RU2193814C2 - Control gear and method for controlling induction motor - Google Patents
Control gear and method for controlling induction motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2193814C2 RU2193814C2 RU99121868A RU99121868A RU2193814C2 RU 2193814 C2 RU2193814 C2 RU 2193814C2 RU 99121868 A RU99121868 A RU 99121868A RU 99121868 A RU99121868 A RU 99121868A RU 2193814 C2 RU2193814 C2 RU 2193814C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- change
- command
- current
- inverter
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y02T10/644—
-
- Y02T10/7241—
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к векторному управлению асинхронным электродвигателем, в частности к устройству и способу управления асинхронным двигателем, обеспечивающим возможность осуществления векторного управления даже в тех случаях, когда при высоких скоростях управление двигателем путем изменения электрического напряжения невозможно. The invention relates to vector control of an induction motor, in particular, to a device and method for controlling an induction motor, which enables vector control even when it is impossible to control the motor by changing the voltage at high speeds.
Векторное управление асинхронным электродвигателем, используемым в качестве тягового двигателя на электропоездах, описано в выложенной заявке на японский патент Hei 5-83976. В скоростных электропоездах для уменьшения потерь при переключении инвертора или для максимально эффективного использования напряжения источника питания постоянного тока (ПТ) для управления двигателем вместо широтно-импульсной модуляции (ШИМ) применяется моноимпульсная модуляция. Однако в обычном моноимпульсном режиме нельзя регулировать величину напряжения, а сделать это можно путем векторного управления, которое описано в публикации тридцать третьего Национального симпозиума по железнодорожной кибернетике "A vehicle drive system where a vector control is adopted", стр. 247-250 (ноябрь 1996). Vector control of an induction motor used as a traction motor on electric trains is described in Japanese Patent Application Laid-Open Hei 5-83976. In high-speed electric trains, monopulse modulation is used instead of pulse-width modulation (PWM) to reduce losses when switching the inverter or to use the voltage of the DC power supply (DC) as efficiently as possible to control the motor. However, in the normal single-pulse mode, the voltage value cannot be regulated, and this can be done by vector control, which is described in the publication of the thirty-third National Symposium on Railway Cybernetics "A vehicle drive system where a vector control is adopted", pp. 247-250 (November 1996 )
Устройство для векторного управления, предложенное в указанной выше выложенной заявке на японский патент Hei 5-83976, имеет две схемы управления токами, которые для векторного управления корректируют два сигнала команд на изменение напряжения в соответствии с разницей между величиной команды на изменение намагничивающей составляющей тока и его фактически измеренной величиной и в соответствии с разницей между величиной команды на изменение моментообразующей составляющей тока статора и его фактически измеренной величиной, а также имеет третью схему управления током, предназначенную для преобразования частоты скольжения; при этом, однако, из-за усложнения конструкции устройства и выполнения команд с помощью микрокомпьютера возникает проблема, связанная с длительностью выполнения соответствующих команд. Далее, как сказано в приведенном выше документе "A vehicle drive system where a vector control is adopted", для векторного управления системой привода транспортного средства в моноимпульсном режиме в ней необходимо обеспечить корректировку магнитного потока, и, в частности, добавить в нее обратную связь для управления слабым магнитным полем. Кроме того, в обоих известных способах систему управления необходимо изменять при переходе от моноимпульсного режима модуляции к любому другому режиму. The vector control device proposed in the aforementioned Japanese Patent Application Laid-open Hei 5-83976 has two current control circuits which, for vector control, correct two voltage change command signals in accordance with the difference between the magnitude of the command to change the magnetizing current component and its actually measured value and in accordance with the difference between the magnitude of the command to change the moment-forming component of the stator current and its actually measured value, and also has a current control circuit for converting a slip frequency; however, due to the complexity of the design of the device and the execution of commands using the microcomputer, a problem arises related to the duration of the execution of the corresponding commands. Further, as stated in the above document "A vehicle drive system where a vector control is adopted", for vector control of the vehicle’s drive system in single-pulse mode, it is necessary to provide magnetic flux correction, and, in particular, add feedback to it control a weak magnetic field. In addition, in both known methods, the control system must be changed during the transition from the single-pulse modulation mode to any other mode.
Помимо двух упомянутых выше обычных способов управления, существует и еще один способ, описанный в выложенной заявке на японский патент Hei 2-32788. В описанном в этой выложенной заявке устройстве для векторного управления, схема которого показана на фиг. 16, в ответ на изменение каждой из компонент - намагничивающей составляющей тока и моментообразующей составляющей тока статора - вырабатывается команда на изменение напряжения, причем для формирования команды на изменение тока якоря в этом устройстве имеется система управления током, вырабатывающая команду на изменение основной частоты и ее согласования с фактической частотой, а формирование упомянутой выше команды на изменение напряжения выполняется в соответствии с полученной командой на изменение основной частоты. In addition to the two conventional control methods mentioned above, there is another method described in Japanese Patent Application Laid-Open Hei 2-32788. In the vector control device described in this application, the circuit of which is shown in FIG. 16, in response to a change in each of the components — the magnetizing component of the current and the moment-forming component of the stator current — a command to change the voltage is generated, and to generate a command to change the armature current, this device has a current control system that generates a command to change the main frequency and coordinate it with the actual frequency, and the formation of the above-mentioned command to change the voltage is performed in accordance with the received command to change the fundamental frequency.
Однако при векторном управлении, описанном в упомянутой выше выложенной заявке, возникает серьезная проблема, связанная с заменой ШИМ-модуляции моноимпульсной модуляцией и заключающаяся в том, что без регулирования напряжения векторное управление становится невозможным. Но решение этой проблемы остается открытым. However, with the vector control described in the aforementioned application, a serious problem arises associated with the replacement of PWM modulation with monopulse modulation, which consists in the fact that vector control becomes impossible without voltage regulation. But the solution to this problem remains open.
