Sisteme de conducere a motoarelor sincrone cu magneti permanenti

Sisteme de conducere a motoarelor sincrone cu magneti permanenti

Principial, sistemele de control ale motoarelor sincrone cu magneti permanenti MSMP se pot clasifica in doua mari categorii: sisteme in bucla deschisa si sisteme autopilotate.

Controlul in bucla deschisa (v. figura 1) presupune comanda externa a frecventei de lucru a convertorului, fara ca aceasta sa fie influentata in vreun fel de motor. Pentru aceasta situatie, motorul sincron cu magneti permanenti isi conserva proprietatile tipice. Viteza sa poate fi modificata prin variatia frecventei statorice impuse fiind independenta de sarcina. Masina este susceptibila la oscilatii si poate iesi din sincronism.

Fig. 1. Controlul in bucla deschisa a motoarelor sincrone

cu magneti permanenti.

În situatia sistemelor autopilotate (v. figura 2), frecventa de lucru a motorului este controlata    chiar de masina. Acest lucru este posibil prin montarea pe rotorul MSMP a unui traductor de pozitie de tip resolver sau encoder. Pe baza pozitiei masurate, circuitul de comanda si control prescrie frecventa de lucru necesara masinii. Faptul ca motorul este autopilotat conduce la modificari esentiale ale caracteristicilor SAE. Astfel, masina nu mai este susceptibila la oscilatii si nici nu mai exista pericolul iesirii acesteia din sincronism. Caracteristicile sale mecanice sunt similare cu cele ale motorului de c.c.

Fig. 2. Controlul MSMP in regim autopilotat.

Observatie: În cazul sistemul de control in bucla deschisa se cade peste motorul sincron cu magneti permanenti clasic MSMP iar in situatia sistemelor autopilotate se ajunge la motoarele sincrone cu magneti permanenti autopilotate MSMPAT comandate cu curenti sinusoidali. Cu alte cuvinte, un MSMP poate sa functioneze in regim autopilotat prin alimentarea fazelor statorului cu un sistem echilibrat trifazat de curenti care sunt variati sinusoidal in functie de pozitia rotorului.

Metode de control ale motoarelor sincrone cu magneti permanenti

Metodele de control ale motoarelor sincrone cu magneti permanenti pot fi clarificate in:

controlul in bucla deschisa;

controlul in bucla inchisa cu urmatoarele variante: metode de control vectorial in curent, metode de control vectorial cu orientare dupa camp si metode de control vectorial direct in cuplu si flux.

. Controlul in bucla deschisa al motorului sincron cu magneti permanenti

În cazul controlului in bucla deschisa, convertorul static de frecventa care asigura alimentarea motorului este comandat extern, fara nici o legatura cu masina. SAE poate fi lipsit de traductoare de pozitie. Sistemul de control (v. figura 3) se bazeaza pe un algoritm de control tensiune - frecventa in bucla deschisa.

Fig. 3. Schema bloc pentru controlul in bucla deschisa.

Se observa ca echipamentul de control este similar cu cel folosit in situatia motoarelor de inductie.

2. Controlul vectorial in curent al motorului sincron cu magneti permanenti

Schema de principiu pentru controlul vectorial in curent al motorului sincron cu magneti permanenti este prezentata in figura 4. Marimile sunt exprimate in unitati relative.

Aceasta metoda de conducere presupune criterii optimale de prescriere a curentului statoric in vederea obtinerii unui cuplu prescris m^*.

Circuitul de forta contine convertorul static de frecventa, compus dintr-un redresor necomandat, circuitul intermediar si invertorul PWM realizat cu tranzistoare IGBT si motorul sincron cu magneti permanenti. Pe arborele masinii sunt plasate traductorul de viteza si cel de pozitie.

Diferenta intre valoarea impusa a turatiei si valoarea masurata furnizata de traductorul de viteza TV este aplicata la intrarea regulatorului de viteza. La iesirea acestuia se obtine valoarea prescrisa a cuplului electromagnetic m^*. Rezulta totodata si valoarea prescrisa a curentului statoric intrucat ~ m^* .

Unghiul de sarcina se tabeleaza intr-o memorie EPROM in conformitate cu relatia de legatura Forma relatiei depinde de metoda de conducere vectoriala care se implementeaza.

Fig. 4. Sistem de conducere vectorial in curent a motorului sincron

cu magneti permanenti.

