TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Transkript

1 TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Faulta mechatroniy a mezioborových inženýrsých studií ZPŮSOBY FREKVENČNÍHO ŘÍZENÍ ASYNCHRONNÍHO OTORU Z HLEDISKA DYNAIKY AUTOREFERÁT DISERTAČNÍ PRÁCE Liberec 6 Ing. Jiří Kubín

2 ZPŮSOBY FREKVENČNÍHO ŘÍZENÍ ASYNCHRONNÍHO OTORU Z HLEDISKA DYNAIKY Autoreferát dizertační práce Ing. Jiří Kubín Studijní program: P6 Eletrotechnia a informatia Studijní obor: 6V45 Technicá ybernetia Pracoviště: Katedra eletrotechniy Faulta mechatroniy a mezioborových inženýrsých studií Technicá univerzita v Liberci Hálova 6, 46 7 Liberec Šolitel: Doc. Ing. Eva Konečná, CSc. Rozsah dizertační práce a příloh Počet stran: Počet obrázů: 5 Počet grafů: Počet tabule: Počet vzorců: 6 Počet příloh: Jiří Kubín, březen 6

3 Abstrat: Práce se zabývá dynamicými vlastnostmi asynchronního motoru napájeného z frevenčního měniče. První část práce je věnována teoreticému rozboru soustavy frevenční měnič asynchronní motor, principy salárního a vetorového řízení a podrobnému popisu možností ovládání frevenčního měniče. V experimentální části práce jsou porovnány dynamicé vlastnosti asynchronního motoru se salárním a vetorovým řízením s čidlem otáče a bez čidla otáče v provozu naprázdno a při soových změnách zatížení. Dále je analyzováno chování asynchronního motoru se speciálními typy zátěží, teré se mění v závislosti na otáčách (lineární, vadraticá a navíječová závislost =f(n)) a chování asynchronního motoru při různých způsobech řízení a sinusovém tvaru zátěže. Rovněž je sledován vliv veliosti nastavení modulační frevence na tato tvarovanou zátěž. Závěrečná část práce se věnuje chování asynchronního motoru s frevenčním měničem při reálné zátěži vysytující se u dopřádacího stroje v textilním průmyslu. V závěru jsou vyhodnoceny a porovnány výhody a nevýhody jednotlivých způsobů řízení při sledovaných zatíženích a jsou připomenuty i další fatory, teré ovlivňují dynamiu chodu střídavého pohonu. Annotation: The wor deal with properties of the asynchronous motor, which is supplied from frequency converter asterdrive Simovert Vector Control. First part of the wor is devoted to theoretic analyse of system frequency converter asynchronous motor, the principles of scalar and vector control and are described possibilities of operation of converter Simovert. In the experimental part of the wor are compared the dynamic properties of asynchronous motor at scalar and vector control with velocity sensor and without it at idle cycle and at step change load. It is analysed behaviour of asynchronous motor at special type of load, whish change in the dependence of the speed of the motor (linear, square and reeler characteristic) and behaviour of asynchronous motor at various inds of load and at sinus form of load as well. It is observed the influence of the increase modulating frequence at thus formed load. The finally part of the wor is deal with behaviour of asynchronous motor with frequency converter at load, whish is occurred at real spinner in the textile industry. At the close are evaluated and compared advantages and disadvantages of the particular inds of controls at observed loads and are reminded the next factors, whish affect the asynchronous engine operation.

4 OBSAH: Úvod: Popis frevenčního měniče Simovert asterdrives Způsoby parametrování měniče Parametrování a provoz měniče pomocí programu Simovis, Drive monitor Řízení frevenčního měniče Simovert Binární a analogové vstupy a výstupy Regulační schémata měniče, funce něterých nejvýznamnějších bloů Strutura vetorového řízení s čidlem otáče.... Záladní rovnice frevenčně regulovaného pohonu s asynchronním motorem a jeho matematicý model..... Záladní rovnice asynchronního stroje Lineární transformace statorových veličin Lineární transformace rotorových veličin Lineární transformace napěťových rovnic..... Záladní rovnice neřízeného usměrňovače Střídač Teorie salárního a vetorového řízení Salární řízení Řízení rychlosti při onstantním statorovém tou Oblast onstantního výonu Vetorové řízení Princip vetorového řízení Experimentální část ěření naprázdno ěření naprázdno v režimu vetorového řízení s čidlem otáče (A) ěření při zatížení ěření při zatížení v režimu vetorového řízení s čidlem otáče (A) Chování pohonu při jiném než soovém zatěžování Shrnutí naměřených vlastností Asynchronní motor s frevenčním měničem při specificém zatěžování Zatěžování se sinusovým průběhem Vetorové řízení s čidlem otáče a sinusovou zátěží Srovnání chování motoru při sinusovém zatěžování při různých variantách řízení Asynchronní motor s frevenčním měničem při zatížení rozváděcím mechanismem na dopřádacím stroji Asynchronní motor s frevenčním měničem při zatěžování rozváděcím mechanismem a různých variantách řízení s čidlem otáče Vyhodnocení chování motoru s reálnými zátěžemi při různých variantách řízení 9 6. Vyhodnocení Závěr... Citovaná literatura... Seznam vlastních prací:...

5 Úvod: V regulovaných pohonech pro všeobecné použití se pro výony jednote až stove W nejčastěji využívá asynchronní motor, terý je napájen frevenčním měničem. Ja je uázáno v této práci, s frevenčně regulovaným střídavým pohonem je možné dosáhnout různých požadovaných vlastností. Současná praxe je taová, že na novém frevenčním měniči obsluha nastaví požadované otáčy popř. něoli dalších parametrů. Poud motor pracuje podle předpoladů, jeho chováním se více nezabývá, protože na to nemá čas ani podmíny. Přitom možnosti něterých frevenčních měničů jsou velmi široé a je dobré je znát, protože ve velém rozsahu ovlivňují dynamicé vlastnosti pohonu. Proto bylo téma možností řízení frevenčních měničů vybráno pro tuto disertační práci. Podstatou má být zísání co nejpodrobnějších informací o činnosti měniče, teré budou užitu ja výrobci ta i uživateli. Nejdůležitější vlastností frevenčního měniče je možnost plynulé změny otáče v aždém směru od nuly do úrovně synchronních otáče, nebo i nad ně poud je to pro použitý motor únosné. Běžně se dnes využívá ja salárního ta vetorového řízení. Záladem algoritmu vetorového řízení je to, že střídavý trojfázový statorový proud se uvažuje jao prostorový vetor a je ta možné regulovat nejenom jeho veliost, ale i fázi. Výhodou taového řízení je rychlost změny otáče, terá je omezena maximálním proudem výonových prvů frevenčního měniče, což umožňuje dosáhnout značné dynamiy pohonu. Je-li ale třeba měnit otáčy regulovaně s ohledem na omezení daná poháněným mechanizmem, je možné jejich nárůst přesně specifiovat. Frevenční měnič taé umožňuje udržovat otáčy na onstantní hladině bez ohledu na zatížení motoru, až do úrovně dané nastaveným proudovým omezením ať už je nebo není dispozici otáčové čidlo. Další možností řízení asynchronního motoru je pomocí proudového regulátoru v měniči udržovat na hřídeli onstantní moment při různé hodnotě požadovaných otáče. Změnou nastavení onstant proudového nebo otáčového regulátoru v regulačních smyčách řídící strutury měniče je možné ovlivnit dynamiu asynchronního motoru. Proto je rovněž zjišťován jejich vliv na valitu a dynamiu regulace při požadavu na udržení onstantních otáče nebo onstantního momentu. Frevenční měnič pracuje taé jao diagnosticý prve, neboť sleduje proud v motoru, výon, terý motor odebírá nebo dodává, pracuje-li jao brzda. Při použití tepelného čidla měnič sleduje a vyhodnocuje teplotu motoru a v případě ohrožení motoru ho vypíná. V neposlední řadě při připojení frevenčního měniče nadřazenému systému je možné jeho chování řídit opaovaně podle předem zadaného algoritmu. V laboratořích KEL je dispozici pohon sládající se z hnacího asynchronního motoru a frevenčního měniče Simovert, terý umožňuje provoz asynchronního motoru ve čtyřech vadrantech při salárním a vetorovém řízení (obr.). Podrobný popis měniče společně s matematicým popisem asynchronního motoru je uveden v ap., de jsou popsány možnosti ovládání hnacího asynchronního motoru pomocí jednoduchého ovládacího panelu a digitálních a analogových vstupů a výstupů. Řídící jednoty měniče lze obsluhovat osobním počítačem přes standardní omuniační rozhraní, sběrnici RS, pomocí programu Simovis resp. Drivemonitor a dají se ovlivňovat změnou velého počtu parametrů (asi ). Přesto se dosáhlo určitých výsledů, teré napomohly osvojení ovládání měničů. Zátěží je na společném hřídeli stejnosměrný motor napájený reverzačním řízeným usměrňovačem Simoreg, terým lze nastavit různé typy zatížení ať už onstantního nebo proměnného charateru. Oba motory jsou spojeny spojou a momentovým čidlem. V tomto zapojení může být soustrojí provozováno ve všech čtyřech vadrantech jao střídavý nebo stejnosměrný pohon