Задачей настоящего изобретения является создание более простого по конструкции устройства и более простого в осуществлении способа векторного управления асинхронным электродвигателем, в котором для максимально эффективного использования источника питания ПТ ШИМ-инвертора ШИМ-модуляция заменена моноимпульсной модуляцией и с помощью которого может осуществляться непрерывное векторное управление двигателем во всем диапазоне от низких до высоких скоростей с одним и тем же управляющим устройством. The objective of the present invention is to provide a simpler device design and easier to implement a vector control method for an asynchronous electric motor, in which to maximize the use of the power supply of a DC PWM inverter, the PWM modulation is replaced by monopulse modulation and by means of which continuous vector control of the motor can be carried out the entire range from low to high speeds with the same control device.
Поставленная задача решается с помощью предложенного устройства управления асинхронным электродвигателем, содержащего инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный с регулированием частоты при регулируемом напряжении посредством схемы формирования сигналов управления инвертора с широтно-импульсной модуляцией, и преобразователь полярных координат для регулирования выходного напряжения инвертора путем изменения глубины модуляции по команде на изменение выходного напряжения, которое осуществляется по команде на изменение намагничивающей составляющей тока в первичной обмотке тока асинхронного двигателя, на который подается напряжение от инвертора, и по команде на изменение компоненты напряжения, которые формируются схемой формирования команд на изменение напряжения в соответствии с упомянутыми соответствующими компонентами и выполняются в соответствии с командой на изменение моментообразующей составляющей тока статора. The problem is solved using the proposed control device of an asynchronous electric motor, containing an inverter that converts direct current into alternating current with frequency regulation at an adjustable voltage by means of a pulse-width modulated inverter control signal generation circuit, and a polar coordinate converter for controlling the inverter output voltage by changing the modulation depth by a command to change the output voltage, which is carried out by a command to change n the magnetizing component of the current in the primary current winding of the induction motor, to which the voltage is supplied from the inverter, and by a command to change the voltage components, which are generated by the circuit for generating commands to change the voltage in accordance with the corresponding components and are executed in accordance with the command to change the moment-forming component of the current stator.
Согласно изобретению в устройстве имеется преобразователь координат для измерения моментообразующей составляющей тока статора в соответствии с током в первичной обмотке асинхронного двигателя, регулятор тока для коррекции отклонения величины измеренной моментообразующей составляющей тока статора от величины соответствующего сигнала команды и формирования скорректированного сигнала команды на изменение моментообразующей составляющей тока статора, схема формирования команд на изменение угловой частоты скольжения для коррекции выходной частоты инвертора в соответствии со скорректированной величиной сигнала команды на изменение моментообразующей составляющей тока статора, и схема формирования команд на изменение глубины модуляции для ограничения величины глубины модуляции предварительно заданной большей величиной ограничения или произвольной величиной, при этом в течение времени, когда величина глубины модуляции ограничена предварительно заданной величиной ограничения, генератор команд на изменение тока генерирует команду на изменение намагничивающей составляющей тока, соответствующей предварительно заданной постоянной величине, и команду на изменение моментообразующей составляющей тока статора. According to the invention, the device has a coordinate converter for measuring the moment-forming component of the stator current in accordance with the current in the primary winding of the induction motor, a current regulator for correcting the deviation of the measured moment-forming component of the stator current from the value of the corresponding command signal and generating an adjusted command signal for changing the moment-forming component of the stator current , a diagram of the formation of teams to change the angular frequency of the slip for correction the inverter output frequency in accordance with the adjusted signal value of the command to change the moment-forming component of the stator current, and a circuit for generating commands to change the modulation depth to limit the modulation depth to a predetermined larger limit value or an arbitrary value, while during the time when the modulation depth is limited a predetermined limit value, the current change command generator generates a magnetization change command a current component corresponding to a predetermined constant value, and a command to change the moment-forming component of the stator current.
Предпочтительно глубину модуляции нормировать в соответствии с величиной, при которой измеряется напряжение VFC постоянного тока. Preferably, the modulation depth is normalized in accordance with the value at which the direct current voltage VFC is measured.
Предпочтительно также, что предварительно заданная величина ограничения глубины модуляции определяется максимально возможным выходным напряжением указанного инвертора, которое определяется в соответствии с напряжением постоянного тока. It is also preferred that the predetermined modulation depth limit value is determined by the maximum possible output voltage of said inverter, which is determined in accordance with the DC voltage.
Предпочтительно также произвольно заданную величину ограничения глубины модуляции выбрать так, чтобы количество импульсов на полупериоде фазы выходного напряжения инвертора было равно 1. It is also preferable to choose an arbitrarily specified modulation depth limit value so that the number of pulses per half-period of the inverter output voltage phase is 1.
