Variabel hastighed, robust synkron reluctance motor drev systemer

I projektet er der undersøgt og testet et SynRM drevsystem med variabel hastighed. Derudover er der også undersøgt og testet sensorløs-positionsstyring, aktiv styring af dæmpningen med små DC-link og deres mulige interaktioner.

På grund af, at de anvendte applikationer blandt andet er HVAC-applikationer, hvor der ikke kræves en højdynamisk kontrol af ydelsen i forhold til at gå fra stilstand til lavhastigheds-operationer, er en estimering af positionen via et flux-ledsystem undersøgt. Der er anvendt et standard closed-loop flux observatør og den fungerer ikke altid ordentligt som forventet, men system-svingingsfænomenet (system oscillation phenomenon) kan observeres. Der foreslås to løsninger som er verificeret.

1. Den ene løsning er at forstærke closed-loop flux observatøren med en PR-styring, hvis cut-off frekvens skal justeres i forhold til den estimerede hastighed.

2. Den anden løsning er at dæmpe svingningen ved at variere PI-parametrene af hastigheden og variere anvendte regulatorer i forhold til fejl i estimeringen af hastigheden.

Den første løsning fungerer godt i forhold til uændret tilstandsforhold (steady-state), mens den anden løsning er mere simpel og stabil – specielt ved pludselige ændringer i hastighed som delvis belastning og on/off. I forhold til det her projekt foretrækkes den adaptive PI løsning, da den lever op til og passer projektets emne, og at det er en simpel og stabil løsning. 

Et drevsystem hvor er de små DC-links elektrolytiske kondensatorer er erstattet med filmkondensatorer for større og større opmærksomhed fra industrien, fordi filmkondensatorer har en meget længere forventet levetid og muliggør et kompakt design af DC-link kondensatorer banken ved høj mærkeeffekt (high power ratings). En aktiv dæmpningsstyring kan være nødvendig idet den velkendte negative impedans-karakteristik for PWM-inverteren ved konstant effektbelastning kan give driftsproblemer af systemet.

De aktive dæmpningsmetoder baseret på spænding/strøm injektioner er opsummeret. Endvidere er en aktiv dæmpningsmetode med virtuel positiv impedans introduceret og verificeret. Sammenlignet med spænding/strøm injektion-løsninger, som kræver online beregning af den kompenserende forstærkningsfaktor i forhold til systemparametrene og de operative konditioner, kan denne metode sikre stabilitet i systemet uden kendskab til systemparametrene og de operative konditioner. Den kompenserende forstærkningsfaktor er medtaget og anvendt til at kontrollere niveauet af effekten af dæmpning, ingen dæmpning og to gange dæmpningseffekt osv., fordi den har et fastsat brugerinput i forhold til en online beregnet værdi som er varierende og som måske har stabilitetsproblemer.

Endeligt er den fortrukne flux-linkage baseret på estimering af positionen med adaptive PI-parametre er brugt i samspil med forskellige metoder for aktiv dæmpning, så hele hastighedsspændet for SynRM-drevsystemet kan brygges og testes. Resultatet er at hele systemet kan præstere godt. På baggrund af de gennemgåede resultater kan det konkluderes at hele det variable hastighedsspænd for SynRM-drevsystemet præsterer godt. Løsningen baseret på flux-linkage med estimering af positionen med adaptive PI-parametre og den aktive dæmpning med virtuelle positiv impedans er foretrukket og anbefalet af projektet.