RU2212755C2 - Method for regulating torque of inductor-type electrical machine - Google Patents

Method for regulating torque of inductor-type electrical machine

Info

Publication number
RU2212755C2
RU2212755C2 RU2001113410A RU2001113410A RU2212755C2 RU 2212755 C2 RU2212755 C2 RU 2212755C2 RU 2001113410 A RU2001113410 A RU 2001113410A RU 2001113410 A RU2001113410 A RU 2001113410A RU 2212755 C2 RU2212755 C2 RU 2212755C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
torque
winding
electrical machine
current
inductor
Prior art date
Application number
RU2001113410A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2001113410A (en
Inventor
И.А. Прокопец
С.А. Пахомин
Ф.А. Реднов
Д.В. Крайнов
У.М. Сулейманов
В.Л. Коломейцев
Л.Ф. Коломейцев
Д.А. Звездунов
Original Assignee
ООО Научно-производственное предприятие "ЭМЕТРОН"
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 ООО Научно-производственное предприятие "ЭМЕТРОН" filed Critical ООО Научно-производственное предприятие "ЭМЕТРОН"
Priority to RU2001113410A priority Critical patent/RU2212755C2/en
Publication of RU2001113410A publication Critical patent/RU2001113410A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2212755C2 publication Critical patent/RU2212755C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering; traction motors, variable-speed electrical machines and devices requiring high starting torque. SUBSTANCE: method for controlling torque of inductor-type electrical machine includes generation of unipolar current in phase winding by feeding voltage pulses to winding with aid of semiconductor frequency converter so as to prevent phase current drop to zero in the course of control. Torque is increased in inductor-type electrical machine due to dc component in current flowing through this winding. EFFECT: enhanced flexibility of electrical machine control; enhanced torque. 1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к способам управления индукторными электрическими машинами, имеющими зубчатый безобмоточный ротор и зубчатый статор, на котором расположены одна или несколько фазных обмоток, каждая из которых запитывается однополярными импульсами тока от полупроводникового преобразователя частоты. Предлагаемый способ регулирования может найти место в тяговых электродвигателях, в электрических машинах, предназначенных для работы в широким диапазоне изменения частоты вращения, в устройствах, в которых необходим большой пусковой момент. The invention relates to electrical engineering, and more specifically to methods of controlling induction electric machines having a gearless winding rotor and a gear stator, on which one or more phase windings are located, each of which is fed by unipolar current pulses from a semiconductor frequency converter. The proposed method of regulation can find a place in traction electric motors, in electric machines designed to operate in a wide range of speed changes, in devices that require a large starting torque.

Известен способ управления электрической машиной (см. патент США 4707650 от 17.11.87). В данном источнике заявляется микропроцессорная система управления, формирующая сигналы управления ключами преобразователя частоты. A known method of controlling an electric machine (see US patent 4707650 from 11.17.87). This source claims a microprocessor control system that generates control signals for the keys of the frequency converter.

Система управления позволяет регулировать интервалы включения и выключения ключей в зависимости от скорости вращения электрической машины и ее режима работы (двигательный или генераторный режим). При работе двигателя на высоких частотах в системе управления реализован способ регулирования вращающего момента за счет изменения угла опережения включения ключей. В этом случае двигатель работает в режиме постоянства мощности. При увеличении частоты вращения свыше критической, угол опережения достигает максимального значения и вращающий момент двигателя резко уменьшается. The control system allows you to adjust the intervals on and off keys depending on the speed of rotation of the electric machine and its operating mode (motor or generator mode). When the engine is operating at high frequencies, the control system implements a method for controlling torque by changing the angle of advance of turning on the keys. In this case, the engine runs in constant power mode. With an increase in the rotational speed above the critical one, the lead angle reaches its maximum value and the engine torque sharply decreases.

Недостатком данного способа регулирования вращающего момента при работе на частотах вращения выше критической является резкое уменьшение выходной мощности электрической машины. The disadvantage of this method of regulating torque when operating at speeds higher than critical is a sharp decrease in the output power of an electric machine.

