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.
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.
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.
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
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