Задача решается и с помощью предложенного способа управления асинхронным электродвигателем, в котором асинхронный двигатель управляется путем регулирования выходного напряжения инвертора, преобразующего постоянный ток в переменный с регулированием частоты при регулируемом напряжении и регулированием частоты при постоянном напряжении, за счет изменения глубины модуляции, которая выполняется по команде на изменение намагничивающей составляющей тока в первичной обмотке асинхронного двигателя, на который подается напряжение от инвертора, и по команде на изменение компоненты напряжения, которые формируются в соответствии с упомянутыми соответствующими компонентами и выполняются в соответствии с командой на изменение моментообразующей составляющей тока статора. Согласно изобретению после перехода от управления в режиме регулирования частоты при регулируемом напряжении к управлению в режиме регулирования частоты при постоянном напряжении глубину модуляции ограничивают предварительно заданной величиной и при увеличении выходной частоты инвертора величина сигнала команды на изменение намагничивающей составляющей тока увеличивается при условии, что ток поддерживают постоянной величины. The problem is solved by using the proposed method for controlling an induction motor, in which the induction motor is controlled by regulating the output voltage of the inverter, which converts direct current into alternating current with frequency control at a controlled voltage and frequency control at a constant voltage, by changing the modulation depth, which is performed by command to change the magnetizing component of the current in the primary winding of an induction motor, to which voltage is supplied from the rotor, and by a command to change the voltage components, which are formed in accordance with the corresponding components and are executed in accordance with the command to change the moment-forming component of the stator current. According to the invention, after the transition from control in the frequency regulation mode at a regulated voltage to control in a frequency regulation mode at a constant voltage, the modulation depth is limited by a predetermined value and when the inverter output frequency increases, the signal value of the command to change the magnetizing component of the current increases, provided that the current is kept constant quantities.
Ниже изобретение более подробно поясняется описанием вариантов выполнения со ссылкой на чертежи, которые показывают:
на фиг. 1 - блок-схему устройства управления, выполненную по одному из вариантов настоящего изобретения,
на фиг. 2 - подробное изображение показанной на фиг. 1 схемы изменения глубины модуляции,
на фиг. 3 - пример, иллюстрирующий предложенный в настоящем изобретении способ управления, и
на фиг. 4 - пример, иллюстрирующий изменение крутящего момента двигателя, управляемого предложенным в настоящем изобретении способом.Below the invention is explained in more detail by the description of embodiments with reference to the drawings, which show:
in FIG. 1 is a block diagram of a control device made in accordance with one embodiment of the present invention,
in FIG. 2 is a detailed view of FIG. 1 circuit modulation depth modulation,
in FIG. 3 is an example illustrating a control method proposed in the present invention, and
in FIG. 4 is an example illustrating a change in engine torque controlled by the method of the present invention.
Ниже со ссылками на фиг. 1 рассмотрен один из вариантов выполнения настоящего изобретения. Как показано на этом чертеже, постоянный ток (ПТ), пульсации которого сглаживаются выполненным в виде конденсатора фильтром 13, поступает от источника питания 11 ПТ на инвертор 1 с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), являющийся преобразователем электрической мощности. Below with reference to FIG. 1, one embodiment of the present invention is considered. As shown in this drawing, direct current (DC), the ripple of which is smoothed by a filter 13 made in the form of a capacitor, is supplied from the power supply 11 of the DC to the inverter 1 with pulse-width modulation (PWM), which is an electric power converter.
ШИМ-инвертор 1 преобразует напряжение ПТ в трехфазное напряжение переменного тока, которое подается на асинхронный двигатель 2. Такой асинхронный двигатель 2 можно использовать в качестве тягового двигателя для привода электровоза. The PWM inverter 1 converts the DC voltage to a three-phase AC voltage, which is supplied to the
Генератор 3 команд на изменение тока генерирует сигнал Id* команды на изменение намагничивающей составляющей тока и сигнал Iq* команды на изменение моментообразующей составляющей тока статора. The
Регулятор 4 тока генерирует сигнал Iq** команды на изменение моментообразующей составляющей тока статора, скорректированный в соответствии с отклонением величины сигнала команды Iq* на изменение тока статора от величины сигнала Iq измеренного тока статора, являющегося выходным сигналом преобразователя 5 координат, и этот сигнал Iq** команды подается на входы схемы 6 выполнения команд на изменение напряжения и схемы 7 выполнения команд на изменение угловой частоты скольжения. The current controller 4 generates a command signal Iq ** for changing the moment-forming component of the stator current, corrected in accordance with the deviation of the signal value of the command Iq * for changing the stator current from the signal Iq of the measured stator current, which is the output signal of the
Схема 7 выполнения команд на изменение угловой частоты скольжения вырабатывает сигнал 
Схема 6 выполнения команд на изменение напряжения вырабатывает необходимые для системы с вращающимся магнитным полем две компоненты напряжения Vd* и Vq*, подаваемого на асинхронный двигатель 2, в соответствии с откорректированной величиной сигнала Iq** команды на изменение моментообразующей составляющей тока статора, и сигналом 
Преобразователь 8 полярных координат преобразует векторы напряжения, выраженные величинами Vd* и Vq*, в амплитуду V0 и фазу δ вектора напряжения. A polar coordinate converter 8 converts the voltage vectors expressed by the values Vd * and Vq * into the amplitude V0 and phase δ of the voltage vector.
С другой стороны, скорость 
Интегратор 18 интегрирует сигнал 
Преобразователь 5 координат, на вход которого поступают измеряемые датчиками 15u, 15v и 15w токов выходные токи iu, iv и iw ШИМ-инвертора 1, преобразует последние в соответствии с сигналом Θ в компоненту Id намагничивающей составляющей тока в системе координат вращающегося магнитного поля и в компоненту Iq моментообразующей составляющей тока статора, которая подается в регулятор 4 тока. The
Сумматор 19 суммирует сигнал Θ в стандартной системе координат, поступающий с выхода интегратора 18, с фазой δ вектора напряжения, которая подается с выхода преобразователя 8 полярных координат, и генерирует выходной сигнал Θ′.
