RU2027299C1 - Method of regulation of rotation frequency of async engine - Google Patents

Method of regulation of rotation frequency of async engine Download PDF

Info

Publication number
RU2027299C1
RU2027299C1 SU5032463A RU2027299C1 RU 2027299 C1 RU2027299 C1 RU 2027299C1 SU 5032463 A SU5032463 A SU 5032463A RU 2027299 C1 RU2027299 C1 RU 2027299C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
frequency
voltage
engine
motor
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Федорович Мухин
Original Assignee
Олег Федорович Мухин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Олег Федорович Мухин filed Critical Олег Федорович Мухин
Priority to SU5032463 priority Critical patent/RU2027299C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2027299C1 publication Critical patent/RU2027299C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

FIELD: electric engineering. SUBSTANCE: alternating current is applied to stator windings in form of pulses, and frequency of rotation is controlled by changing frequency of current supplied inversely proportionally to changes in duration of current pulses. EFFECT: improved reliability of operation. 3 dwg

Description

Изобретение относится к регулируемому электроприводу с асинхронным двигателем, используемому в основном в механизмах с тяжелыми условиями пуска (центрифуга, штанговый нефтяной насос и т.п.), требующих плавного и бесступенчатого регулирования скорости независимо от нагрузки при работе двигателя в интервале скоростей от минимальных до максимальных при больших моментах сопротивления. The invention relates to a controlled electric drive with an induction motor, mainly used in mechanisms with difficult starting conditions (centrifuge, sucker-rod oil pump, etc.), requiring smooth and stepless speed control regardless of the load when the engine is running in the range of speeds from minimum to maximum with large moments of resistance.

Известен способ регулирования изменением величины первичного напряжения [1]. При изменении первичного напряжения момент двигателя изменеятся пропорционально квадрату напряжения и соответственно изменяются механические характеристики. A known method of regulation by changing the magnitude of the primary voltage [1]. When the primary voltage changes, the engine torque changes in proportion to the square of the voltage and, accordingly, the mechanical characteristics change.

Однако этот способ регулирования скорости в связи с пониженным КПД применяется только для двигателей малой мощности. However, this method of speed control due to reduced efficiency is applied only to low power engines.

Известен способ управления электроприводом с асинхронным двигателем [2] . Этот способ позволяет плавно регулировать число оборотов асинхронного двигателя и получать устойчивую работу на любой скорости независимо от нагрузки. При работе двигателя на пониженных скоростях, т.е. при работе последнего на искусственной характеристике (при выведенном в цепь ротора сопротивлении), это достигается путем дополнительного питания обмотки статора асинхронного двигателя постоянным током и автоматического регулирования этого тока в зависимости от разности двух напряжений - эталонного и пропорционального току нагрузки двигателя. A known method of controlling an electric drive with an induction motor [2]. This method allows you to smoothly adjust the speed of the induction motor and get stable operation at any speed regardless of the load. When the engine is running at reduced speeds, i.e. when the latter operates on an artificial characteristic (with the resistance brought to the rotor circuit), this is achieved by additionally supplying direct current to the stator winding of the induction motor and automatically adjusting this current depending on the difference between the two voltages - a reference and proportional to the motor load current.

Недостатком такого способа является то, что при работе на искусственной характеристике режим работы двигателя характеризуется низким КПД и наличием больших токов в обмотках. Во время работы асинхронного двигателя на естественной характеристике при закороченном роторном сопротивлении все устройство автоматически выводится из работы. Для регулирования числа оборотов асинхронного двигателя, работающего на естественной характеристике, требуется другая дополнительная аппаратура. The disadvantage of this method is that when operating on an artificial characteristic, the engine operating mode is characterized by low efficiency and the presence of high currents in the windings. During the operation of the induction motor on a natural characteristic with a shorted rotor resistance, the entire device is automatically taken out of operation. To control the speed of the asynchronous motor running on a natural characteristic, other additional equipment is required.

Известен способ регулирования двигателя [3 и 4], по которому при работе двигателя на малых частотах, т.е. малых скоростях, необходимо компенсировать падение напряжения на активном сопротивлении обмотки статора.Постоянное сопротивление, подаваемое на статор, необходимо программировать в функии частоты. Этому способу присущи недостатки предыдущего способа. A known method of controlling the engine [3 and 4], according to which when the engine is operating at low frequencies, i.e. at low speeds, it is necessary to compensate for the voltage drop across the active resistance of the stator winding. The constant resistance supplied to the stator must be programmed in the frequency range. This method has the disadvantages of the previous method.

