RU210092U1 - AC DRIVE CONTROL DEVICE - Google Patents

AC DRIVE CONTROL DEVICE Download PDF

Info

Publication number
RU210092U1
RU210092U1 RU2021126606U RU2021126606U RU210092U1 RU 210092 U1 RU210092 U1 RU 210092U1 RU 2021126606 U RU2021126606 U RU 2021126606U RU 2021126606 U RU2021126606 U RU 2021126606U RU 210092 U1 RU210092 U1 RU 210092U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
inverter
capacitor
transistor switch
Prior art date
Application number
RU2021126606U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Николаевич Мещеряков
Владимир Владимирович Пикалов
Даниил Андреевич Беленов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" (ЛГТУ)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" (ЛГТУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" (ЛГТУ)
Priority to RU2021126606U priority Critical patent/RU210092U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU210092U1 publication Critical patent/RU210092U1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Abstract

Полезная модель относится к устройствам частотного управления и торможения электроприводом переменного тока. Технический результат, заключающийся в дозированной подаче энергии на вход инвертора, что позволяет уменьшить количество коммутаций ключей инвертора при глубоком регулировании скорости электропривода, и управлении процессом передачи энергии из обмотки статора двигателя, вырабатываемой при его торможении, в емкостный накопитель с регулируемой емкостью, достигается тем, что в устройстве для управления асинхронным электроприводом переменного тока, содержащем диодный выпрямитель и инвертор на полностью управляемых ключах с обратными диодами, соединенные между собой через датчик тока, транзисторный ключ, сглаживающий реактор, обратный диод, к выходам выпрямителя подключен блок конденсаторов с регулируемой емкостью, встречно-параллельно транзисторному ключу и сглаживающему реактору включены обратные диоды. Система управления формирует задание на разницу скоростей вращения поля статора и ротора и управляет электроприводом с помощью реализации замкнутых контуров тока с релейно-гистерезисными регуляторами тока и регулятором скорости. В режиме торможения за счет накопленной кинетической энергии во вращающихся частях электропривода в обмотках статора электродвигателя наводится ЭДС, и электрическая энергия отдается через инвертор блоку конденсаторов, а коммутация дополнительного транзисторного ключа в блоке конденсаторов обеспечивает регулирование величины тока, поступающего от инвертора к конденсаторам, и темпа заряда конденсаторов. При повторном включении электропривода накопленная в конденсаторах энергия передается на вход инвертора, а входной ток инвертора регулируется с помощью транзисторного ключа, установленного в звене постоянного тока. 1 ил.The utility model relates to devices for frequency control and braking by an alternating current electric drive. The technical result, which consists in the dosed supply of energy to the input of the inverter, which makes it possible to reduce the number of switching of the inverter keys with deep regulation of the speed of the electric drive, and control of the process of transferring energy from the motor stator winding, generated during its braking, to a capacitive storage device with adjustable capacity, is achieved by that in a device for controlling an asynchronous AC drive, containing a diode rectifier and an inverter on fully controlled switches with reverse diodes, interconnected through a current sensor, a transistor switch, a smoothing reactor, a reverse diode, a block of capacitors with adjustable capacitance is connected to the outputs of the rectifier, counter - reverse diodes are connected in parallel to the transistor switch and the smoothing reactor. The control system generates a task for the difference in the rotation speeds of the stator and rotor fields and controls the electric drive by implementing closed current loops with relay-hysteresis current controllers and a speed controller. In the braking mode, due to the accumulated kinetic energy in the rotating parts of the electric drive, an EMF is induced in the stator windings of the electric motor, and the electric energy is given through the inverter to the capacitor unit, and the switching of an additional transistor switch in the capacitor unit ensures the regulation of the current flowing from the inverter to the capacitors and the charge rate capacitors. When the drive is turned on again, the energy accumulated in the capacitors is transferred to the inverter input, and the inverter input current is regulated using a transistor switch installed in the DC link. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к устройствам частотного управления и торможения электропривода переменного тока.The utility model relates to devices for frequency control and braking of an AC electric drive.

Известен трехфазный Z-инвертор, содержащий мостовой инвертор напряжения с ШИМ и повышающее импедансное звено, состоящее их первой индуктивности, один конец которой является положительным входом Z-инвертора, а второй конец соединен с анодом диода, второй индуктивностью, подключенной одним концом к катоду диода, а вторым концом - к положительному входу мостового инвертора напряжения, первого конденсатора, подключенного положительным полюсом ко второму концу первой индуктивности и аноду диода, а отрицательным - ко второму концу второй индуктивности и к положительному входу мостового инвертора напряжения, второго конденсатора, подключенного положительным полюсом к катоду диода, коллектору силового транзистора и первому концу второй индуктивности, а отрицательным - к отрицательному входу трехфазного Z-инвертора, соединенного с отрицательным входом мостового инвертора напряжения, третьего конденсатора, подключенного параллельно входу трехфазного Z-инвертора, и третьей индуктивности, подключенной одним концом к аноду диода, а вторым - к эмиттеру силового транзистора [1].A three-phase Z-inverter is known, containing a bridge voltage inverter with PWM and increasing the impedance link, consisting of their first inductance, one end of which is the positive input of the Z-inverter, and the second end is connected to the anode of the diode, the second inductance connected at one end to the cathode of the diode, and the second end - to the positive input of the bridge voltage inverter, the first capacitor connected with the positive pole to the second end of the first inductance and the anode of the diode, and the negative - to the second end of the second inductance and to the positive input of the bridge voltage inverter, the second capacitor connected by the positive pole to the cathode diode, the collector of the power transistor and the first end of the second inductance, and the negative - to the negative input of the three-phase Z-inverter connected to the negative input of the bridge voltage inverter, the third capacitor connected in parallel to the input of the three-phase Z-inverter, and the third inductor, connected one end to the anode of the diode, and the other - to the emitter of the power transistor [1].

