PL210737B1 - Sposób i układ sterowania przemiennika częstotliwości z falownikiem prądu zasilającego maszynę indukcyjną dwustronnie zasilaną - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ sterowania przemiennika częstotliwości z falownikiem prądu zasilającego maszynę indukcyjną dwustronnie zasilaną stosowaną jako generator w elektrowniach wiatrowych, znajdujący zastosowanie w pozyskiwaniu energii elektrycznej z energii wiatru.

Znany z literatury technicznej /J.Skwarczyński, A.Dziadecki, J.Zarudzki, J.Grzegorski, J.Skotniczny, T.Lerch „Maszyna indukcyjna dwustronnie zasilana jako generator elektryczny siłowni wiatrowej, wyd.: Przegląd Elektrotechniczny R.80 Nr 5/2004, str. 502 - 507 /sposób sterowania przemiennika częstotliwości zasilającego maszynę indukcyjną dwustronnie zasilaną którą stanowi maszyna asynchroniczna pierścieniowa, polega na regulacji prędkości obrotowej tej maszyny w zależności od zmian wartości sygnału częstotliwości zadawanego do układu sterowania falownika prądu przemiennika częstotliwości, a wypracowanego za pomocą bloku regulacji częstotliwości na podstawie sygnału żądanej częstotliwości i sygnału prądu czynnego albo sygnału strumienia czynnego albo sygnału proporcjonalnego do kąta zawartego pomiędzy przestrzennym wektorem prądu falownika i wektorem strumienia magnetycznego maszyny otrzymanego na podstawie napięć i prądów wyjściowych falownika mierzonych uprzednio za pomocą układu pomiarowego oraz równoczesnej regulacji amplitudy prądu wirnika maszyny za pomocą sygnału wypracowanego przy pomocy regulatora prądu na podstawie sygnału zadawanego prądu i sygnału prądu mierzonego uprzednio w obwodzie pośredniczącym przemiennika częstotliwości.

Znany z literatury technicznej /J.Skwarczyński, A.Dziadecki, J.Zarudzki, J.Grzegorski, J.Skotniczny, T.Lerch „Maszyna indukcyjna dwustronnie zasilana jako generator elektryczny siłowni wiatrowej, wyd.: Przegląd Elektrotechniczny R.80 Nr 5/2004, str. 502 - 507/układ sterowania przemiennika częstotliwości z falownikiem prądu zasilającego maszynę indukcyjną dwustronnie zasilaną zawiera jako maszynę indukcyjną maszynę asynchroniczną pierścieniową, której stojan połączony jest z siecią energetyczną bezpośrednio, a wirnik połączony jest z tą samą siecią energetyczną odpowiednio poprzez szeregowo połączone: falownik prądu z podłączonym sterownikiem, obwód pośredniczący z dławikiem i prostownik sterowany z podłączonym odpowiednim sterownikiem, a tworzące przemiennik częstotliwości. Wejście sterownika prostownika sterowanego połączone jest z wyjściem regulatora prądu, którego jedno wejście jest połączone z zadajnikiem prądu, a drugie wejście jest połączone z układem pomiarowym prądu płynącego w układzie poś redniczącym przemiennika częstotliwości. Natomiast wejście sterownika falownika prądu jest połączone z wyjściem regulatora strumienia czynnego bloku regulacji częstotliwości falownika prądu. Regulator strumienia czynnego poprzez regulator częstotliwości jest połączony z zadajnikiem częstotliwości, a drugie wejście regulatora częstotliwości jest połączone z wyjściem regulatora strumienia czynnego. Drugie wejście regulatora strumienia czynnego jest połączone z układem pomiarowym napięć i prądów, który jest podłączony do wyjścia falownika prądu zasilającego wirnik maszyny indukcyjnej.

Sposób, według wynalazku, polegający na pomiarze sygnału rzeczywistej wartości prądu wejściowego przemiennika częstotliwości za pomocą bloku pomiarowego, następnie porównywaniu go z wartoś cią zadaną prądu i na podstawie uzyskanego sygnał u błędu wypracowaniu za pomocą regulatora prądu sygnału sterującego pracą zaworów prostownika sterowanego przemiennika częstotliwości oraz wypracowaniu sygnału zmiennej częstotliwości za pomocą bloku regulacji częstotliwości, a także wypracowaniu sygnału proporcjonalnego do kąta zawartego pomiędzy przestrzennym wektorem prądu falownika i wektorem strumienia magnetycznego maszyny na podstawie prądów i napięć wyjś ciowych falownika mierzonych) za pomocą ukł adu pomiarowego charakteryzuje się tym, że wypracowany w znany sposób sygnał proporcjonalny do kąta zawartego pomiędzy przestrzennym wektorem prądu falownika i wektorem strumienia magnetycznego maszyny poddaje się operacji różniczkowania ze stałą czasową proporcjonalną do elektromechanicznej stałej czasowej układu napędowego za pomocą bloku korekcji sygnału pomiarowego, a następnie na podstawie uzyskanego sygnału i sygnału zmiennej częstotliwości wypracowanej uprzednio w znany sposób w bloku regulacji czę stotliwości kształ tuje się za pomocą bloku korekcji zadanego sygnału częstotliwości sygnał sumy tych sygnałów, który stanowi sygnał sterujący pracą zaworów falownika prądu przemiennika częstotliwości.

