Vektorové řízení asynchronního motoru s výstupním filtrem

Abstract

Jednou z možných řídicích strategií asynchronního motoru pro náročnější aplikace je tzv. vektorové řízení. Princip této řídicí strategie tkví v odděleném řízení momentu a magnetického toku ve stroji. Realizace vektorového řízení vyžaduje použití frekvenčního měniče, který bývá založen nejčastěji na dvouúrovňovém napěťovém střídači. Vzhledem k napájení ze střídače mohou být použity z různých důvodů různé typy výstupních filtrů, které jsou zapojeny mezi měnič a motor a upravují napájecí napětí motoru a proud motoru. Dělí se do třech základních kategorií – common mode filtr, sinusový filtr a du/dt filtr. Ke správné funkci vektorového řízení asynchronního motoru je třeba s dostatečnou přesností znát velikost rotorového toku a transformační úhel. Pro výpočet amplitudy a polohy rotorového toku se používají matematické modely stroje, které v závislosti na typu modelu jako vstup využívají napětí na svorkách motoru, fázové proudy a otáčky. Použitím výstupního filtru je výpočet rotorového toku komplikován, protože neměříme proud, který teče do motoru, ale proud který teče do filtru. Obdobně pokud ztotožníme žádanou hodnotu napětí pro střídač s hodnotou napětí na motoru, tak se dopouštíme chyby. V práci bude nastíněna problematika použití výstupních filtrů, včetně návrhu parametrů výstupního sinusového filtru. Dále bude v práci uvedena možná modifikace algoritmu vektorového řízení s respektováním výstupního sinusového filtru. V praktické části práce byl realizován simulační model vektorového řízení se dvěma různými metodami výpočtu rotorového toku a simulační model vektorového řízení, kde je respektován výstupní sinusový filtr. Vliv použití tohoto filtru na chování pohonu v rámci vektorové regulace je demonstrován na vybraných průbězích.

One of the possible control strategies of an asynchronous motor for more demanding applications is the so-called field-oriented control. The principle of this control strategy is to control the torque and magnetic flux in the machine separately. The implementation of vector control requires the use of a frequency converter, which is usually based on a two-level voltage-source inverter. Due to the power supply from the inverter, different types of output filters can be used for different reasons. The filters are connected between the inverter and the motor and adjust the motor supply voltage and motor current. They fall into three basic categories - common mode filter, sinusoidal filter and du/dt filter. To properly operate the vector control of an induction motor, the rotor flux magnitude and transformation angle must be known with sufficient accuracy. To calculate the amplitude and position of the rotor flux, mathematical models of the machine are used. Depending on the type of the mathematical model they use the voltage at the motor terminals, phase currents and speed as input. Using an output filter complicates the rotor flux calculation because we are not measuring the current that flows into the motor, but the current that flows into the filter. Similarly, if we identify the commanded voltage value for the inverter with the voltage value at the motor terminals, we commit an error. This paper will outline the use of output filters, including the design of the sinusoidal output filter parameters. Furthermore, the thesis will present a possible modification of the vector control algorithm with respect to the sinusoidal output filter. In the practical part of the thesis, a simulation model of vector control with two different methods of rotor flux calculation and a simulation model of vector control where the sinusoidal output filter is respected have been implemented. The influence of the use of this filter on the drive behaviour in vector control is demonstrated on selected waveforms.