Недостатком данного устройства является невозможность свободного обмена электрической энергией между конденсаторами инвертора и нагрузкой, которой является электродвигатель переменного тока, при его торможении и последующем пуске.The disadvantage of this device is the impossibility of a free exchange of electrical energy between the inverter capacitors and the load, which is an AC motor, during its braking and subsequent start.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для управления асинхронным электроприводом переменного тока, содержащее нерегулируемый диодный выпрямитель, к выходам которого подключен конденсатор, и инвертор на полностью управляемых вентилях, соединенные между собой через сглаживающий реактор, фильтрующую конденсаторную батарею, подключенную к выводам инвертора, релейный регулятор тока, инвертор содержит дополнительные отсекающие диоды по числу управляемых вентилей, включенные последовательно с управляемыми вентилями, и дополнительные демпфирующие конденсаторы по числу управляемых вентилей, подключенные к точкам соединения отсекающих диодов и управляемых вентилей, в звено постоянного тока включен запираемый транзисторный ключ, дополнительно включен обратный диод, создающий цепь протекания для тока статора при отключенном транзисторном ключе, система управления транзисторным ключом содержит релейный регулятор с гистерезисом [2].The closest in technical essence to the proposed one is a device for controlling an asynchronous AC drive, containing an unregulated diode rectifier, to the outputs of which a capacitor is connected, and an inverter on fully controlled valves, interconnected through a smoothing reactor, a filtering capacitor bank connected to the outputs of the inverter, relay current controller, the inverter contains additional cut-off diodes according to the number of controlled valves, connected in series with the controlled valves, and additional damping capacitors according to the number of controlled valves, connected to the connection points of the cutting diodes and controlled valves, a lockable transistor switch is included in the DC link, additionally connected a reverse diode that creates a flow circuit for the stator current when the transistor switch is off, the transistor switch control system contains a relay controller with hysteresis [2].

Недостатками данного устройства являются сложность поддержания требуемого пускового момента двигателя, т.к. формируются мгновенные значения напряжения статора двигателя, а нелинейный функциональный блок в системе управления содержит уравнение связи между моментом и током статора. Также сложно получить требуемый гармонический сигнал обратной связи по напряжению, поступающий в релейные регуляторы, т.к. питающее напряжение имеет импульсный характер. Невозможность запасания электрической энергии, вырабатываемой электродвигателем переменного тока при его торможении, с отдачей этой энергии электродвигателю при его последующем пуске.The disadvantages of this device are the difficulty of maintaining the required starting torque of the engine, tk. the instantaneous values of the motor stator voltage are formed, and the non-linear functional block in the control system contains the relation equation between the stator torque and current. It is also difficult to obtain the required harmonic voltage feedback to the relay controllers, as the supply voltage has a pulsed character. The impossibility of storing electrical energy generated by an AC motor during its braking, with the return of this energy to the motor during its subsequent start-up.

