RU2116517C1 - Способ регулирования скорости асинхронного двигателя центробежного гидравлического насоса и трехфазный преобразователь напряжения для его реализации - Google Patents
Способ регулирования скорости асинхронного двигателя центробежного гидравлического насоса и трехфазный преобразователь напряжения для его реализации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2116517C1 RU2116517C1 RU96118719A RU96118719A RU2116517C1 RU 2116517 C1 RU2116517 C1 RU 2116517C1 RU 96118719 A RU96118719 A RU 96118719A RU 96118719 A RU96118719 A RU 96118719A RU 2116517 C1 RU2116517 C1 RU 2116517C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inverter
- voltage
- motor
- key
- pump
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Изобретение предназначено для управления скоростью двигателей центробежных гидравлических насосов. В способе регулирвоания скорости асинхронного двигателя формируют выпрямленное и отфильтрованное напряжение и с помощью инвертора преобразуют его в трехфазное для накачки двигателя. Частоту и последовательность переключений ключей инвертора задают с помощью стартовых импульсов блока управления, а также осуществляют периодическое шунтирование инвертора с помощью шунтирующего ключа. Широтно-импульсную модуляцию накачки двигателя осуществляют с помощью ключа накачки, включенного в цепь питания инвертора и коммутирующего по сигналам блока управления цепь питания инвертора синхронно с ключами инвертора, а шунтирование последнего осуществляют в паузах между включениями ключа накачки. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к управлению гидравлическими центробежными погружными насосами и может быть использовано преимущественно в области добычи воды, нефти и иных сред с помощью глубинных и т.п. насосов.
Уровень техники в данной области характеризуется тем, что известен способ регулирования скорости асинхронного двигателя гидравлического насоса и трехфазный преобразователь напряжения, в которых управляют скоростью двигателя с помощью цепей обратной связи [1].
Недостатком известных способа и преобразователя является большая пульсация момента, передаваемого двигателем на насос.
Известен также способ регулирования скорости асинхронного двигателя, при котором формируют выпрямленное напряжение и с помощью инвертора преобразуют его в трехфазное для накачки двигателя, причем частоту и последовательность переключений ключей инвертора задают с помощью стартовых импульсов блока управления, а также осуществляют периодическое шунтирование инвертора с помощью шунтирующего ключа, замыкаемого на заданное время с частотой, кратной частоте на выходе инвертора. Известен трехфазный преобразователь напряжения, содержащий выпрямитель и блок управления, подключенные к управляемому шунтирующему ключу и включенному параллельно последнему инвертору, имеющему диоды и ключи и связанному с обмотками двигателя для его накачки.
Техническими недостатками известных способа и преобразователя являются узость диапазона применения, т.к. они не применены для двигателей с короткозамкнутым ротором, большая пульсация момента, передаваемого двигателем на вал центробежного погружного насоса с соответствующими колебаниями потока перекачиваемой (добываемой) среды, а также низкий cosφ , существенные помехи (гармоники), вносимые в сеть.
Технической задачей изобретения является расширение диапазона применения для использования двигателей как с короткозамкнутым, так и с фазным ротором, упрощение логики и уменьшение пульсаций момента, передаваемого двигателем на вал насоса, а также повышение cosφ до единицы и снижение помех (гармоник), вносимых в сеть.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе регулирования скорости асинхронного двигателя, при котором формируют выпрямленное напряжение и с помощью инвертора преобразуют его в трехфазное для накачки двигателя, причем частоту и последовательность переключений ключей инвертора задают с помощью стартовых импульсов блока управления, а также осуществляют периодическое шунтирование инвертора с помощью шунтирующего ключа. Замыкаемого на заданное время с частотой, кратной частоте на выходе инвертора, по сигналам блока управления, осуществляют фильтрацию напряжения и широтно-импульсную модуляцию накачки двигателя с помощью ключа накачки, включенного в цепь питания инвертора и коммутирующего по сигналам блока управления цепь питания синхронно с ключами инвертора, а шунтирование последнего осуществляют в паузах между включениями ключа накачки, обмотку двигателя при этом одновременно закорачивают диодами инвертора и шунтирующим ключом с обеспечением непрерывности тока, накопленного в индуктивностях этих обмоток. Кроме того, формируют выпрямленное напряжение с помощью неуправляемого выпрямителя, на вход которого подают сетевое напряжение, например, напряжение промысловой сети, формируют отфильтрованное напряжение с помощью фильтра при постоянном напряжении на его емкости, обеспечивают постоянство отношения эффективного линейного напряжения двигателя к частоте напряжения на выходе инвертора путем пропорционального увеличения длительности импульсов накачки, т.е. времени замыкания ключа накачки и частоты переключений ключей.