6 L L L PE Simoreg Simovert VC P Analogové vstupy a výstupy RS Digitální vstupy a výstupy I P iropočítač iropočítač Digitální vstupy a výstupy Analogové vstupy a výstupy PC F64 IRC ~ = Obr. Bloové schéma pohonu v laboratoři KEL Cíle disertační práce Cílem této práce je prohloubit znalosti o chování asynchronního motoru s frevenčním měničem na onrétním pohonu v laboratoři KEL při různých typech řízení s proměnnou zátěží a najít mezní hranice jeho provozu především z hledisa dynamicých jevů, teré mohou nastat v reálném provozu. Zjištěné poznaty pa bude možné uplatnit v praxi pro řízení sutečných ompliovaných zátěží v průmyslu. První tři apitoly jsou věnovány teoreticému popisu asynchronního motoru s frevenčním měničem a uazují záladní možnosti ovládání frevenčního měniče. Závěrečné dvě apitoly popisují vlastní experimenty a sutečné chování pohonu v různých variantách nastavení vnitřní strutury měniče frevence. Byly prováděny taé experimenty s proměnnou zátěží, vysytující se u reálných zátěží v textilním průmyslu (rozváděcí mechanismus dopřádacího stroje). Na záladě provedených experimentů pa byly posuzovány výhody a nevýhody jednotlivých nastavení parametrů i vnitřního zapojení měniče - 6 -

7 včetně vlivu těchto uspořádání na dynamiu asynchronního motoru, tj. na rychlost rozběhu, vliv změny zátěžného momentu, stabilitu pohonu atd. Stejnosměrný motor je výonově silnější, zatěžuje, případně i brzdí asynchronní motor, je napájen plně řízeným usměrňovačem Simoreg. Ten je možné ovládat pomocí PC přes sériovou linu RS nebo pomocí analogových a digitálních vstupů a výstupů. Pro realizaci zátěžného momentu s proměnlivým průběhem byla využívána multifunční arta Humusoft F 64, terá je součástí počítače v laboratoři. Pomocí této arty je možné snímat něteré eletricé nebo mechanicé veličiny asynchronního motoru, vhodným programem je zpracovat a na záladě zísaných hodnot pomocí analogového vstupu Simoregu ovlivňovat např. požadovaný zátěžný moment. Karta umožňuje zatěžovat asynchronní motor v závislosti na čase, nebo v závislosti na otáčách stroje. Otáčy stroje jsou zísávány z inrementálního čidla, jeho signál je zaveden do jednoty Simovert. Hlavním cílem dotorsé práce bylo prověřit vlastnosti asynchronního motoru napájeného frevenčním měničem při různých způsobech řízení a zatěžování. Práce obsahuje průběhy vstupních eletricých a výstupních mechanicých veličin asynchronního motoru při provozu s čidlem otáče a bez čidla otáče: - soovém nárůstu otáče z lidu do jmenovitých otáče při chodu naprázdno, - soovém zatížení v různých režimech řízení, - realizaci zatěžování motoru v závislosti na čase =f(t), - realizaci zatěžování motoru v závislosti na čase =f(n). Kapitola 5 posuzuje reace motoru při specificém zatěžování pro dva průběhy zátěžného momentu. První z nich je sinusový a sleduje se změna odezvy motoru při čtyřech různých frevencích. I toto měření bylo provedeno pro salární i vetorové řízení s čidlem i bez čidla otáče, aby bylo možné vyhodnotit výhody a nevýhody jednotlivých typů řízení. Pro druhý způsob specificého zatěžování byla převzata data naměřená na reálné průmyslové apliaci v textilním průmyslu. Protože průběh momentu při druhém způsobu zatěžování nabývá ladných i záporných hodnot, je možné uázat vlastnosti motoru při změně znaména zátěžného momentu. Tato měření měla uázat, jestli je možné použít laboratorní pohon při návrhu reálného zařízení, u terého je předem znám zátěžný moment na hřídeli. Poud se moment dynamicy mění, ověřit, zda motor stačí reagovat na změnu zátěžného momentu. Každé měření je podrobně vyhodnoceno a na záladě zísaných průběhů jsou uvedeny důvody, teré se snaží vysvětlit chování asynchronního motoru při onrétním způsobu zatěžování. Práce obsahuje něterá doporučení pro nastavování měniče, jejichž dodržení může zajistit spolehlivý provoz a správně naměřené hodnoty na měniči. V závěru práce jsou uvedeny výhody a nevýhody používání frevenčního měniče Simovert VC. Vyhodnocení chování při jednotlivých provozních stavech motoru je přehledně uvedeno v tabulce, terá pro všechna měření s ohledem na dynamicé vlastnosti a provozní spolehlivost stanovuje optimální variantu řízení.. Popis frevenčního měniče Simovert asterdrives Řada měničů Simovert asterdrives patří mezi frevenční měniče s napěťovým meziobvodem a vyrábí se ve dvou záladních provedeních, v ompatním a vestavném. Frevenční měniče zaujímají v ompatním provedení výonové spetrum od, W do 7 W a ve vestavném provedení od 7 W do 4 W. Tím se tato řada měničů počítá mezi systémy s velmi široým výonovým spetrem. Katedra KEL disponuje jedním z výonově menších měničů, pro napájení motorů se jmenovitým proudem do 6, A, napájecí napětí AC 8 až 48V a s označením 6SE76-EA