Целью полезной модели является повышение точности поддержания требуемого момента двигателя в пусковом режиме и запасание в емкостном накопителе электрической энергии, вырабатываемой электродвигателем переменного тока при его торможении, с последующей отдачей этой энергии электродвигателю при его последующем пуске.The purpose of the utility model is to improve the accuracy of maintaining the required engine torque in the starting mode and to store in the capacitive storage of electrical energy generated by the AC motor during its braking, with the subsequent return of this energy to the motor during its subsequent start.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления электроприводом переменного тока, содержит диодный выпрямитель, к выходам которого подключен конденсаторный блок, трехфазный мостовой инвертор, выполненный на полностью управляемых транзисторных ключах с обратными диодами, анодный выход выпрямителя соединен с катодным входом инвертора через датчик выпрямленного тока, к катодному выходу выпрямителя подключен анодный вывод первого управляемого транзисторного ключа, катодный вывод которого подключен к первому выводу обмотки сглаживающего реактора, второй вывод которой подключен к катодному входу инвертора, к катодному выводу транзисторного ключа подключен катод дополнительного диода, анод которого подключен к анодному выходу выпрямителя, два фазных выхода инвертора соединены с двумя обмотками статора двигателя через датчики тока, система управления содержит блок управления ключами инвертора, соединенный с выходом трехфазного блока фазных релейно-гистерезисных регуляторов, положительные фазные входы которого соединены с фазными выходами блока задания мгновенных значений трехфазной переменной статора, частотный вход которого подключен к выходу сумматора, один вход которого подключен к блоку задания разности скорости вращения поля статора и скорости ротора, а второй вход сумматора подключен к выходу датчика скорости двигателя, вход блока вход блока вычисления заданной амплитуды тока статора соединен с выходом функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом блока ограничения, вход которого соединен с выходом регулятора скорости, вход которого соединен с выходом первого узла сравнения, положительный вход которого соединен с блоком задания сигнала скорости, а отрицательный вход первого узла сравнения соединен с выходом датчика скорости двигателя, отрицательный вход второго узла сравнения соединен с выходом датчика выпрямленного тока, а выход второго узла сравнения соединен с входом релейно-гистерезисного регулятора выпрямленного тока, выход этого регулятора соединен с управляющим входом первого транзисторного ключа, амплитудный вход блока задания мгновенных значений трехфазной переменной статора, вырабатывающий сигнал задания фазных токов статора, соединен с выходом блока вычисления заданной амплитуды тока статора, который также соединен с входом пропорционального блока, выход которого соединен с положительным входом второго узла сравнения, третий фазный выход инвертора соединен с третьей обмоткой статора через датчик тока, выходы трех фазных датчиков тока соединены с отрицательными входами узлов сравнения блока фазных релейно-гистерезисных регуляторов, параллельно первому транзисторному ключу включен обратный диод, параллельно обмотке сглаживающего реактора включен другой обратный диод, анод которого подключен к анодному входу инвертора, а катод подключен к катодному выходу первого транзисторного ключа, конденсаторный блок содержит два конденсатора большей емкости и два конденсатора меньшей емкости, из которых составлены две группы конденсаторов, в первой группе последовательно соединены один конденсатор меньшей емкости и один конденсатор большей емкости, причем отрицательный вывод одного конденсатора меньшей емкости соединен с положительным выводом одного конденсатора большей емкости, положительный вывод конденсатора меньшей емкости соединен с катодным выходом диодного выпрямителя, а отрицательный вывод конденсатора большей емкости соединен с анодным выходом выпрямителя, во второй группе последовательно соединены другой конденсатор большей емкости и другой конденсатор меньшей емкости, причем отрицательный вывод конденсатора меньшей емкости соединен с другим конденсатором большей емкости, положительный вывод другого конденсатора большей емкости соединен с катодным выходом диодного выпрямителя, а отрицательный вывод другого конденсатора меньшей емкости соединен с анодным выходом выпрямителя, общая точка соединения двух конденсаторов первой группы соединена с катодом второго транзисторного ключа, а общая точка соединения двух конденсаторов второй группы соединена с анодом второго транзисторного ключа, управляющий вход второго транзисторного ключа соединен с блоком управления вторым транзисторным ключом.This goal is achieved in that the device for controlling an AC electric drive contains a diode rectifier, to the outputs of which a capacitor unit is connected, a three-phase bridge inverter made on fully controlled transistor switches with reverse diodes, the anode output of the rectifier is connected to the cathode input of the inverter through a rectified current sensor , the anode output of the first controlled transistor switch is connected to the cathode output of the rectifier, the cathode output of which is connected to the first output of the smoothing reactor winding, the second output of which is connected to the cathode input of the inverter, the cathode of an additional diode is connected to the cathode output of the transistor switch, the anode of which is connected to the anode output of the rectifier , two phase outputs of the inverter are connected to two windings of the motor stator through current sensors, the control system contains an inverter key control unit connected to the output of a three-phase block of phase relay-hysteresis controllers, according to the positive phase inputs of which are connected to the phase outputs of the block for setting the instantaneous values of the three-phase stator variable, the frequency input of which is connected to the output of the adder, one input of which is connected to the block for setting the difference between the speed of rotation of the stator field and the rotor speed, and the second input of the adder is connected to the output of the motor speed sensor , the input of the block, the input of the block for calculating the specified stator current amplitude, is connected to the output of the functional converter, the input of which is connected to the output of the limiting block, the input of which is connected to the output of the speed controller, the input of which is connected to the output of the first comparison node, the positive input of which is connected to the block for setting the speed signal , and the negative input of the first comparison node is connected to the output of the motor speed sensor, the negative input of the second comparison node is connected to the output of the rectified current sensor, and the output of the second comparison node is connected to the input of the relay-hysteresis controller of the rectified current, the output of this th controller is connected to the control input of the first transistor switch, the amplitude input of the block for setting the instantaneous values of the three-phase stator variable, which generates the signal for setting the stator phase currents, is connected to the output of the block for calculating the set stator current amplitude, which is also connected to the input of the proportional block, the output of which is connected to the positive the input of the second comparison node, the third phase output of the inverter is connected to the third stator winding through a current sensor, the outputs of the three phase current sensors are connected to the negative inputs of the comparison nodes of the block of phase relay-hysteresis controllers, a reverse diode is connected in parallel with the first transistor switch, another one is connected in parallel with the winding of the smoothing reactor reverse diode, the anode of which is connected to the anode input of the inverter, and the cathode is connected to the cathode output of the first transistor switch, the capacitor unit contains two capacitors of a larger capacity and two capacitors of a smaller capacity, of which d ve groups of capacitors, in the first group one capacitor of smaller capacity and one capacitor of larger capacity are connected in series, and the negative terminal of one capacitor of smaller capacity is connected to the positive terminal of one capacitor of larger capacity, the positive terminal of the capacitor of smaller capacity is connected to the cathode output of the diode rectifier, and the negative terminal capacitor of a larger capacity is connected to the anode output of the rectifier, in the second group another capacitor of a larger capacity and another capacitor of a smaller capacity are connected in series, and the negative terminal of the capacitor of a smaller capacity is connected to another capacitor of a larger capacity, the positive terminal of another capacitor of a larger capacity is connected to the cathode output of the diode rectifier, and the negative terminal of another capacitor of smaller capacity is connected to the anode output of the rectifier, the common connection point of the two capacitors of the first group is connected to the cathode of the second transistor switch, and the common the connection point of two capacitors of the second group is connected to the anode of the second transistor switch, the control input of the second transistor switch is connected to the control unit of the second transistor switch.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для управления электроприводом переменного тока.The drawing shows a functional diagram of a device for controlling an AC drive.

