RU2192703C1 - Method for smooth control of electrical induction machine - Google Patents

Method for smooth control of electrical induction machine Download PDF

Info

Publication number
RU2192703C1
RU2192703C1 RU2001105329/09A RU2001105329A RU2192703C1 RU 2192703 C1 RU2192703 C1 RU 2192703C1 RU 2001105329/09 A RU2001105329/09 A RU 2001105329/09A RU 2001105329 A RU2001105329 A RU 2001105329A RU 2192703 C1 RU2192703 C1 RU 2192703C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
machine
control pulses
asynchronous
semiconductor components
movement
Prior art date
Application number
RU2001105329/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.И. Хохлов
Original Assignee
Хохлов Юрий Иванович
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 Хохлов Юрий Иванович filed Critical Хохлов Юрий Иванович
Priority to RU2001105329/09A priority Critical patent/RU2192703C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2192703C1 publication Critical patent/RU2192703C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y02P80/116—

Abstract

FIELD: induction-machine drives for various industries. SUBSTANCE: capacitive reactance is inserted in circuit incorporating induction machine connected to antiparallel semiconductor components controlled by applying control pulses to gate electrodes and their movement in vicinity of positive voltage half-waves across each of semiconductor components; control pulses are set in motion by semiconductor components within range extended towards advance through angle
Figure 00000004
, where xecr and Rer are, respectively, inserted equivalent capacitive reactance and equivalent resistance of electrical machine. During machine starting control pulses are moved in direction causing reduction of turn-on angles of connection of semiconductor components and during its stopping control pulses are moved towards increasing these angles. Proposed circuit arrangement provides for correction of reactive power consumed by induction machine from supply mains, enhanced throughput active power of power supply system, and improved power characteristics of supply circuit during machine starting, full-load running, and stopping. EFFECT: enhanced efficiency and reduced power loss of machine. 6 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электроприводу и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, использующих асинхронные электрические машины. The invention relates to an electric drive and can be used in various sectors of the economy using asynchronous electric machines.

Известен способ управления асинхронной электрической машиной, в котором осуществляются ее прямой пуск путем непосредственного подключения к питающей сети переменного тока, неуправляемая работа в рабочем режиме и прямой останов путем непосредственного отключения машины от питающей сети. A known method of controlling an asynchronous electric machine, in which it is directly started by directly connecting to the AC mains, uncontrolled operation in operating mode and direct stop by directly disconnecting the machine from the mains.

Недостатками такого способа управления являются:
- высокий уровень пускового тока, достигающий 10-кратных значений по сравнению с номинальной величиной, что требует повышенных мощностей трансформаторных подстанций и кабельных линий;
- перегрев электрического двигателя и сокращение его сроков службы;
- преждевременный выход из строя технологических механизмов и отсутствие регулирования технологического процесса;
- повышенное потребление электроэнергии технологическими установками за счет вынужденного завышения установленной мощности двигателей, сокращения повторно-кратковременных режимов и замены их на непрерывные режимы работы и т.п.;
- повышенное потребление реактивной мощности, приводящее к дополнительным потерям электрической энергии, снижению коэффициента мощности, уменьшению пропускной способности питающих линий по активной мощности и ухудшению качества электрической энергии (колебания и отклонения напряжения) в сети [1].The disadvantages of this method of control are:
- a high level of inrush current, reaching 10-fold values compared to the nominal value, which requires increased capacities of transformer substations and cable lines;
- overheating of the electric motor and reducing its service life;
- premature failure of technological mechanisms and the lack of regulation of the process;
- increased electricity consumption by technological units due to the forced overestimation of the installed engine power, reduction of intermittent modes and their replacement by continuous operation modes, etc .;
- increased consumption of reactive power, leading to additional losses of electric energy, lower power factor, lower throughput of the supply lines for active power and deterioration in the quality of electric energy (voltage fluctuations and deviations) in the network [1].