Наиболее близким к изобретению является способ регулирования частоты вращения асинхронного двигателя [5], по которому изменяют частоту подводимого к статорной обмотке переменного тока, при этом регулируется и напряжение таким образом, что отношение напряжения к частоте остается постоянным. Closest to the invention is a method of controlling the rotational speed of an induction motor [5], by which the frequency of the alternating current supplied to the stator winding is changed, and the voltage is regulated in such a way that the ratio of voltage to frequency remains constant.

К недостаткам частотного регулирования можно отнести тот факт, что при малых скоростях нужно пропорционально уменьшать напряжение, подаваемое в статорную обмотку, вследствие чего момент на валу двигателя уменьшается пропорционально квадрату напряжения, т. е. при малых скоростях и больших моментах сопротивления двигатель работает неустойчиво. The disadvantages of frequency regulation include the fact that at low speeds it is necessary to proportionally reduce the voltage supplied to the stator winding, as a result of which the torque on the motor shaft decreases proportionally to the square of the voltage, i.e., at low speeds and high resistance moments, the motor operates unstably.

Задачей, на решение которой направлен предлагаемый способ частотно-импульсного регулирования скорости вращения асинронного двигателя, является достижение следующих технических результатов: получить устойчивую работу двигателя при любой скорости независимо от нагрузки, регулировать скорость от минимальной до максимальной при номинальной мощности двигателя, увеличить КПД при малых скоростях, не требуется регулирования напряжения пропорционально изменению частоты тока (напряжение выбирается исходя из получения максимального момента и скорости, а регулирование скорости производят вниз от максимальной при неизменной величине амплитуды напряжения). The task to which the proposed method of frequency-pulse regulation of the speed of rotation of an asynchronous motor is aimed is to achieve the following technical results: obtain stable operation of the engine at any speed regardless of load, adjust the speed from minimum to maximum at rated motor power, increase efficiency at low speeds , voltage regulation is not required in proportion to the change in current frequency (the voltage is selected based on the maximum torque and a speed, and speed regulation produce down from the maximum value at a fixed voltage amplitude).

Сущность способа заключается в следующем. При неизменной величине амплитуды переменного напряжения ток, подаваемый в статорную обмотку, формируется в виде импульсов, частота которых регулируется обратно пропорционально изменению частоты тока. The essence of the method is as follows. With a constant amplitude of the alternating voltage, the current supplied to the stator winding is formed in the form of pulses, the frequency of which is regulated inversely with the change in the frequency of the current.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства, с помощью которого регулируется частота асинхронного двигателя; на фиг.2 - диаграмма, поясняющая работу устройства и способ регулирования частоты; на фиг.3 показано выполнение обратной связи. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a device with which the frequency of an induction motor is regulated; figure 2 is a diagram explaining the operation of the device and the frequency control method; figure 3 shows the implementation of the feedback.