Устройство содержит диодный выпрямитель 1 и инвертор 2, выполненный по мостовой схеме на полностью управляемых ключах - IGBT-транзисторах с обратными диодами, катодный выход выпрямителя соединен с анодным выходом инвертора через последовательно соединенные сглаживающий реактор 3, транзисторный ключ 4, анодный выход выпрямителя соединен с катодным выходом инвертора через датчик тока 5, параллельно индуктивности 3 включен обратный диод 6, параллельно транзисторному ключу 4 включен обратный диод 7, к точке соединения одного вывода индуктивности 3 и эмиттера транзисторного ключа 4 подключен катод диода 8, анод которого подключен к анодному выходу выпрямителя 1. К выходам выпрямителя 1 подключен конденсаторный блок 10, фильтрующий напряжение на выходе выпрямителя при работе электропривода в двигательном режиме, и накапливающий электроэнергию при торможении двигателя 9. Конденсаторный блок 10 содержит четыре конденсатора, соединенные по следующей схеме - последовательно соединены конденсаторы меньшей емкости 11 и большей емкости 12, а также последовательно соединены конденсаторы большей емкости 13 и меньшей емкости 14, причем отрицательный вывод конденсатора 11 соединен с положительным выводом конденсатора 12, положительный вывод конденсатора 11 соединен с положительным выходом выпрямителя 1, а отрицательный вывод конденсатора 12 соединен с отрицательным выходом выпрямителя 1, отрицательный вывод конденсатора 13 соединен с положительным выводом конденсатора 14, положительный вывод конденсатора 13 соединен с положительным выходом выпрямителя 1, а отрицательный вывод конденсатора 14 соединен с отрицательным выходом выпрямителя 1. К точке соединения конденсаторов И и 12 подключен эмиттер транзисторного ключа 15, а к точке соединения конденсаторов 13 и 14 подключен коллектор транзисторного ключа 15. Трехфазный выход инвертора 2 подключен к статору электродвигателя переменного тока 9 через датчики тока 16. На валу двигателя установлен датчик скорости 17.The device contains a diode rectifier 1 and an inverter 2 made according to a bridge circuit on fully controlled switches - IGBT transistors with freewheeling diodes, the cathode output of the rectifier is connected to the anode output of the inverter through a smoothing reactor 3 connected in series, a transistor switch 4, the anode output of the rectifier is connected to the cathode Inverter output through current sensor 5, parallel to inductance 3, a reverse diode 6 is connected, parallel to transistor switch 4, reverse diode 7 is connected, a cathode of diode 8 is connected to the connection point of one output of inductance 3 and the emitter of transistor switch 4, the anode of which is connected to the anode output of rectifier 1. A capacitor unit 10 is connected to the outputs of the rectifier 1, which filters the voltage at the output of the rectifier when the drive is operating in the motor mode, and accumulates electricity when the motor is braked 9. The capacitor unit 10 contains four capacitors connected according to the following scheme - a capacitor is connected in series s smaller capacitance 11 and larger capacitance 12, as well as capacitors of larger capacitance 13 and smaller capacitance 14 are connected in series, and the negative terminal of the capacitor 11 is connected to the positive terminal of the capacitor 12, the positive terminal of the capacitor 11 is connected to the positive output of the rectifier 1, and the negative terminal of the capacitor 12 connected to the negative output of rectifier 1, the negative terminal of capacitor 13 is connected to the positive terminal of capacitor 14, the positive terminal of capacitor 13 is connected to the positive output of rectifier 1, and the negative terminal of capacitor 14 is connected to the negative output of rectifier 1. An emitter is connected to the connection point of capacitors I and 12 transistor switch 15, and a collector of transistor switch 15 is connected to the connection point of capacitors 13 and 14. The three-phase output of inverter 2 is connected to the stator of an alternating current motor 9 through current sensors 16. A speed sensor 17 is installed on the motor shaft.

Система управления содержит блок задания 18 скорости ротора

Figure 00000001
, выход которого соединен с положительным входом первого узла сравнения 19, второй отрицательный вход которого соединен с выходом датчика скорости 17, выход узла сравнения 19 соединен с входом регулятора скорости 20, выход которого соединен с входом блока ограничения 21, выходом которого соединен с входом функционального преобразователя 22, выход функционального преобразователя 22 подключен к входу блока вычисления заданной амплитуды тока статора путем извлечения квадратного корня 23, выход которого подключен к первому входу блока задания мгновенных значений трехфазных токов 24, формирующего задание на мгновенные значения выходного тока инвертора. Выход блок задания 25 отклонения скорости вращения ротора от скорости вращения поля подключен к одному входу сумматора 26, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости 17. Выход сумматора 26 подключен к частотному входу блока задания мгновенных значений фазных токов статора 24.The control system contains a block setting 18 rotor speed
Figure 00000001
, the output of which is connected to the positive input of the first comparison node 19, the second negative input of which is connected to the output of the speed sensor 17, the output of the comparison node 19 is connected to the input of the speed controller 20, the output of which is connected to the input of the limitation block 21, the output of which is connected to the input of the functional converter 22, the output of the functional converter 22 is connected to the input of the block for calculating the specified stator current amplitude by extracting the square root 23, the output of which is connected to the first input of the block for setting the instantaneous values of the three-phase currents 24, which forms the task for the instantaneous values of the output current of the inverter. The output of the task block 25 of the deviation of the rotor speed from the field rotation speed is connected to one input of the adder 26, the second input of which is connected to the output of the speed sensor 17. The output of the adder 26 is connected to the frequency input of the block for setting the instantaneous values of the stator phase currents 24.

Три выхода блока задания мгновенных значений трехфазных токов 24 соединены с положительными входами узлов сравнения 27 заданных и измеренных значений фазных токов, установленных на входе блока фазных релейно-гистерезисных регуляторов, отрицательные входы узлов сравнения 27 соединены с датчиками тока 16 и Выходы узла сравнения 27 подключены к блоку релейных регуляторов тока 28. Три выхода блока релейных регуляторов тока 28 подключены напрямую к первым входам блока управления 29 ключами инвертора 2, три выхода блока релейных регуляторов тока 28 подключены через инверсные блоки 29 к другим входам блока управления 30 ключами инвертора 2.Three outputs of the block for setting instantaneous values of three-phase currents 24 are connected to the positive inputs of the comparison nodes 27 of the set and measured values of phase currents installed at the input of the block of phase relay-hysteresis controllers, the negative inputs of the comparison nodes 27 are connected to current sensors 16 and the outputs of the comparison node 27 are connected to block of relay current regulators 28. Three outputs of the block of relay current regulators 28 are connected directly to the first inputs of the control unit 29 with inverter 2 keys, three outputs of the block of relay current regulators 28 are connected through inverse blocks 29 to other inputs of the control unit 30 with inverter 2 keys.

Выход блока вычисления заданной амплитуды тока статора 23 также подключен ко второму входу пропорционального блока 31, устанавливающего коэффициент связи между амплитудой тока статора и током на входе инвертора, выход блока 31 подключен к положительному входу второго блока сравнения 32, к отрицательному входу блока сравнения 32 подключен выход датчика тока 5, выход блока сравнения 32 подключен к входу релейно-гистерезисного регулятора тока 33, который соединен с управляющим входом транзисторного ключа 4.The output of the block for calculating the specified stator current amplitude 23 is also connected to the second input of the proportional block 31, which sets the coupling coefficient between the stator current amplitude and the current at the input of the inverter, the output of block 31 is connected to the positive input of the second comparison block 32, the output is connected to the negative input of the comparison block 32 current sensor 5, the output of the comparison unit 32 is connected to the input of the relay-hysteresis current controller 33, which is connected to the control input of the transistor switch 4.

