RU2361356C1 - Method and device for control of asynchronous motor - Google Patents
Method and device for control of asynchronous motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2361356C1 RU2361356C1 RU2008131373/09A RU2008131373A RU2361356C1 RU 2361356 C1 RU2361356 C1 RU 2361356C1 RU 2008131373/09 A RU2008131373/09 A RU 2008131373/09A RU 2008131373 A RU2008131373 A RU 2008131373A RU 2361356 C1 RU2361356 C1 RU 2361356C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- output
- input
- unit
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к управлению асинхронными двигателями.The invention relates to a conversion technique, namely, to control asynchronous motors.
Известен способ управления асинхронным двигателем, при котором выходное силовое напряжение и его частота меняются одновременно (например, U/f=const), при этом при превышении частоты вращения двигателя заданного значения по сигналу обратной связи с тахогенератора выключают инвертор напряжения и включают только при равенстве заданного значения частоты вращения и фактического (RU, патент №2257663, кл. H02P 5/40, 2003 г.).A known method of controlling an asynchronous motor, in which the output power voltage and its frequency change simultaneously (for example, U / f = const), in this case, when the motor speed exceeds a predetermined value by a feedback signal from the tachogenerator, the voltage inverter is turned off and turned on only if the specified values of speed and actual (RU, patent No. 2257663, class.
Недостатком известного способа управления является то, что для его осуществления необходимо двигатель оборудовать датчиком частоты вращения, что снижает область применения данного способа управления.A disadvantage of the known control method is that for its implementation it is necessary to equip the engine with a speed sensor, which reduces the scope of this control method.
Известен способ управления асинхронным двигателем, при котором при выходе хотя бы одного из параметров управляемого асинхронного двигателя за пределы, определенные уставками или расчетными условиями надежного функционирования, микропроцессорный блок управления формирует управляющие сигналы, которые поступают на управляющие входы выпрямителя и инвертора и приводят эти параметры в норму (RU, патент №2219650, кл. H02P 7/26, Н02Н 7/08, 7/122, 7/26).A known method of controlling an induction motor, in which when at least one of the parameters of the controlled asynchronous motor goes beyond the limits defined by the settings or design conditions for reliable operation, the microprocessor control unit generates control signals that are fed to the control inputs of the rectifier and inverter and bring these parameters back to normal (RU, patent No. 2219650, class. H02P 7/26, НН Н 7/08, 7/122, 7/26).
Недостатком этого способа является сложность алгоритма управления, по которому осуществляется управление не только инвертором, но и выпрямителем.The disadvantage of this method is the complexity of the control algorithm, which controls not only the inverter, but also the rectifier.
Известен способ управления, принятый за прототип, при котором по заданному значению частоты вращения асинхронного двигателя и по принятому закону управления двигателем (например, U/f=const) формируют на выходе преобразователя координат составляющие вектора напряжения, в неподвижных двухфазных координатах (Uα, Uβ), по которым генератор широтно-импульсной модуляции (ШИМ) вырабатывает управляющие сигналы для автономного инвертора напряжения, который из постоянного напряжения формирует выходное переменное напряжение с широтно-импульсной модуляцией, а тормозной режим реализуется включением транзисторным ключом тормозного резистора (Гарганеев А.Г., Каракумов А.С., Ланграф С.В., Нечаев М.А. «Опыт разработки преобразователя частоты для асинхронного электропривода общепромышленного применения». «Электротехника», 2005 г., №9, стр.23, 24, рис.1, 2).A known control method adopted for the prototype in which according to a given value of the rotational speed of the induction motor and according to the adopted law of motor control (for example, U / f = const), components of the voltage vector are formed at the output of the coordinate converter in fixed two-phase coordinates (Uα, Uβ) according to which a pulse width modulation (PWM) generator generates control signals for an autonomous voltage inverter, which from a constant voltage generates an output alternating voltage with a pulse-width mode latching, and the braking mode is realized by turning on a brake resistor with a transistor key (Garganeev A.G., Karakumov A.S., Langraf S.V., Nechaev M.A. “Experience in developing a frequency converter for an asynchronous electric drive for general industrial use.” “Electrical Engineering” , 2005, No. 9, p. 23, 24, Fig. 1, 2).
Недостатком данного способа управления является то, что способ управления реализуется при стабильном входном силовом напряжении.The disadvantage of this control method is that the control method is implemented with a stable input power voltage.
