Poznámky redaktora
Zpětnovazební struktury těchto pohonů
jsou založeny měření výhradně elektric-
kých veličin a jsou algoritmicky maximálně
zjednodušené. 10.
polohy rotoru buď měřením, nebo výpočtem. 2). U synchronních strojů, zejména
s permanentními magnety, které nemají tlu-
micí vinutí, představuje magnetická vazba
mezi statorovým točivým magnetickým po-
lem a magnetickým polem rotorových perma-
nentních magnetů vazbu velmi pružnou.
Tento princip vyžaduje vyhodnocování on-li-
ne aktuální polohy souřadnicové soustavy, tj. 2.
Elektrický příkon struktuře obr.
Standardní struktury vektorové regulace
momentu synchronních strojů jsou oriento-
vány použití souřadnicové soustavy d, q,
která osou d vázána polohu magnetic-
kého toku permanentních magnetů rotoru, tj. 1.
na polohu rotoru. 2 U fázor svorkového napětí, Ui
je fázor indukovaného napětí, I je fázor prou-
du statoru a Ψm fázor reprezentující mag-
netický tok rotoru.
Vzhledem k orientaci souřadnicové sousta-
vy fázor svorkového napětí statoru pla-
tí uγ = 0 a vztah (4) zjednoduší tvaru:
**vzorec_1**
nlDBAP 2
stř
**vzorec_2**
pp
z
ηi
M
M
**vzorec_3**
p
2
p
z
ηi
J
J
**vzorec_4**
δδγγe iuiup
**vzorec_5**
δδe iup
**vzorec_6**
acckor011
m
*
δ kkkk
3
2
(W; A) (5)
(dokončení příště)
200
300
400
500
600
700
800
900
2
4
6
8
10
12
–300
–200
–100
0
100
–4
–2
0
2
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
200
300
400
500
600
700
800
900
2
4
6
8
10
12
–300
–200
–100
0
100
–4
–2
0
2
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Obr. 3. Při otáčkách řádově několika
set tisíc min–1
, kdy stále nutné provede-
ní řídicího algoritmu několikrát otáčku,
je mnohdy v řídicím procesoru výpočet
regulační struktury k dispozici několik set,
maximálně několik jednotek tisíc instrukč-
ních cyklů.9ELEKTRO 6/2011
Nejjednodušší metodou frekvenčního ří-
zení řízení bez zpětné vazby podle kritéria
U/f konst.
U pohonů pro nejvyšší rychlosti cílem obe-
jít při regulaci nutnost zjišťovat polohu rotoru,
regulační struktura tedy nemůže být oriento-
vána souřadnicovou soustavu U jed-
nodušší metody bez zpětnovazební regula-
ce proudu pracuje v rotující souřadnicové
soustavě Tato rotující souřadnicová sou-
stava osou δ vázána polohu fázoru svor-
kového napětí statoru podle obr. I při
nepatrných výkyvech zatížení nebo při změ-
nách frekvence statorového napětí vznikají
vlivem této pružné vazby stroji mnohdy
velmi výrazné kmity rotoru okolo rovnováž-
né polohy vázané polohu statorového toči-
vého pole. I u vysokootáčkových strojů však
projevují její nevýhody. Tato jednoduchá meto-
da však při řízení synchronních strojů přináší
komplikace. Veličinou, kte-
rá v sobě nese informaci o zatěžovacím mo-
mentu stroje, a tím i o zátěžném úhlu, která je
zároveň snadno zjistitelná, elektrický pří-
kon motoru. Tato metoda
může být použita dvou variantách bez
zpětnovazební regulace proudu a se zpětno-
vazební regulací proudu. mezi
svorkovým a indukovaným napětím statoru
(obr.