Устройство содержит электромеханический коммутатор 1 и полупроводниковый выпрямитель 2 тока. Полупроводниковый выпрямитель выполнен по схеме Ларионова, подключенной к трехфазной сети переменного тока. На его выходе установлены диоды 3, а на входе - тиристоры 4 с цепью 5 управления. Выход выпрямителя 2 соединен с ограничителем 6 напряжения, выполненным в виде управляемого электрического силового ключа. Выпрямитель 2 через ограничитель 6 соединен с электромеханическим коммутатором 1, который выполнен в виде коммутационных колец 7, коллектора 8, регулятора 9 длительности импульсов, маховика 10, установленных на одном валу 11, соединенном с электродвигателем 12 постоянного тока. На коммутационных кольцах 7 установлены щетки 13, электрически соединенные с выпрямителем 2. Коллектор 8 выполнен в виде двух ламелей 14, каждая из которых электрически соединена с одним из коммутационных колец 7. На поверхности коллектора 8 установлены под углом 120о три щетки, которые электрически соединены с конденсаторной батареей 15 и клеммами 16, к которым подключается регулируемый асинхронный двигатель. Регулятор 9 длительности импульсов выполнен в виде коллектора, состоящего из трех ламелей 17 с углом ≈120о каждая. На поверхности регулятора 9 расположены неподвижная щетка 18 и подвижная щетка 19 с рукояткой 20 с возможностью перемещения на угол α. Щетки 18 и 19 электрически соединены с цепью 5 управления тиристоров 4 выпрямителя 2. Рукоятка 20 с помощью обратной связи связана с переменной индуктивностью 21 регулятора 22 напряжения. Регулятор напряжения на выходе электрически соединен с двигателем 12 постоянного тока, а на входе - с выпрямителем 23 напряжения, выполненным по схеме Ларионова на диодах и соединенным с сетью переменного трехфазного тока. Регулятор может быть также выполнен только на полупроводниковых элементах. Все определяется технико-экономическим обоснованием.The device comprises an electromechanical switch 1 and a semiconductor rectifier 2 current. The semiconductor rectifier is made according to the Larionov circuit connected to a three-phase AC network. At its output, diodes 3 are installed, and at the input there are thyristors 4 with a control circuit 5. The output of the rectifier 2 is connected to a voltage limiter 6, made in the form of a controlled electric power switch. The rectifier 2 through a limiter 6 is connected to an electromechanical switch 1, which is made in the form of switching rings 7, a collector 8, a pulse width controller 9, a flywheel 10 mounted on one shaft 11 connected to a DC motor 12. On switching the rings 7 are mounted brushes 13, is electrically connected to a rectifier 2. The collector 8 is in the form of two slats 14, each of which is electrically connected to one of the switching ring 7. On the surface of the collector 8 are set at an angle 120 of three brushes, which are electrically connected with a capacitor bank 15 and terminals 16, to which an adjustable induction motor is connected. The controller 9 of the pulse duration is made in the form of a collector consisting of three lamellas 17 with an angle of ≈120 about each. On the surface of the controller 9 are a fixed brush 18 and a movable brush 19 with a handle 20 with the ability to move through an angle α. The brushes 18 and 19 are electrically connected to the control circuit 5 of the thyristors 4 of the rectifier 2. The handle 20 is connected via feedback to the variable inductance 21 of the voltage regulator 22. The output voltage regulator is electrically connected to the DC motor 12, and at the input to a voltage rectifier 23 made according to the Larionov circuit on diodes and connected to a three-phase alternating current network. The controller can also be made only on semiconductor elements. Everything is determined by a feasibility study.

Способ регулирования осуществляется следующим образом. The regulation method is as follows.

На выпрямители 2 и 23 подается переменный трехфазный ток, вследствие чего на регулятор 22 и двигатель 12 поступает постоянный ток и двигатель 12 начинает вращаться, сообщая вращение валу 11 электромеханического коммутатора 1, со скоростью ω. Через выпрямитель 2 и ограничитель 6 напряжения постоянный ток поступает на щетки 2, а затем на коллектор 8, где он преобразуется в переменный трехфазный ток, и через щетки 24 поступает на клеммы 16, к которым подключается регулируемый асинхронный двигатель. Three-phase alternating current is supplied to the rectifiers 2 and 23, as a result of which direct current is supplied to the regulator 22 and the motor 12 and the motor 12 begins to rotate, imparting rotation to the shaft 11 of the electromechanical switch 1, at a speed ω. Through the rectifier 2 and the voltage limiter 6, the direct current is supplied to the brushes 2, and then to the collector 8, where it is converted into an alternating three-phase current, and through the brushes 24 it is supplied to the terminals 16, to which an adjustable induction motor is connected.