Układ, według wynalazku, zawierający maszynę indukcyjną dwustronnie zasilaną, której stojan połączony jest z siecią energetyczną bezpośrednio, a wirnik połączony jest z tą samą siecią energetyczną odpowiednio poprzez szeregowo połączone: falownik prądu z podłączonym sterownikiem,

PL 210 737 B1 obwód pośredniczący z dławikiem i prostownik sterowany z podłączonym odpowiednim sterownikiem, a wejście sterownika prostownika sterowanego połączone jest z wyjściem regulatora prądu, którego jedno wejście jest połączone z zadajnikiem prądu, a drugie wejście jest połączone z blokiem pomiarowym prądu, jak również zawierający blok regulacji częstotliwości oraz blok pomiarowy napięć i prądów charakteryzuje się tym, że wyjście bloku regulacji częstotliwości połączone jest z jednym wejściem bloku korekcji zadanego sygnału częstotliwości, który jest połączony ze znanym sterownikiem falownika prądu, a do drugiego wejścia bloku korekcji zadanego sygnału częstotliwości podłączone jest poprzez blok korekcji sygnału pomiarowego drugie wyjście znanego bloku pomiarowego napięć i prądów przewodowych, który podłączony jest do wyjścia falownika prądu.

Rozwiązanie, według wynalazku, cechuje się prostotą i umożliwia poprawę stabilności pracy maszyny indukcyjnej zarówno w stanie ustalonym jak i w stanie dynamicznym, przy zmieniających się obciążeniach mechanicznych maszyny oraz zmieniających się sygnałach zadawanego prądu i zadawanej częstotliwości do odpowiednich sterowników prostownika sterowanego i falownika prądu przemiennika częstotliwości.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, który przedstawia schemat blokowy układu.

Sposób, według wynalazku, polega na pomiarze sygnału rzeczywistej wartości prądu wejściowego przemiennika częstotliwości za pomocą bloku pomiarowego prądu 11 i porównywaniu go z sygnałem żądanej wartości prądu zadawanym z zadajnika prądu 9. Następnie, na podstawie uzyskanego sygnału błędu wypracowuje się za pomocą regulatora prądu 8 sygnał sterujący pracą zaworów prostownika sterowanego 6 przemiennika częstotliwości. Równocześnie, na podstawie napięć i prądów wyjściowych falownika 3 mierzonych za pomocą układu pomiarowego napięć i prądów 15 wypracowuje się sygnał proporcjonalny do kąta zawartego pomiędzy przestrzennym wektorem prądu falownika 3 i wektorem strumienia magnetycznego zasilanej maszyny indukcyjnej 1, który to sygnał poddaje się operacji różniczkowania ze stałą czasową proporcjonalną do elektromechanicznej stałej czasowej układu za pomocą bloku korekcji sygnału pomiarowego 14. Następnie na podstawie uzyskanego sygnału i sygnału zmiennej częstotliwości wypracowanej uprzednio w znany sposób w bloku regulacji częstotliwości 12 kształtuje się za pomocą bloku korekcji zadanego sygnału częstotliwości 13 sygnał sumy tych sygnałów, który stanowi sygnał sterujący pracą zaworów falownika prądu 3 przemiennika częstotliwości.

Układ, według wynalazku, zawiera maszynę indukcyjną 1 dwustronnie zasilaną w postaci generatora pierścieniowego, której stojan połączony jest z siecią energetyczną 2 bezpośrednio, a wirnik połączony jest z tą samą siecią energetyczną 2 odpowiednio poprzez szeregowo połączone: falownik prądu 3 z podłączonym sterownikiem 4, obwód pośredniczący z dławikiem 5 i prostownik sterowany 6 z podłączonym odpowiednim sterownikiem 7, a wejście sterownika 7 prostownika sterowanego 6 połączone jest z wyjściem regulatora prądu 8, którego jedno wejście jest połączone z zadajnikiem prądu 9, a drugie wejście jest połączone poprzez sumator 10 z blokiem pomiarowym prądu. Układ zawiera również blok regulacji częstotliwości 12, którego wyjście połączone jest z jednym wejściem bloku korekcji zadanego sygnału częstotliwości 13, zaś do drugiego wejścia tego bloku korekcji zadanego sygnału częstotliwości 13 podłączone jest poprzez blok korekcji sygnału pomiarowego 14 drugie wyjście znanego bloku pomiarowego napięć i prądów przewodowych 15, który podłączony jest do wyjścia falownika prądu 3 i połączony jest także z blokiem regulacji częstotliwości 12. Natomiast wyjście bloku korekcji zadanego sygnału częstotliwości 13 jest połączone ze znanym sterownikiem 4 falownika prądu 3. Jako blok korekcji sygnału pomiarowego 14 zastosowano szeregowy dwójnik rezystancyjno-pojemnościowy RC, dla którego wartości rezystancji R i pojemności C są tak dobrane, że ich iloczyn jest proporcjonalny do elektromechanicznej stałej czasowej układu napędowego.