Схема 10 выполнения команд на изменение скорости модуляции вырабатывает значение глубины Vc модуляции в соответствии с сигналом от датчика 14 напряжения, определяющего величину напряжения VFC питающего преобразователь электрической мощности напряжения ПТ, путем ограничения амплитуды V0 вектора напряжения, являющегося выходным сигналом преобразователя 8 полярных координат, величиной, не превышающей максимально возможное выходное напряжение преобразователя электрической мощности.The adder 19 summarizes the signal Θ in the standard coordinate system, coming from the output of the integrator 18, with the phase δ of the voltage vector, which is supplied from the output of the polar coordinate converter 8, and generates an output signal Θ.
The
Схема 9 генерирует поступающие затем на ШИМ-инвертор 1 импульсные ШИМ-сигналы Su, Sv и Sw типа "включено"/"выключено" в соответствии с величинами сигнала Vc, приходящего на нее с выхода схемы 10 глубины модуляции, и сигнала Θ′ с выхода сумматора 19. The circuit 9 then generates on-pulse / switched-off PWM signals Su, Sv, and Sw of the PWM inverter 1 in accordance with the values of the signal Vc coming to it from the output of the
Ниже работа упомянутых выше устройств рассмотрена более подробно. Below, the operation of the above devices is discussed in more detail.
Преобразователь 5 координат генерирует, в частности, компоненты Id намагничивающей составляющей тока и Iq моментообразующей составляющей тока статора из сигнала Θ в стандартной системе координат и выходных токов iu, iv и iw инвертора в соответствии со следующей формулой (1). The
В качестве регулятора 4 тока может быть использован, например, пропорциональный и интегральный регулятор. Работа такого регулятора описывается приведенной ниже формулой (2). По этой формуле, в соответствии с отклонением величины Iq* сигнала команды на изменение моментообразующей составляющей тока статора от величины Iq сигнала измеренного тока статора, генерируется сигнал Iq** команды на изменение моментообразующей составляющей тока статора.
As a current controller 4, for example, a proportional and integral controller can be used. The operation of such a regulator is described by the following formula (2). According to this formula, in accordance with the deviation of the value Iq * of the signal of the command to change the moment-forming component of the stator current from the value Iq of the signal of the measured stator current, the signal Iq ** of the command to change the moment-forming component of the stator current is generated.
В этой формуле К1 означает коэффициент пропорциональности, К2 означает коэффициент интегрирования, а s означает оператор Лапласа. In this formula, K1 means the coefficient of proportionality, K2 means the coefficient of integration, and s means the Laplace operator.
Следующая формула (3) описывает один из примеров работы схемы 6 выполнения команд на изменение напряжения. The following formula (3) describes one example of the operation of the circuit 6 executing commands to change the voltage.
В этой формуле r1 означает активное сопротивление первичной обмотки асинхронного двигателя 2, Lsσ означает индуктивность рассеяния и L1 означает индуктивность первичной обмотки.
In this formula, r1 means the resistance of the primary winding of the
Следующая формула (4) описывает один из примеров работы схемы 7 выполнения команд на изменение угловой частоты скольжения. The following formula (4) describes one example of the operation of the circuit 7 for executing commands to change the angular sliding frequency.
В этой формуле r2 означает активное сопротивление вторичной обмотки асинхронного двигателя 2, а М означает взаимную индуктивность. In this formula, r2 means the active resistance of the secondary winding of the
Работа преобразователя 8 полярных координат описывается формулами (5) и (6).
The operation of the polar coordinate converter 8 is described by formulas (5) and (6).
На фиг. 2 показан один из примеров работы схемы 10 выполнения команд на изменение глубины модуляции. Сигнал V0 от преобразователя 8 полярных координат делится делителем 201 на величину VCF напряжения на фильтрующем конденсаторе и полученный сигнал нормируется умножителем 202 и в виде сигнала Vc' глубины модуляции подается на ограничитель 203. Ограничитель 203 предназначен для того, чтобы выходной сигнал глубины модуляции (команда на изменение напряжения), полученный в соответствии с входным сигналом Vc' глубины модуляции (команда на изменение напряжения), не превышал предварительно заданной величины. Работа схемы, показанной на фиг. 2, описывается следующей формулой (7).
In FIG. 2 shows one example of the operation of the
В соответствии с этой формулой глубина Vc модуляции нормируется таким образом, чтобы напряжение в моноимпульсном режиме при максимальном выходном напряжении ШИМ-инвертора было равно 1. Функция min ( ) представляет собой функцию, от которой берется минимальное значение, и если результат вычислений превышает 1, то значение Vc ограничивается величиной, равной 1. В соответствии с формулой (7) максимальное значение V0max величины V0 определяется формулой (8).
In accordance with this formula, the modulation depth Vc is normalized so that the voltage in single-pulse mode at the maximum output voltage of the PWM inverter is 1. The min () function is the function from which the minimum value is taken, and if the calculation result exceeds 1, then the value of Vc is limited to a value equal to 1. In accordance with formula (7), the maximum value V0 max of the value V0 is determined by formula (8).
В показанной на фиг. 1 и работающей, как описано выше, в соответствии с формулами (1)-(7) схеме управления можно осуществить надежное управление двигателем в диапазоне от низких до высоких скоростей при переходе для максимально эффективного использования ПТ ШИМ-инвертора 1 с режима ШИМ на моноимпульсный режим.
In the embodiment shown in FIG. 1 and operating as described above, in accordance with formulas (1) - (7), the control circuit can provide reliable motor control in the range from low to high speeds during the transition to maximize the use of the PW PWM inverter 1 from the PWM mode to single-pulse mode .
Ниже приводится подробное описание работы этой схемы. The following is a detailed description of the operation of this circuit.
