Семинар "Разработка систем управления двигателями переменного тока"

Уважаемые коллеги!

Мы рады пригласить Вас на семинар "Разработка систем управления двигателями переменного тока", который состоится 24-25 марта в Москве.

Организаторы семинара:

Центр Современной Электроники
Московский Энергетический институт (МЭИ)

Место проведения: ул. Красноказарменная, 14, здание Московского Энергетического Института (МЭИ), (ст. метро "Авиамоторная"), 4 этаж, Малый Актовый Зал.

Время проведения: 10.00 - 18.00 оба дня. Регистрация участников с 09.00.

Бланк заявки

Программа семинара

Основные вопросы семинара

Схема проезда

Докладчик семинара:

Др. Ральф Кеннел, профессор Мюнхенского технического университета, куратор германской секции IEEE Power Electronics Society (PELS).

Содержание семинара разрабатывается в расчёте на опытных разработчиков. Семинар отличается от предыдущих по силовой электронике существенно большей глубиной и сложностью.

Основные темы семинара:

Разработка систем бессенсорного управления двигателями
Разработка систем векторного управления двигателями.
Инверторы напряжения и многоуровневые инверторы для электропривода
Матричные инверторы – применение в электроприводе.
Инверторы тока для электропривода.

Рекомендациям по разработке систем бессенсорного управления двигателями будет посвящено существенно больше времени, поскольку применение таких систем быстро расширяется за счет спроса на робототехнику и возрастающих требований к промышленному приводу. Компетенции в этой области необходимы большинству предприятий, работающих в промышленной автоматизации. Бессенсорное управление в AC приводе снимает ограничения на минимальную частоту. Важно, что не требуется дополнительного усложнения аппаратных средств и подстройки параметров контура управления, а также снижение стоимости, поскольку не требуются дорогостоящие датчики.

Основные вопросы семинара:

СИНХРОННЫЕ И АСИНХРОННЫЕ (ИНДУКЦИОННЫЕ) ДВИГАТЕЛИ И ИХ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Работа от сети. Показываются и объясняются поведение и характеристики машин переменного тока при работе от сети переменного тока (AC) с постоянным напряжением и постоянной частотой. Показываются и поясняются характеристика Клосса и схема Хейланда. Основная цель раздела заключается в том, чтобы пояснить фундаментальные отличия двигателей переменного тока, непосредственно работающих от сети, и двигателей, управляемых от инверторов.

Двигатели переменного тока, работающие от инверторов (U/f control). U/f регулирование (U/f control) позволяет использовать взаимозависимости, представленные в предыдущем разделе. Инвертор обеспечивает заранее определенные напряжение и частоту для двигателя. Поскольку характеристики, намечаемые методом U/f control в действительности справедливы только, когда напряжение и частота постоянны, концепция U/f control работает правильно только в случае, если напряжение и частота изменяются медленно. Управление приводом в динамике оказываются невозможным с U/f control. Принимая во внимание тот физический факт, что индуцированное напряжение электрической машины пропорционально скорости, инвертор управляется таким образом, что напряжение (U) и частота (F) пропорциональны друг другу, то есть отношение U/f – это константа, откуда и появляется термин «U/f control». Главная особенность U/f control заключается в том, что от сети забирается энергия, которая действительно необходима для работы AC motor в соответствующей рабочей точке – КПД получается значительно выше, чем при прямой работе от сети. Некоторые специальные вопросы: Поскольку U/f control – это разомкнутый принцип управления (без обратной связи), этот метод не может управлять двигателем правильно вблизи нулевой частоты. Следовательно, пуск возможен только при малой нагрузке или при холостом ходе. Существуют некоторые приемы увеличения момента индукционных машин в течение пуска. Другой вопрос появляется вследствие факта, что U/f control работает по разомкнутому принципу управления, без использования канала обратной связи. Следовательно, изменения нагрузки не могут компенсироваться моментом машины, возможно только изменение скорости.

Векторное управление. Основная идея работы системы при ориентации по полю, так же как прямого управления моментом, заключается в том, чтобы заставить двигатель работать непосредственно по закону силы Лоренца. Напряжение и частота неудобны для этого типа управления, поскольку момент производится электрическим током в магнитном поле. При таком предположении любой двигатель переменного тока ведет себя подобно двигателю постоянного тока, где магнитное поле и ток якоря (для получения момента) управляются раздельно. Система с ориентацией по полю – Field Oriented Control (FOC) управляет магнитным полем с помощью тока в d направлении и квадратурной составляющей поля в q направлении. Положение магнитного поля, которое необходимо для FOC, может быть получено с помощью датчика положения или так называемого бессенсорного управления. Прямое управление моментом – Direct Torque Control (DTC) управляет магнитным полем , используя напряжение (закон Фарадея) и моментом через ток (сила Лоренца). DTC не использует датчик положения/скорости до тех пор, пока положение или скорость не нужно контролировать. Прогнозирование и моделирование поведения: любой привод переменного тока, работая в FOC (или DTC), ведет себя подобно DC motor управлением по скорости или положению. При управлении по скорости реальные скорости держатся постоянными в соответствии с опорным сигналом по скорости при любой нагрузке до максимального момента. Когда максимальный момент превышается, привод не останавливается, а снижает скорость. Преимущества по сравнению с U/f Control (пуск): основное преимущество вытекает из того факта, что FOC или DTC являются системами с обратной связью, в то время как U/f Control работает по разомкнутому принципу управления.