8 Po připojení vstupních svore měniče Simovert asterdrives na napětí se toto napětí usměrnění v třífázovém můstu a přes přednabíjecí obvody se stejnosměrné napětí přivede na ondenzátor v napěťovém meziobvodu. Střídač ze stejnosměrného napětí vytvoří metodou pulzně šířové modulace (PW) třífázový systém střídavého napětí s frevencí v rozsahu od Hz do 6 Hz. Řízení měniče je provedeno interní řídicí a regulační eletroniou, funce měniče jsou realizovány prostřednictvím softwaru měniče. ěnič je možné ovládat pomocí standardního ovládacího panelu PU, omfortního ovládacího panelu, OPS řídících svorovnic, seriového rozhraní, po sběrnici prostřednictvím omuniační jednoty. Jao čidla otáče je možné použít téměř všechny druhy impulsních čidel otáče nebo analogových tachodynam... Způsoby parametrování měniče Přizpůsobení chování měniče onrétní apliaci se provádí prostřednictvím parametrů. Každý parametr je jednoznačně určen a označen svým číslem a názvem. Zadávání hodnot parametrů je možné provádět prostřednictvím vestavěného jednoduchého ovládacího panelu PU umístěného na čelním panelu měniče nebo pomocí omfortního ovládacího panelu OPS případně pomocí počítače a programu Simovis/Drive monitor. Obr..4 Ono programu Drivemonitor - 8 -

9 ... Parametrování a provoz měniče pomocí programu Simovis, Drive monitor Nejjednodušším způsobem parametrování je pomocí ompletního seznamu všech parametrů, ve terém si uživatel vyhledá parametr, terý chce změnit. Protože je vša monitorovacích a nastavovacích parametrů velé množství (řádově tisíce), mají programy tendenci zjednodušit procházení mezi nimi pomocí předdefinovaných supin parametrů. Tyto supiny parametrů se pa týají vždy jedné oblasti (např. nastavení regulátoru otáče, nastavení žádané hodnoty atd.). Tyto supiny parametrů najdeme v menu parametr. Něteré supiny parametrů se ještě dělí do Podmenu a týají se různých funcí měniče, jao např. parametry pro tzv. rychlé parametrování, parametry pro nastavení pohonu, parametry pro nastavení silové části měniče atd... Řízení frevenčního měniče Simovert Řízením měniče Simovert se rozumí, jaými prostředy lze ovlivňovat a sledovat chod již naparametrovaného měniče. ezi záladní patří analogové a digitální vstupy a výstupy, teré jsou součástí vybavení jednoty Simovert. Dále je možné jednotu řídit přes připojený osobní počítač, nebo pomocí nadřazeného řídícího systému, teré je nutno měniči připojit přes něteré standardizované rozhraní.... Binární a analogové vstupy a výstupy Všechny veličiny a signály v měniči Simovert jsou reprezentovány číslicovými signály buď ve formátu boolean (binární signály) nebo word (případně double - word), což jsou signály, teré mohou nabývat různých hodnot v předem definovaném intervalu. Chod měniče Simovert lze ovlivnit změnou úrovní digitálních signálů pomocí digitálních vstupů a nastavováním něterých úrovní pomocí vstupů analogových. Pro sledování chodu měniče slouží digitální a analogové výstupy, teré dávají informace o tom, jestli byla dosažena určitá hodnota, nebo je možné sledovat atuální úroveň téměř libovolného signálu uvnitř měniče. ěnič Simovert je ve standardním provedení vybaven dvěmi svorovnicovými lištami s binárními a analogovými vstupy a výstupy. Na řídící svorce X se nacházejí binární vstupy a 4 binární výstupy, teré zároveň mohou sloužit i jao vstupy. Jestli bude příslušný ontat sloužit jao binární vstup nebo výstup se určí příslušným parametrem při uvádění měniče do provozu. Na řídící svorce X se nacházejí analogové vstupy s rozlišením bitů plus znaméno a mohou být buď proudové, nebo napěťové s napájecím napětím ±V. analogové výstupy umístěné na stejné řídící svorce mají rozlišení bitů a znaméno. ohou být využitelné buď jao proudové nebo jao napěťové s výstupním napětím ±V... Regulační schémata měniče, funce něterých nejvýznamnějších bloů Řídící struturu lze realizovat různými způsoby. Frevenční měnič obsahuje 6 záladních řídících strutur: - salární řízení s čidlem otáče, salární řízení bez čidla otáče, salární řízení pro textilní apliace, vetorové řízení s čidlem otáče, vetorové řízení bez čidla otáče, řízení na onstantní moment. (nebylo využíváno)

10 Ve schématech jsou znázorněny pouze nejdůležitější bloy, teré mají zásadní vliv na řízení. Poud je potřeba, např. z důvodu vylepšení regulačního procesu, nastudovat něterou část schématu podrobněji, je možné si patřičný úse vyhledat v Compendiu podle čísla listu, teré je uvedeno v horní části schématu.... Strutura vetorového řízení s čidlem otáče Regulační schéma řídící strutury vetorového řízení s čidlem otáče (obr...) je rozděleno do něolia částí a sice vstup žádané hodnoty, otáčový regulátor, proudové a momentové omezení, proudový regulátor a řídící jednota. Hlavní žádaná hodnota otáče se sčítá s pomocnou žádanou hodnotou a výsledný signál vstupuje do rozběhové a doběhové rampy. Zde se generuje rychlost náběhu otáče a průběh zrychlení. Veliost požadované hodnoty na výstupu z blou rampy prochází omezením. Obr... Regulační schéma vetorového řízení s čidlem otáče Od žádané hodnoty otáče se odečítají sutečné otáčy a tato zísaná odchyla vstupuje do otáčového regulátoru. Výstupem otáčového regulátoru je signál úměrný požadovanému momentu. Z něho se vydělením magneticého tou zísá požadovaná momentotvorná složa proudu I sq. Od zísané momentotvorné složy proudu se odečítá sutečná momentotvorná složa. Odchyla žádané a sutečné momentotvorné složy proudu jde do regulátoru momentotvorné složy proudu. Tootvorná složa proudu se odvozuje od hodnoty požadovaného magneticého tou a z ní se ve výpočtovém blou zísává hodnota tootvorné složy proudu, od teré se odečítá sutečná tootvorná složa proudu a jejich rozdíl je vstupem do regulátoru tootvorné složy proudu. Výstupní veličiny z regulátorů - -

