Bezczujnikowe sterowanie trakcyjnym silnikiem ... · PDF fileRozdział 1 WPROWADZENIE...

Click here to load reader

  • date post

    01-Mar-2019
  • Category

    Documents

  • view

    212
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Bezczujnikowe sterowanie trakcyjnym silnikiem ... · PDF fileRozdział 1 WPROWADZENIE...

GDASK 2012

POLITECHNIKA GDASKA

LESZEK JARZBOWICZ

BEZCZUJNIKOWE STEROWANIETRAKCYJNYMSILNIKIEM SYNCHRONICZNYMZ MAGNESAMI TRWAYMIZAGBIONYMI W WIRNIKU

PRZEWODNICZCY KOMITETU REDAKCYJNEGO WYDAWNICTWA POLITECHNIKI GDASKIEJ Romuald Szymkiewicz

REDAKTOR PUBLIKACJI NAUKOWYCH Janusz T. Cieliski REDAKTOR SERII Zbigniew Krzemiski RECENZENCI Janusz Nieznaski Andrzej Pochanke

PROJEKT OKADKI Jolanta Cielawska

Wydano za zgod Rektora Politechniki Gdaskiej

Oferta wydawnicza Politechniki Gdaskiej jest dostpna pod adresem www.pg.gda.pl/WydawnictwoPG

Copyright by Wydawnictwo Politechniki Gdaskiej Gdask 2012

Utwr nie moe by powielany i rozpowszechniany, w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposb, bez pisemnej zgody wydawcy

ISBN 9788373484153

SPIS TRECI

WYKAZ WANIEJSZYCH OZNACZE INDEKSW I SKRTW ..................................... 5

1. WPROWADZENIE ................................................................................................................. 7

2. UKADY NAPDOWE Z SILNIKAMI PMSM .................................................................... 10 2.1. Trakcyjne ukady sterowania ............................................................................................ 10 2.2. Metody modulacji napicia wyjciowego falownika ........................................................ 14 2.3. Sterowanie bezczujnikowe ............................................................................................... 16 2.4. Algorytmiczne estymatory pooenia wirnika .................................................................. 17 2.5. Fizykalne estymatory pooenia wirnika .......................................................................... 18 2.6. Estymatory pooenia wirnika oparte na analizie pochodnych prdw fazowych ........... 20 2.7. Zakres przeprowadzonych bada ...................................................................................... 23

3. PROJEKT ESTYMATORW POOENIA WIRNIKA ....................................................... 26 3.1. Wstpne zaoenia ............................................................................................................ 26 3.2. Algorytm estymatora dla duych prdkoci wirnika (EHV) ............................................. 27 3.3. Algorytm estymatora dla maych prdkoci ktowych wirnika (ELV) ............................ 29 3.4. Algorytm estymatora pooenia pocztkowego wirnika.................................................... 32

4. BADANIA SYMULACYJNE ................................................................................................. 34 4.1. Wstpne zaoenia ............................................................................................................ 34 4.2. Model ukadu napdowego ............................................................................................... 35 4.3. Modele estymatorw ........................................................................................................ 39 4.4. Wybrane wyniki bada symulacyjnych ............................................................................ 41

5. PROJEKT LABORATORYJNEGO UKADU NAPDOWEGO ......................................... 45 5.1. Struktura ukadu ............................................................................................................... 45 5.2. Program sterowania .......................................................................................................... 47 5.3. Konfiguracja moduu przetwornika ADC ......................................................................... 49 5.4. Realizacja algorytmu wykrywania pooenia pocztkowego ........................................... 50 5.5. Rejestracja zmiennych programu sterowania ................................................................... 52

6. BADANIA LABORATORYJNE ............................................................................................ 54 6.1. Zakres bada ..................................................................................................................... 54 6.2. Dobr chwil pomiaru prdw fazowych dla algorytmu EHV .......................................... 54 6.3. Dobr chwil pomiaru prdw fazowych dla algorytmu ELV ........................................... 60 6.4. Badania estymatora EHV ................................................................................................. 63 6.5. Badania estymatora ELV .................................................................................................. 66 6.6. Badania estymatora pooenia pocztkowego wirnika ..................................................... 67 6.7. Estymacja w penym zakresie prdkoci ktowych wirnika ............................................. 69 6.8. Praca napdu w trybie bezczujnikowym ........................................................................... 71

7. PODSUMOWANIE ................................................................................................................. 73

BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................... 75

Streszczenie w jzyku polskim ..................................................................................................... 83 Streszczenie w jzyku angielskim ................................................................................................. 84

ZACZNIKI .............................................................................................................................. 85