Сущность изобретения заключается также в том, что трехфазный преобразователь напряжения, содержащий выпрямитель напряжения и блок управления, подключенные к управляемому шунтирующему ключу и к включенному параллельно последнему инвертору, имеющему диоды и ключи и связанному с обмотками двигателя для его накачки, снабжен фильтром напряжения и включенным в цепь питания инвертора управляемым ключом накачки, связанным с блоком управления, а последний выполнен с возможностью формирования сигналов попеременного замыкания ключа накачки и шунтирующего ключа при замыкании и замыкании ключей инвертора соответственно, к выходам которого непосредственно подключены обмотки двигателя. Кроме того, выпрямитель подключен к промышленной сети, например, к промысловой сети, к выходам инвертора непосредственно подключены обмотки статора двигателя, а ротор выполнен короткозамкнутым и кинематически связан с валом гидравлического насоса с обеспечением постоянного передаваемого момента.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема трехфазного преобразователя напряжения; на фиг. 2 - схема преобразования с двигателем и насосом.
Преобразователь содержит выпрямитель 1, подключенный непосредственно к сети, например промысловой сети в районе нефтедобычи, фильтрующий дроссель 2, емкостной фильтр 3 напряжения, трансформатор 4 тока, блок 5 управления, управляемые шунтирующий ключ 6 и ключ 7 накачки, обратный диод 8, автономный инвертор 9, имеющий обратные диоды 10 - 15 и ключи 16 - 21. К выходам инвертора 9 непосредственно подключены обмотки статора двигателя 22, ротор которого выполнен, например, короткозамкнутым. Блок 5 подключен к ключам 6, 7 и выполнен с возможностью формирования сигналов попеременного замыкания ключа 7 накачки и шунтирующего ключа 6 при замыкании и размыкании ключей 16 - 21 инвертора 9 соответственно. Ключ 6 выполнен включенным параллельно инвертору 9. Ротор (не изображен) двигателя 11 кинематически связан с валом 23 гидравлического, например, центробежного насоса 24 (фиг. 2). На фиг. 2 преобразователь, представленный на фиг. 1, изображен как блок-схема 25, с которой связан блок 26 контроля текущих параметров, определяющих расход и давление перекачиваемой среды на выходе насоса 24. Линии управления изображения пунктирно, стрелками указаны управляемые элементы преобразователя.
Способ регулирования скорости асинхронного двигателя гидравлического насоса и работа трехфазного преобразователя напряжения осуществляются следующим образом.
Выпрямленное выпрямителем 1 сетевое напряжение снимается с емкостного фильтра 3 и подается на обмотки двигателя 22 через инвертор 9 и ключ 7. Ключи 16 - 21 инвертора 9 замыкаются по три в последовательности, задаваемой стартовыми импульсами блока 5, тем самым выпрямленное напряжение преобразуется в трехфазное, причем осуществляют широтно-импульсную модуляцию накачки двигателя 22 с помощью ключа 7, коммутирующего по сигналам блока 5 цепь питания синхронно с ключами 16 - 21, и периодическое шунтирование инвертора 9 с помощью ключа 6, замыкаемого на заданное время с частотой, кратной частоте на выходе инвертора 9, по сигналам блокам5 в паузах между включениями ключа 7, т.е. импульсами накачки двигателя 22, обмотки которого при этом одновременно закорачивают диодами 10 - 15 и ключом 6.
Последовательность работы ключей 16 - 21 можно разделить на два цикла:
цикл накачки, во время которого в обмотках двигателя 22 происходят восстановлением амплитуды и поворот вектора магнитной индукции Bm. При этом ключ 7 замкнут, ключ 6 разомкнут, одновременно замкнута какая-либо тройка из ключей 16 - 21,
цикл коммутации инвертора 9, при котором сохраняется без изменения направление токов в обмотках статора двигателя 22, инвертор 9 закорачивается ключом 6, а ключ 7 разомкнут. Токи в обмотке протекают через ту же ройку ключей (16 - 21) инвертора 9, которые были включены в цикле накачки, или обратные диоды 10 - 15, или ключ 6 в зависимости от режима работы двигателя 22.
цикл накачки, во время которого в обмотках двигателя 22 происходят восстановлением амплитуды и поворот вектора магнитной индукции Bm. При этом ключ 7 замкнут, ключ 6 разомкнут, одновременно замкнута какая-либо тройка из ключей 16 - 21,
цикл коммутации инвертора 9, при котором сохраняется без изменения направление токов в обмотках статора двигателя 22, инвертор 9 закорачивается ключом 6, а ключ 7 разомкнут. Токи в обмотке протекают через ту же ройку ключей (16 - 21) инвертора 9, которые были включены в цикле накачки, или обратные диоды 10 - 15, или ключ 6 в зависимости от режима работы двигателя 22.