11 momentotvorné a tootvorných slože proudu jsou transformovány z artezsých do polárních souřadnic, čímž se zísá požadovaná veliost fázoru proudu a jeho úhel vzhledem souřadnému systému, terý je spojen se statorem. Signál s požadovanou veliostí proudu vstupuje do výpočetního blou, terý stanovuje hloubu modulace napětí. Ta potom s úhlem a s hodnotou žádané statorové frevence vstupuje do řídící jednoty, terá určuje sled zapalovacích impulsů pro spínací prvy. Regulační schéma vetorového řízení je velmi složité a umožňuje větší ontrolu nad chováním motoru. Téměř znemožňuje přetížení motoru i výonových prvů měniče.. Záladní rovnice frevenčně regulovaného pohonu s asynchronním motorem a jeho matematicý model Experimentální eletricý pohon se sládá z hnacího asynchronního motoru, frevenčního měniče Simovert asterdrives Vetor Control, zátěžného stejnosměrného motoru a řízeného usměrňovače. Výonovou část frevenčního měniče tvoří usměrňovač, stejnosměrný meziobvod a střídač. V této apitole jsou popsány záladní tři části pohonu matematicy... Záladní rovnice asynchronního stroje Regulace všech moderních střídavých pohonů je založena na matematicém aparátě nazvaném Teorie obecného stroje. Při odvození záladních rovnic je uvažován stroj, terý má tři souměrná vinutí K, L, na rotoru a tři souměrná vinutí u, v, w na statoru, obr... u K v L w Obr.. Popis statorových a rotorových vinutí asynchronního motoru Záladem pro odvození rovnic asynchronního motoru jsou napěťové rovnice, jejichž počet je dán počtem vinutí stroje a jsou určeny indučním Faradayovým záonem dψ u = Ri (=u, v, w, K, L, ) (.) dt - -

12 terý udává vazby mezi třemi záladními proměnnými vinutí a sice napětím u, proudem i, a spřaženým magneticým toem Ψ. Vinutí jsou souměrná, pro odpory statorových a rotorových vinutí platí: R R R R w v u = = = (.) R R R R L K = = = (.) Spřažené magneticé toy jednotlivých vinutí jsou dány magneticými toy vytvořenými proudem uvažovaného vinutí a proudy vinutí, terá s ním mají magneticou vazbu. Obecně tedy můžeme pro lineární obvody psát rovnici pro spřažený to: = Ψ = Ψ j j i L, (.4) de L (L jj ) jsou vlastní indučnosti j tého ( tého) vinutí, L j = L j jsou vzájemné indučnosti vinutí j a vinutí. Poud rovnice dosadíme do matice soustavy rovnic spřažených magneticých toů (.5), dostaneme rovnice s periodicými časově závislými činiteli: = Ψ Ψ Ψ Ψ Ψ Ψ L K w v u L K w v u i i i i i i L L L L L L. (.5)... Lineární transformace statorových veličin Ke zjednodušení záladních rovnic popisujících asynchronní motor se používá pro odstranění periodicých oeficientů lineární transformace d, q, (Parova transformace). Označíme-li původní proměnné veličiny fází u, v, w statoru obecně x u, x v, x w a nové transformované veličiny statoru x d, x q,,x platí = π π w v u d d x x x x (.6) = π π w v u q q x x x x (.7) ) ( w v u x x x x = (.8) Úhel je obecný a odpovídá obecné (libovolně zvolené) rychlosti ω transformačních souřadných os d, q podle vztahu: t dt ω = (.9) Protože determinant soustavy rovnic.4 až.6 je nenulový, je tato transformace jednoznačná při d, q, - -

13 d d d π q π d π q π = d q (.) Transformační činitele d, q, lze volit libovolně mimo nulové hodnoty. Je možné je volit různě i pro transformaci napětí, proudů a magneticých toů. V dalším textu jsou transformační činitelé voleni stejně pro napětí, proudy a magneticé toy. Ke zpětné transformaci je třeba vynásobit rovnici.6 výrazem ( )/ d a sečíst s rovnicí.7, předtím násobenou výrazem (sin )/ q. (.)... Lineární transformace rotorových veličin Transformace lineárních veličin závisí na volbě úhlu ve vztazích pro lineární transformaci statorových veličin. Vztahy pro transformaci rotorových veličin se odvozují ze vztahu pro spřažené magneticé toy, transformované na veličiny d, q,. Po transformaci rotorových veličin se spřažené rotorové toy zjednoduší na tvar: Ψ = i L i (.) d q L d D L iq LiQ Ψ = (.) Ψ = L i (.4) o o o de L = L, L =, L = L (.5) Lineární transformací statorových a rotorových veličin na spřažené magneticé toy rotoru je: Ψ = i L i (.6) D L D d Q= L iq Liq = Li L Ψ (.7) Ψ (.8) de L = (.9) L = L (.) L = L = (.)... Lineární transformace napěťových rovnic Použitím transformace d, q,, definované rovnicemi (.6) (.8) lze odvodit transformované napěťové rovnice asynchronního stroje. Rovnice pro transformovaná statorová napětí pa vypadají tato: dψd ud = R id ωψq (.) dt dψq uq = R iq ωψq (.) dt dψ u = Ri (.4) dt Stejný způsobem by se postupovalo pro odvození lineární transformace napěťových rovnic rotoru: - -

14 dψd ud = R id ( ω ω) ΨQ (.5) dt dψq uq = R iq ( ω ω) ΨD (.6) dt dψ u = Ri (.7) dt Tím bylo zísáno šest transformovaných napěťových rovnic (.) až (.7) a šest transformovaných rovnic pro spřažené magneticé toy (.) až (.4) a (.6) až (.8). Soustava rovnic je při šesti známých svorových napětích a zvolené rychlosti ω soustavou, ve teré je třináct neznámých a sice šest proudů, šest spřažených magneticých toů a úhlová rychlost ω. Tato soustava rovnic je úplná jen při zadané např. onstantní rychlosti. V obecném případě proměnné rychlosti se musí soustava rovnic doplnit ještě pohybovou rovnicí a rovnicí vnitřního momentu stroje, terou je možné odvodit v následujících tvarech: m = pl( idiq iqid ) (.8) m = pl( iqid idiq ) (.9) Doplněním rovnice pro moment soustavě rovnic s napětími a spřaženými magneticými toy je soustava rovnic úplná a může popsat libovolný provozní stav asynchronního motoru... Záladní rovnice neřízeného usměrňovače Stejnosměrné napětí v meziobvodu zísává jednota Simovert z neřízeného trojfázového můstového šestipulzního usměrňovače, obr.... L V V V5 L U d L V V4 V6 Obr... Třífázový můstový šestipulzní usměrňovač Usměrňovač je napájen přímo z napájecí sítě sdruženým napětím a poud není na jeho výstup zapojen ondenzátor, je na výstupních svorách mírně zvlněné stejnosměrné napětí. Které diody se podílejí současně na vedení proudu, záleží na oamžitých poměrech v síti. V horní řadě vede vždy proud ta z diod, na jejíž atodě je ladný potenciál největší. Na zbývajících diodách bude závěrné napětí rovné sdruženému napětí příslušné fáze a fáze diody, terá vede. V dolní řadě diod bude ve vedení dioda, jejíž potenciál atody je nejnižší. Na zbývajících dvou diodách je potom závěrné napětí rovné sdruženému napětí příslušné fáze a fázi diody, terá vede proud, obr... Střední hodnotu usměrněného napětí je možné odvodit následovně: 6 π 6 U d ( AV ) = π U sinωtd( ωt) = U = U s (..) π π π - 4 -