WYKAZ WANIEJSZYCH OZNACZE, INDEKSW I SKRTW

oznaczenia B indukcja magnetyczna f, fmod czstotliwo, czstotliwo modulacji napicia wyjciowego falownika H natenie pola magnetycznego I, i prd (parametr, wartoci chwilowa) J moment bezwadnoci k, kL wspczynnik, wspczynnnik asymetrii magnetycznej L indukcyjno Me, Mr moment: elektromagnetyczny, obcienia p liczba par biegunw silnika Rs rezystancja pasma uzwojenia stojana S, s sygna sterujcy t czas T, Tmod okres, okres modulacji napicia wyjciowego falownika U, u napicie (parametr, warto chwilowa) kt mocy silnika (argument wektora prdu stojana wzgldem osi d w ukadzie dq) wspczynnik przenikalnoci magnetycznej , m pooenie ktowe wirnika silnika: elektryczne, mechaniczne , m prdko ktowa wirnika silnika: elektryczna, mechaniczna f strumie od magnesw trwaych wirnika silnika

indeksy A, B, C osie trjfazowego naturalnego ukadu wsprzdnych stojana d, q osie ortogonalnego ukadu wsprzdnych dq zwizanego z wirnikiem dec warto odsprzgajca L, E warto kta pooenia wirnika obliczona z uyciem algorytmu opartego na analizie in-

dukcyjnoci stojana (L) lub wektora siy elektromotorycznej (E) m warto mechaniczna (w odrnieniu od elektrycznej) max warto maksymalna ref warto zadana , osie ortogonalnego ukadu wsprzdnych zwizanego ze stojanem * wielko estymowana (indeks grny)

skrty ADC przetwornik analogowo-cyfrowy (ang. Analog-to-Digital Converter) BLDC silnik z magnesami trwaymi umieszczonymi na wirniku z trapezoidalnym przebie-

giem siy elektromotorycznej (ang. Brushless DC) CFCM metody estymacji pooenia wirnika wykorzystujce cechy skadowych prdw silni-

ka o czstotliwoci rwnej czstotliwoci nonej modulatora napicia (ang. Carrier Frequency Component Method)

DSP procesor sygnaowy (ang. Digital Signal Processor) DTC/DTFC metoda bezporedniego sterowania momentem i strumieniem silnika (ang. Direct

Torque and Flux Control) FOC metoda sterowania momentem i strumieniem silnika z poredni regulacj prdw sto-

jana w ukadzie polowo-zorientowanym (ang. Field Oriented Control) FPGA programowalny ukad logiczny (ang. Field Programmable Gate Array)

6 Wykaz waniejszych oznacze, indeksw i skrtw

FW strategia sterowania silnikiem realizujca osabienie pola magnetycznego pochodzce-go od magnesw wirnika w celu uzyskania prdkoci wyszych od prdkoci bazowej (ang. Flux Weakening)

IGBT tranzystor bipolarny z izolowan bramk (ang. Insulated Gate Bipolar Transistor) IPMSM silnik synchroniczny z magnesami trwaymi zagbionymi w wirniku (ang. Interior

Permanent Magnet Synchronous Motor) JTAG standard interfejsu sucego do komunikacji procesora sygnaowego z komputerem

PC (ang. Joint Test Action Group) MTPA strategia sterowania silnikiem majca na celu maksymalizacj relacji momentu wy-

twarzanego przez silnik do moduu wektora prdu stojana (ang. Maximum Torque per Ampere)

PI typ regulatora realizujcy algorytm proporcjonalno-cakujcy (ang. Proportional-Integral)

PLL ptla sprzenia fazowego (ang. Phase Locked Loop) PMSM silnik synchroniczny z magnesami trwaymi (ang. Permanent Magnet Synchronous

Motor) PWM modulacja szerokoci impulsw (ang. Pulse Width Modulation) RDC specjalizowany ukad elektroniczny realizujcy konwersj sygnaw analogowych

z transformatora pooenia ktowego na warto pooenia w postaci cyfrowej (ang. Resolver-to-Digital Converter)

SPMSM silnik synchroniczny z magnesami trwaymi przytwierdzonymi na powierzchni wirni-ka (ang. Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)

SVM metoda modulacji napicia wyjciowego falownika (ang. Space Vector Modulation)

Rozdzia 1

WPROWADZENIE

Trakcyjny napd elektryczny jest rozwizaniem powszechnym [K4, K5, K6, K10, K12, 16, 17, 37, 71, 72]. Oprcz pojazdw sieciowych znajduje on zastosowanie w szero-kiej gamie autonomicznych pojazdw specjalistycznych, takich jak np.: samojezdne ma-szyny czyszczce, podnoniki widowe i noycowe, pojazdy dla osb o ograniczonej zdol-noci ruchowej, wolnobiene wzki osobowe i osobowo-towarowe. Wzrasta liczba sprze-dawanych rowerw oraz skuterw z silnikami elektrycznymi. Intensywny rozwj i upo