Известно устройство управления асинхронным двигателем, содержащим SKIM-инвертор, выходные силовые шины которого соединены с статорными обмотками асинхронного двигателя, на валу которого установлен тахогенератор, драйвер управления, управляющего силовыми ключами инвертора и подключенного через шины управления к системному контроллеру (блок управления), один из выходов которого подключен к устройству включения фильтрового конденсатора (RU, патент №2257663, кл. Н02Р 5/40, 2003 г.).A control device for an induction motor containing a SKIM inverter is known, the output power buses of which are connected to the stator windings of the asynchronous motor, a tachogenerator is installed on its shaft, a control driver that controls the inverter power keys and is connected via the control bus to the system controller (control unit), one of the outputs of which are connected to a filter capacitor switching device (RU, patent No. 2257663, class Н02Р 5/40, 2003).
Недостатком известного устройства управления асинхронным двигателем является то, что необходимо двигатель оборудовать датчиком частоты вращения, что снижает область применения устройства.A disadvantage of the known asynchronous motor control device is that it is necessary to equip the motor with a speed sensor, which reduces the scope of the device.
Известно устройство управления асинхронным двигателем, содержащее выпрямитель напряжения и подключенный последовательно с ним фильтр, блок управления с формирователями сигналов, к выходам которых присоединены управляющие входы инвертора, связанного по входу с фильтром, а по выходу с обмотками двигателя, датчики входного тока и входного напряжения инвертора, датчики сверхтоков ключей инвертора, датчики выходных токов, по входу подключенных к выходным шинам инвертора (RU, патент №2219650, кл. Н02Р 7/26, Н02Н 7/08, 7/122, 7/26).A control device for an asynchronous motor is known, comprising a voltage rectifier and a filter connected in series with it, a control unit with signal conditioners, the outputs of which are connected to the control inputs of an inverter connected at the input to the filter, and at the output to the motor windings, input current and input voltage sensors of the inverter , sensors of overcurrents of the inverter keys, sensors of output currents connected to the output buses of the inverter by input (RU, Patent No.2219650, CL Н02Р 7/26, Н02Н 7/08, 7/122, 7/26).
Недостатком этого устройства является сложность блока управления, осуществляющего управление не только инвертором, но и выпрямителем, а также невозможность повторного включения двигателя на «выбеге».The disadvantage of this device is the complexity of the control unit, which controls not only the inverter, but also the rectifier, as well as the impossibility of restarting the motor on a coast.
Известно устройство управления асинхронным двигателем, принятое за прототип, содержащее автономный инвертор напряжения, один силовой выход которого напрямую, а два других через датчики фазных токов подключены к статорным обмоткам асинхронного двигателя, силовые входы инвертора подключены к выходу звена постоянного тока, состоящего из параллельно включенных емкости, датчика напряжения, тормозного резистора с транзисторным ключом, входы звена постоянного тока подключены к выходам выпрямителя, при этом один из входов звена постоянного тока подключен напрямую, а другой - через зарядную цепь, состоящую из резистора, шунтированного силовым ключом, входы выпрямителя подключены к источнику переменного напряжения, дискретный интерфейс, входы и выходы которого подключены к блоку управления, аналоговый интерфейс, входы которого подключены к блоку управления, а выходы - к одним входам блока гальванической развязки, другие входы которого соединены с выходами датчика напряжения и датчиков фазных токов, коммутационный модуль, подключенный к блоку управления, блок драйверов, выходы которого подключены к управляющим входам инвертора напряжения, а входы соединены с блоком управления, состоящего из задатчика интенсивности, выход которого подключен через первый сумматор к входам генератора пилообразного сигнала (интегратор) и формирователю напряжения, выход которого через второй сумматор соединен с одним из входов преобразователя координат, а другой вход соединен с выходом генератора пилообразного сигнала, при этом выходы преобразователя координат подключены к входам генератора ШИМ, который своими выходами соединен с входами блока драйверов (Гарганеев А.Г., Каракумов А.С., Ланграф С.В., Нечаев М.А. «Опыт разработки преобразователя частоты для асинхронного электропривода общепромышленного применения», «Электротехника» №9, 2005 г., стр.23, 24, рис.1, 2).A control device for an asynchronous motor is known, which is adopted as a prototype, which contains a stand-alone voltage inverter, one power output of which is directly connected to the stator windings of the induction motor, and the other two are connected to the stator windings of the induction motor, and the inverter power inputs are connected to the output of the DC link consisting of capacitors connected in parallel , a voltage sensor, a braking resistor with a transistor key, the inputs of the DC link are connected to the outputs of the rectifier, while one of the inputs of the DC link the current is connected directly, and the other through the charging circuit, consisting of a resistor shunted by a power switch, the rectifier inputs are connected to an AC voltage source, a discrete interface, the inputs and outputs of which are connected to the control unit, the analog interface, the