При неизменной величине амплитуды переменного напряжения ток, подаваемый в статорную обмотку, формируется в виде импульсов, длительность которых регулируется обратно пропорционально изменению частоты. Согласно фиг.2 Δt1, Δt2, Δt3 - длительности сформированных импульсов тока, Δtр - промежуток времени между ними. Сумма этих величин равна периоду Т питающего тока, т.е. :
Т = Δt1 + Δt2 + Δt3 + 2 Δtр. (1)
При установившемся режиме имеют
Δt1 = Δt2 = Δt3 = 3 Δt . (2)
Чтобы поддерживать действующее значение тока в фазах статора постоянным по модулю для обеспечения постоянства магнитного потока, необходимо регулировать величину (длительность) импульса в зависимости от его частоты при нерегулируемом напряжении согласно зависимости
3Iν Δtν = I = сonst, (3) где I - действующее значение тока двигателя при ν = 50 Гц;
Iν - действующее значение тока двигателя при частоте ν ;
ν - частота тока в статорной обмотке;
Δt - длительность импульса тока, подводимого к статорной обмотке. т.е. импульс тока 3Iν Δt за период должен регулироваться обратно пропорционально изменению частоты тока.With a constant amplitude of the alternating voltage, the current supplied to the stator winding is formed in the form of pulses, the duration of which is regulated inversely with the frequency change. According to figure 2, Δt 1 , Δt 2 , Δt 3 - the duration of the generated current pulses, Δt p - the time interval between them. The sum of these values is equal to the period T of the supply current, i.e. :
T = Δt 1 + Δt 2 + Δt 3 + 2 Δt p . (1)
In steady state they have
Δt 1 = Δt 2 = Δt 3 = 3 Δt. (2)
To maintain the current value of the current in the phases of the stator constant modulo to ensure the constancy of the magnetic flux, it is necessary to adjust the magnitude (duration) of the pulse depending on its frequency at an unregulated voltage according to
3I ν Δtν = I = const, (3) where I is the effective value of the motor current at ν = 50 Hz;
I ν is the effective value of the motor current at a frequency ν;
ν is the current frequency in the stator winding;
Δt is the duration of the current pulse supplied to the stator winding. those. the current pulse 3I ν Δt for the period must be adjusted inversely with the change in the frequency of the current.

Регулируя длительность Δt импульса обратно пропорционально изменению частоты тока, изменяют и импульс тока, а следовательно, поддерживают магнитный поток постоянным. By adjusting the duration Δt of the pulse inversely with the change in the frequency of the current, the current pulse is also changed, and therefore, the magnetic flux is kept constant.

Частота преобразованного тока выражается следующей формулой:
ν =

Figure 00000001
(4) где ν- частота тока, поступившего в статорную обмотку двигателя;
ω- скорость вращения вала 11.The frequency of the converted current is expressed by the following formula:
ν =
Figure 00000001
(4) where ν is the frequency of the current supplied to the stator winding of the motor;
ω - shaft rotation speed 11.

Длительность Δt импульса выражается следующей зависимостью:
Δt =

Figure 00000002
(5) где β= 120о - угол между кольцами 7;
α- угол между щетками 18 и 19.The duration Δt of the pulse is expressed by the following relationship:
Δt =
Figure 00000002
(5) where β = 120 about - the angle between the rings 7;
α is the angle between the brushes 18 and 19.

Тогда формула (3) для данной схемы регулятора имеет следующий вид:
3Iν

Figure 00000003
ν = I = const (6)
Изменением угла α от αмакс до 0о поворотом рукоятки 20 осуществляется перемещение штока 25 (фиг.3) обратной связи и изменение сопротивления регулятора 26, которое ведет к изменению тока в индуктивности 27. Одновременно с этим изменяется время включения цепи 5 (длительность импульса Δt) управления тиристоров 4 выпрямителя 2. Так как между ламелями 17 регулятора 9 длительности импульсов через 120о имеется электрический разрыв, то, когда он находится между щетками 18 и 19, цепь 5 обесточена и тиристоры 4 выключены. При изменении тока индуктивности 27 изменяется насыщенность магнитопровода и величина индуктивного элемента 28, а следоватеьно, изменяется частота включения и отключения регулятора 22 напряжения.Then formula (3) for a given controller circuit has the following form:
3I ν
Figure 00000003
ν = I = const (6)
By varying the angle α by α max to 0 by turning the handle 20 is carried out moving the rod 25 (Figure 3) and a feedback resistance change controller 26, which leads to a change in current in the inductor 27. At the same time changes enable circuit 5 (pulse duration Δt ) control thyristor rectifier 4 2. Since the lamellae 17 between the regulator 9 through the pulse duration 120 has an electric discontinuity, then when it is between the brushes 18 and 19, the circuit 5 is not energized and are turned off thyristors 4. When the inductance current 27 changes, the saturation of the magnetic circuit and the magnitude of the inductive element 28 change, and consequently, the frequency of turning on and off the voltage regulator 22 changes.