Известен способ управления асинхронной электрической машиной, в котором путем подачи на управляющие электроды последовательно включенных антипараллельных тиристоров управляющих импульсов и их движения в области положительных полуволн напряжения на каждом из тиристоров обеспечиваются мягкие пуск, останов и регулирование рабочего режима машины. В данном способе снимаются проблемы пускового тока и связанных с ним повышения мощностей трансформаторных подстанций и кабельных линий, перегрева и сокращения срока службы двигателя. Применение данного способа позволяет не завышать установленную мощность электрической машины, широко использовать повторно-кратковременные режимы вместо вынужденных непрерывных и за счет этого снижать потребляемую электрическую энергию. Плавный пуск и останов машины, а также необходимое управление в рабочем режиме предотвращают преждевременный выход из строя технологических механизмов и повышают качество технологического процесса [2]. There is a known method of controlling an asynchronous electric machine, in which, by supplying control pulses of serially connected antiparallel thyristors of control pulses and their movement in the region of positive half-waves of voltage, soft start, stop and regulation of the machine operating mode are provided on each thyristor. This method removes the problems of inrush current and the associated increase in the power of transformer substations and cable lines, overheating and shortening the life of the motor. The application of this method allows not to overestimate the installed power of an electric machine, to widely use repeatedly-short-term modes instead of forced continuous ones and thereby reduce the consumed electric energy. Soft start and stop of the machine, as well as the necessary control in the operating mode, prevent premature failure of technological mechanisms and improve the quality of the process [2].

К недостаткам такого способа, выбранного в качестве ближайшего аналога, следует отнести то, что он не устраняет значительное потребление электрической машиной реактивной мощности, а следовательно, и не решает проблем повышения коэффициента мощности установки, снижения потерь электрической энергии от протекания реактивной мощности, повышения пропускной способности питающих линий по активной мощности и улучшения качества электрической энергии в питающей сети. The disadvantages of this method, selected as the closest analogue, are that it does not eliminate the significant consumption of reactive power by the electric machine, and therefore does not solve the problems of increasing the power factor of the installation, reducing the loss of electric energy from the flow of reactive power, and increasing throughput supply lines for active power and improve the quality of electric energy in the supply network.

Изобретение решает задачу компенсации реактивной мощности, потребляемой асинхронной электрической машиной из питающей сети, что обеспечивает повышение коэффициента мощности установки, существенно уменьшает потери электрической энергии, повышает пропускную способность системы электроснабжения по активной мощности, улучшает качество электроэнергии в питающей сети за счет поддержания напряжения на необходимом уровне. Для этого на время пуска, последующего рабочего режима и останова в цепь с асинхронной электрической машиной, последовательно соединенной с антипараллельными полупроводниковыми элементами, управляемыми путем подачи на управляющие электроды импульсов управления и их движения в области положительных полуволн напряжения на каждом из полупроводниковых элементов, включают емкостное сопротивление, причем движение импульсов управления полупроводниковыми элементами осуществляют в диапазоне, расширенном в сторону опережения на угол

Figure 00000005

где
Figure 00000006
и Rэ - включаемое эквивалентное емкостное и эквивалентное активное сопротивление асинхронной машины. Емкостное сопротивление включают либо последовательно с асинхронной машиной, либо параллельно, либо последовательно-параллельно. Причем при пуске асинхронной машины движение импульсов управления осуществляют в сторону снижения углов включения управляемых полупроводниковых элементов, а при останове асинхронной машины движение импульсов управления осуществляют в сторону возрастания углов включения управляемых полупроводниковых элементов.The invention solves the problem of compensating the reactive power consumed by an asynchronous electric machine from the supply network, which increases the power factor of the installation, significantly reduces the loss of electrical energy, increases the throughput of the power supply system for active power, improves the quality of electricity in the supply network by maintaining the voltage at the required level . To do this, at the time of start-up, subsequent operating mode and shutdown in a circuit with an asynchronous electric machine, connected in series with antiparallel semiconductor elements controlled by supplying control pulses to the control electrodes and their movement in the region of positive voltage half-waves on each of the semiconductor elements, include capacitive resistance moreover, the movement of the control pulses of the semiconductor elements is carried out in the range extended in the direction of advancing by an angle
Figure 00000005