Сначала рассмотрена работа схемы при низких скоростях, когда величина команд на изменение напряжения меньше максимально возможного выходного напряжения преобразователя электрической мощности, которое определяется напряжением ПТ источника питания. Поскольку выходной сигнал V0 преобразователя полярных координат меньше напряжения V0max, которое ограничивается схемой 10 выполнения команд на изменение глубины модуляции, выполняется неравенство Vc<1. В этом случае при идеальных условиях, когда нет ошибки в выходном напряжении ШИМ-инвертора 1 и параметры асинхронного двигателя 2 соответствуют параметрам, используемым в схеме 6 расчета команды на изменение напряжения и в схеме 7 расчета команды на изменение угловой скорости скольжения, выходное напряжение ШИМ-инвертора 1 соответствует команде на изменение напряжения. В результате, выходные сигналы Id* и Iq* генератора 3 команд на изменение тока полностью совпадают с выходными сигналами Id и Iq преобразователя полярных координат, т. е. осуществляется векторное управление. В действительности же из-за ошибок в выходном напряжении ШИМ-инвертора 1 и изменений параметров асинхронного двигателя 2 возникает несоответствие между выходными сигналами Id* и Iq* и выходными сигналами Id и Iq, однако в этом случае осуществляется регулирование сигнала Iq, который приводится в соответствие с сигналом Iq*.First, the operation of the circuit at low speeds is considered, when the magnitude of the voltage change commands is less than the maximum possible output voltage of the electric power converter, which is determined by the voltage of the power supply. Since the output signal V0 of the polar coordinate converter is less than the voltage V0 max , which is limited by the
Например, если сопротивление r2 вторичной обмотки асинхронного двигателя 2 больше значения r2, использованного в схеме 7 расчета угловой скорости скольжения, то из-за того, что величина сигнала команды 
Далее рассматривается работа системы при высоких скоростях, когда необходимое для питания асинхронного двигателя напряжение превышает максимально возможное выходное напряжение преобразователя электрической мощности (режим ШИМ становится моноимпульсным). Даже при идеальных условиях и отсутствии ошибок, связанных с параметрами асинхронного двигателя, когда амплитуда V0 вектора команды на изменение напряжения на выходе из преобразователя 8 полярных координат становится больше напряжения V0max, равного максимальному выходному напряжению ШИМ-инвертора 1, возникает несоответствие между величинами команд на изменение напряжения и выходными напряжениями. В результате этого возникает несоответствие между выходными сигналами Id* и Iq* генератора 3 команд на изменение тока и сигналами Id и Iq преобразователя 5 полярных координат.Next, we consider the operation of the system at high speeds, when the voltage required to power an induction motor exceeds the maximum possible output voltage of the electric power converter (the PWM mode becomes single-pulse). Even under ideal conditions and the absence of errors associated with the parameters of the induction motor, when the amplitude V0 of the vector of the command to change the voltage at the output of the polar coordinate converter 8 becomes greater than the voltage V0 max equal to the maximum output voltage of the PWM inverter 1, a mismatch between the values of the commands on voltage variation and output voltages. As a result of this, a mismatch occurs between the output signals Id * and Iq * of the
Дополнительным средством решения проблем, возникающих в описанных выше условиях, является схема 10 расчета глубины модуляции. An additional means of solving problems arising in the conditions described above is the
Схема 10 расчета глубины модуляции, как показано на фиг. 2, при большой величине сигнала Vc' команды на изменение напряжения ограничивает выходное напряжение величиной V0max, и это ограниченное по величине выходное напряжение является глубиной модуляции Vc инвертора (командой на изменение выходного напряжения).The modulation
В обычном способе векторного управления необходимо иметь обратную связь по напряжению, соответствующему разности между Vc' и V0max. Например, в упомянутом выше документе "A vehicle drive system where a vector control is adopted", такая обратная связь используется для уменьшения величины сигнала команды Id* на изменение намагничивающей составляющей тока, генерируемого генератором 3 команд на изменение тока. (Далее в описании предлагаемого в настоящем изобретении способа векторного управления, которое, как сказано выше, осуществляется путем регулирования величины Id*, величина сигнала команды на изменение намагничивающей составляющей тока обозначается как Id**).In a conventional vector control method, it is necessary to have voltage feedback corresponding to the difference between Vc 'and V0 max . For example, in the aforementioned document "A vehicle drive system where a vector control is adopted", such feedback is used to reduce the signal value of the Id * command to change the magnetizing component of the current generated by the 3 current command generator. (Hereinafter, in the description of the vector control method proposed in the present invention, which, as mentioned above, is carried out by controlling the value of Id *, the magnitude of the command signal to change the magnetizing component of the current is denoted as Id **).
Отличительной особенностью настоящего изобретения является то, что предлагаемый в нем способ векторного управления осуществляется без упомянутой выше обратной связи. Основные принципы такого управления подробно рассмотрены ниже. A distinctive feature of the present invention is that the proposed vector control method is carried out without the feedback mentioned above. The basic principles of such management are discussed in detail below.
Основным назначением регулятора 4 тока, показанного на фиг. 1, при низких скоростях является компенсация искажений, связанных с изменением параметров; при высоких скоростях этот регулятор компенсирует ошибку, возникающую при несовпадении выходных сигналов Iq* и Iq, которое связано с упомянутым выше несовпадением напряжений. The main purpose of the current regulator 4 shown in FIG. 1, at low speeds is the compensation of distortion associated with a change in parameters; at high speeds, this regulator compensates for the error that occurs when the output signals Iq * and Iq do not coincide, which is associated with the voltage mismatch mentioned above.