В конце цикла коммутации ключ 6 размыкается как и ключи инвертора 9, включенные в предыдущем цикле накачки. Преобразователь (фиг. 1) переходит в новый цикл накачки, при котором замыкаются ключ 7 и другие три ключа (из 16 - 21) инвертора 9. Очередность и последовательность замыкания ключей 16 - 21 определяют направлением вращения двигателя 22. За время включения одной тройки ключей (16 - 21) может быть осуществлено несколько циклов накачки-коммутации с обеспечением непрерывности тока, накопленного в индуктивностях обмоток двигателя 22.
Так как выпрямитель 1 неуправляемый и напряжение фильтра 3 постоянно, т. е. Uф = Const, то время замыкания ключа 7 за один цикл накачки обратно пропорционально частоте циклов накачки и обеспечивается постоянство отношения эффективного линейного напряжения двигателя 22 к частоте D напряжения на выходе инвертор 9 за счет пропорционального увеличения длительности импульсов накачки ( τ накачки), т.е. . Этим обусловлено сохранение магнитных свойств железа двигателя 22 в линейном диапазоне. Поскольку вращающийся вектор магнитной индукции статора Bm создается током I намагничивания двигателя 22, величина которого определяется I намагничивания , где T - период изменения U линейного; ; к - коэффициент пропорциональности, имеет место
где
Lобм. - индуктивность обмоток двигателя 22, следовательно Bm = Const.
где
Lобм. - индуктивность обмоток двигателя 22, следовательно Bm = Const.
Тем самым отсутствие регулировки напряжения на фильтре 3 влечет за собой незначительность гармоник (помех), вносимых в сесть, сохранение cosφ = 1 и сравнительно небольшую емкость и стоимость фильтра 3, т.к. энергия A, накапливаемая на фильтре 3 составляет
,
где
Cф - емкость.
,
где
Cф - емкость.
При этом выпрямитель 1 выполнен на неуправляемых диодах. В паузах между импульсами накачки передаваемой вращающий момент на вал 23 насоса 24 сохраняется, т. к. в это время обмотки статора двигателя 22 закорочены диодами 10 - 15 и ключом 6, причем ток, накопленный и индуктивностях обмоток статора, не прерывается и продолжает взаимодействовать с током короткозамкнутого ротора.
При скачкообразном изменении нагрузки на валу 23 насоса 24 обеспечивается практически мгновенное изменение вращающегося момента двигателя 22.
Предложенные способы и преобразователь могут применяться для управления двигателями как с фазным, так и с короткозамкнутым ротором. Поскольку парк последних гораздо больше, диапазон использования изобретения значительно шире, чем у известных технических решений.
Проведенные испытания опытных образцов подтвердили достижение указанного технического результата и правильность выбора принципиальной схемы.
Claims (8)
1. Способ регулирования скорости асинхронного двигателя, при котором формируют выпрямленное напряжение и с помощью инвертора преобразуют его в трехфазное для накачки двигателя, причем частоту и последовательность переключений ключей инвертора задают с помощью стартовых импульсов блока управления, а также осуществляют периодическое шунтирование инвертора с помощью шунтирующего ключа, замыкаемого на заданное время с частотой, кратной частоте на выходе инвертора, по сигналам блока управления, отличающийся тем, что осуществляют фильтрацию напряжения и широтно-импульсную модуляцию накачки двигателя с помощью ключа накачки, включенного в цепь питания инвертора и коммутирующего по сигналам блока управления цепь питания синхронно с ключами инвертора, с шунтированием последнего осуществляют в паузах между включениями ключа накачки, обмотки двигателя при этом одновременно закорачивают диодами инвертора и шунтирующим ключом с обеспечением непрерывности тока, накопленного в индуктивностях этих обмоток.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют выпрямленное напряжение с помощью неуправляемого выпрямителя, на вход которого подают сетевое напряжение, например напряжение промысловой сети.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что формируют отфильтрованное напряжение с помощью фильтра при постоянном напряжении на его емкости.
4. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что обеспечивают постоянство отношения эффективного линейного напряжения двигателя к частоте напряжения на выходе инвертора путем пропорционального увеличения длительности импульсов накачки, т.е. времени замыкания ключа накачки и частоты переключений ключей.