Where
Figure 00000006
and R e - included equivalent capacitive and equivalent active resistance of an asynchronous machine. Capacitance is switched on either in series with an asynchronous machine, or in parallel, or in series-in parallel. Moreover, when starting an asynchronous machine, the movement of control pulses is carried out in the direction of decreasing the switching angles of the controlled semiconductor elements, and when the asynchronous machine is stopped, the movement of control pulses is carried out in the direction of increasing turning angles of the controlled semiconductor elements.

На фиг.1 представлена принципиальная схема одного из возможных вариантов включения асинхронной электрической машины, в которой реализован предлагаемый способ управления. Схема содержит трехфазный тиристорный ключ 1 и трехфазную конденсаторную батарею 2, образующие трехфазный тиристорный ключ 3 с одноступенчатой искусственной коммутацией, а также асинхронную электрическую машину 4. Для пояснения сути предлагаемого способа на фиг.2 и 3 приведены временные диаграммы мягкого пуска и зависимости углов управления и выключения тиристоров от номера полупериода питающей сети при линейном законе управления в случае однофазной активно-индуктивной (RL) нагрузки с углом сдвига фаз + 30 эл.град. На фиг.4 и 5 показаны те же зависимости для случая компенсированной активно-индуктивной (RLC) нагрузки с углом сдвига фаз - 20 эл. град. Ток и напряжения на временных диаграммах приведены в относительных величинах, причем в качестве базисных приняты соответствующие действующие значения при полностью открытом тиристорном ключе. Figure 1 presents a schematic diagram of one of the possible options for turning on an asynchronous electric machine, which implements the proposed control method. The circuit contains a three-phase thyristor switch 1 and a three-phase capacitor bank 2, forming a three-phase thyristor switch 3 with a single-stage artificial switching, as well as an asynchronous electric machine 4. To clarify the essence of the proposed method, FIGS. 2 and 3 show timing diagrams of soft start and dependence of control angles and switching off thyristors from the number of the half-cycle of the supply network with a linear control law in the case of a single-phase active-inductive (RL) load with a phase angle of + 30 el. Figures 4 and 5 show the same relationships for the case of compensated active inductive (RLC) load with a phase angle of 20 e. hail. The current and voltage in the time diagrams are given in relative values, and the corresponding effective values with the thyristor key fully open are taken as the basis.

Способ мягкого управления асинхронной электрической машиной реализуется следующим образом. При положительном напряжении на тиристорном ключе и наличии управляющего импульса ток проводит прямой тиристор. При отрицательном напряжении и также при наличии управляющего импульса работает обратный тиристор. При уменьшении угла управления тиристоров от 180 эл. град. (т.е. при движении импульсов управления влево), как показано на фиг.2 и 4, осуществляется ее мягкий пуск. При неподвижных импульсах управления или при их некотором движении в области с практически открытым ключом обеспечивается необходимый рабочий режим нагрузки. При движении импульсов управления вправо имеет место мягкий останов нагрузки. В случае RL-нагрузки напряжение на тиристорном ключе определяется только напряжением питающей сети. Поэтому угол включения тиристоров не может быть меньше, чем угол сдвига фаз нагрузки, а угол выключения не может быть меньше 180 эл.град (фиг.3). В результате в рабочем режиме кривая тока нагрузки, а следовательно, и сети отстает от напряжения (фиг.2), т.е. цепь с тиристорным ключом и нагрузкой является потребителем реактивной мощности. The soft control method of an asynchronous electric machine is implemented as follows. With a positive voltage on the thyristor key and the presence of a control pulse, a direct thyristor conducts current. With a negative voltage and also in the presence of a control pulse, the reverse thyristor works. With a decrease in the control angle of thyristors from 180 el. hail. (i.e., when the control pulses move to the left), as shown in FIGS. 2 and 4, its soft start is carried out. With stationary control impulses or with some movement in an area with a practically open key, the necessary operating load mode is ensured. When the control pulses move to the right, a soft stop of the load takes place. In the case of an RL load, the thyristor switch voltage is determined only by the supply voltage. Therefore, the turn-on angle of the thyristors cannot be less than the angle of the phase shift of the load, and the turn-off angle cannot be less than 180 electric grad (Fig. 3). As a result, in the operating mode, the curve of the load current, and hence the network, lags the voltage (Fig. 2), i.e. a circuit with a thyristor switch and a load is a consumer of reactive power.

