Printer Friendly

Smart induction drive/Ismanioji asinchronine pavara.

Ivadas

Tiesioginis momento valdymas (TMV, angl. Direct torque control, DTC) pristatytas 1986 m. ir yra vis dazniau naudojamas pavaroms valdyti del dideles greitaveikos ir tikslaus momento valdymo nenaudojant sudetingu algoritmu. TMV sistema reikalauja momento, statoriaus srauto amplitudes ir srauto sektoriaus signalu, taciau galutine struktura yra labai paprasta. Tai vienas pagrindiniu sio valdymo pranasumu (Sheidaei et al. 2007).

Sis valdymo metodas supaprastina ir pacios asinchronines pavaros struktura, nes leidzia valdikliu tiesiogiai valdyti galios dalies raktus nenaudojant moduliatoriaus.

Tinkamai valdant srauta ir momenta, tiesioginis momento valdymas tampa atsparus isoriniams trikdziams ir variklio parametru nuokrypoms. Taciau esant nuostoviajam darbo rezimui susidaro pastebimi srauto ir momento svytavimai, ypac taikant histerezes kilpas zemu greiciu srityje (Pujar, Kodad 2009, Sheidaei et al. 2007).

Tiesioginio momento valdymo pagrindai

Statoriaus srautas ir kuriamas momentas skaiciuojami ivertinant tik statoriaus sroves ir itampas. Ju projekcijoms i nejudanciaja koordinaciu sistema gauti taikoma Parko transformacija:

[MATHEMATICAL EXPRESSION NOT REPRODUCIBLE IN ASCII], (1)

[MATHEMATICAL EXPRESSION NOT REPRODUCIBLE IN ASCII], (2)

cia [i.sub.sd]--statoriaus sroves d asies projekcija; [i.sub.sq]--statoriaus sroves q asies projekcija; [u.sub.sd]--statoriaus itampos d asies projekcija; [u.sub.sq]--statoriaus itampos q asies projekcija.

Taikant TMV metoda naudojama tik vieno variklio parametro verte--statoriaus varza [R.sub.s]. Norint gauti gerus pavaros valdymo rezultatus, reikia zinoti tikslia statoriaus varzos verte, ypac mazu greiciu zonoje (Draou, Miloudi 2010):

[MATHEMATICAL EXPRESSION NOT REPRODUCIBLE IN ASCII]. (3)

Statoriaus srauto vektoriaus amplitudes ir fazes israiskos:

[absolute value of [bar.[[psi].sub.s]]] = [square root of ([[psi].sup.2.sub.sd] + [[psi].sup.2.sub.sq])], (4)

[angle][bar.[[psi].sub.s]] = [tan.sup.-1]([[psi].sub.sq]/[[psi].sub.sd]). (5)

Elektromagnetinio momento israiska:

M = [3/2]p([[psi].sub.sd][i.sub.sq] - [[psi].sub.sq][i.sub.sd]), (6)

cia p--variklio poliu poru skaicius.

(1) ir (2) formules vercia faziniu itampu ir sroviu vertes i dvimate koordinaciu sistema. Srauto d-q dedamosioms skaiciuoti reikalinga sudetingesne aritmetine funkcija--integravimas (3), srauto transformacijai i poline koordinaciu sistema--saknis (4) ir arktangentas (5). Sie srauto, momento ir fazes skaiciavimai skirti butiniems TVM valdymo vidiniams kintamiesiems rasti (Metidji et al. 2011).

Siuo metu vis dazniau pavaroms valdyti naudojamas dirbtinis intelektas (Lisauskas, Rinkeviciene 2010; Mahendran, Gurusamy 2011). Neraiskiosios logikos valdikliai gali buti naudojami vietoj klasikiniu pavaru reguliatoriu.