Известен также способ увеличения вращающего момента двигателя (см. патент России 2034393, кл. 6 Н 02 К 19/06 от 14.12.92). Увеличение вращающего момента двигателя происходит за счет подмагничивания магнитной системы электрической машины с помощью постоянных магнитов, размещенных в пазах полюсов статора. Намагниченность каждого магнита направлена согласно намагниченности полюса. Магнитный поток в зубцовой зоне такого двигателя определяется магнитным потоком фазных обмоток, питаемых однополярными импульсами тока, и потоком постоянных магнитов. Учитывая квадратичную зависимость вращающего момента от индукции магнитного поля, вращающий момент при возбуждении полюса будет значительно выше тормозного момента от постоянного магнита при обесточенной катушке. Регулирование вращающего момента в таком двигателе осуществляется изменением угла опережения и интервалов включения и выключения ключей. There is also a method of increasing engine torque (see Russian patent 2034393, CL 6 N 02 K 19/06 from 12/14/92). The increase in engine torque occurs due to the magnetization of the magnetic system of an electric machine using permanent magnets placed in the grooves of the stator poles. The magnetization of each magnet is directed according to the magnetization of the pole. The magnetic flux in the tooth zone of such an engine is determined by the magnetic flux of the phase windings, fed by unipolar current pulses, and by the flux of permanent magnets. Given the quadratic dependence of the torque on the induction of the magnetic field, the torque upon excitation of the pole will be significantly higher than the braking torque on the permanent magnet with a de-energized coil. Torque control in such an engine is carried out by changing the lead angle and the key on and off intervals.

Недостатком данного способа увеличения вращающего момента двигателя является усложнение конструкции двигателя за счет установки постоянных магнитов, невозможность регулирования степени подмагничивания. Кроме того, установка магнитов невозможна в двигателях, в которых катушки размещены на каждом зубце статора. The disadvantage of this method of increasing the engine torque is the complexity of the engine design due to the installation of permanent magnets, the inability to control the degree of magnetization. In addition, the installation of magnets is not possible in engines in which coils are placed on each stator tooth.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение гибкости управления индукторным двигателем и обеспечение возможности дополнительного увеличения вращающего момента двигателя при работе с максимальной частотой вращения. The present invention is aimed at increasing the flexibility of controlling the induction motor and providing the possibility of further increasing the torque of the engine when operating at maximum speed.

Способ регулирования момента индукторной электрической машины, заключающийся в том, что формируют однополярный ток в фазной обмотке электрической машины с помощью полупроводникового преобразователя частоты путем подачи на обмотку одного или нескольких импульсов напряжения, в конце зоны подачи напряжения прикладывают один или несколько импульсов напряжения обратной полярности, в котором, согласно данного заявления, изменяют параметры импульсов напряжения, подаваемых на обмотку таким образом, чтобы минимальное значение фазного тока находилось в диапазоне 0,05Imax<Imin<0,45Imax, где Imax - максимальное значение фазного тока, Imin - минимальное значение фазного тока.A method of controlling the moment of an induction electric machine, which consists in generating a unipolar current in the phase winding of an electric machine using a semiconductor frequency converter by applying one or more voltage pulses to the winding, at the end of the voltage supply zone one or more voltage pulses of reverse polarity are applied, in which, according to this statement, change the parameters of the voltage pulses supplied to the winding so that the minimum value of the phase current was in the range 0.05I max <I min <0.45I max , where I max is the maximum value of the phase current, I min is the minimum value of the phase current.

В дальнейшем изобретение поясняется со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны:
- фиг.1 - схема силовых цепей одной фазы преобразователя частоты;
- фиг.2 - механическая характеристика;
- фиг.3 - фазный ток и фазное напряжение для первого варианта;
- фиг.4 - фазный ток и фазное напряжение для второго варианта.
The invention is further explained with reference to the accompanying drawings, which show:
- figure 1 - diagram of the power circuits of one phase of the frequency Converter;
- figure 2 is a mechanical characteristic;
- figure 3 - phase current and phase voltage for the first embodiment;
- figure 4 - phase current and phase voltage for the second option.