Иная картина имеет место при включении в указанную цепь емкостного сопротивления (фиг.4). Теперь напряжение на тиристорном ключе дополнительно определяется напряжением на емкости, которое обеспечивает возможность осуществления опережающей одноступенчатой искусственной коммутации тиристоров (напряжение на тиристорном ключе меняет знак раньше точки перехода напряжения питающей сети через нулевое значение). В результате при расширении диапазона движения импульсов управления тиристоров в сторону опережения на угол

Figure 00000007

где
Figure 00000008
и Rэ - включаемое эквивалентное емкостное и эквивалентное активное сопротивление асинхронной машины, обеспечивается возможность работы цепи с углами управления, равными нулю, и углами выключения, равными 180 эл. град. В этом случае в рабочем режиме кривая тока нагрузки и сети совпадает по фазе с напряжением нагрузки, а цепь не потребляет реактивной мощности. При необходимости обеспечивается работа цепи с отрицательными углами управления и меньшими чем 180 эл.град. углами выключения тиристоров (фиг.5). В этом случае цепь одновременно с выполнением основной технологической функции генерирует реактивную мощность в питающую сеть, т.е. покрывает потребности сети по реактивной мощности.A different picture takes place when capacitive resistance is included in the indicated circuit (Fig. 4). Now the voltage on the thyristor key is additionally determined by the voltage on the capacitance, which makes it possible to carry out advanced single-stage artificial switching of thyristors (the voltage on the thyristor key changes sign before the point of transition of the supply voltage through the zero value). As a result, when expanding the range of motion of the thyristor control pulses in the direction of advancing by an angle
Figure 00000007

Where
Figure 00000008
and R e - the included equivalent capacitive and equivalent active resistance of an asynchronous machine, it is possible to operate the circuit with control angles equal to zero and turn-off angles equal to 180 el. hail. In this case, in the operating mode, the curve of the load current and the network coincides in phase with the load voltage, and the circuit does not consume reactive power. If necessary, the operation of the circuit with negative control angles and less than 180 electric degrees is ensured. the turn off angles of the thyristors (figure 5). In this case, the circuit simultaneously with the fulfillment of the main technological function generates reactive power in the supply network, i.e. covers the needs of the network for reactive power.

Подобные процессы имеют место и в цепи с асинхронной машиной (фиг.1). Трехфазный тиристорный ключ 1 и трехфазная конденсаторная батарея 2, образующие трехфазный тиристорный ключ 3 с одноступенчатой искусственной коммутацией, аналогичным путем снижают потребление или обеспечивают генерирование реактивной мощности в питающую сеть цепью с асинхронной машиной 4. Асинхронная машина с ключом 3 по возможности компенсации реактивной мощности приближается к синхронной машине, сохраняя присущие преимущества асинхронных машин. Similar processes take place in a circuit with an asynchronous machine (Fig. 1). A three-phase thyristor switch 1 and a three-phase capacitor bank 2, forming a three-phase thyristor switch 3 with a single-stage artificial switching, reduce consumption in a similar way or provide generation of reactive power to the mains with a circuit with an asynchronous machine 4. An asynchronous machine with a key 3 approaches reactive power compensation as close as possible synchronous machine, while retaining the inherent benefits of asynchronous machines.

