Прямое управление крутящим моментом привода асинхронного двигателя
Этот пример демонстрирует регулирование скорости привода переменной частоты переменного тока с помощью основанного на гистерезисе метода управления прямым крутящим моментом (DTC).
Электрическая модель
Электроэнергия обеспечивается трехфазным диодным выпрямителем переменного/постоянного тока, подключенным к сетевому эквиваленту 460 В, 60 Гц. Шина постоянного тока соединяется с трехфазным двухуровневым преобразователем. Этот преобразователь генерирует переменное напряжение и частоту, необходимые для операции асинхронного двигателя 150 л.с. В сложение тормозной измельчитель соединяется с шиной постоянного тока порядка чтобы рассеять кинетическую энергию двигателя во время замедления.
Приводом асинхронного двигателя с инвертором можно управлять с помощью различных методов в зависимости от применения, желаемой эффективности и сложности проектирования контроллера. Обычно используемые схемы являются скалярным управлением (В/Гц цикл управления или регулирование потока разомкнутого контура) или векторным управлением (векторное управление или прямое управление крутящим моментом). Этот пример использует основанный на гистерезисе метод управления прямым крутящим моментом (DTC).
Контроллер прямого крутящего момента
Управление прямым крутящим моментом (DTC) является методом, который позволяет мгновенно управлять магнитным потоком двигателя и его электромагнитным крутящим моментом в развязке. Управление крутящим моментом непосредственно позволяет точно регулировать статическую и динамическую скорость. Основными компонентами подсистемы DTC являются:
Вычисление потока и крутящего момента - редактирование статора оценивается путем интегрирования напряжений статора, и крутящий момент вычисляется на основе предполагаемого потока и токов мотора.
Регулятор Скорости - Регулятор сравнивает фактическую скорость двигателя с ссылкой скорости и генерирует ссылку крутящего момента.
Управление Гистерезисом - вычисленные величины потока и крутящий момент сравниваются с контрольными значениями. Когда результирующая ошибка потока или крутящего момента пересекает либо положительное, либо отрицательное значение полосы гистерезиса, порядок для исправления ошибки активируется управляющий сигнал.
Оптимальное Переключение - Импульсы к инвертору двигателя генерируются на основе сигналов управления, генерируемых управлением гистерезисом и положением редактирования статора.
Рисунок ниже иллюстрирует стратегию, используемую для определения наилучшего вектора напряжения, когда редактирование потока находится в секторе 0.
На изображении показаны четыре случая:
V3 выбирается, когда электромагнитный крутящий момент должен быть увеличен, и поток должен оставаться неизменным. Выбор вектора V3 напряжения ускоряет поток и, таким образом, применяет крутящий момент ускорения к ротору с небольшим уменьшением величины потока.
V2 выбирается, когда электромагнитный крутящий момент должен быть увеличен и поток должен быть увеличен. Выбор вектора V2 напряжения немного ускоряет поток и увеличивает его величину.
V6 выбирается, когда электромагнитный крутящий момент должен быть уменьшен, и поток должен быть увеличен. Выбор вектора V6 напряжения замедляет поток и, таким образом, применяет крутящий момент замедления к ротору с одновременным увеличением величины потока.
V5 выбирается, когда электромагнитный крутящий момент должен быть уменьшен, и поток должен оставаться неизменным. Выбор V5 вектора напряжения применяет крутящий момент замедления к ротору и немного уменьшает величину потока. Обратите внимание, что векторы V1 и V4 напряжения не выбраны в секторе 0. Использование этих двух векторов оказало бы слишком большое негативное влияние на желаемое значение потока. Наконец, чтобы сохранить крутящий момент и поток неизменными, выбираются векторы V0 или V7 нулевого напряжения.
Когда вектор редактирования переходит в сектор 1, выбранные векторы напряжения становятся V4 для случая 1, V3 для случая 2, V1 для случая 3 и V6 для случая 4, и векторы V2 и V5 не используются. Этот 60 степень сдвига векторов напряжения происходит каждый раз, когда вектор редактирования потока входит в новый сектор.
Симуляция
Запустите симуляцию и наблюдайте формы волны на Scope2. Первоначально ссылка на поток устанавливается на 0,9 В с.
На 0,1 с ссылка скорости устанавливается равной 1500 об/мин, и двигатель начинает ускоряться. Скорость двигателя точно следует ссылке скорости, максимальная скорость изменения которой ограничена 1200 об/мин/с. Значение точки набора 1500 об/мин достигается на уровне 1,35 с.
На 1,5 с к мотору прикладывается крутящий момент нагрузки 500 Н.м. Управление DTC работает, чтобы поддерживать скорость двигателя на 1500 об/мин.
На 2 с крутящий момент нагрузки уменьшается до 50 Н.м, а на 2,5 с ссылка скорости уменьшается до 500 об/мин. Обратите внимание на Возможности 1, что тормозной измельчитель операции рассеивает кинетическую энергию, произведенную двигателем, порядком избежать перенапряжения на шине постоянного тока. Наконец, на 3,5 с, ссылка потока увеличивается с 0,9 до 1,0 В..
Симуляция в реальном времени
Если у вас есть Simulink Real-Time и цель Speedgoat, можно запустить эту модель в реальном времени.
Откройте окно Configuration Parameters (или нажмите Ctrl + E), нажмите Генерация Кода и установите Системный целевой файл равным
slrealtime.tlc.Подключитесь к целевому объекту и на вкладке Real-Time нажмите Run on Target.
Затем ваша модель будет автоматически построена, развернута и выполнена на цели. В зависимости от целевой потоковой полосы, вам, вероятно, придется уменьшить количество сигналов, переданных в реальном времени от цели к хосту-компьютеру.
Ссылки
1. М. Цирринционе, М. Пуччи, Г. Витале. Степени и электроприводы переменного тока с линейными нейронными сетями. CRC Press, 2012
2. Техническое руководство № 1 Управление крутящим моментом - самая передовая в мире технология привода переменного тока, ABB 2011
3. Т. Вильди, Г. Сибиль. «Électrotechnique» (4-е издание). Les Presses de l'Université Laval, 2005.