Opracowanie i wdrożenie do produkcji typoszeregu falowników
    napięcia z bezczujnikowymiregulatorami prędkości
    silników indukcyjnych

Umowa Nr ROW-III-206/2012
Okres realizacji projektu: od 01.07.2012 r. do 30.10.2013 r.






Celem projektu było przeprowadzenie badań przemysłowych, zaprojektowanie i wdrożenie do produkcji typoszeregu falowników do napędu z silnikiem indukcyjnym działających bez czujnika prędkości. Silniki indukcyjne będą sterowane bezczujnikowo, z wykorzystaniem oryginalnego sposobu odtwarzania prędkości obrotowej i pozostałych zmiennych stanu, co dotychczas było realizowane w rozbudowanych układach z cyfrowymi procesorami sygnałowymi (DSP) i oddzielnymi przetwornikami analogowo-cyfrowymi. Innowacyjność projektu jest rezultatem zastosowania najnowszych procesorów ARM z jednostką centralną realizującą operacje zmiennoprzecinkowe. Procesory ARM są ponadto wyposażone we wbudowane systemy układów peryferyjnych niezbędnych do sterowania silnikami indukcyjnymi i komunikacji z operatorem i układami zewnętrznymi.


Rys. 1. Procesor ARM STM32F407 zastosowany w falownikach serii MMB0XXD opracowanych w projekcie.

Wyniki

Opracowane falowniki serii MMB0XXD wyposażone są w elastyczny system wieloprocesorowy zapewniający sterowanie urządzeniami zewnętrznymi i komunikację z wykorzystaniem standardów sieci przemysłowych.

Rys. 2. Schemat blokowy procesora ARM STM32F407 przeznaczonego do
zastosowania w systemie wieloprocesorowym.

Wykorzystanie pełnych zasobów procesorów z systemami wbudowanymi pozwoliło zaprojektować porty komunikacyjne służące do budowania złożonych systemów sterowania, w których działa układ napędowy. Zmniejszy to koszt zastosowania falownika w porównaniu z konkurencyjnymi rozwiązaniami.

Opracowane falowniki serii MMB0XXD zostały skonstruowane z wykorzystaniem podzespołów energoelektronicznych i elektrotechnicznych wprowadzonych ostatnio na rynek. Rozwiązania konstrukcyjne falowników oparte na nowych podzespołach są bardziej sprawne energetycznie, a niższy koszt ich wytwarzania będzie umożliwiał konkurencję na rynku.

Rys. 3. Falowniki serii MMB0XXD zostały skonstruowane z wykorzystaniem podzespołów energoelektronicznych i elektrotechnicznych wprowadzonych ostatnio na rynek - na zdjęciu falownik MMB011D ze zdjętą płytą czołową.

Rys. 4. W opracowanych falownikach serii MMB0XXD zastosowano innowacyjne rozwiązanie płyty sinoprądowej
z rozproszonymi kondensatorami obwodu dc zintegrowanej z płytą interfejsów - na zdjęciu
innowacyjna płyta falownika MMB037D.

Rys. 5. Widok gotowego falownika MMB011D z opracowanym w projekcie panelem sterującym.

W falownikach serii MMB0XXD będących przedmiotem wdrożenia zastosowano układ regulacji silnika indukcyjnego oparty na tzw. modelu multiskalarnym. Jest to opracowana przez kierownika projektu - prof. Zbigniewa Krzemińskiego - oryginalna metoda, będąca uogólnieniem znanej i stosowanej przemysłowo metody sterowania wektorowego. Sterowanie multiskalarne zapewnia całkowite odsprzężenie toru sterowania momentem i prędkością od toru sterowania wartością strumienia, tzn. umożliwia dynamiczne zmiany wzbudzenia silnika indukcyjnego bez wywoływania chwilowych pulsacji w przebiegach momentu i prędkości obrotowej, co ma miejsce w układach sterowanych wektorowo. Podstawą układów regulacji silnika indukcyjnego opracowanych w projekcie jest obserwator prędkości służący do odtwarzania zmiennych silnika indukcyjnego. Obserwator został opatentowany przez kierownika projektu w roku 1999, a następnie zmodyfikowany, co zapewniło rozszerzenie zakresu odtwarzanej prędkości wirnika. Właściwości obserwatora znacznie przewyższają rozwiązania znane w światowej literaturze naukowej i technicznej. Sterowanie multiskalarne łącznie z obserwatorem prędkości zapewnia bardzo wysoką jakość działania układu regulacji silnika indukcyjnego, trudną do osiągnięcia przy zastosowaniu innych metod, nawet w układach z pomiarem prędkości.

Wyniki przeprowadzonych testów
Rys. 6. Test temperaturowy falownika MMB011D przy obciążeniu znamionowym P=11kW

Rys. 7. Prądy i napięcia sieci falownika MMB011D podczas rozruchu

Rys. 8. Prądy fazowe sieci falownika MMB037D przy obciążeniu P=30kW

Rys. 9. Prądy fazowe maszyny przy obciążeniu P=30kW


Przewiń
do góry