15 Obr... Usměrněné napětí třífázového neřízeného můstového usměrňovače de U je efetivní hodnota fázového napětí a U s je efetivní hodnota sdruženého napětí. Poud je na výstupu usměrňovače ohmicá zátěž, pro výstupní proud usměrňovače platí: U d ( AV ) I d ( AV ) = (..) R.. Střídač Střídače slouží ve frevenčních měničích přeměně stejnosměrného napětí meziobvodu na střídavé napájející asynchronní motor. Typů střídačů existuje celá řada. Ve frevenčních měničích se nejvíce používá napěťový střídač s vlastní omutací, obr.... L U d - U K U A V V4 V6 B V i b V5 V C U A U B i a i c U C Obr.. Třífázový střídač napájející třífázový motor - 5 -

16 Šířově pulzní řízení Nejčastějšími způsoby řízení výstupního napětí střídače jsou: amplitudové řízení, u něhož je výstupní napětí střídače přímo úměrné vstupnímu stejnosměrnému napětí, šířové řízení, u terého se efetivní hodnota výstupního napětí mění změnou doby vedení spínacích prvů šířově pulzní řízení, teré se realizuje střídavým zapínáním a vypínáním napětí zdroje pomocí měniče na zátěž vícerát za dobu výstupní periody napětí. Konrétní způsoby modulace se liší podle požadavu na průběh výstupního napětí. V ideálním případě by měl být průběh výstupního napětí sinusový. Je vša vždy deformován nežádoucími harmonicými, jejichž veliost a složení je třeba sledovat v souvislosti s oteplením motoru a se vzniem pulzačních momentů a hluu

17 . Teorie salárního a vetorového řízení Frevenční měnič Simovert umožňuje provoz pohonu ve třech záladních režimech: salární řízení, vetorové řízení, přímé řízení momentu. Dále jsou uvedeny principy a charateristiy salárního a vetorového řízení obecně a uvedeny možnosti řešení řídících obvodů, teré z těchto záladních vztahů vycházejí... Salární řízení Salární řízení umožňuje jednoduchým způsobem řídit otáčy eletricých pohonů s asynchronním motorem. Při salárním řízení jsou všechny proměnné veličiny považovány za salární. V optimálních podmínách je zajišťován chod pouze v ustáleném stavu, což neumožňuje dosáhnout špičových dynamicých parametrů. Pro regulaci rychlosti změnou statorového mitočtu rozeznáváme dva záladní způsoby řízení: - při onstantním statorovém tou Ψ, - při onstantním statorovém napětí U. Oba typy řízení mají vliv na vlastnosti motoru a rozdělují jeho pracovní oblast na dvě části a sice na oblast stálého momentu a oblast stálého výonu.... Řízení rychlosti při onstantním statorovém tou Provozovat asynchronní motor při stálém statorovém tou je možné při frevencích od nuly do jmenovité (<f<f n ). V této oblasti lze taé udržovat onstantní proud (I =onst) a tím i moment motoru. Poud máme dodržet podmínu onstantního statorového tou, je potřeba se řídit lineární závislostí mezi statorovým napětím a statorovým mitočtem. Pro oblast řízení s onstantním momentem a onstantním magneticým toem vycházíme pro obvod statoru z rovnice (.), platnou pro jednu fázi statorového vinutí. de: j t Ψ ) e ω a ω=.π.f. ) dψ = Ri, (..) dt u = Ψ Poud je provedena derivace tou v rovnici (..) podle času, je: u = Ri fψ (..4) de - numericá onstanta vznilá při derivování. Zanedbáním statorového odporu a dodržením podmíny onstantního statorového tou Ψ=onst., je závislost U =f(f ) ve tvaru: U! U U = Ψf Ψ = = onst = onst f f (..5) Poud požadujeme, aby magneticý to motoru ψ byl v této oblasti onstantní, musí být napětí U upravováno podle frevence f. Jedná se o tzv. frevenčně napěťové řízení (řízení typu U /f ). Při zanedbání statorového odporu R platí i další charateristicé závislosti mezi jednotlivými veličinami asynchronního motoru: ) dψ U = Ψf dt (..6) = ΨI = onst (..7) P =. ω f P f (..8) - 7 -

18 Se snižující se napájecí frevencí již výše uvedené vztahy přestávají platit. Hodnota R se přibližuje ω.l σ, úbyte na odporu statoru v rovnici..4 nelze vůči úbytu na rozptylové reatanci zanedbat a musí být ompenzován, tzn. napětí musí lesat pomaleji, než odpovídá polesu mitočtu. Při této ompenzaci i při nízých otáčách bude asynchronní motor pracovat s onstantním magneticým toem.... Oblast onstantního výonu Asynchronní motor se nachází v této oblasti, poud je napájen napětím s frevencí vyšší než je frevence jmenovitá (f>f n ). Poud bychom chtěli dodržet vztahy uvedené v ap..., muselo by se s frevencí zvyšovat i napětí nad jmenovitou hodnotu U n. Protože většina motorů nemá dostatečnou napěťovou rezervu, lze motor provozovat maximálně při jmenovitém napětí, teré pa i přes zvyšující se frevenci zůstává onstantní (U =onst). Důsledem toho je poles magneticého tou a s ním i momentu. Protože předpoládáme U=onst a I=onst., onstantní zůstává pouze výon, moment motoru se se změnou statorové frevence mění, ja vyplývá z následujících rovnic: P U. I = onst. (..9) U = Ψ f Ψ = f (..) = Ψ I (..) f P = Ω = π f = ( f f ) = onst (..) I I f f f (..) Ψ Ψ Výše uvedeným zjednodušením je možné asynchronní motor se salárním řízením přirovnat e stejnosměrnému motoru s cizím buzením (obr...)... Vetorové řízení Řídící strutury pro salární řízení vycházejí ze vztahů pro ustálené stavy a ta dobře vyhovují pohonům s onstantní zátěží nebo malým změnám zatížení a otáčivé rychlosti. Uvádí se, že při rychlých změnách zatížení již strutury zajišťující salární řízení nevyhovují a pro dynamicy náročné pohony je nutné použít strutury s vetorovým řízením. Ja vyplývá ze závěrů této práce, u frevenčního měniče Simovert tato tvrzení platí pouze částečně.... Princip vetorového řízení Záladní myšlenou je snaha o dosažení podobných regulačních vlastností jao u stejnosměrného stroje s cizím buzením. U stejnosměrného cize buzeného motoru je poloha vetoru magneticého tou vázána se statorem a jeho veliost je určena veliostí budícího proudu. Další regulovanou veličinou je proud motoru, a tím i moment na hřídeli. Díy odděleným budícím vinutím, vinutím otvy a samostatným napájecím zdrojům je pa možné obě složy řídit odděleně. Pro dodržení taovýchto požadavů u asynchronního motoru je potřeba vycházet z náhradního schématu (obr...) a fázorového diagramu na obr