Управляющий вход транзистора 15 соединен с выходом блока включения и выключения 34.The control input of the transistor 15 is connected to the output of the block on and off 34.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

На выходе узла сравнения 19 вырабатывается сигнал рассогласования Δω2 между заданной скоростью ротора

Figure 00000001
и скоростью вращения ротора ω2, который поступает на пропорционально-интегральный регулятор скорости 20, проходит через блок ограничения 21 на выходе которого формируется задание на момент двигателя М, который поддерживается на заданном уровне путем поддержания амплитуды тока статора |I1|, согласно закономерности:At the output of the comparison unit 19, a mismatch signal Δω 2 is generated between a given rotor speed
Figure 00000001
and the rotor speed ω 2 , which enters the proportional-integral speed controller 20, passes through the limiting unit 21 at the output of which a task is formed for the engine torque M, which is maintained at a given level by maintaining the amplitude of the stator current |I 1 |, according to the pattern:

Figure 00000002
Figure 00000002

где F(Δω2) можно считать постоянной величиной при условии задания и поддержания постоянной величины абсолютной разности между скоростями вращения поля статора и ротора Δω2:where F(Δω 2 ) can be considered a constant value under the condition of setting and maintaining a constant value of the absolute difference between the speeds of rotation of the stator and rotor fields Δω 2 :

Figure 00000003
Figure 00000003

где pn - число пар полюсов; Lm - взаимная индуктивность обмотки статора и ротора;

Figure 00000004
- приведенная индуктивность рассеяния ротора;
Figure 00000005
- приведенное сопротивление ротора.where p n is the number of pairs of poles; L m - mutual inductance of the stator and rotor windings;
Figure 00000004
- reduced leakage inductance of the rotor;
Figure 00000005
- reduced rotor resistance.

Таким образом, на выходе функционального преобразователя 22 формируется квадрат амплитуды фазного тока статора. На выходе блока вычисления заданной амплитуды тока статора, путем извлечения квадратного корня 23, формируется задание на амплитуду тока статора, которое поступает вместе с заданием на частоту тока статора от сумматора 26 в блок задания мгновенных значений трехфазных токов 24.Thus, at the output of the functional converter 22, the square of the amplitude of the stator phase current is formed. At the output of the block for calculating the specified amplitude of the stator current, by extracting the square root 23, a task for the amplitude of the stator current is formed, which is supplied together with the task for the frequency of the stator current from the adder 26 to the block for setting instantaneous values of three-phase currents 24.

Передаточная функция ПИ-регулятора скорости 20 для реализации двукратно-интегрирующей системы имеет вид:The transfer function of the PI speed controller 20 for the implementation of a doubly integrating system is:

Figure 00000006
Figure 00000006

где Т - некомпенсированная постоянная времени релейного регулятора тока; р - оператор Лапласа; J - момент инерции машины; kc - коэффициент обратной связи по скорости.where T is the uncompensated time constant of the relay current controller; p is the Laplace operator; J is the moment of inertia of the machine; k c - speed feedback coefficient.

Задание на круговую частоту тока на выходе инвертора формируется путем сложения сигнала с датчика скорости ротора двигателя 17 и заданной блоком 18 постоянной величины абсолютной разности между скоростями вращения поля статора и ротора Δω*.The task for the circular frequency of the current at the inverter output is formed by adding the signal from the motor rotor speed sensor 17 and the constant value of the absolute difference between the rotation speeds of the stator and rotor field Δω * specified by block 18.

Блок 24 формирует сигналы задания на мгновенные значения тока статора по формуламBlock 24 generates the task signals for the instantaneous values of the stator current according to the formulas

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Узел сравнения заданных и измеренных значений фазных токов 27, установленный на входе блока релейно-гистерезисных регуляторов тока 28, передает сигналы на входы релейн0-гистерезисных элементов, которые формируют логические сигналы управления ключами в блоке 30, поступающие на транзисторы инвертора 2, и реализуют следующий алгоритм управления:The node for comparing the set and measured values of phase currents 27, installed at the input of the block of relay-hysteresis current controllers 28, transmits signals to the inputs of the relay-0-hysteresis elements, which form the logical control signals of the keys in block 30, fed to the transistors of the inverter 2, and implement the following algorithm controls:

при достижении разницы заданного значения фазного тока и измеренного значения фазного тока верхней границы порогового уровня включают вентиль верхнего плеча, выключают вентиль нижнего плеча соответствующей фазы;when the difference between the specified value of the phase current and the measured value of the phase current of the upper limit of the threshold level is reached, the valve of the upper arm is turned on, the valve of the lower arm of the corresponding phase is turned off;

при достижении разницы заданного значения фазного тока и измеренного значения фазного тока нижней границы порогового уровня выключают вентиль верхнего плеча и включают вентиль нижнего плеча соответствующей фазы.when the difference between the set value of the phase current and the measured value of the phase current of the lower limit of the threshold level is reached, the valve of the upper arm is turned off and the valve of the lower arm of the corresponding phase is turned on.