Для формирования фазных токов в обмотках индукторного двигателя с помощью преобразователя частоты подают сигналы управления на включение ключей Т1 и Т2 (см. фиг.1), к обмотке двигателя ОД в момент времени t1 прикладывается напряжение источника питания U и в ней начинает нарастать ток i (см. фиг. 3). В конце зоны подачи положительного напряжения (момент времени t2) закрываются ключи Т1 и Т2, к фазной обмотке двигателя через обратные диоды Д1 и Д2 прикладывается отрицательное напряжение источника питания и в ней начинает быстро спадать ток до нуля (момент времени t3).To generate phase currents in the windings of the induction motor using a frequency converter, control signals are sent to turn on the keys T1 and T2 (see Fig. 1), the voltage of the power supply U is applied to the winding of the OD motor at time t 1 and the current i starts to increase in it (see Fig. 3). At the end of the positive voltage supply zone (time t 2 ), the keys T1 and T2 are closed, the negative voltage of the power supply is applied to the phase winding of the motor through the reverse diodes D1 and D2 and the current starts to quickly decrease to zero (time t 3 ).

На фиг.2 показана механическая характеристика индукторного двигателя. В диапазоне частот вращения 0-ω1 двигатель может работать с постоянным моментом (кривая 1), в диапазоне частот вращения ω1кр - двигатель работает в режиме постоянства мощности (кривая 2), при частоте вращения свыше ωкр - выходная мощность машины резко уменьшается (кривая 3). При уменьшении напряжения питания этот эффект усугубляется, происходит еще большее снижение выходной мощности двигателя (кривая 4). Устранить снижение выходной мощности можно введением специального режима подмагничивания. На фиг.2 (кривая 5) показана механическая характеристика двигателя при частоте вращения свыше ωкр, полученная с помощью режима подмагничивания.Figure 2 shows the mechanical characteristic of the induction motor. In the range of rotational speeds 0-ω 1, the engine can operate with a constant torque (curve 1), in the range of rotational frequencies ω 1cr - the engine runs in constant power mode (curve 2), at a speed above ω cr - the output power of the machine decreases sharply (curve 3). With a decrease in the supply voltage, this effect is exacerbated, there is an even greater decrease in the engine output (curve 4). Eliminate the decrease in output power by introducing a special bias mode. Figure 2 (curve 5) shows the mechanical characteristic of the engine at a speed above ω kr obtained using the magnetization mode.

Режим подмагничивания можно создать за счет:
- увеличения длительности положительных импульсов напряжения, подаваемых на обмотку;
- введения нулевой паузы в зоне действия отрицательного импульса напряжения;
- уменьшения амплитуды отрицательных импульсов напряжения, либо увеличения амплитуды положительных импульсов напряжения, подаваемых на обмотку.
The bias mode can be created by:
- increase the duration of the positive voltage pulses supplied to the winding;
- introducing a zero pause in the zone of action of the negative voltage pulse;
- reducing the amplitude of the negative voltage pulses, or increasing the amplitude of the positive voltage pulses supplied to the winding.

Следует отметить, что при работе в режиме подмагничивания угол опережения подачи первого положительного импульса напряжения должен быть не менее 70 электрических градусов, причем, чем больше степень подмагничивания, тем больше угол опережения. Для двигательного режима угол опережения отсчитывается от положения, при котором зубец статора расположен против паза ротора, для генераторного режима угол отсчитывается от положения, при котором зубец статора расположен против зубца ротора. It should be noted that when operating in the magnetization mode, the advance angle of the supply of the first positive voltage pulse must be at least 70 electrical degrees, and the greater the degree of magnetization, the greater the advance angle. For the motor mode, the lead angle is counted from the position at which the stator tooth is opposite the rotor groove; for the generator mode, the angle is counted from the position at which the stator tooth is located against the rotor tooth.

