Vektorové řízení asynchronního motoru se zahrnutými nelinearitami a změnou parametrů
Field oriented control of induction motor with inducted nonlinearities and parameter variation
Typ dokumentu
disertační prácedoctoral thesis
Autor
Ondřej Lipčák
Vedoucí práce
Chomát Miroslav
Oponent práce
Novák Jaroslav
Studijní obor
Elektrické stroje, přístroje a pohonyStudijní program
Elektrotechnika a informatikaInstituce přidělující hodnost
katedra elektrických pohonů a trakcePráva
A university thesis is a work protected by the Copyright Act. Extracts, copies and transcripts of the thesis are allowed for personal use only and at one?s own expense. The use of thesis should be in compliance with the Copyright Act http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf and the citation ethics http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.htmlVysokoškolská závěrečná práce je dílo chráněné autorským zákonem. Je možné pořizovat z něj na své náklady a pro svoji osobní potřebu výpisy, opisy a rozmnoženiny. Jeho využití musí být v souladu s autorským zákonem http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf a citační etikou http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.html
Metadata
Zobrazit celý záznamAbstrakt
Přestože jsou na trhu k dispozici účinnější stroje než asynchronní motor (AM), jako např. synchronní stroje s permanentními magnety, AM stále zůstává celosvětově nejpoužívanějším typem stroje v pohonech s proměnnými otáčkami díky své robustnosti, spolehlivosti a pořizovací ceně. Princip AM a řízení orientovaného na vektor rotorového toku, což je nejběžnější řídicí strategie AM v náročných aplikacích, je sice starý a dobře známý a v obou oblastech bylo publikováno mnoho prací, ale rozhodně nelze říci, že není dále co zlepšovat. V elektrických pohonech se totiž počítá i nepatrný příspěvek k celkové účinnosti a dynamice pohonu, a to hlavně z toho důvodu, že elektrické stroje jsou nedílnou součástí naší společnosti a jsou tak významnými spotřebiteli světové elektrické energie. Předkládaná disertační práce se zabývá analýzou vybraných nelinearit a problematikou změny a odhadu parametrů pohonu s asynchronním motorem napájeného z dvouúrovňového napěťového střídače a regulovaného tzv. přímým vektorovým řízením. Nepřesná znalost parametrů modelu asynchronního motoru vede k tzv. rozladění vektorového řízení, což zhoršuje statické a dynamické chování pohonu a způsobuje nesprávný odhad neměřitelných nebo obtížně měřitelných veličin, jako je magnetický tok a moment stroje. Proto se tato práce snaží zohlednit některé nepříliš známé jevy, jako je saturace závislá na zatížení a odhad parametrů v přítomnosti této saturace a ztrát v železe. Využité a navržené algoritmy odhadu jsou založeny především na principu tzv. „Model Reference Adaptive System.“ V práci jsou také prezentovány vylepšené modely redukovaného řádu pro odhad rotorového toku asynchronního motoru se zahrnutým vlivem ztrát v železe, které jsou začleněny do schémat vektorového řízení. Jsou identifikovány a kompenzovány nejvýznamnější zdroje zkreslení napětí střídače jako prerekvizita pro představené vylepšené algoritmy řízení a odhadu parametrů. Dále je také navržen vylepšený integrátor pro vyhodnocování napěťového modelu, který v rámci disertace slouží především jako referenční model. A konečně, vzhledem k tomu, že řídicí algoritmy jsou implementovány na digitálních signálových procesorech, je diskutována také diskrétní povaha algoritmů vektorového řízení. Práce je předkládána jako soubor vybraných publikací s doprovodným textem. Na začátku je představen stručný teoretický základ, který podporuje a doplňuje problematiku v navazujících článcích. Každé předkládané publikaci jsou věnovány samostatné podkapitoly doplněné o motivaci, přínos, diskusi o dosažených výsledcích a možnostech budoucího zlepšení. Všechny prezentované algoritmy byly naprogramovány na signálovém procesoru od Texas Instruments v jazyce C a ověřeny na pohonech o výkonu 12 kW nebo 3,6 kW. Kromě toho byly vytvořeny rozsáhlé modely v prostředí MATLAB/Simulink, aby bylo možné navržené přístupy dále ověřit pomocí počítačových simulací. Although there are more efficient machines than Induction Machines (IM) available on the market, such as the permanent magnet synchronous machines, IM still remains the most widely used machine type in variable speed drives worldwide due to its robustness, reliability, and low initial costs. The principle of IM and Rotor Flux Field-Oriented Control (RFOC), which is the most common IM control strategy in demanding applications, may be old and well-known, and many papers were published in both fields, but still, there is room for improvement. In electric drives, even a tiny contribution to the overall drive efficiency and dynamics counts since electric machines are an integral part of our society, making them significant consumers of the world’s electrical energy. The following doctoral thesis deals with the analysis of selected nonlinearities and the problem of parameter variation and estimation of an IM drive fed from a two-level voltage-source inverter (VSI) and controlled by the so-called Direct RFOC. Inaccurate knowledge of IM model parameters leads to the RFOC detuning, which deteriorates the drive static and dynamic behavior and causes incorrect estimation of non or hardly measurable quantities such as the machine flux and torque. This thesis strives to account for some not too well-known or often neglected phenomena such as the load-dependent saturation and the parameter estimation in the presence of the saturation and iron losses. The utilized and proposed estimation algorithms are based mainly on the Model Reference Adaptive System principle. Improved reduced-order flux estimators with the included effect of iron losses are also presented and incorporated into the FOC control schemes. The most significant VSI voltage distortion sources are identified and compensated as a prerequisite for the improved control and estimation algorithms. Furthermore, an enhanced integrator for the voltage model (which serves mainly as a reference model throughout the thesis) evaluation is also proposed. Finally, since the control algorithms are implemented on Digital Signal Processors, the influence of discretization is also discussed. The thesis is submitted as a set of selected articles completed with an accompanying text. In the beginning, a brief theoretical background that supports and supplements the problematics in the followed-up papers is presented. Next, separate subsections are dedicated to the presented papers, completed with the papers’ motivation, contribution, discussion about the achieved results, and suggestions for improvement and future work. All the algorithms were programmed in C language on a DSP from Texas Instruments and verified on a 12 kW or 3.6 kW IM drive. In addition, extensive models have been developed in MATLAB/Simulink environment to further validate the proposed approaches via computer simulations.
Zobrazit/ otevřít
Kolekce
- Disertační práce - 13000 [697]