртвое время» и задержки переключения ключей инвертора. Заметим, что проблема точности измерения напряжения на малых частотах в гораздо меньшей степени проявляется в векторных электроприводах с датчиком скорости/положения, так как быстродействующий контур скорости, замкнутый по реально измеряемому сигналу, способен в значительной степени ком-

пенсировать ошибки, связанные с динамическими неидеальностями ключей инвертора.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Донской, Н. В. Регулируемые электроприводы переменного тока/ Н. В. Донской. - Чебоксары : Изд-во Чуваш, ун-та, 2007. - 204 с.

2. Цыпкин, Я. 3. Релейные автоматические системы / Я. 3. Цыпкин. - М. : Наука, 1974. -576 с.

3. Соколовский, Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием : учебник для студ. вузов / Г. Г. Соколовский. -М. : Издательский центр «Академия», 2006. -272 с.

4. Анхимюк, В. Проектирование систем автоматического управления электроприводами: учеб. пособие для вузов / В. Анхимюк, О. Ф. Опейко. - Мн.: Высшая школа, 1986. - 143 с.

5. Башарин, A.B. Управление электроприводами: учеб. пособие для вузов / А. В. Башарин, В. А. Новиков, Г. Г. Соколовский. - JI. : Энерго-издат, Ленингр. отд-ние, 1982. - 392 с.

6. Туренко, Т. В. Применение пакетов S1MULINK И STATEFLOW для моделирования гибридной системы прямого цифрового управления унитарно-кодовым датчиком СПБГУ «ЛЭТИ», г. Санкт-Петербург / Т. В. Туренко //

Тр. Всерос. науч. конф. «Проектирование научных и инженерных приложений в среде MATLAB». Ч. 5. Имитационное моделирование. Simulink и Stateflow / под общ. ред. И. В. Черных. - СПб., 2004.

Мишин Николай Владимирович, аспирант специальности «Электротехнические комплексы и системы» энергетического факультета УлГТУ.

Мишин Алексей Владимирович, аспирант специальности «Электротехнические комплексы и системы» энергетического факультета УлГТУ.

»