19 I S L σ R S L Sσ I R I U R /s Ui U Obr... Náhradní schéma U β jx σs I s R I q U i I Sq I S I I R Ψ H α I Sd Ψ R L σr I R d I R Obr... Fázorový diagram napětí a magneticých toů Největší význam pro vetorové řízení má fázor statorového proudu I S. Směr proudu I S je stejný s fázorem magnetomotoricého napětí F. Rozladem proudu I S do os d a q na složy I sd a I sq rotující shodně s rotorem zísáme tootvornou a momentotvornou složu proudu I S. Z fázového diagramu magneticých vetorů je zřejmé, že hlavní magneticý to je olmý na fázor U i a má směr osy x souřadnicového systému spojeného se statorem. Po součtu hlavního magneticého tou s vetory j.l σ.i S a j.l σ.i R zísáme statorový a rotorový magneticý to. Rotorový magneticý to má směr osy d rotujícího souřadného systému. Záladní myšlena vetorového řízení je založena na udržování onstantní veliosti a polohy zvoleného vetoru magneticého tou souvisejícího s tootvornou složou statorového proudu se současnou možností změny momentotvorné složy statorového proudu. Protože nepracujeme s reálnými proměnnými stroje, ale s proměnnými transformovanými do souřadnicového systému, terý je dán polohou vetoru zvoleného magneticého tou, musíme zísat informace o veliosti a poloze tohoto vetoru. Teorie vetorového řízení využívá transformovaných statorových veličin do systému α - β, terý je pevně spojen se statorem a transformovaných rotorových veličin do systému d - q, terý se otáčí sutečnými otáčami rotoru. Tyto transformace byly využitý z toho důvodu, že je využívá i frevenční měnič Simovert, ja je patrno z ap

20 4. Experimentální část Experimentální část práce si lade za cíl uázat záladní vlastnosti asynchronního motoru s frevenčním měničem Simovert aster Drive v provozních stavech. V podapitolách jsou popsána realizovaná měření, terá využívají regulační schémata pro následující varianty řízení frevenčního měniče: A. vetorové řízení s čidlem otáče, B. salární řízení s čidlem otáče, C. vetorové řízení bez čidla otáče, D. salární řízení bez čidla otáče. Vlastnosti pohonu jsou vyhodnocovány při dvou záladních provozních stavech: - při chodu naprázdno - a při jmenovitém zatížení P n (v něterých případech při 75% n ). Po aždé změně regulačního schématu bylo provedeno automaticé nastavení měniče. Potom byly odměřeny záladní průběhy s tímto nastavením a následovaly případné úpravy parametrů ta, aby se zlepšily dynamicé vlastnosti pohonu. Při vetorovém řízení (varianty A a C) bylo využito toho, že měnič umožňuje zobrazit a zaznamenat nejen celový výstupní proud měniče, ale taé jeho momentotvornou a tootvornou složu. Dále jsem zaznamenával veliost momentu motoru, výstupního napětí, žádanou a oamžitou hodnotu otáče a žádanou frevenci statoru. U regulačních schémat, terá využívají salární řízení (varianty B a D) je možné zaznamenat pouze tootvornou složu proudu, bohužel nelze měřit složu momentotvornou. ěřenými veličinami byly tedy: výstupní napětí a proud z měniče, statorová frevence a žádaná a sutečná rychlost otáčení. K záznamu a přenosu dat z měniče do PC byl používán podprogram Trace. Veličiny jsou uládány v procentních hodnotách vztažených referenčním hodnotám uvedeným v tabulce 4.. Průběhy veličin je v programu možné uládat v různých formátech, já jsem zvolil formát *.txt a tyto soubory jsem pa graficy zpracoval do formátu *.xls (S Excel). Veličina Parametr Číslo parametru Referenční hodnota Proud RefAmps P5,9 A Napětí RefVolts P5 4 V Frevence RefFrequency P5 5 Hz Otáčy RefSpeed P5 min - oment RefTorque P54 5 N*m 4.. ěření naprázdno Tabula 4.. Referenční parametry Na obr. 4..(str.) je uspořádání experimentálního pracoviště. Při měření naprázdno je napájen pouze asynchronní motor z jednoty Simovert ovládané přes sběrnici RS osobním počítačem, am jsou též přenášena data zaznamenaná měničem ěření naprázdno v režimu vetorového řízení s čidlem otáče (A) Regulační schéma bylo popsáno v předchozí apitole a je uvedeno na obr... Z naměřených průběhů je patrné (graf 4.), že po optimalizaci měniče není otáčový regulátor - -

21 nastaven příliš dobře. otor se rozbíhá s velým přemitem oamžité rychlosti, terý dosahuje 5%. Otáčy se ustálí za, seundy. Poud bylo třeba zvýšit rychlost rozběhu motoru, musela se provést něterá opatření. Především navýšit hodnotu proudového a momentového omezení z hodnoty % na % pro oba směry otáčení. Potom bylo upraveno nastavení onstant otáčového regulátoru. Nejlepší dynamiy rozběhu dosáhl motor při zesílení otáčového regulátoru P = a integrační onstantě I = ms (graf 4.). Při tomto nastavení došlo e značnému zrácení rozběhu motoru, o,5 s. Otáčy motoru mají sice přemit, terý vša dosahuje maximálně,5 % a ustálení nastalo v čase, s (%) 6 4 n/f(žád.), f(žád.,stator), otoroment, rychlost motoru(sut),5,5,5 - Graf 4. Rozběh naprázdno z na % jmenovitých otáče, upraveny onstanty otáčového regulátoru (varianta A) t (s) 5 5 Isq(sut), Výstupní proud Isd(sut.), n/f(žád.), I(o., sut.) 5 (%),5,5, t (s) Graf 4. Průběhy proudů při rozběhu motoru naprázdno na % jmenovitých otáče naprázdno po úpravě onstant otáčového regulátoru (varianta A) - -

22 V tabulce 4. je uveden pro srovnání přehled všech naměřených rozběhů naprázdno pro různé typy řízení a pro různé nastavení otáčového regulátoru. Druh řízení Nastavení onstant ot. regulárotu Doba rozběhu (s) Salární řízení s čidlem otáče P =4, I = 4ms, Salární řízení bez čidla otáče P =4, I = 4ms, Vetorové řízení s čidlem otáče P =,7, I = 4 ms, Vetorové řízení s čidlem otáče P =, I = ms, Vetorové řízení bez čidla otáče P =,68, I = 68 ms, Vetorové řízení bez čidla otáče P =, I = 6 ms, Tabula 4.. Srovnání rozběhových dob pro různé způsoby řízení a nastavení onstant regulátoru otáče 4.. ěření při zatížení Bloové schéma při řízeném zatěžování je na obr. 4. Obr. 4. Bloové schéma při řízeném zatěžování ěnič Simovert je připojen sériovým rozhraním RS počítači PC. ěnič napájí a ovládá hnací asynchronní motor. Průběhy požadovaných veličin jsou zaznamenávány prostřednictvím programu Simovis/Drivemonitor do počítače. Řízenou zátěží je stejnosměrný motor s cizím buzením, terý je napájen řídicí jednotou SIOREG firmy SIEENS ěření při zatížení v režimu vetorového řízení s čidlem otáče (A) Tato apitola uazuje chování zatíženého asynchronního motoru s frevenčním měničem v režimu vetorového řízení s čidlem otáče. Při měření byly zaznamenávány stejné veličiny jao při měření naprázdno (ap 4.). Všechna měření jsou provedena po automaticé parametrizaci měniče a po úpravě onstant otáčového regulátoru ta, aby doba rozběhu byla nejratší. - -