inputs of which are connected to the control unit, and outputs - to one of the inputs of the galvanic isolation unit, the other inputs of which are connected to the outputs of the voltage sensor and phase current sensors, a switching module connected to the control unit, the driver unit, output s which are connected to the control inputs of the voltage inverter, and the inputs are connected to a control unit consisting of an intensity adjuster, the output of which is connected through the first adder to the inputs of the sawtooth signal generator (integrator) and the voltage shaper, the output of which through the second adder is connected to one of the converter inputs coordinates, and the other input is connected to the output of the sawtooth signal generator, while the outputs of the coordinate converter are connected to the inputs of the PWM generator, which is connected by its outputs Nen with the drive unit inputs (Garganeev AG, Karakums AS, Langraf SV, Nechayev MA “Experience in the development of a frequency converter for an asynchronous electric drive for general industrial use”, “Electrical Engineering” No. 9, 2005, p. 23, 24, Fig. 1, 2).
Недостатками известного электропривода является то, что он реализуется при стабильном входном напряжении и для осуществления режима торможения необходимо дополнительное оборудование (тормозной резистор, транзисторный ключ).The disadvantages of the known electric drive is that it is implemented with a stable input voltage and for the implementation of the braking mode, additional equipment (brake resistor, transistor switch) is necessary.
Техническим результатом изобретения является управление асинхронным двигателем при изменении входного напряжения в широком диапазоне, пуск асинхронного двигателя на «выбеге» без использования датчика частоты вращения и эффективное торможение.The technical result of the invention is to control an induction motor when the input voltage changes over a wide range, start the induction motor on a “coast” without using a speed sensor, and effectively brake.
Указанный технический результат достигается способом управления асинхронным двигателем, при котором по заданному значению частоты вращения асинхронного двигателя и по принятому закону скалярного частотного управления двигателем формируют на выходе преобразователя координат составляющие вектора напряжения в неподвижных двухфазных координатах (Uα, Uβ), по которым генератор широтно-импульсной модуляции (ШИМ) вырабатывает управляющие сигналы для автономного инвертора напряжения, который из постоянного напряжения формирует выходное переменное напряжение с широтно-импульсной модуляцией, отличающимся тем, что останавливают изменение задания по частоте при изменении входного переменного напряжения в широких пределах или изменении значения задания по частоте, когда ток или напряжение в звене постоянного тока достигают своих критических значений, и отключают автономный инвертор напряжения от источника постоянного тока до тех пор, пока ток или напряжение в звене постоянного тока не станет ниже критического значения для определения частоты вращения двигателя на «выбеге», на выходе автономного инвертора напряжения кратковременно формируют низковольтное постоянное напряжение, возбуждающее электродвигатель, в статорных обмотках которого магнитное поле ротора наводит переменный ток, частоту которого измеряют и с этой частотой осуществляют повторный пуск двигателя на «выбеге» для эффективного торможения асинхронным двигателем, на выходе инвертора напряжения формируют напряжение постоянного тока, амплитуда которого линейно нарастает от нуля до значения, зависящего от типа асинхронного двигателя, которое создает требуемый тормозной момент, при этом момент остановки двигателя определяют по кратковременному уменьшению его фазного тока, после чего инвертор напряжения выключают.The specified technical result is achieved by the method of controlling an induction motor, in which, according to a given value of the rotational speed of the induction motor and according to the adopted law of scalar frequency control of the motor, the components of the voltage vector in fixed two-phase coordinates (Uα, Uβ) are formed at the output of the coordinate converter, according to which the pulse-width generator modulation (PWM) generates control signals for an autonomous voltage inverter, which from a constant voltage forms the output voltage pulse-width modulated belt voltage, characterized in that they stop changing the frequency reference when changing the input AC voltage over a wide range or changing the frequency reference when the current or voltage in the DC link reaches its critical values, and turn off the autonomous voltage inverter from a direct current source until the current or voltage in the DC link drops below a critical value to determine the engine speed by "coasting ", At the output of an autonomous voltage inverter, a low-voltage direct voltage is generated for a short time, exciting the electric motor, in the stator windings of which the magnetic field of the rotor induces an alternating current, the frequency of which is measured and with this frequency the motor is restarted on a" coast "for effective braking by an induction motor, at the output voltage inverters form a direct current voltage, the amplitude of which increases linearly from zero to a value depending on the type of induction motor, which ond creates the requested brake torque, the engine stop timing determined by the momentary reduction of its current phase, after which the voltage inverter is turned off.