Z uvedených důvodů snaha zavést ur-
čité jednoduché stabilizující zpětné vazby
i u synchronních strojů pro největší rych-
losti. Tato reakce
synchronního stroje spojení s regulační
strukturou analogická k chování stejno-
směrného stroje s cizím buzením při zvýše-
ní zatěžovacího momentu. 3
je vyhodnocován v souřadnicové soustavě γ,
δ a vychází vztahu:
**vzorec_1**
nlDBAP 2
stř
**vzorec_2**
pp
z
ηi
M
M
**vzorec_3**
p
2
p
z
ηi
J
J
**vzorec_4**
δδγγe iuiup
**vzorec_5**
δδe iup
**vzorec_6**
acckor011
m
*
δ kkkk
3
2
**vzorec_7**
qmp5,1 ipM
**vzorec_8**
(W; A) (4)
kde
pe je příkon motoru,
uγ, uδ složky fázorů napětí v souřadnicové
soustavě δ,
iγ, iδ složky fázorů proudu v souřadnicové
soustavě δ. Z obr. Důsledkem těchto kmitů mnoh-
dy vypadnutí stroje synchronismu a jeho
zastavení.
V případě zvětšování tohoto úhlu v důsledku
zvyšování zatěžovacího momentu a výkonu
stroje reaguje regulační struktura přiroze-
ným snížením statorové frekvence a rychlos-
ti točivého magnetického pole tak, mezní
hodnota úhlu β není překročena, avšak sni-
žuje rychlost otáčení rotoru. Elektrický příkon stroje svá-
zán s jeho mechanickým výkonem, při zná-
mé hodnotě mechanických otáček výkonu
úměrný momentu, který v nejjednodušším
případě závisí úhlu β sinusově.
V obr. Po-
hon synchronním strojem tedy při po-
užití této metody náchylný k nestabilitám
a vypadnutí synchronismu, což v prin-
cipu způsobeno překročením mezní hod-
noty zátěžného úhlu β mezi fázorem mag-
netického toku statoru a rotoru, resp. Zároveň leží v této sousta-
vě fázor indukovaného napětí směru osy q. komu-
nikace s nadřazeným systémem, vývojová,
měřicí a diagnostická podpora atd.
Tato struktura vychází z metody řízení
založené použití kritéria U/f = konst.
Rozběh
vysokootáč-
kového
motoru
PMSM 2
s omezením
zátěžného
úhlu β –
tvrdý zdroj
napětí
střídače
4 id
5 iq
6 UDC
7 tgα*1 000 (–)
8 n
t (s)
i (A)
Obr.
Metoda principiálně použitelná i u syn-
chronních strojů, neboť i zde indukované na-
pětí roste přímo úměrně s otáčkami a frekven-
cí statorového napětí., zvýšení napětí
oproti lineární závislosti oblasti nízkých
frekvencí vyvoláno potřebou kompenzace
úbytku napětí odporu statorového vinutí. Přesto-
že není tato metoda pro řízení synchronních
strojů příliš vhodná, snaha v některých
případech využívat u vysokootáčkových mo-
torů pro její jednoduchost a proto, při ní
není nutné měřit rychlost ani úhlové natočení
rotoru. K principu omezení zátěžného úhlu β
U
Ui
Ψm
q
β
d
jωLid
jωLiq
α
. 2 zároveň zřej-
má relace mezi souřadnicovými soustavami γ,
δ a d, Struktura řízení bez regulace proudu
je znázorněna obr. Uvedený jev může vyskytovat
i při velmi malých zatíženích stroje. U regulačních struktur orientova-
ných souřadnicovou soustavu q je pře-
kročení mezního zátěžného úhlu 90° zame-
zeno vyhodnocováním úhlové polohy rotoru. Příklad možné zá-
vislosti U = f(f) obr. Tato metoda často používá u jed-
nodušších pohonů s asynchronními motory. Při této metodě měnič generuje
výstupní napětí zadanou frekvencí, efektiv-
ní hodnota napětí dána pevným funkčním
vztahem k frekvenci, nejčastěji přibližně li-
neárním.
Příkladem zjednodušené struktury řízení
vysokootáčkového pohonu s implementova-
nou stabilizací metoda využívající infor-
mace o činném příkonu stroje.
Má-li při regulaci vysokootáčkového
synchronního stroje zamezit překročení mez-
ní hodnoty zátěžného úhlu β i bez znalosti
aktuálního úhlového natočení rotoru, nut-
né informaci o zátěžném úhlu β zjistit jiným
způsobem, nepřímo, pouze základě znalos-
ti elektrických veličin stroje. Při takto kritických podmínkách
výpočtu musí být výpočetní algoritmy ma-
ximálně optimalizovány, zároveň zbývá vel-
mi malá časová rezerva pro realizaci pod-
půrných programových bloků např