Управление транзисторным ключом 4 осуществляется контуром регулирования постоянного тока. Задание на ток Id звена постоянного тока формируется путем умножения в блоке 31 заданного значения амплитуды фазного тока |I2| на постоянный коэффициент k*, который выбирается на основании требований к качеству формируемых трехфазных токов. После чего сигнал сравнивается с сигналом обратной связи от датчика тока 5, и разница поступает на релейно-гистерезисный регулятор 33, а от него на управляющий вход транзисторного ключа 4 в виде сигнала uy. Если сигнал на входе регулятора 33 меньше порогового уровня, транзисторный ключ 4 выключен, при отрицательном значении сигнала на входе регулятора транзисторный ключ 4 выключен, при превышении положительного сигнала на входе регулятора 33 порогового уровня транзисторный ключ 4 включен.The transistor switch 4 is controlled by a DC control circuit. The task for the current I d of the DC link is formed by multiplying in block 31 the specified value of the amplitude of the phase current |I 2 | by a constant coefficient k * , which is selected based on the requirements for the quality of the generated three-phase currents. After that, the signal is compared with the feedback signal from the current sensor 5, and the difference is fed to the relay-hysteresis controller 33, and from it to the control input of the transistor switch 4 in the form of a signal u y . If the signal at the input of the regulator 33 is less than the threshold level, the transistor switch 4 is turned off, with a negative value of the signal at the input of the regulator, the transistor switch 4 is turned off, if the positive signal at the input of the regulator 33 exceeds the threshold level, the transistor switch 4 is turned on.

При торможении электродвигателя управление процессом отдачи энергии, имеющейся в обмотках статора электродвигателя, блоку конденсаторов 10 осуществляется с помощью блока включения и выключения 35 транзисторного ключа 15. Ток протекает от обмоток статора через обратные диоды ключей инвертора 2, диоды 6 и 7, блок конденсаторов 10. При включенном состоянии транзисторного ключа 15 в блоке конденсаторов образуется общая цепь, содержащая параллельно включенные конденсаторы меньшей емкости 11 и большей емкости 13, последовательно к которой подключена цепь, содержащая параллельно включенные конденсаторы большей емкости 12 и меньшей емкости 14. При отключенном состоянии транзисторного ключа 15 в блоке конденсаторов образуется общая цепь, содержащая две параллельные цепи, составленные из: последовательно включенных конденсаторов меньшей емкости 11 и большей емкости 12, и последовательно включенных конденсаторов большей емкости 13 и меньшей емкости 14.When braking the electric motor, the process of transferring the energy available in the stator windings of the electric motor to the capacitor unit 10 is carried out using the on and off unit 35 of the transistor switch 15. The current flows from the stator windings through the reverse diodes of the inverter keys 2, diodes 6 and 7, the capacitor unit 10. When the transistor switch 15 is on, a common circuit is formed in the capacitor bank, containing capacitors of smaller capacity 11 and larger capacitance 13 connected in parallel, to which a circuit is connected in series containing capacitors of larger capacitance 12 and smaller capacitance 14 connected in parallel. In the block of capacitors, a common circuit is formed containing two parallel circuits made up of: series-connected capacitors of a smaller capacity 11 and a larger capacity 12, and series-connected capacitors of a larger capacity 13 and a smaller capacity 14.

При включенном состоянии транзисторного ключа 15 результирующая емкость блока конденсаторов 10 больше, чем результирующая емкость этого блока, формирующаяся при отключенном состоянии транзисторного ключа 15. Включением и выключением транзисторный ключ 15 осуществляется регулирование результирующей емкости блока конденсаторов 10, и соответственно величина тока заряда и темп заряда конденсаторов блока 10, обеспечиваемого энергией, имеющейся при торможении в обмотках статора электродвигателя 9.When the transistor switch 15 is on, the resulting capacitance of the capacitor bank 10 is greater than the resulting capacitance of this block, which is formed when the transistor switch 15 is off. block 10, provided by the energy available during braking in the stator windings of the electric motor 9.

При последующем пуске электродвигателя 9 накопленная в блоке конденсаторов 10 энергия передается при открытом состоянии транзисторного ключа 4 через инвертор 2 обмоткам статора электродвигателя 9.At the subsequent start of the electric motor 9, the energy accumulated in the capacitor bank 10 is transferred in the open state of the transistor switch 4 through the inverter 2 to the stator windings of the electric motor 9.

В данном устройстве для управления электроприводом переменного тока в двигательном режиме за счет коммутации транзисторного ключа в звене постоянного тока осуществляется регулирование входного тока инвертора, выполняется дозированная подача энергии на вход инвертора, что позволяет уменьшить количество коммутаций ключей инвертора при глубоком регулировании скорости электропривода и снизить потери в транзисторных ключах инвертора.In this device for controlling an AC drive in motor mode, by switching a transistor switch in the DC link, the input current of the inverter is regulated, a dosed supply of energy to the input of the inverter is performed, which makes it possible to reduce the number of switching of the inverter switches with deep control of the speed of the electric drive and reduce losses in transistor switches of the inverter.

В режиме торможения за счет накопленной кинетической энергии во вращающихся частях электропривода в обмотках статора электродвигателя наводится ЭДС, и электрическая энергия отдается через инвертор блоку конденсаторов, а коммутация дополнительного транзисторного ключа в блоке конденсаторов обеспечивает регулирование величины тока, поступающего от инвертора к конденсаторам, и темпа заряда конденсаторов.In the braking mode, due to the accumulated kinetic energy in the rotating parts of the electric drive, an EMF is induced in the stator windings of the electric motor, and the electric energy is given through the inverter to the capacitor unit, and the switching of an additional transistor switch in the capacitor unit ensures the regulation of the current flowing from the inverter to the capacitors and the charge rate capacitors.

При последующем пуске двигателя электрическая энергия, накопленная в конденсаторах, отдается через инвертор электродвигателю, за счет коммутации транзисторного ключа в звене постоянного тока осуществляется регулирование входного тока инвертора, что позволяет уменьшить количество коммутаций ключей инвертора при глубоком регулировании скорости электропривода и снизить потери в транзисторных ключах инвертора.At the next start of the engine, the electrical energy accumulated in the capacitors is transferred to the electric motor through the inverter, due to the switching of the transistor switch in the DC link, the inverter input current is regulated, which makes it possible to reduce the number of switching of the inverter switches with deep control of the speed of the electric drive and reduce losses in the transistor switches of the inverter .

Список источников.List of sources.

1. Патент РФ №2578042. МПК Н02М 7/42. Трехфазный Z-инвертор. Баховцев И.А., Панфилов Д.В. Опубл. 20.03.2016. Бюл. №8.1. RF patent No. 2578042. IPC H02M 7/42. Three-phase Z-inverter. Bakhovtsev I.A., Panfilov D.V. Published 03/20/2016. Bull. No. 8.