Neraiskiosios logikos valdiklis

Taikant neraiskiaja logika (angl. Fuzzy logic) tiesioginio momento valdymo pagrindas islieka nepakites. Neraiskusis valdiklis atlieka momento ir srauto histereziu valdikliu ir vektoriu parinkimo lenteles funkcijas, todel funkcine schema (1 pav.) daugiausia atitinka tradicini valdyma (Liu et al. 2010).

Statoriaus srautas ir kuriamas momentas valdomi tiesiogiai tinkamai parenkant erdvinius statoriaus itampu vektorius, t. y. parenkant inverterio raktu busenas. Kadangi pasirinktas inverteris turi sesis raktus, neraiskusis valdiklis taip pat turi sesis isejimus, kuriuose formuoja signalus kiekvienam raktui valdyti. Sie signalai gali igyti tik dvi vertes--0 ir 1.

Tradicinio ir neraiskiojo valdymu iejimo signalai yra statoriaus srauto ir elektromagnetinio momento nuokrypos:

[e.sub.[psi]] = [[psi].sub.sn] - [[??].sub.s], (7)

[e.sub.M] = [M.sub.en] - [[??].sub.e], (8)

cia [[psi].sub.sn]--statoriaus srauto nuostatas; [[??].sub.s]--apskaiciuota statoriaus srauto amplitude; [M.sub.en]--momento nuostatas; [[??].sub.e]--apskaiciuotas momentas.

Neraiskiojo reguliatoriaus taisykles (1 lentele) sudarytos remiantis tradicinio valdymo vektoriu parinkimo lentele (Mahendran, Gurusamy 2011; Toufouti et al. 2007), taciau skiriasi keliomis taisyklemis, skirtomis didelems nuokrypoms (much greater than] 1 ir [much less than] -1) apriboti. Sis pakeitimas taip pat igyvendina variklio paleidima, kai nera liekamojo statoriaus srauto.

1 lentele garantuoja optimalaus vektoriaus parinkima. Isejimo signalai priklauso nuo statoriaus srauto nuokrypos, momento nuokrypos ir srauto fazes. +1 atitinka padidejima, -1 atitinka sumazejima, [much greater than] 1--ribini padidejima, [much less than] -1--ribini sumazejima, 0--tinkama verte. Nuo S.1 iki S.6--tai fazes sektoriaus numeris. Sudarytos astuoniu itampos vektoriu priklausomybes, t. y. trifazio inverterio su sesiais raktais. Nuo [U.sub.0] iki [U.sub.7]--visos leidziamos raktu busenu kombinacijos.

Neraiskiajam valdikliui sudaryti pasirinktas Mamdani metodas. Jis leidzia formuoti diskreciuosius isejimo signalus, todel galima tiksliai valdyti inverteri.

4 pav. matyti, kad fazinis kampas padalijamas i sesis sektorius. Pazymetina, kad ketvirtas sektorius turi dvi priklausomybiu funkcijas. Tai butina, nes fazes signalas kinta srityje [-180 180], o sektorius ribojasi su abiem ribomis, t. y. [-180 -120] ir [120 180]. Taip sukuriamos papilomos astuonios neraiskiojo valdiklio taisykles (1 lentele) ir ju skaicius is 48 tampa 56.

Imitacijos rezultatai

Imituoto asinchroninio variklio parametrai pateikti 2 lenteleje.

Sudaryti klasikinio TMV ir neraiskiuoju reguliatoriumi valdomo TMV kompiuteriniai modeliai buvo isbandomi ivairiais darbo rezimais.

Imitacijos salygos:

t = 0 s pagreitis 900 iki 500 aps./min (t = 0,556 s);

t = 0,5 s statine apkrova lygi 15 N x m;

t = 1 s pagreitis minus 900 iki 0 aps./min (at t = 1,56 s);

t = 1,5 s statine apkrova lygi minus 15 N x m.

5 pav. pateiktas neraiskiojo valdymo greicio pereinamuju vyksmu grafikas, kuris sutampa su klasikinio valdymo grafiku (6 pav.) del aukstu dinaminiu rodikliu. Suoliai ijungiant apkrova sutampa.