Наблюдатели (Observers). Наблюдатели допускают управление сигналами обратной связи, которые нельзя получить путем непосредственного измерения физического параметра (например, магнитный поток, скорость и др.) Наблюдатели являются моделью контролируемой системы, которая получает те же самые опорные значения (или сигналы ошибок), что и реальная система. Сравнением выходного сигнала модели с реальным выходным сигналом можно подстраивать параметры модели наблюдателя. Любая физическая переменная, которая не может быть получена в реально управляемой системе, но доступна внутри модели, может быть использована в системе управления. Наблюдатели используются для получения информации о магнитном потоке (FOC) и/или скорости (бессенсорное управление).

Фазовая автоподстройка частоты – ФАПЧ (PLL). Схемы фазовой автоподстройки частоты (Phase Lock Loop – PLL) широко используются в радиовещании для демодуляции речевого сигнала, обрабатываемого с помощью частотной модуляции (FM). Тот же самый подход может быть использован для демодуляции сигнала о скорости/положении при инжекции высокочастотного сигнала, на котором базируется бессенсорное управление. Как правило, ФАПЧ представляет собой стандартный контур управления. Он состоит из управляющего дифференциального калькулятора (фазового детектора), контроллера (петлевого фильтра) и управляющей системы (управляемый генератор напряжения); он может быть оптимизирован в соответствии со стандартными правилами теории управления. Основное различие заключается в том, что управляемая переменная скрыта в фазе сигнализирующего о ней амплитуде.

ИНВЕРТОРЫ

Инверторы напряжения, многоуровневые инверторы – их применение в приводе. В большинстве случаев используются инверторы напряжения (VSI). Более 80% всей мощности, поставляемой СЭ, получается от этих инверторов. Их преимущественное применение состоит в том, что сначала выпрямляется напряжение сети, а затем энергия инвертируется для работы электрической машины (двигателя). К шине DC подключается емкость, которая запасает энергию и развязывает управление обеих частей системы – выпрямителя и инвертора. Многоуровневые инверторы также являются инверторами VSI типа, они способны подключать более двух уровней напряжений к фазным выходам. Поскольку выходной сигнал может быть образован более чем двумя уровнями напряжения, параметр THD (коэффициент нелинейных искажений) выходного напряжения получается значительно меньше, чем в обычных, двухуровневых VSI.

Реактивная мощность в СЭ; Определение емкости конденсатора шины DC. Существует серьезное непонимание, относящееся к понятию реактивной мощности в СЭ. Многие схемы в СЭ работают с пульсирующей активной мощностью, которая математически может быть разделена на активную и реактивную мощности. Физически, однако, последняя мощность не является действительно реактивной мощностью. Существенно, что не емкость шины DC, которая работает с VSI, доставляет реактивную мощность, необходимую для индукционного двигателя, что обеспечивается самим инвертором. Эти взаимозависимости раскрываются в данной секции семинара.

Матричные инверторы – их применение в электроприводах. Матричные инверторы не имеют шины DC. Они специально выполняются таким образом, чтобы избежать проблем, обычно создаваемых коротким временем срока службы электролитических конденсаторов, – создается отличное условие для интеграции матричных инверторов в AC машину (двигатель).

Инверторы тока – их применение в электроприводах. Инверторы тока (CSI) часто недооцениваются, а следовательно, используются меньше, чем инверторы напряжения (VSI). Это, однако, не означает, что то, что может быть сделано на основе VSI, не может быть также хорошо реализовано с CSI. Применение в электроприводах, однако, встречаются редко вследствие индуктивностей, существующих AC машинах (двигателях), и требующих емкостей фильтров или коммутационных емкостей на стороне машины. Тем не менее, в будущем можно ожидать более широкого применения CSI.

БЕССЕНСОРНОЕ УПРАВЛЕНИЕ В ПРИВОДАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Известно, что любые новации будут приняты любой областью промышленности при условии, что они не приведут к повышению цены изделия, к снижению его надежности или ухудшению робастных свойств. Для промышленных приводов с бессенсорным управлением это означает, в частности, что не будут требоваться дополнительные или более мощные контроллеры, не потребуется обновления «железа», не усложнится инсталляция системы. В этом разделе семинара показывается, что бессенсорное управление (Encorderless Control) в AC приводе не вносит ограничений в минимальную частоту или скорость. Очень важным для практического использования является то, что бессенсорное управление не требует дополнительного усложнения аппаратных средств и подстройки параметров контура управления. Немаловажным является и снижение цены, поскольку не требуются дорогостоящие датчики различных параметров. В перспективе применение таких систем будет расширяться за счет быстро растущего спроса на робототехнику и возрастающие требования к промышленному приводу. Принятие компетентных решений при разработке систем бессенсорного управления будет необходимо большинству предприятий, работающих в перечисленных выше направлениях.

План семинара «Разработка систем управления двигателями переменного тока»

День 1

Двигатели переменного тока

10.00 – 11.30 Секция 1. Двигатели переменного тока. Синхронные и асинхронные (индукционные двигатели), их моделирование. U/f управление.

11.30 – 12.00 Кофе-брейк

12.00 – 13.30 Секция 2. Двигатели переменного тока. Векторное управление (система с ориентацией по полю, прямое управление моментом). Наблюдатели, подстройка частоты.

13.30 – 14.30 Обед

Инверторы

14.30 – 16.00 Секция 3.