Например, если напряжение Vc' превышает напряжение V0max, то в зависимости от разности между ними выходной сигнал Iq регулятора 4 тока соответствующим образом увеличивается по сравнению с выходным сигналом Iq*. В результате, в процессе управления создается равновесие, и отношение Iq**/Id*, где Iq** представляет собой выходной сигнал регулятора 4 тока и Id* представляет собой выходной сигнал генератора 3 команд на изменение тока, становится, как при обычном векторном управлении, равным отношению Iq/Id. При этом величина сигнала 
Аналогичным образом во избежание изменения скорости 
При этом, как следует из формулы (6), величина выходного сигнала δ преобразователя 8 полярных координат становится равной величине сигнала при обычном векторном управлении. В результате, поскольку сигнал Θ′, генерируемый в сумматоре 19, становится равным Θ и на асинхронный двигатель 2 подается такое же напряжение, как при обычном векторном управлении, то в идеальном случае выходные сигналы преобразователя 5 полярных координат будут равны величинам Id* и Iq*, соответствующим обычному векторному управлению. Так как регулятор 4 тока содержит интегрирующее звено, то даже когда входной сигнал Iq* становится равным величине Iq**, условие равновесия, которое определяется выходным сигналом Iq**, достигается даже в том случае, если он имеет величину, большую величины выходного сигнала Iq*. Moreover, as follows from formula (6), the value of the output signal δ of the converter 8 of the polar coordinates becomes equal to the value of the signal with conventional vector control. As a result, since the signal Θ ′ generated in the adder 19 becomes equal to Θ and the same voltage is applied to the
Другими словами, даже когда выходной сигнал V0 преобразователя 8 полярных координат превышает максимальное выходное напряжение V0max ШИМ-инвертора 1, а генератор 3 команд на изменение тока не отрегулирован, то в соответствии с настоящим изобретением ситуация, благодаря работе регулятора 4 тока, становится полностью эквивалентной ситуации, когда осуществляется векторное управление, при котором величина сигнала команды на изменение намагничивающей составляющей тока снижается автоматически. Формулируя эту мысль иначе, можно сказать, что при максимальном выходном напряжении ШИМ-инвертора автоматическое управление двигателем осуществляется слабым магнитным полем. Кроме того, при таком способе управления влияние изменений напряжения ПТ источника питания корректируется автоматически, благодаря действию описанной выше схемы управления, и ток Iq статора в обычных условиях всегда поддерживается равным величине сигнала Iq* команды на изменение моментообразующей составляющей тока статора.In other words, even when the output signal V0 of the polar coordinate converter 8 exceeds the maximum output voltage V0 max of the PWM inverter 1, and the
На фиг. 3 показаны графики, иллюстрирующие работу системы управления от момента остановки асинхронного двигателя до момента, когда выходное напряжение инвертора достигает максимального значения и затем остается постоянным. На фиг. 3а показано изменение (увеличение) скорости 
Величина выходного сигнала Iq*, который на графике не показан, остается постоянной и равной, благодаря работе регулятора 4 тока, значению сигнала Iq, при этом также остается постоянной и величина сигнала Id**. The value of the output signal Iq *, which is not shown in the graph, remains constant and equal, due to the operation of the current controller 4, to the value of the signal Iq, while the value of the signal Id ** also remains constant.
На фиг. 3г показано изменение во времени крутящего момента асинхронного двигателя. До ограничения напряжения крутящий момент остается постоянным, поскольку постоянны величины сигнала Iq* команды на изменение моментообразующей составляющей тока статора и сигнала Id* команды на изменение намагничивающей составляющей тока. В момент ограничения напряжения при постоянных величинах сигналов команд крутящий момент уменьшается автоматически из-за ограничения величины подаваемого на асинхронный двигатель напряжения и изменения слабого магнитного поля. Приведенные выше результаты подтверждают возможность реализации предлагаемого способа векторного управления и свидетельствуют о возможности осуществлять непрерывное векторное управление в диапазоне от низких до высоких скоростей двигателя. In FIG. 3d shows the change in time of the torque of an induction motor. Until the voltage is limited, the torque remains constant, since the signal Iq * of the command to change the moment-forming component of the stator current and the signal Id * of the command to change the magnetizing component of the current are constant. At the time of voltage limitation with constant values of command signals, the torque decreases automatically due to the limitation of the voltage supplied to the induction motor and changes in the weak magnetic field. The above results confirm the feasibility of the proposed vector control method and indicate the possibility of continuous vector control in the range from low to high engine speeds.
Ниже рассмотрено другое доказательство возможности осуществления векторного управления по этому варианту изобретения. На фиг. 4 показан график изменения крутящего момента при постоянном напряжении (при t = 25 с на фиг. 3). Из этого графика следует, что в ответ на изменение величины сигнала команды Топорн. возникают некоторые переходные колебания крутящего момента Т асинхронного двигателя, однако, за исключением этих переходных колебаний, крутящий момент Т быстро изменяется в соответствии с величиной сигнала команды Топорн., что является доказательством возможности осуществления векторного управления в этом варианте изобретения. Кроме того, при оптимальным образом заданной постоянной регулятора 4 тока, согласованной с характеристикой асинхронного двигателя (объекта управления) упомянутые выше переходные колебания можно существенно уменьшить.Below is another evidence of the possibility of implementing vector control for this variant of the invention. In FIG. 4 shows a graph of changes in torque at constant voltage (at t = 25 s in FIG. 3). From this graph it follows that in response to a change in the magnitude of the signal of the command T reference. some transient vibrations of the torque T of the induction motor occur, however, with the exception of these transient vibrations, the torque T quickly changes in accordance with the magnitude of the signal of the reference command T reference. , which is evidence of the possibility of implementing vector control in this embodiment of the invention. In addition, with the optimal way the constant constant of the current controller 4, consistent with the characteristics of the induction motor (control object), the above-mentioned transient vibrations can be significantly reduced.