Curentii prescrisi ale celor trei faze, se obtin prin proiectia vectorului pe cele trei axe, dupa cum urmeaza:

(1)

unde fiind pozitia rotorului data de traductorul de pozitie TP. Functiile sin din (1) sunt marimi numerice fiind tabelate in memoriile EPROM plasate pe cele trei faze. Înmultirea celor trei marimi numerice, conform relatiilor (1), cu valoarea prescrisa a amplitudinii curentului statoric care este o marime analogica, se face in convertoarele numeric analogice N/A de pe cele trei faze. La iesirile convertoarelor N/A se obtin marimile analogice care se compara cu marimile masurate prin intermediul traductoarelor de curent asezate pe cele trei faze, i_sa, i_sb, i_sc. Erorile de curent constituie marimi de comanda pentru regulatoarele de curent PI, implementate pe fiecare faza in tehnica analogica. La iesirile regulatoarelor se obtin tensiunile de comanda Aceste marimi, se compara cu unda triunghiulara de referinta generandu-se astfel semnalele S_a, S_b, S_c pentru comanda comutatoarelor invertorului.

3. Controlul vectorial cu orientare dupa camp

Controlul vectorial cu orientare dupa camp este o metoda moderna care se aplica cu succes in conducerea masinilor de c.a., asigurand performante dinamice ridicate. La baza controlului vectorial cu orientare dupa camp sta conducerea decuplata dupa doua bucle de reglare principale paralele: o bucla de reglare rapida dupa cuplu prin curentul si o bucla de reglare mai lenta dupa fluxul din intrefier prin curentul

Structura de conducere vectoriala cu orientare dupa campul din intrefier a unui motor sincron cu magneti permanenti este prezentata in figura 5. Marimile care intervin in schema sunt exprimate in unitati relative.

Marimile de intrare ale sistemului de control sunt curentii si tensiunile de pe doua faze ale motorului si pozitia rotorului obtinuta de la traductorul de pozitie TP.

Marimea prescrisa a cuplului electromagnetic m^* este obtinuta la iesirea regulatorului de turatie pe baza erorii de turatie , data de compensatorul diferential. Eroarea de cuplu constituie marimea de intrare in regulatorul de cuplu PI care prescrie componenta .

Componenta se obtine la iesirea regulatorului de flux PI in baza erorii de flux .

Fig. 5. Sistem de conducere vectoriala cu orientare dupa campul din intrefier a motoarelor sincrone cu magneti permanenti.

Curentii de referinta statorici sunt generati prin conectarea in cascada a blocurilor transformatoare de coordonate respectiv de faze .

Prin compararea curentilor de referinta cu curentii masurati se obtin semnalele de comanda pentru regulatoarele de curent PI de pe fiecare faza. La iesirea regulatoarelor rezulta tensiunile de comanda care se compara cu unda triunghiulara de referinta obtinandu-se in final semnalele S_a, S_b, S_c care comanda comutatoarele statice ale invertorului PWM (in cazul de fata tranzistoarele IGBT).

4. Controlul vectorial direct in cuplu si flux

Controlul vectorial direct in cuplu si flux CVDCF realizeaza controlul direct al fluxului statoric si al cuplului electromagnetic utilizand un tabel al comutatiilor optime pentru comanda invertorului PWM.

CVDCF combina teoria conducerii vectoriale cu teoria conducerii directe, fiind introdus recent pe piata actionarilor industriale de firma ABB.

Schema bloc de principiu a CVDCF clasic cu motor sincron cu magneti permanenti este prezentata in figura 6.

Fig. 6. Schema de principiu a CVDCF clasic cu MSMP.

Functionarea schemei, modul de selectare a vectorilor de tensiune precum si toate considerentele de ordin teoretic prezentate la CVDCF clasic cu motor de inductie trifazat raman valabile si pentru topologia din figura 6.

Pentru motoarele sincrone cu magneti permanenti apare o problema in plus si anume estimarea pozitiei initiale a fluxului magnetului permanent (a axei d). O modalitate simpla de rezolvare a problemei este ca la pornire, invertorul de tensiune sa fie comandat cu un vector de tensiune predeterminat fixat, ce se aplica in impulsuri cu durata de cateva milisecunde. Aceasta va avea ca efect aducerea rotorului intr-o pozitie cunoscuta. Spre exemplu, daca comanda se face cu (1,0,0) va rezulta