23 Grafy 4. a 4.4 uazují chování motoru při změně zatížení z na %, požadované otáčy byly onstantní na hodnotě %, obr Zátěžový so může simulovat praticý případ, při terém motor pohání dopravní pás. % zátěž odpovídá stavu, při terém pás jede naprázdno a % zátěž odpovídá stavu, při terém je dopravní plně naložen. Z obou grafů vyplývají následující sutečnosti. Podle očeávání při nárůstu zatížení prudce roste momentotvorná složa proudu a mírně vzrůstá i tootvorná složa. Jejich vetorovým součtem dostáváme celovou hodnotu proudu, terá mírně přeračuje hodnotu % (modrá řiva v grafu 4.), tj. jmenovitý proud motoru. Poud byla snaha dosáhnout zvýšení tohoto proudového přemitu, bylo zjištěno, že je určen výstupní maximální hodnotou proudu z blou Automaticá hodnota proudového omezení, terá se již nedá ovlivnit. 8 (%) 6 4 Isq(sut.), výstupní proud Isd(sut), n (žád.),,5,5,5 t (s) Graf 4. Průběhy proudů při změně zatížení z na %, (varianta A) 8 (%) 6 4,5,5,5 t (s) f(žád.,stator), otoroment, oamžitá rychlost motoru n (žád.), Graf 4.4. Průběhy mechanicých veličin motoru při změně zatížení z na %, (varianta A) - -

24 Důsledy jsou vidět na grafu 4.4, dochází polesu požadované statorové frevence motoru. S tím souvisí poles otáče motoru. Teprve pa dojde nárůstu momentu motoru, terý dosáhne svého maxima a ustálí se. Se vzrůstem momentu motoru narůstají otáčy na n n. Z grafů vyplývá, že měnič brání i rátodobému přetížení motoru snížením statorové frevence, čímž dojde polesu otáče. V práci jsou uvedeny a vyhodnoceny i další případy zatěžování asynchronního motoru, teré umožňují přímé řízení zátěžného momentu stejnosměrného motoru. 4.. Chování pohonu při jiném než soovém zatěžování Kapitola 4. uvádí, že je možné měřit chování asynchronního motoru s frevenčním měničem při soové změně zátěže. Pomocí multifunční arty Humusoft F64 je možné sledovat chování motoru při změnách zátěže, terá se mění podle veliosti atuálních otáče nebo se mění v závislosti na čase buď periodicy nebo neperiodicy. Ja lze předpoládat, nejhoršími změnami zatížení jsou změny soové, při jiném způsobu zatěžování jsou na asynchronní motor ladeny menší dynamicé nároy. K realizaci předem definovaných změn zátěže je nutné mít dispozici vhodný zdroj řídicího napětí v rozsahu ± V, jehož výstup lze zapojit do analogového vstupu Simoregu, čímž dosáhneme předem definovanou hodnotu zátěžného momentu. V našem případě jao generátor regulovaného řídícího napětí slouží multifunční arta Humusoft F Shrnutí naměřených vlastností Kapitola 4 se zabývala experimentálním ověřením chování asynchronního motoru s frevenčním měničem Simovert v záladních provozních stavech. Je zcela zřejmé, že není možné vantifiovat ta složité zařízení, jaým je frevenční měnič, na záladě něolia laboratorních pousů. Vypovídací schopnost ale měření mají a dílčí závěry je možné vyslovit. Především se uázalo, že vetorové řízení nemusí být vždy rychlejší a přesnější než řízení salární. Ja z měření vyplynulo, v našem onrétním případě F je řídící algoritmus naprogramován ta, že chrání motor a výonové členy měniče před možným přetížením na úor dynamiy řídícího chodu. Při salárním řízení měnič průto většího proudu umožní, ale pouze do doby, než by mohlo dojít jeho vlastnímu pošození. Při větších namáháních může dojít náhlému vypnutí. Tomuto stavu lze samozřejmě předcházet omezením maximálního proudu a momentu. ěření dále proázala, že automaticé nastavení parametrů regulátoru otáče nemusí vždy nastavit parametry na nejlepší možnou úroveň a je proto téměř nezbytné v případě rychlých dynamicých dějů automaticy nastavené parametry origovat. To, co mírně zhoršuje řízení pohonu a výrazně ovlivňuje regulační proces je zařazení neurčitých bloů ve všech regulačních schématech, do nichž nelze zasahovat. 5. Asynchronní motor s frevenčním měničem při specificém zatěžování 5.. Zatěžování se sinusovým průběhem Protože asynchronní motor je prve značně nelineární, hlavním cílem a smyslem měření bylo objetivně posoudit chování asynchronního motoru při zátěži, terá se mění podle sinusové závislosti, a zda bude asynchronní motor schopen reagovat na změnu zátěžného momentu při zvyšujících se frevencích

25 Průběh měření: pro aždou variantu řízení A D byl motor automaticy naparametrován pomocí optimalizačních algoritmů. Potom byly podle potřeby upraveny parametry otáčového regulátoru podle hodnot uvedených v tab. 4.. Následně byl motor roztočen na jmenovité otáčy, po té byl spuštěn stejnosměrný motor pracující v momentové smyčce a naonec byla v atlabu spuštěna simulace, jejímž výsledem byl sinusový průběh s požadovanou frevencí od 5 do 5 Hz. Tento signál byl zapojen do analogového vstupu Simoregu a vytvářel ta moment zatěžující asynchronní motor. Reace asynchronního motoru byla určena frevenčním měničem a přes sběrnici RS byly hodnoty přeneseny do osobního počítače Vetorové řízení s čidlem otáče a sinusovou zátěží V grafu 5.? je průběh záladních veličin asynchronního motoru při sinusovém zatěžování s frevencí 5 Hz. Srovnáním jednotlivých průběhů pro tuto variantu řízení při různých frevencích lze zjistit následující tendence. Se vzrůstající frevencí dochází e zvýšení počátečního polesu otáče a e snížení veliosti rozmitu otáče. Je to způsobeno tím, že při vyšších frevencích zátěžného momentu je nárůst zátěže mnohem strmější, ale doba působení zátěže je ratší. Velmi podobný trend mají i průběhy momentu a žádané statorové frevence. 8 (%) 6 4,5,5 čas (s) Graf 5. Veličiny asynchronního motoru při sinusové zátěži, 5 Hz Isq(sut.), výstupní proud Isd(sut.), n (žád.) Poud se týá průběhů proudů, se zvyšující se frevencí (graf 5.) dochází e snížení veliosti oscilací, střední hodnota výstupního proudu se vša nemění a zůstává na hodnotě 7,5%. Velmi zvláštně se chová tootvorná složa proudu, neboť již od frevence Hz dochází tomu, že rátce po připnutí neopíruje zátěžný moment, ale po dobu polesu otáče motoru setrvává poblíž střední hodnoty a změny momentu sleduje až po té, co otáčy mitají olem své žádané hodnoty