2. Патент на полезную модель РФ №166655. МПК Н02 27/06. Устройство для управления электроприводом переменного тока. В.Н. Мещеряков, В.Н. Воеков. Опубл. 10.12.2016. Бюл. №34.2. Patent for a utility model of the Russian Federation No. 166655. IPC H02 27/06. AC drive control device. V.N. Meshcheryakov, V.N. Voekov. Published 12/10/2016. Bull. No. 34.

Claims (1)

Устройство для управления электроприводом переменного тока, содержащее диодный выпрямитель, к выходам которого подключен конденсаторный блок, трехфазный мостовой инвертор, выполненный на полностью управляемых транзисторных ключах с обратными диодами, анодный выход выпрямителя соединен с катодным входом инвертора через датчик выпрямленного тока, к катодному выходу выпрямителя подключен анодный вывод первого управляемого транзисторного ключа, катодный вывод которого подключен к первому выводу обмотки сглаживающего реактора, второй вывод которой подключен к анодному входу инвертора, к катодному выводу транзисторного ключа подключен катод дополнительного диода, анод которого подключен к анодному выходу выпрямителя, два фазных выхода инвертора соединены с двумя обмотками статора двигателя через датчики тока, система управления содержит блок управления ключами инвертора, соединенный с выходом трехфазного блока фазных релейно-гистерезисных регуляторов, положительные фазные входы узлов сравнения которого соединены с фазными выходами блока задания мгновенных значений трехфазной переменной статора, частотный вход которого подключен к выходу сумматора, один вход которого подключен к блоку задания разности скорости вращения поля статора и скорости ротора, а второй вход сумматора подключен к выходу датчика скорости двигателя, вход блока вычисления заданной амплитуды тока статора соединен с выходом функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом блока ограничения, вход которого соединен с выходом регулятора скорости, вход которого соединен с выходом первого узла сравнения, положительный вход которого соединен с блоком задания сигнала скорости, а отрицательный вход первого узла сравнения соединен с выходом датчика скорости двигателя, отрицательный вход второго узла сравнения соединен с выходом датчика выпрямленного тока, а выход второго узла сравнения соединен с входом релейно-гистерезисного регулятора выпрямленного тока, выход этого регулятора соединен с управляющим входом первого транзисторного ключа, отличающееся тем, что амплитудный вход блока задания мгновенных значений трехфазной переменной статора, вырабатывающий сигнал задания фазных токов статора, соединен с выходом блока вычисления заданной амплитуды тока статора, который также соединен с входом пропорционального блока, выход которого соединен с положительным входом второго узла сравнения, третий фазный выход инвертора соединен с третьей обмоткой статора через датчик тока, выходы трех фазных датчиков тока соединены с отрицательными входами узлов сравнения блока фазных релейно-гистерезисных регуляторов, параллельно первому транзисторному ключу включен обратный диод, параллельно обмотке сглаживающего реактора включен другой обратный диод, анод которого подключен к анодному входу инвертора, а катод подключен к катодному выходу первого транзисторного ключа, конденсаторный блок содержит два конденсатора большей емкости и два конденсатора меньшей емкости, из которых составлены две группы конденсаторов, в первой группе последовательно соединены один конденсатор меньшей емкости и один конденсатор большей емкости, причем отрицательный вывод одного конденсатора меньшей емкости соединен с положительным выводом одного конденсатора большей емкости, положительный вывод конденсатора меньшей емкости соединен с катодным выходом диодного выпрямителя, а отрицательный вывод конденсатора большей емкости соединен с анодным выходом диодного выпрямителя, во второй группе последовательно соединены другой конденсатор большей емкости и другой конденсатор меньшей емкости, причем отрицательный вывод конденсатора меньшей емкости соединен с другим конденсатором большей емкости, положительный вывод другого конденсатора большей емкости соединен с катодным выходом диодного выпрямителя, а отрицательный вывод другого конденсатора меньшей емкости соединен с анодным выходом диодного выпрямителя, общая точка соединения двух конденсаторов первой группы соединена с катодом второго транзисторного ключа, а общая точка соединения двух конденсаторов второй группы соединена с анодом второго транзисторного ключа, управляющий вход второго транзисторного ключа соединен с блоком управления вторым транзисторным ключом.A device for controlling an AC electric drive, containing a diode rectifier, to the outputs of which a capacitor unit is connected, a three-phase bridge inverter, made on fully controlled transistor switches with reverse diodes, the anode output of the rectifier is connected to the cathode input of the inverter through a rectified current sensor, it is connected to the cathode output of the rectifier the anode terminal of the first controlled transistor switch, the cathode terminal of which is connected to the first terminal of the smoothing reactor winding, the second terminal of which is connected to the anode input of the inverter; with two windings of the motor stator through current sensors, the control system contains an inverter key control unit connected to the output of a three-phase block of phase relay-hysteresis controllers, positive phase inputs of the nodes are compared which are connected to the phase outputs of the block for setting the instantaneous values of the three-phase variable of the stator, the frequency input of which is connected to the output of the adder, one input of which is connected to the block for setting the difference between the rotation speed of the stator field and the rotor speed, and the second input of the adder is connected to the output of the motor speed sensor, the input of the block for calculating the specified stator current amplitude is connected to the output of the functional converter, the input of which is connected to the output of the limiting block, the input of which is connected to the output of the speed controller, the input of which is connected to the output of the first comparison node, the positive input of which is connected to the speed signal setting block, and the negative input of the first comparison node is connected to the output of the motor speed sensor, the negative input of the second comparison node is connected to the output of the rectified current sensor, and the output of the second comparison node is connected to the input of the relay-hysteresis controller of the rectified current, the output of this controller is connected to the control input of the first transistor switch, characterized in that the amplitude input of the block for setting the instantaneous values of the three-phase stator variable, which generates the signal for setting the stator phase currents, is connected to the output of the block for calculating the set stator current amplitude, which is also connected to the input of the proportional block, the output of which is connected to the positive the input of the second comparison node, the third phase output of the inverter is connected to the third stator winding through a current sensor, the outputs of the three phase current sensors are connected to the negative inputs of the comparison nodes of the block of phase relay-hysteresis controllers, a reverse diode is connected in parallel with the first transistor switch, another one is connected in parallel with the winding of the smoothing reactor reverse diode, the anode of which is connected to the anode input of the inverter, and the cathode is connected to the cathode output of the first transistor switch, the capacitor unit contains two capacitors of a larger capacity and two capacitors of a smaller capacity, of which two groups are made up of capacitors, in the first group one capacitor of smaller capacity and one capacitor of larger capacity are connected in series, and the negative terminal of one capacitor of smaller capacity is connected to the positive terminal of one capacitor of larger capacity, the positive terminal of the capacitor of smaller capacity is connected to the cathode output of the diode rectifier, and the negative terminal of the larger capacitor capacitance is connected to the anode output of the diode rectifier, in the second group, another capacitor of a larger capacity and another capacitor of a smaller capacity are connected in series, and the negative terminal of the capacitor of a smaller capacity is connected to another capacitor of a larger capacity, the positive terminal of another capacitor of a larger capacity is connected to the cathode output of the diode rectifier, and the negative terminal of another capacitor of smaller capacity is connected to the anode output of the diode rectifier, the common connection point of the two capacitors of the first group is connected to the cathode of the second transistor switch, and the common connection point of two capacitors of the second group is connected to the anode of the second transistor switch, the control input of the second transistor switch is connected to the control unit of the second transistor switch.
RU2021126606U 2021-09-09 2021-09-09 AC DRIVE CONTROL DEVICE RU210092U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021126606U RU210092U1 (en) 2021-09-09 2021-09-09 AC DRIVE CONTROL DEVICE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021126606U RU210092U1 (en) 2021-09-09 2021-09-09 AC DRIVE CONTROL DEVICE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU210092U1 true RU210092U1 (en) 2022-03-28