Таким образом, регулируются напряжение и ток, поступающие на двигатель 12, вследствие чего и происходит изменение частоты вращения двигателя. Thus, the voltage and current supplied to the motor 12 are regulated, as a result of which a change in the engine speed occurs.

В соответствии с конструкцией электромеханического коммутатора 1 и формулой (6) при изменении поворотом рукоятки 20 углаα от αмакс до 0о частота двигателя 12 изменеятся в пределах ωмин - ωмакс, а длительность импульса, а следовательно, и его величина импульса изменяется обратно пропорционально изменению частоты вращения, т.е. частоте ω. Таким образом, поворотом рукоятки регулируется частота вращения асинхронного двигателя при нерегулируемом напряжении.In accordance with the design of the electromechanical switch 1 and formula (6), when the angle α is changed by turning the knob 20 from α max to 0 °, the frequency of the engine 12 changes in the range ω min - ω max , and the pulse duration, and therefore its pulse value, is inversely proportional change in speed, i.e. frequency ω. Thus, by turning the handle, the speed of the induction motor is regulated at an unregulated voltage.

Claims (1)

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ путем изменения частоты подводимого к статорной обмотке переменного тока, отличающийся тем, что ток формируют в виде импульсов, изменение частоты которых осуществляют обратно пропорционально изменению длительности импульсов. METHOD FOR REGULATING THE ROTATION FREQUENCY OF ASYNCHRONOUS MOTOR by changing the frequency of the alternating current supplied to the stator winding, characterized in that the current is formed in the form of pulses, the frequency change of which is inversely proportional to the change in the pulse duration.
SU5032463 1992-04-17 1992-04-17 Method of regulation of rotation frequency of async engine RU2027299C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5032463 RU2027299C1 (en) 1992-04-17 1992-04-17 Method of regulation of rotation frequency of async engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5032463 RU2027299C1 (en) 1992-04-17 1992-04-17 Method of regulation of rotation frequency of async engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2027299C1 true RU2027299C1 (en) 1995-01-20

Family

ID=21599431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5032463 RU2027299C1 (en) 1992-04-17 1992-04-17 Method of regulation of rotation frequency of async engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2027299C1 (en)

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Фольден А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1974, с.100-105. *
2. Авторское свидетельство СССР N 93406, кл. H 02P 7/42, 1952. *
3. Сандрук А.С., Сарбатов Р.С. Частотное управление асинхронными электродвигателями. М.: Энергия, 1964, с.93-121. *
4. Аранчий Г.В., Джемеров Г.П., Эпштейн И.И. Тиристорные преобразователи частоты для регулируемых электроприводов. М.: Энергия, 1968, с.161-163. *
5. Авторское свидетельство СССР N 657562, кл. H 02P 7/42, 1979. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4949021A (en) Variable speed constant frequency start system with selectable input power limiting
US5029263A (en) Electric start control of a VSCF system
US4323835A (en) Simplified power factor controller for induction motor
EP0146673B1 (en) Laundering machines
EP0114275B1 (en) Voltage-controlled, inverter-motor system
CA1085911A (en) Electric motor having controlled magnetic flux density
WO1993026082A1 (en) Engine-driven generator
EP0114274A1 (en) Control and stabilizing system for damperless synchronous motor
US5777459A (en) Induction electrical power generating system with variable numbers of poles and excitation frequency
US3991352A (en) Apparatus and method for reducing effective inductance in a dynamic braking circuit
US3529224A (en) Speed control of induction motors with semiconductors and resistors
EP0107351B2 (en) Synchronous motor control
RU2027299C1 (en) Method of regulation of rotation frequency of async engine
JPS6320460Y2 (en)
US6239583B1 (en) Regulation system for a permanent magnet generator
JP2639985B2 (en) Control method of single-phase induction motor
RU2076450C1 (en) Method for regulation of rotation frequency of double-supply electric motor and device which implements said method
SU1403321A1 (en) A.c. drive
US3375424A (en) Control circuit for induction motors
RU2199815C2 (en) Method for controlling induction motor speed
RU2359399C2 (en) Generator set with fixed frequency
JPH09163794A (en) Driving gear for electric motor
SU974531A1 (en) Device for breaking three-phase induction electric motor
RU1780139C (en) Electric drive
KR810001040B1 (en) Optimized electric motor having controlled magnetic flux density