С помощью описанного выше варианта предлагаемого в настоящем изобретении способа с использованием только одного регулятора тока для управления током статора и схемы расчета глубины модуляции можно без изменения конструкции управляющего устройства осуществлять векторное управление асинхронным двигателем в диапазоне от низких до высоких скоростей, когда величина сигнала команды на изменение напряжения превышает максимально возможное выходное напряжение инвертора, определяемое напряжением ПТ источника питания, (режим ШИМ становится моноимпульсным), и прежде всего при высоких скоростях, когда реализуется моноимпульсный режим управления напряжением, а крутящий момент быстро реагирует на команды. Using the above-described variant of the method proposed in the present invention using only one current controller to control the stator current and the modulation depth calculation circuit, it is possible to vector control an induction motor in the range from low to high speeds without changing the design of the control device when the signal value of the command to change voltage exceeds the maximum possible output voltage of the inverter, determined by the voltage of the PT power supply (PWM mode becomes monopulse), and especially at high speeds, when implemented monopulse voltage control mode and torque responds quickly to commands.
Кроме того, предлагаемый способ, в котором осуществляется автоматическая коррекция случайных изменений напряжения VFC источника питания ПТ, позволяет, как показано на фиг. 2 используя сигнал Vc модуляции в качестве команды, регулировать выходное напряжение инвертора без всякого влияния на него случайных изменений напряжения источника питания ПТ. In addition, the proposed method, in which automatic correction of random changes in the voltage VFC of the PT power supply is carried out, allows, as shown in FIG. 2 using the modulation signal Vc as a command, adjust the output voltage of the inverter without any influence of random changes in the voltage of the power supply of the transformer.
Кроме того, в описанном выше варианте изобретения рассмотрен случай ограничения напряжения величиной максимально возможного выходного напряжения преобразователя электрической мощности, хотя фактически величина ограничения напряжения может быть выбрана произвольно таким образом, чтобы можно было произвольно выбрать начало управления слабым магнитным полем. При этом можно выполнить управление слабым магнитным полем, изменяя лишь эту заданную величину, без специального регулирования, как это делалось ранее, слабого магнитного поля по команде Id* на изменение намагничивающей составляющей тока, что позволяет улучшить конструкцию управляющего устройства и упростить процесс управления. In addition, in the above-described embodiment of the invention, the case of voltage limiting to the maximum possible output voltage of the electric power converter is considered, although in fact, the magnitude of the limiting voltage can be arbitrarily selected so that it is possible to arbitrarily choose the beginning of the control of a weak magnetic field. In this case, one can control a weak magnetic field by changing only this predetermined value, without special regulation, as was done previously, of a weak magnetic field by the command Id * to change the magnetizing component of the current, which allows to improve the design of the control device and simplify the control process.
Кроме того, в рассматриваемом варианте изобретения регулятор тока используется только для регулирования тока статора, однако при низких скоростях, когда величина сигнала команды на изменение напряжения меньше максимально возможного выходного напряжения преобразователя электрической мощности, определяемого напряжением ПТ источника питания, можно использовать управление за счет регулирования как намагничивающей составляющей тока, так и тока статора. Если выходной сигнал V0 схемы 8 расчета полярных координат становится больше максимально возможного выходного напряжения V0max, то для отказа от использования регулятора намагничивающей составляющей тока, способ управления нужно изменить. В предлагаемом в настоящем изобретении способе управления в этом случае, как следует из фиг. 3, не требуется обеспечивать совпадение величины сигнала Id* команды на изменение намагничивающей составляющей тока, являющейся выходным сигналом генератора 3 команд на изменение тока, и величины сигнала Id измеренной намагничивающей составляющей тока, являющейся выходным сигналом преобразователя 5 полярных координат, то есть не требуется использовать регулятор тока с интегрирующим звеном, сводящий к нулю разницу величин Id* и Id.In addition, in the considered embodiment of the invention, the current regulator is used only to regulate the stator current, however, at low speeds, when the signal value of the voltage change command is less than the maximum possible output voltage of the electric power converter determined by the voltage of the power supply PT, control can be used by adjusting as magnetizing component of the current and the stator current. If the output signal V0 of the polar coordinate calculation circuit 8 becomes larger than the maximum possible output voltage V0 max , then the control method must be changed to refuse to use the regulator of the magnetizing current component. In the control method according to the invention, in this case, as follows from FIG. 3, it is not necessary to ensure that the magnitude of the signal Id * of the command to change the magnetizing component of the current, which is the output signal of the
Предлагаемым в настоящем изобретении способом можно осуществлять надежное векторное управление асинхронным двигателем без каких-либо изменений системы управления при переходе от низких скоростей к высоким скоростям (область моноимпульсного режима ШИМ), когда величина сигнала команды на изменение напряжения (глубина модуляции) превышает максимально возможное выходное напряжение инвертора, определяемое напряжением источника ПТ. Таким образом, настоящее изобретение может быть успешно использовано в электропоездах, в которых характеристика крутящего момента тягового двигателя должна обладать высокой чувствительностью к управляющим командам, и в электромобилях, предназначенных для движения по обычным дорогам. Proposed in the present invention, the method can provide reliable vector control of an induction motor without any changes in the control system when switching from low speeds to high speeds (region of single-pulse PWM mode), when the magnitude of the signal command to change the voltage (modulation depth) exceeds the maximum possible output voltage inverter, determined by the voltage of the source PT. Thus, the present invention can be successfully used in electric trains, in which the torque characteristic of the traction motor must be highly sensitive to control commands, and in electric vehicles designed for driving on ordinary roads.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99121868A RU2193814C2 (en) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Control gear and method for controlling induction motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99121868A RU2193814C2 (en) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Control gear and method for controlling induction motor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99121868A RU99121868A (en) | 2001-11-27 |