Działanie układu jest następujące. Mierzony za pomocą bloku pomiarowego prądu 11 sygnał rzeczywistej wartości prądu wejściowego przemiennika częstotliwości porównywany jest z sygnałem żądanej wartości prądu, który zadawany jest z zadajnika prądu 9. Następnie, na podstawie uzyskanego sygnału błędu za pomocą regulatora prądu 8 wypracowywany jest sygnał sterujący pracą zaworów prostownika sterowanego 6 przemiennika częstotliwości. Równocześnie, na podstawie napięć i prądów wyjściowych falownika 3 mierzonych za pomocą układu pomiarowego napięć i prądów 15 wypracowywany jest w znany sposób sygnał proporcjonalny do kąta zawartego pomiędzy przestrzennym wektorem prądu falownika 3 i wektorem strumienia magnetycznego zasilanej maszyny indukcyjnej 1 Uzyskany sygnał poddawany jest operacji różniczkowania ze stałą czasową proporcjonalną do elek4

PL 210 737 B1 tromechanicznej stałej czasowej układu za pomocą bloku korekcji sygnału pomiarowego 14. Następnie uzyskany sygnał i sygnał zmiennej częstotliwości wypracowany uprzednio w znany sposób w bloku regulacji częstotliwości 12 poddaje się sumowaniu w bloku korekcji zadanego sygnału częstotliwości 13, a otrzymanym w wyniku tej operacji sygnałem sterowane są zawory falownika prądu 3 przemiennika częstotliwości.

Claims (2)

1. Sposób sterowania przemiennika częstotliwości z falownikiem prądu zasilającego maszynę indukcyjną dwustronnie zasilaną polegający na pomiarze sygnału rzeczywistej wartości prądu wejściowego przemiennika częstotliwości za pomocą bloku pomiarowego, następnie porównywaniu go z wartością zadaną i na podstawie uzyskanego sygnału błędu wypracowaniu za pomocą regulatora prądu sygnału sterującego pracą zaworów prostownika sterowanego przemiennika częstotliwości oraz wypracowaniu sygnału zmiennej częstotliwości za pomocą bloku regulacji częstotliwości, a także wypracowaniu sygnału proporcjonalnego do kąta zawartego pomiędzy przestrzennym wektorem prądu falownika i wektorem strumienia magnetycznego maszyny na podstawie napięć i prądów wyjściowych falownika mierzonych za pomocą układu pomiarowego, znamienny tym, że wypracowany w znany sposób sygnał proporcjonalny do kąta zawartego pomiędzy przestrzennym wektorem prądu falownika (3) i wektorem strumienia magnetycznego maszyny (1) poddaje się operacji różniczkowania ze stałą czasową proporcjonalną do elektromechanicznej stałej czasowej układu za pomocą bloku korekcji sygnału pomiarowego (14), a następnie na podstawie uzyskanego sygnału i sygnału zmiennej częstotliwości wypracowanej uprzednio w znany sposób w bloku regulacji częstotliwości (12) kształtuje się za pomocą bloku korekcji zadanego sygnału częstotliwości (13) sygnał sumy tych sygnałów, który stanowi sygnał sterujący pracą zaworów falownika prądu (3) przemiennika częstotliwości.

2. Układ sterowania przemiennika częstotliwości z falownikiem prądu zasilającego maszynę indukcyjną dwustronnie zasilaną, której stojan połączony jest z siecią energetyczną bezpośrednio, a wirnik połączony jest z tą samą siecią energetyczną odpowiednio poprzez szeregowo połączone: falownik prądu z podłączonym sterownikiem, układ pośredniczący z dławikiem i prostownik sterowany z podłączonym odpowiednim sterownikiem, a wejście sterownika prostownika sterowanego połączone jest z wyjściem regulatora prądu, którego jedno wejście jest połączone z zadajnikiem prądu, a drugie wejście jest połączone z blokiem pomiarowym prądu, jak również zawierający blok regulacji częstotliwości oraz blok pomiarowy napięć i prądów, znamienny tym, że wyjście bloku regulacji częstotliwości (12) połączone jest z jednym wejściem bloku korekcji zadanego sygnału częstotliwości (13), który jest połączony ze znanym sterownikiem (4) falownika prądu (3), a do drugiego wejścia bloku korekcji zadanego sygnału częstotliwości (13) podłączony jest poprzez blok korekcji sygnału pomiarowego (14) znany blok pomiarowy (15) napięć i prądów przewodowych, który podłączony jest do wyjścia falownika prądu (3).