6 pav. ir 7 pav. pateiktu pereinamuju vyksmu maksimalios dinamines nuokrypos skirtumas--tik 1,9 %, taciau vidutiniai momento svytavimai sumazejo beveik perpus.

Sukuriamo besisukancio statoriaus srauto trajektorija pateikta 8 pav. ir 9 pav. Tiesi linija is centro rodo, kad srautas buvo kuriamas nuo nulio. Taikant neraiskuji valdyma, vidutiniai svytavimai sumazejo perpus, o maksimali dinamine nuokrypa--net 48,5 %.

Isvados

1. Sukurtas tiesioginio momento valdymo pavaros kompiuterinis modelis. Momentui ir srautui valdyti naudojamas neraiskusis reguliatorius, tiesiogiai valdantis inverterio raktus. Toks valdymas garantuoja puiku sistemos darba bet kuriuo darbo rezimu.

2. Klasikini tiesiogini momento valdyma pakeitus neraiskiuoju valdymu, galima pasiekti tokius pat gerus dinaminius rodiklius, t. y. greita atsaka i greicio ir momento pokycius bei trikdzius.

3. Gauti imitacijos rezultatais rodo, kad, naudojant neraiskuji valdyma, pagrindini valdymo trukuma--momento ir statoriaus sroves svytavimus--pavyko sumazinti perpus.

4. Neraiskusis tiesioginio momento valdymas mazina maksimalias dinamines elektromagnetinio momento nuokrypas 1,9 %, o statoriaus srauto--48,5 %.

Caption: Fig. 1. Direct torque fuzzy control scheme

1 pav. Neraiskiojo tiesioginio momento valdymo schema

Caption: Fig. 2. Membership functions of stator flux deviation

2 pav. Statoriaus srauto nuokrypos priklausomybes funkcijos

Caption: Fig. 3. Membership functions of torque

3 pav. Momento priklausomybes funkcijos

Caption: Fig. 4. Membership functions of phase

4 pav. Fazes priklausomybes funkcijos

Caption: Fig. 5. Motor speed graph

5 pav. Greicio grafikas

Caption: Fig. 6. Electromagnetic torque of traditional DTC

6 pav. Klasikinio valdymo elektromagnetinis momentas

Caption: Fig. 7. Electromagnetic torque of DTFC

7 pav. Neraiskiojo valdymo elektromagnetinis momentas

Caption: Fig. 8. Stator flux trajectory of traditional DTC

8 pav. Klasikinio valdymo statoriaus srauto trajektorija

Caption: Fig. 9. Stator flux trajectory of DTFC

9 pav. Neraiskiojo valdymo statoriaus srauto trajektorija

doi: 10.3846/mla.2013.32

Literatura

Draou, A.; Miloudi, A. 2010. A simplified speed controller for direct torque neuro fuzzy controlled induction machine drive based on a variable gain pi controller, in The 4th international Power Engineering and Optimization Conf. PEOCO2010, Shah Alam, Selangor, Malaysia, 2010: 533-538.

Lisauskas, S.; Rinkeviciene; R. 2010. Model of ventilation system drive with fuzzy controller, Electronics and Electrical Engineering 10(106): 13-16.

Liu, S. X.; Wang, M. Y.; Chen, Y. G.; Li, S. 2010. A novel fuzzy direct torque control system for three-level inverter-fed induction machine, International Journal of Automation and Computing 7(1): 78-85. http://dx.doi.org/10.1007/s11633-010-0078-7

Mahendran, N.; Gurusamy, G. 2011. Reduction of torque and seed pulsation in direct torque control of large induction motor using fuzzy logic controller, European Journal of Scientific Research 4(48): 559-566.

Metidji, B.; Tazrart, F.; Azib, A.; Taib, N.; Rekioua, T. 2011. A new fuzzy direct torque control strategy for induction machine based on indirect matrix converter, International Journal of Research and Reviews in Computing Engineering 1(1): 18-22.

