Izvedba estimatora brzine vrtnje za industrijski regulator s izmjeničnim klizno-kolutnim motorom : magistarski rad - Poljugan, Alen (A. Poljugan ; Fakultet elektrotehnike i računarstva, 2005)
Sa stanovišta elektromotornih pogona često se javlja potreba za ostvarivanjem kruga regulacije brzine vrtnje bez mehaničkog mjernog člana. Ugradnja klasičnih mjernih članova je skupa i složena, a često i nije moguća zbog izvedbe elektromotornog pogona (npr. kada nije slobodan niti jedan kraj osovine motora). U ovom radu opisana je izvedba estimatora brzine vrtnje asinkronog klizno-kolutnog motora, razvijenog za ugradnju u sustav regulacije brzine vrtnje asinkronog klizno-kolutnog motora (ABB ASTAT). Algoritam estimacije zasniva se na mjerenju frekvencije napona rotora. Amplituda i frekvencija napona rotora ovise o klizanju motora. Na taj način se mjerenjem frekvencije napona rotora dolazi do klizanja odnosno brzine vrtnje rotora. Analiza napona rotora ukazuje na velik udio viših harmonika i smetnji. Budući da točnost estimacije brzine vrtnje ovisi o točnosti mjerenja frekvencije, potrebno je posebnu pozornost posvetiti filtriranju napona rotora. Frekvencija napona rotora mijenja se u širokom rasponu (0-100 Hz) ovisno o radnoj točki pogona. Uvodi se adaptivni filtar s promjenom presječne frekvencije zavisno o radnoj točki pogona. U određenim radnim točkama pogona dolazi do smanjenja točnosti estimacije zbog smanjenja amplitude i/ili frekvencija napona rotora. U slučaju malih amplituda napona rotora (nekoliko volti) otežano je mjerenje frekvencije. U tim područjima se na temelju karakteristika i trenutne radne točke pogona zaključuje koliko dugo je potrebno zamrznuti trenutnu informaciju o brzini vrtnje. Za slučaj niskih frekvencija napona rotora dolazi do povećanja vremena osvježavanja informacije o trenutnoj brzini vrtnje, što nepovoljno utječe na karakteristike kruga regulacije brzine vrtnje s estimatorom. Uvodi se modifikacija načina mjerenja frekvencije napona rotora čime se vrijeme osvježavanja smanjuje. Ispitane su stacionarne karakteristike estimatora kao i karakteristike kruga regulacije brzine vrtnje s estimatorom. Stacionarna analiza pokazuju da je srednja pogreška estimatora (-0.3 %) manja od srednje pogreške tahogeneratora (1.7 %). U određenim područjima rada pogreška estimacije brzine vrtnje skokovito raste u odnosu na srednju pogrešku, kada pogreška iznosi ne prelazi 2 %. Uključivanjem estimatora u zatvoreni krug regulacije brzine vrtnje javljaju se oscilacije brzine vrtnje za slučaj nepoterećenog motora (amplitude %npp= ~21% referentne vrijednosti i frekvencije fo= ~0.24 Hz). Oscilacije nastaju kao posljedica rada estimatora u nepovoljnim uvjetima (niska amplituda napona rotora) i specifičnosti upravljačkog uređaja. Ispitivanja pokazuju da oscilacije brzine vrtnje ovise o momentu tereta te u potpunosti iščezavaju za momente tereta veće od 3 % Mn. Iskustva iz primjene pokazuju da kranski i dizalični pogoni nikada ne rade u uvjetima praznog hoda. Razlog tome je konstantan moment tereta kojeg unose različiti mehanički prijenosnici spojke, vratila i sl., te poglavito mehanički elementi za prihvat kontejnera ili tereta (kuka, mehanička čeljust za prihvat rasutog tereta, mehanizam zabrave kontejnera), koji mogu opterećivati pogonski motor i do ~20 % nazivnog momenta motora. Na osnovi toga može se zaključiti da problem oscilacija brzine vrtnje u praznom hodu ne mora biti prepreka korištenju estimatora u zatvorenom krugu regulacije. Provedena je procjena regulacijskih karakteristika korištenjem IAE numeričkog kriterija. Karakteristike kruga regulacije brzine vrtnje s estimatorom uspoređene su s karakteristikama kruga regulacije brzine vrtnje s tahogeneratorom. Numerički kriterij ukazuje na pogoršanje regulacijskih karakteristika kruga regulacije brzine vrtnje s estimatorom (60 %) u odnosu na slučaj korištenja tahogeneratora. Ispitivanja pokazuju da se kvaliteta regulacijskih karakteristika poboljšava sa smanjenjem dinamičkih zahtjeva, što ograničuje njegovu primjenu na pogone s manjim dinamičkim zahtjevima. Primjena sustava upravljanja brzinom vrtnje vezana je uz kranske i dizalične sustave . Ti pogoni, s obzirom na vremenske konstante ne zahtijevaju upravljačke uređaje izraženih dinamičkih karakteristika te je stoga primjena kruga regulacije brzine vrtnje sa estimatorom opravdana. Provedeno je i ispitivanje karakteristika kruga regulacije brzine vrtnje s estimatorom u karakterističnim područjima rada dizaličnog pogona, s posebnim naglaskom na područje dizanja tereta maksimalnom brzinom vrtnje i nadsinkrono kočenje potencijalnog tereta. Rezultati pokazuju da se karakteristike regulacije ne narušavaju unutar navedenih područja rada. Ključne riječi: estimacija brzine vrtnje, asinkroni klizno-kolutni motor, regulacija brzine vrtnje asinkronog kliznokolutnog motora, kranski i dizalični pogoni, mjerenje frekvencije, adaptivan filtar, PI regulator