Технико-экономический эффект от применения предлагаемого способа мягкого управления асинхронной электрической машиной связан с высокоэкономичным решением проблемы компенсации реактивной мощности, потребляемой асинхронными электрическими машинами из питающей сети, что обеспечивает повышение коэффициента мощности установок, существенно уменьшает потери электрической энергии, повышает пропускную способность систем электроснабжения по активной мощности, улучшает качество электроэнергии в питающей сети за счет поддержания напряжения на необходимом уровне. Особое народнохозяйственное значение предложения определяется тем, что порядка 60% вырабатываемой электрической энергии потребляется с использованием асинхронных машин. The technical and economic effect of the application of the proposed method for soft control of an asynchronous electric machine is associated with a highly economical solution to the problem of reactive power compensation consumed by asynchronous electric machines from the supply network, which provides an increase in the power factor of plants, significantly reduces the loss of electric energy, increases the throughput of power supply systems by active power, improves the quality of electricity in the mains by maintaining voltage niya at the required level. The special economic importance of the proposal is determined by the fact that about 60% of the generated electric energy is consumed using asynchronous machines.

Источники информации
1. Переходные процессы в системах электроснабжения / В.Н. Винославский, Г.Г. Пивняк, Л.И. Несен и др. - Киев: Выща школа, 1989. - 424 с.Sources of information
1. Transients in power supply systems / V.N. Vinoslavsky, G.G. Pivnyak, L.I. Nesen et al. - Kiev: Vyscha School, 1989. - 424 p.

2. Тиристорный преобразователь для плавного пуска асинхронных электродвигателей // Материалы докладов 2-го Международного симпозиума по энергетике, окружающей среде и экономике (ЭЭЭ-2). - Казань: КФ МЭИ, 1998, т. 1, с. 92-95. 2. Thyristor converter for smooth starting of asynchronous electric motors // Materials of reports of the 2nd International Symposium on Energy, Environment and Economics (EEE-2). - Kazan: CF MPEI, 1998, v. 1, p. 92-95.

Claims (6)

1. Способ мягкого управления асинхронной электрической машиной, последовательно соединенной с антипараллельными полупроводниковыми элементами, управляемыми путем подачи на управляющие электроды импульсов управления и их движения в области положительных полуволн напряжения на каждом из полупроводниковых элементов, отличающийся тем, что на время пуска, последующего рабочего режима и останова в цепь с асинхронной электрической машиной включают емкостное сопротивление, причем движение импульсов управления полупроводниковыми элементами осуществляют в диапазоне, расширенном в сторону опережения на угол
Figure 00000009

где
Figure 00000010
и Rэ - включаемое эквивалентное емкостное и эквивалентное активное сопротивление асинхронной машины.1. The method of soft control of an asynchronous electric machine connected in series with antiparallel semiconductor elements controlled by supplying control pulses to the control electrodes and their movement in the region of positive half-waves of voltage on each of the semiconductor elements, characterized in that during the start-up, subsequent operating mode and breakdowns in the circuit with an asynchronous electric machine include capacitance, and the movement of the control pulses of the semiconductor element E is performed in a range expanded to the advance side at an angle
Figure 00000009