Pujar, J. H.; Kodad, S. F. 2009. AI based direct torque fuzzy control of AC drives, International Journal of Electronic Engineering Research 1(3): 233-244.

Sheidaei, F.; Sedighizadeh, M.; Mohseni-Zonoozi, S. H.; Alinejad-Beromi, Y. 2007. A fuzzy logic direct torque control for induction motor sensorless drive, in The 42nd International Universities' power Engineering Conference UPEC2007, Brighton, United Kingdom, 2007: 197-202.

Toufouti, R.; Meziane, S.; Benalla, H. 2007. Direct torque control for induction motor using intelligent techniques, Journal of Theoretical and Applied Information Technology: 35-14.

Donatas Uznys

Vilniaus Gedimino technikos universitetas

El. pastas: donatas.uznys@gmail.com

Table 1. Rules for fuzzy controller

1 lentele. Neraiskiojo valdiklio taisykliu rinkinys

[e.sub.[psi]]   [e.sub.M]     S. 1        S. 2        S. 3

[much greater      --       [U.sub.1]   [U.sub.2]   [U.sub.3]
  than] 1          +1       [U.sub.2]   [U.sub.3]   [U.sub.4]
+1                  0       [U.sub.7]   [U.sub.0]   [U.sub.7]
                   -1       [U.sub.6]   [U.sub.1]   [U.sub.2]
                   +1       [U.sub.3]   [U.sub.4]   [U.sub.5]
-1                  0       [U.sub.0]   [U.sub.7]   [U.sub.0]
                   -1       [U.sub.5]   [U.sub.6]   [U.sub.1]
[much less         --       [U.sub.4]   [U.sub.5]   [U.sub.6]
  than] -1

[e.sub.[psi]]   [e.sub.M]     S. 4        S. 5        S. 6

[much greater      --       [U.sub.4]   [U.sub.5]   [U.sub.6]
  than] 1          +1       [U.sub.5]   [U.sub.6]   [U.sub.1]
+1                  0       [U.sub.0]   [U.sub.7]   [U.sub.0]
                   -1       [U.sub.3]   [U.sub.4]   [U.sub.5]
                   +1       [U.sub.6]   [U.sub.1]   [U.sub.2]
-1                  0       [U.sub.7]   [U.sub.0]   [U.sub.7]
                   -1       [U.sub.2]   [U.sub.3]   [U.sub.4]
[much less         --       [U.sub.1]   [U.sub.2]   [U.sub.3]
  than] -1

Table 2. Simulated induction motor parameters

2 lentele. Imituoto asinchroninio variklio parametrai

[P.sub.n]          U             f

4000 W           400 V         50 Hz

[R.sub.s]      [L.sub.s]     [R.sub.r]    [L.sub.r]

1,405 [ohm]    5,839 mH     1,395 [ohm]   5,839 mH

[L.sub.m]          J        [k.sub.tr]        p

0,1722 H      0,0131 kg x   2,985 mN x        2
               [m.sup.2]       m x s


----------

Please note: Illustration(s) are not available due to copyright restrictions.
COPYRIGHT 2013 Vilnius Gediminas Technical University
No portion of this article can be reproduced without the express written permission from the copyright holder.
Copyright 2013 Gale, Cengage Learning. All rights reserved.

Article Details
Printer friendly Cite/link Email Feedback
Title Annotation:Electronics and Electrical Engineering/Elektronika ir elektrotechnika
Author:Uznys, Donatas
Publication:Science - Future of Lithuania
Article Type:Report
Geographic Code:4EXLT
Date:Apr 1, 2013
Words:1645
Previous Article:The model of brushless dc motor drive/Imitacinis elektroniskai komutuojamos nuolatines sroves pavaros modelis.
Next Article:The frequency characteristics of coupled microstrip lines/Susietuju mikrojuosteliniu liniju daznines charakteristikos.
Topics:

Terms of use | Privacy policy | Copyright © 2021 Farlex, Inc. | Feedback | For webmasters |