Для создания режима подмагничивания с помощью первого варианта, в момент времени t4 к обмотке двигателя ОД прикладывается напряжение источника питания U, и в ней начинает нарастать ток i (фиг.3). В конце зоны подачи напряжения (момент времени t5) закрываются ключи Т1, Т2, причем момент времени t5 выбирается таким образом, чтобы интервал времени (t5-t4) был больше интервала времени (t2-t1). К фазной обмотке двигателя через обратные диоды Д1 и Д2 прикладывается отрицательное напряжение источника питания и в ней начинает быстро спадать ток. В момент времени t6, к обмотке вновь прикладывается положительный импульс напряжения, несмотря на то, что фазный ток двигателя не снизился до нуля. Дальнейшая подача положительных импульсов напряжения увеличенной длительности будет вызывать еще большее увеличение минимального фазного тока, а следовательно, и вращающего момента двигателя. При достижении необходимого вращающего момента, регулируя длительность положительного импульса напряжения (t5-t4), стабилизируют, например, частоту вращения двигателя.To create a bias mode using the first option, at time t 4, the voltage of the power supply U is applied to the winding of the OD motor, and the current i begins to increase in it (Fig. 3). At the end of the voltage supply zone (time t 5 ), the keys T1, T2 are closed, and the time t 5 is selected so that the time interval (t 5 -t 4 ) is longer than the time interval (t 2 -t 1 ). A negative voltage of the power supply is applied to the phase winding of the motor through the reverse diodes D1 and D2 and the current begins to decrease rapidly in it. At time t 6 , a positive voltage pulse is again applied to the winding, despite the fact that the phase current of the motor has not decreased to zero. Further supply of positive voltage pulses of increased duration will cause an even greater increase in the minimum phase current, and hence the motor torque. Upon reaching the required torque, by regulating the duration of a positive voltage pulse (t 5 -t 4 ), stabilize, for example, the engine speed.

Для создания режима подмагничивания с помощью второго варианта, в момент времени t1 к обмотке двигателя ОД прикладывается напряжение источника питания U, и в ней начинает нарастать ток i (фиг.4). В конце зоны подачи напряжения (момент времени t2) закрываются ключи Т1, Т2, к фазной обмотке двигателя через обратные диоды Д1 и Д2 прикладывается отрицательное напряжение источника питания и в ней начинает быстро спадать ток. В момент времени t3 (при ненулевом фазном токе), формируется импульс на дополнительное включение ключа T2, уменьшение тока замедляется, так как обмотка оказывается закороченной через T2 и Д1. В момент времени t4, к обмотке вновь прикладывается положительный импульс напряжения, несмотря на то, что фазный ток двигателя не снизился до нуля. Дальнейшая подача отрицательных импульсов напряжения со специально введенной нулевой паузой в напряжении (t4-t3) будет вызывать еще большее увеличение минимального фазного тока, а следовательно, и вращающего момента двигателя. Введение нулевой паузы может быть осуществлено в любой момент времени в зоне действия отрицательного импульса напряжения (t4-t2). Для уменьшения коммутационных потерь в преобразователе частоты дополнительное включение ключа желательно осуществлять в конце зоны действия отрицательного импульса напряжения. В этом случае происходит коммутация минимального фазного тока.To create a bias mode using the second option, at time t 1, the voltage of the power supply U is applied to the motor winding OD, and the current i starts to increase in it (Fig. 4). At the end of the voltage supply zone (time t 2 ), the keys T1, T2 are closed, the negative voltage of the power source is applied to the phase winding of the motor through the reverse diodes D1 and D2 and the current begins to quickly decrease in it. At time t 3 (with a non-zero phase current), an impulse is formed to additionally turn on the key T2, the current decrease is slowed down, since the winding is shorted through T2 and D1. At time t 4 , a positive voltage pulse is again applied to the winding, despite the fact that the phase current of the motor has not decreased to zero. Further supply of negative voltage pulses with a specially introduced zero pause in the voltage (t 4 -t 3 ) will cause an even greater increase in the minimum phase current, and hence the motor torque. The introduction of a zero pause can be carried out at any time in the zone of action of a negative voltage pulse (t 4 -t 2 ). To reduce switching losses in the frequency converter, it is advisable to additionally switch on the switch at the end of the zone of operation of the negative voltage pulse. In this case, the switching of the minimum phase current occurs.

Для создания режима подмагничивания с помощью третьего варианта, амплитуда положительных импульсов должна быть больше амплитуды отрицательных импульсов напряжения. При подаче на обмотку положительного импульса напряжения в ней начинает нарастать ток. После подачи отрицательного импульса напряжения меньшей амплитуды, фазный ток не успевает уменьшиться до нуля. Изменяя соотношение амплитуд положительных и отрицательных импульсов напряжения, регулируется степень подмагничивания двигателя. To create a bias mode using the third option, the amplitude of the positive pulses must be greater than the amplitude of the negative voltage pulses. When a positive voltage pulse is applied to the winding, current begins to increase in it. After applying a negative voltage pulse of lower amplitude, the phase current does not have time to decrease to zero. By changing the ratio of the amplitudes of the positive and negative voltage pulses, the degree of magnetization of the motor is regulated.