Family

ID=81076373

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021126606U RU210092U1 (en) 2021-09-09 2021-09-09 AC DRIVE CONTROL DEVICE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU210092U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6166514A (en) * 1997-03-19 2000-12-26 Hitachi, Ltd. Apparatus and method for controlling induction motor
GB2396980B (en) * 2002-07-12 2005-09-14 Mitsubishi Electric Corp Vector Control Invertor
RU122214U1 (en) * 2012-06-27 2012-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Север" ZERO Z-INVERTER
RU2578942C1 (en) * 2015-01-19 2016-03-27 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) Support bearing assembly
RU166655U1 (en) * 2016-04-06 2016-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Липецкий государственный технический университет" (ЛГТУ) AC CONTROL DEVICE

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6166514A (en) * 1997-03-19 2000-12-26 Hitachi, Ltd. Apparatus and method for controlling induction motor
GB2396980B (en) * 2002-07-12 2005-09-14 Mitsubishi Electric Corp Vector Control Invertor
RU122214U1 (en) * 2012-06-27 2012-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Север" ZERO Z-INVERTER
RU2578942C1 (en) * 2015-01-19 2016-03-27 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) Support bearing assembly
RU166655U1 (en) * 2016-04-06 2016-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Липецкий государственный технический университет" (ЛГТУ) AC CONTROL DEVICE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Seyoum et al. Terminal voltage control of a wind turbine driven isolated induction generator using stator oriented field control
Leidhold et al. Field-oriented controlled induction generator with loss minimization
Ahmed et al. A novel stand-alone induction generator system for AC and DC power applications
CN112165267B (en) High-transformation-ratio bidirectional AC/DC converter, control method thereof and pre-charging method thereof
Vujičić et al. Simple sensorless control for high-speed operation of switched reluctance generator
CN107017812A (en) The device and control method of a kind of self-excitation asynchronous generator
Genc PV based V/f controlled induction motor drive for water pumping
RU210092U1 (en) AC DRIVE CONTROL DEVICE
Hilloowala et al. Modelling, simulation and analysis of variable speed constant frequency wind energy conversion scheme using self excited induction generator
Jbarah et al. Improved dfig dftc by using a fractional-order super twisting algorithms in wind power application
RU166655U1 (en) AC CONTROL DEVICE
Nagpal et al. A comparative study on different speed control methods of DC drives for electric vehicle
Ojo et al. A dual stator winding induction generator with a four switch inverter-battery scheme for control
Crisbin et al. Analysis of PFC cuk and PFC sepic converter based intelligent controller fed BLDC motor drive
RU112554U1 (en) DEVICE FOR CONTROL OF ASYNCHRONOUS AC ELECTRIC DRIVE
Goswami et al. Adaptive neuro fuzzy inference based direct torque control strategy for robust speed control of induction motor under highly variable load conditions
Mahendran et al. Fuzzy based power factor correction for BLDC motor using hybrid inverter
Belenov et al. Investigation of the Braking Mode of an Asynchronous Frequency Electric Drive with an Energy Buffer in the DC Link
RU225004U1 (en) DEVICE FOR CONTROLLING AC ELECTRIC DRIVE
Prasad et al. Rotor Side control of high power slip ring induction motor using single thyristor
Belenov et al. Comparative Analysis of the Energy Indicators of the Braking Mode of a Frequency Asynchronous Electric Drive with an Energy Buffer in the DC Link and an Electric Drive with an Active Rectifier
Swarupa et al. Performance Evaluation of Switched Reluctance Motor in PV-fed Water Pump System with Different Controllers
RU180843U1 (en) DEVICE FOR CONTROL OF ASYNCHRONOUS MOTOR WITH PHASE ROTOR
Yalavarthi et al. A Three-Phase PV-Grid-Interfaced SRM Irrigation Pump with a Voltage Balancer Circuit
Wang et al. Commutation Torque Ripple Suppression of BLDCM Based on Quasi-Y-Source Net