5. Трехфазный преобразователь напряжения для регулирования скорости асинхронного двигателя, содержащий выпрямитель напряжения и блок управления, подключенные к управляемому шунтирующему ключу и к включенному параллельно последнему инвертору, имеющему диоды и ключи и связанному с обмотками двигателя для его накачки, отличающийся тем, что он снабжен фильтром напряжения и включенным в цепь питания инвертора управляемым ключом накачки, связанным с блоком управления, а последний выполнен с возможностью формирования сигналов попеременного замыкания ключа накачки и шунтирующего ключа при замыкании и размыкании ключей инвертора соответственно, к выходам которого непосредственно подключены обмотки двигателя.
6. Преобразователь по п.5, отличающийся тем, что выпрямитель подключен к промышленной сети, например к промысловой сети.
7. Преобразователь по п. 5 или 6, отличающийся тем, что к выходам инвертора непосредственно подключены обмотки статора двигателя, а ротор выполнен короткозамкнутым.
8. Преобразователь по одному из пп.5 - 7, отличающийся тем, что ротор двигателя кинематически связан с валом гидравлического насоса с обеспечением постоянного передаваемого момента.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96118719A RU2116517C1 (ru) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | Способ регулирования скорости асинхронного двигателя центробежного гидравлического насоса и трехфазный преобразователь напряжения для его реализации |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96118719A RU2116517C1 (ru) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | Способ регулирования скорости асинхронного двигателя центробежного гидравлического насоса и трехфазный преобразователь напряжения для его реализации |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2116517C1 true RU2116517C1 (ru) | 1998-07-27 |
RU96118719A RU96118719A (ru) | 1998-12-20 |
Family
ID=20185603
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96118719A RU2116517C1 (ru) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | Способ регулирования скорости асинхронного двигателя центробежного гидравлического насоса и трехфазный преобразователь напряжения для его реализации |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2116517C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2511934C1 (ru) * | 2012-09-17 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Система управления центробежным насосом |
RU2772108C1 (ru) * | 2021-08-16 | 2022-05-17 | Общество с ограниченной ответственностью "СовЭлМаш" | Машина асинхронная вращающаяся с фазным ротором |
-
1996
- 1996-09-20 RU RU96118719A patent/RU2116517C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
2. SU, а вторское свидетельство, 1131012, кл. H 02 P 7/46, 1984. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2511934C1 (ru) * | 2012-09-17 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Система управления центробежным насосом |
RU2772108C1 (ru) * | 2021-08-16 | 2022-05-17 | Общество с ограниченной ответственностью "СовЭлМаш" | Машина асинхронная вращающаяся с фазным ротором |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4449079A (en) | Control system for an electronically commutated motor | |
US4556827A (en) | Laundering apparatus, method of operating a laundry machine, control system for an electronically commutated motor, method of operating an electronically commutated motor, and circuit | |
EP0038694B1 (en) | Electronically commutated motors for laundering machines | |
US6121749A (en) | Variable-speed drive for single-phase motors | |
US4513230A (en) | Laundering apparatus, method of operating a laundry machine, control system for an electronically commutated motor, and method of operating an electronically commutated motor | |
US4532459A (en) | Laundering apparatus, method of operating a laundry machine, control system for an electronically commutated motor and method of operating an electronically commutated motor | |
US20050007799A1 (en) | Frequency converter and its control method | |
US9716460B2 (en) | Method and apparatus for speed reversal control of motor drive | |
CN107431442A (zh) | 包括交流发电机的机电组件 | |
WO2009091319A1 (en) | Electric motor | |
RU2116517C1 (ru) | Способ регулирования скорости асинхронного двигателя центробежного гидравлического насоса и трехфазный преобразователь напряжения для его реализации | |
US5356266A (en) | Centrifugal pump unit | |
Bashi et al. | Development of single phase induction motor adjustable speed control using M68HC11E-9 microcontroller | |
Wallace et al. | The brushless doubly-fed motor as a limited-speed-range pump drive | |
JP2524575B2 (ja) | 可変速揚水発電装置における可変速発電電動機の制動装置 | |
Samani et al. | A specially-designed converter for minimizing SRM torque ripple and improving its power factor | |
KR100202386B1 (ko) | 고역률 단상 입력 3상 유도전동기 구동장치 | |
KR19980024843A (ko) | 전동기 및 전기 장치 제어 방법 | |
RU44901U1 (ru) | Преобразователь для питания электродвигателя | |
Pawar et al. | Single ended primary inductance converter based control of BLDC motor drive | |
RU96118719A (ru) | Способ регулирования скорости асинхронного двигателя центробежного гидравлического насоса и трехфазный преобразователь напряжения для его реализации | |
JPH09289776A (ja) | 電源装置のインバータ回路 | |
RU2116897C1 (ru) | Электропривод постоянного тока | |
JPH09163794A (ja) | 電動機の駆動装置 | |
SU1302360A1 (ru) | Способ управлени асинхронным вентильным генератором |