| RU2193814C2 true RU2193814C2 (en) | 2002-11-27 |
Family
ID=20225934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99121868A RU2193814C2 (en) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Control gear and method for controlling induction motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2193814C2 (en) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7893637B2 (en) | 2005-10-27 | 2011-02-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Motor drive system |
| RU2447572C2 (en) * | 2007-12-04 | 2012-04-10 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Device for control of alternating current motor |
| US8212502B2 (en) | 2007-03-29 | 2012-07-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control apparatus and control method for hybrid vehicle |
| RU2459345C2 (en) * | 2010-10-07 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Method of vector control of induction motor torque and device for its realisation |
| US8258735B2 (en) | 2008-12-15 | 2012-09-04 | Mitsubishi Electric Corporation | Power converting apparatus for motor driving |
| RU2463699C1 (en) * | 2008-12-15 | 2012-10-10 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Power conversion device for electric motor excitation |
| RU2464699C2 (en) * | 2007-12-20 | 2012-10-20 | Абб Рисерч Лтд | Method for operation of rotary electric machine |
| RU2483421C1 (en) * | 2012-03-14 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Device to control induction motor |
| RU2483422C1 (en) * | 2012-03-14 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Device to control induction motor |
| RU2543502C1 (en) * | 2011-01-18 | 2015-03-10 | Дайкин Индастриз, Лтд. | Power conversion device |
| RU2557071C2 (en) * | 2013-02-25 | 2015-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Method of vector control of three-phase machine rotation speed |
| RU2659372C1 (en) * | 2016-04-28 | 2018-06-29 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Vehicle |
| RU2690532C1 (en) * | 2018-06-27 | 2019-06-04 | Акционерное общество "Сарапульский электрогенераторный завод" | Vehicle electric drive control system |
| RU2728283C1 (en) * | 2019-11-05 | 2020-07-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Electric drive with asynchronous motor |
-
1997
- 1997-03-19 RU RU99121868A patent/RU2193814C2/en active
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7893637B2 (en) | 2005-10-27 | 2011-02-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Motor drive system |
| US8212502B2 (en) | 2007-03-29 | 2012-07-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control apparatus and control method for hybrid vehicle |
| US8344680B2 (en) | 2007-12-04 | 2013-01-01 | Mitsubishi Electric Corporation | Control apparatus of alternating-current motor |
| RU2447572C2 (en) * | 2007-12-04 | 2012-04-10 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Device for control of alternating current motor |
| RU2464699C2 (en) * | 2007-12-20 | 2012-10-20 | Абб Рисерч Лтд | Method for operation of rotary electric machine |
| US8258735B2 (en) | 2008-12-15 | 2012-09-04 | Mitsubishi Electric Corporation | Power converting apparatus for motor driving |
| RU2463699C1 (en) * | 2008-12-15 | 2012-10-10 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Power conversion device for electric motor excitation |
| RU2459345C2 (en) * | 2010-10-07 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Method of vector control of induction motor torque and device for its realisation |
| RU2543502C1 (en) * | 2011-01-18 | 2015-03-10 | Дайкин Индастриз, Лтд. | Power conversion device |
| RU2483421C1 (en) * | 2012-03-14 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Device to control induction motor |
| RU2483422C1 (en) * | 2012-03-14 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Device to control induction motor |
| RU2557071C2 (en) * | 2013-02-25 | 2015-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Method of vector control of three-phase machine rotation speed |
| RU2659372C1 (en) * | 2016-04-28 | 2018-06-29 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Vehicle |
| RU2690532C1 (en) * | 2018-06-27 | 2019-06-04 | Акционерное общество "Сарапульский электрогенераторный завод" | Vehicle electric drive control system |
| RU2728283C1 (en) * | 2019-11-05 | 2020-07-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Electric drive with asynchronous motor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6166514A (en) | Apparatus and method for controlling induction motor | |
| JP4238267B2 (en) | Controlled supply method of stator current target value and torque target value for a polyphase alternator fed by a power converter | |
| RU2193814C2 (en) | Control gear and method for controlling induction motor | |
| EP0417805B1 (en) | Control method and device for AC motor | |
| US4484128A (en) | Vector control system for AC motor drives | |
| US4227138A (en) | Reversible variable frequency oscillator for smooth reversing of AC motor drives | |
| US5717305A (en) | Method and apparatus for starting an electric motor | |
| EP2043241A2 (en) | Motor Drive Using Flux Adjustment to Control Power Factor | |
| US4804067A (en) | Inverter control apparatus for elevator motor | |
| EP0536569A2 (en) | AC motor control apparatus and control apparatus of electric rolling stock using the same | |
| US5923144A (en) | Frequency generator for a motor controller | |
| EP0526915B1 (en) | Control system for controlling revolution speed of electric motor | |
| US11601080B2 (en) | Motor control device | |
| JP4114942B2 (en) | Induction motor control device | |
| KR20080019131A (en) | Electric motor using a voltage control device and method for controlling thereof | |
| KR900000679B1 (en) | Control devices of alternating elevator | |
| JP2510510B2 (en) | Control device for PWM power converter | |
| JP3793919B2 (en) | Induction motor control method | |
| JPH0923506A (en) | Drive control method for dc electric rolling stock | |
| JP3944659B2 (en) | Induction motor control device | |
| JP3489259B2 (en) | Permanent magnet type motor control method and control device | |
| JP3793917B2 (en) | Induction motor control apparatus and method | |
| JP2547824B2 (en) | Induction motor controller | |
| JP3824206B2 (en) | Linear induction motor electric vehicle control device | |
| JP3323900B2 (en) | Control device for linear motor electric vehicle |