Описанные варианты создания режима подмагничивания справедливы также и для генераторного режима. При этом, изменяя степень подмагничивания, регулируют выходную электрическую мощность в генераторном режиме. The described options for creating a bias mode are also valid for the generator mode. At the same time, changing the degree of magnetization, regulate the output electric power in the generator mode.

Технический эффект настоящего изобретения состоит в расширении диапазона регулирования вращающего момента при работе на высоких частотах вращения за счет более гибкого управления ключами преобразователя частоты и создании режима подмагничивания, при котором фазный ток индукторной машины не уменьшается до нуля. The technical effect of the present invention consists in expanding the range of torque control when operating at high speeds due to more flexible control of the keys of the frequency converter and creating a bias mode in which the phase current of the induction machine does not decrease to zero.

Claims (1)

Способ регулирования момента индукторной электрической машины, заключающийся в том, что формируют однополярный ток в фазной обмотке электрической машины с помощью полупроводникового преобразователя частоты путем подачи на обмотку одного или нескольких импульсов напряжения, в конце зоны подачи напряжения прикладывают один или несколько импульсов напряжения обратной полярности, отличающийся тем, что изменяют параметры импульсов напряжения, подаваемых на обмотку, таким образом, чтобы минимальное значение фазного тока находилось в диапазоне 0,05Imax<Imin<0,45Imax, где Imax - максимальное значение фазного тока, Imin - минимальное значение фазного тока.A method of controlling the moment of an induction electric machine, which consists in generating a unipolar current in the phase winding of an electric machine using a semiconductor frequency converter by applying one or more voltage pulses to the winding, at the end of the voltage supply zone one or more reverse voltage pulses are applied, characterized by the fact that they change the parameters of the voltage pulses supplied to the winding so that the minimum value of the phase current is in range 0.05I max <I min <0.45I max , where I max is the maximum value of the phase current, I min is the minimum value of the phase current.
RU2001113410A 2001-05-15 2001-05-15 Method for regulating torque of inductor-type electrical machine RU2212755C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001113410A RU2212755C2 (en) 2001-05-15 2001-05-15 Method for regulating torque of inductor-type electrical machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001113410A RU2212755C2 (en) 2001-05-15 2001-05-15 Method for regulating torque of inductor-type electrical machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001113410A RU2001113410A (en) 2003-05-10
RU2212755C2 true RU2212755C2 (en) 2003-09-20

Family

ID=29776709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001113410A RU2212755C2 (en) 2001-05-15 2001-05-15 Method for regulating torque of inductor-type electrical machine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2212755C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101154022B1 (en) Electric Motor
US7583000B2 (en) Starting system for salient-poled-rotor electric motor
US4873463A (en) D.C. electric motor
US5652493A (en) Polyphase split-phase switched reluctance motor
US5111095A (en) Polyphase switched reluctance motor
KR19990036863A (en) Electric machine with dual excitation for automotive alternator
KR102636787B1 (en) Power distribution in an electric machine with commutated rotor windings
RU2101840C1 (en) Stepping motor
JP2000201461A (en) Magneto brush-less electric motor
US9634585B2 (en) Control method for reducing torque ripple in an electrical machine
KR20010034533A (en) Rotor control for synchronous AC machines
US9246429B2 (en) Control method for reducing torque ripple in switched reluctance motors
KR20230044265A (en) Power distribution within electrical machines
RU2212755C2 (en) Method for regulating torque of inductor-type electrical machine
US7030531B2 (en) Controlled reluctance AC induction motor
US20040080229A1 (en) Controlled reluctance AC induction motor
EP1555738A1 (en) Motor control
JP3342429B2 (en) Stepping motor
US5760565A (en) Method and apparatus for reducing iron losses in a switched reluctance machine
WO1987002527A2 (en) Device for automatic control of direct current motors
Niguchi et al. Hybrid Drive of a Variable Flux Reluctance Motor and Switched Reluctance Motor
Ramamoorthy et al. A novel control scheme for a brushless dc motor fed from a current source inverter
CN112928845A (en) Precision drive brushless motor and driver circuit
RU2173931C1 (en) Device for automatic control over dc brushless motor
CN111835174A (en) Full magnetic pole phase-by-phase driving DC brushless motor and driver circuit

Legal Events

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

Effective date: 20120516

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20130427

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170516