26 8 (%) 6 4,5,5 čas (s) f(žád,stator), otor. oment n (žád.) otáčy motoru Graf 5. Asynchronní motor při sinusovém zatížení s frevencí 5 Hz (Varianta A) 5... Srovnání chování motoru při sinusovém zatěžování při různých variantách řízení Z naměřených výsledů vyplývá, že salární a vetorové řízení reaguje na tento onrétní typ zatěžovacího momentu zcela rozdílně. Velmi důležitý je pro oncového uživatele průběh otáče. Z uvedených průběhů je zcela zřejmé (grafy 5. ), že u vetorového řízení mají průběhy otáče větší rozmit, terý s rostoucí frevencí lesá. Střední ustálená hodnota otáče se pohybuje v rozmezí ± % požadovaných otáče. Pro řízení salární je rozmit největší pro 5 Hz, s vyššími i nižšími frevencemi lesá a střední hodnota otáče se pohybuje % pod n ž. U varianty bez čidla otáče je střední hodnota na úrovni 97 % žádaných otáče. Další veličinou je výstupní proud. Zde lze zcela jednoznačně prohlásit, že veliost výstupního proudu je o - 5% větší u salárního řízení než u vetorového. U vetorového řízení dochází se zvyšováním frevence zatěžování zmenšování rozmitu výstupního proudu, u řízení salárního je rozmit největší pro frevence Hz. Pro požadovanou statorovou frevenci je z grafů vidět, že u vetorového řízení se průběh mění se změnou zátěžné frevence a má zásadní vliv na výsledné otáčy motoru, zatímco u salárního řízení se mění pouze minimálně a je v protifázi otáčám motoru. Z jednotlivých podružných závěrů vyplývajících z průběhů něterých veličin vyplývá, že pro tato se měnící zátěž není možné zcela jednoznačně označit, terá z provozovaných variant řízení je lepší. Záleží na oncovém uživateli, zda-li bude motor provozovat s velým rozptylem otáče a s přesnější výslednou střední hodnotou, nebo motor bude mít rozptyl otáče menší, ale s vyšší spotřebou a s nižší střední hodnotou otáče, terou je možné upravit navýšením požadovaných otáče

27 5.. Asynchronní motor s frevenčním měničem při zatížení rozváděcím mechanismem na dopřádacím stroji Průběhy momentů, terými jsou v průmyslu zatěžovány hnací stroje, mohou nabývat rozmanitých forem. Stanovit, terý pohon, a terý způsob řízení je pro dané zařízení nejlepší může být velmi obtížné. Částečně při rozhodování poslouží dnes často používané počítačové modelování. Žádný z modelů vša není zcela doonalý a zohlednit vešeré fatory do zjednodušeného modelu je téměř nemožné, např. vůli obtížnosti resp. nemožnosti měření něterých oeficientů. Soustrojí, se terým bylo experimentováno, umožňuje reálně zařízení vyzoušet, zda by byl tento onrétní pohon vhodný pro pohánění daného zařízení nebo mechanismu. Dá se jistě namítnout, že zísané průběhy otáče a ostatních veličin jsou platné pouze pro daný výon motoru a v jiných případech se již motor může chovat jina. Je třeba si vša uvědomit, že frevenční měnič asterdrive Vetor Control 6SE7 je určen pro výonovou řadu až do jmenovitého proudu 759 A a algoritmus řízení je pro všechny výonové řady stejný. Dá se tedy předpoládat, že poud má motor určité vlastnosti se zátěží, terá se mění v rozsahu 5 % jmenovitého výonu měniče, ta díy stejnému algoritmu řízení se bude chovat přinejmenším podobně pro,, A, s tím rozdílem, že odebírané proudy budou větší. Obr. 5. odel v atlabu části rozváděcího ústrojí s výstupem na artu Humusoft K vysledování chování motoru se sutečnou zátěží, vysytující se na reálném zařízení, bylo využito spolupráce atedry KEL s Výzumným ústavem textilních strojů v Liberci, terý posytl průběh úhlového zrychlení na hřídeli rozváděcího soustrojí dopřádacího stroje. Dopřádací stroj slouží e zpracování polotovaru ve formě pramene z přírodního nebo synteticého materiálu na přízi. Úolem rozváděcího zařízení je rozvést příze na její dutinu po definované trajetorii. Vytvořený návin ta musí splňovat požadavy stanovené navazujícími zpracujícími technologiemi. Na obr. 5. je model rozváděcího mechanismu v programu atlab Simulin. Úroveň zatížení asynchronního motoru je dána veliostí požadovaného zátěžného momentu stejnosměrného motoru. Bylo proto nutné zísaný průběh úhlového zesílení upravit na přijatelnou úroveň ta, aby ho bylo možné použít jao požadovanou hodnotu momentu. d( J ω) dω dj dj d = z = = J ω = J ε ω (5..) dt dt dt dt oment je dán součinem úhlového zrychlení a momentu setrvačnosti J, úpravou hodnoty úhlového zrychlení došlo zahrnutí momentu setrvačnosti do hodnoty dynamicého - 7 -

28 momentu d. oment setrvačnosti se sládá z momentu setrvačnosti motoru, hřídele a poháněného soustrojí. Jeho hodnota nebyla známa, úpravou hodnot úhlového zrychlení se stal onstantou. aximální hodnotu momentu jsem zvolil ta, že dosahovala hodnoty jmenovitého zatížení. Průběh zátěžného momentu spolu s proudem otvy stejnosměrného motoru je na grafu 5... ěření pro všechny varianty řízení A D byla provedena pro dvě hodnoty požadovaných otáče a sice pro jmenovitou hodnotu otáče motoru a pro hodnotu otáče, teré odpovídají rychlosti otáčení reálného stroje, graf (%),5, čas (s) proud otvy moment momen pož. Graf 5.. Proud a moment stejnosměrného motoru se zátěží rozváděcím mechanismem (měřeno pomocí Simoregu) 5... Asynchronní motor s frevenčním měničem při zatěžování rozváděcím mechanismem a různých variantách řízení s čidlem otáče Vlastní měření probíhalo ta, že asynchronní motor byl pomocí frevenčního měniče Simovert roztočen na požadované otáčy. Frevenční měnič byl pro aždou variantu řízení optimalizován a parametry regulátoru byly upraveny dle tabuly 4.. Potom byl spuštěn stejnosměrný motor a naonec spuštěna simulace v atlabu. Pomocí vhodného nastavení zapínacího impulsu v měniči Simovert byl spuštěn záznam dat a tato data byla přenesena do počítače. V grafu 5.. a 5.. jsou průběhy mechanicých a eletricých veličin při zatěžování momentem, terý je určen rozváděcím mechanismem při jmenovitých otáčách a vetorovém řízení s čidlem otáče

29 8 Isq(sut.), výstupní proud Isd(sut.), n (žád.) 6 (%) 4,5, čas (s) Graf 5.. Proudy as. motoru při zatížení dané rozváděcím mechanismem, jmenovité otáčy (varianta A) 4 8 (%) 6 4 f(žád,stator), otor. oment n (žád.) otáčy motoru,5,5 - čas (s) Graf 5.. Průběhy otáče a momentu při zatěžování navíječovým mechanismem, jmenovité otáčy (varianta A) 5... Vyhodnocení chování motoru s reálnými zátěžemi při různých variantách řízení Ja měření uázala, požadovaný moment je motor schopen nejlépe dosáhnout při salárním řízení s čidlem otáče. U ostatních případů řízení je rozptyl otáče olem požadovaných až dvojnásobný. ěření dále uázala, že dyž při zátěži došlo polesu otáče o % při jmenovitých otáčách, při nižších otáčách je tento poles minimálně stejný. Proto poud je to možné, doporučoval bych provozovat motor při jeho jmenovitých otáčách, - 9 -