Where
Figure 00000010
and R e - included equivalent capacitive and equivalent active resistance of an asynchronous machine. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что емкостное сопротивление включают последовательно с асинхронной машиной. 2. The method according to p. 1, characterized in that the capacitance is connected in series with an asynchronous machine. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что емкостное сопротивление включают параллельно с асинхронной машиной. 3. The method according to p. 1, characterized in that the capacitance is included in parallel with the asynchronous machine. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что емкостное сопротивление включают последовательно-параллельно с асинхронной машиной. 4. The method according to p. 1, characterized in that the capacitance is switched in series-parallel with an asynchronous machine. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при пуске асинхронной машины движение импульсов управления осуществляют в сторону снижения углов включения управляемых полупроводниковых элементов. 5. The method according to p. 1, characterized in that when starting the asynchronous machine, the movement of the control pulses is carried out in the direction of reducing the switching angles of the controlled semiconductor elements. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при останове асинхронной машины движение импульсов управления осуществляют в сторону возрастания углов включения управляемых полупроводниковых элементов. 6. The method according to p. 1, characterized in that when the asynchronous machine is stopped, the movement of the control pulses is carried out in the direction of increasing the switching angles of the controlled semiconductor elements.
RU2001105329/09A 2001-02-26 2001-02-26 Method for smooth control of electrical induction machine RU2192703C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001105329/09A RU2192703C1 (en) 2001-02-26 2001-02-26 Method for smooth control of electrical induction machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001105329/09A RU2192703C1 (en) 2001-02-26 2001-02-26 Method for smooth control of electrical induction machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2192703C1 true RU2192703C1 (en) 2002-11-10

Family

ID=20246508

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001105329/09A RU2192703C1 (en) 2001-02-26 2001-02-26 Method for smooth control of electrical induction machine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2192703C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2625807C2 (en) * 2016-01-14 2017-07-19 Евгений Борисович Колесников Method of smooth start of asynchronous motor with squirrel-cage rotor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Тиристорные преобразователи для плавного пуска асинхронных двигателей. Материалы докладов 2-го Международного симпозиума по энергетике, окружающей среде (ЭЭЭ-2). - Казань: КФ МЭИ, 1998, т. 1, с. 92-95. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2625807C2 (en) * 2016-01-14 2017-07-19 Евгений Борисович Колесников Method of smooth start of asynchronous motor with squirrel-cage rotor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lettenmaier et al. Single-phase induction motor with an electronically controlled capacitor
US6631080B2 (en) Systems and methods for boosting DC link voltage in turbine generators
EP2807716B1 (en) Circuit for transferring power between a direct current line and an alternating-current line
JP6080366B2 (en) AC line voltage regulator and controller
KR101457569B1 (en) Rectifier circuit and motor driving device using the same
Nonaka et al. A PWM GTO current source converter-inverter system with sinusoidal inputs and outputs
US20100327799A1 (en) Adjustable frequency drive and system
JPWO2010116840A1 (en) Induction motor control device and induction motor group control system
CN1841904A (en) Method for shutting thyratron transistor and its thyratron transistor high-pressure frequency converter
US4567420A (en) Semi-conductor motor control system
CN103546087B (en) A kind of non-frequency electric capacity governing of asynchronous machine and winding connect circuit
CN102006000A (en) Non-directly grid-connected wind driven generator with connection type of power winding variable and method
WO2007069314A1 (en) Power converting apparatus
US4553197A (en) Converter with fast-acting overvoltage protection
CA2207449A1 (en) Mains rectifier circuit
RU2192703C1 (en) Method for smooth control of electrical induction machine
Wiik et al. Feasible series compensation applications using magnetic energy recovery switch (MERS)
RU2295824C1 (en) High voltage frequency transformer for launching and controlling speed of powerful electric motor, having one or several three-phased windings (its variants)
EP0161738A1 (en) Semi-conductor motor control system
CN218940980U (en) Three-phase motor control circuit
Kamalapur et al. A Single Phase AC-AC Converter with Extinction Angle Control for Single Phase AC Motor
Deotale et al. Controllable Power Factor And Efficiency Improvement of Three Phase Induction Motor Using Extinction Angle Control
EA010412B1 (en) The three-phase ac speed adjustable motor
KR102579780B1 (en) Power transforming apparatus and air conditioner including the same
RU59345U1 (en) HIGH VOLTAGE FREQUENCY CONVERTER FOR STARTING AND REGULATING THE SPEED OF A POWERFUL ELECTRIC MOTOR HAVING ONE OR SEVERAL THREE-PHASE WINDING (ITS OPTIONS)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040227