Технический результат достигается также с помощью устройства управления асинхронным двигателем, содержащего автономный инвертор напряжения, силовые выходы которого через три датчика фазных токов подключены к статорным обмоткам асинхронного двигателя, а силовые входы - через звено постоянного тока, состоящего из датчика постоянного тока и параллельно включенных датчика напряжения и емкости, соединены с выходами выпрямителя, входы которого подключены к источнику трехфазного переменного напряжения, зарядную цепь, при этом управляющие входы автономного инвертора напряжения и выпрямителя соответственно через блок драйверов и драйвер соединены с блоком управления, состоящего из блока интерфейса, выходы которого подключены к блоку коммутации, второй выход которого соединен с вторым входом задатчика интенсивности, выход которого подключен к интегратору и блоку формирования выходного напряжения, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам преобразователя координат, выход которого подключен к первому входу генератора ШИМ, который своими выходами соединен с входами блока драйверов, отличающегося тем, что зарядная цепь включена между входом выпрямителя, подключенного к одной из фаз источника трехфазного переменного напряжения, и плюсовым выходом выпрямителя и состоит из последовательно соединенных резистора и диода, а выпрямитель выполнен управляемым с релейным законом управления, а также в блок управления введены блок выбора максимально возможной частоты, блок защиты, блок заряда, блок задания фиксированной фазы вектора напряжения, блок задания амплитуды вектора напряжения, усилитель, компаратор, измеритель частоты, при этом блок выбора максимально возможной частоты подключен первым входом к первому выходу блока коммутации, вторым входом к выходу датчика напряжения, а выходом к первому входу задатчика интенсивности, пять входов блока защиты соответственно соединены с выходами датчиков постоянного тока, напряжения, трех фазных токов, при этом первый выход подключен к второму входу генератора ШИМ, второй выход подключен к четвертому входу задатчика интенсивности и к второму входу блока заряда, выход которого подключен к входу драйвера, а первый вход соединен с вторым входом задатчика интенсивности и с вторым выходом блока коммутации, выход блока задания фиксированной фазы вектора напряжения соединен с первым входом преобразователя координат и выходом интегратора, выход блока задания амплитуды вектора напряжения соединен со вторым входом преобразователя координат и выходом блока формирования выходного напряжения, при этом первые и вторые входы блока задания фиксированной фазы вектора напряжения и блока задания амплитуды вектора напряжения объединены попарно и подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока коммутации, вход усилителя подключен к выходу датчика первого фазного тока, а выход соединен с входом компаратора, выход которого подключен к входу измерителя частоты, выход которого подключен к третьему входу задатчика интенсивности.The technical result is also achieved using an induction motor control device containing an autonomous voltage inverter, the power outputs of which are connected through three phase current sensors to the stator windings of the induction motor, and the power inputs are connected through a DC link consisting of a direct current sensor and a voltage sensor connected in parallel and capacitors connected to the outputs of the rectifier, the inputs of which are connected to a three-phase AC voltage source, a charging circuit, while controlling the inputs of the autonomous voltage inverter and rectifier, respectively, through the driver block and driver are connected to a control unit consisting of an interface unit, the outputs of which are connected to a switching unit, the second output of which is connected to the second input of the intensity adjuster, the output of which is connected to the integrator and the output voltage generating unit, the outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the coordinate transformer, the output of which is connected to the first input of the PWM generator, which its outputs and connected to the inputs of the driver unit, characterized in that the charging circuit is connected between the input of the rectifier connected to one of the phases of the three-phase AC voltage source and the positive output of the rectifier and consists of a series-connected resistor and diode, and the rectifier is made controlled with the relay control law, as well as a control unit for selecting the maximum possible frequency, a protection unit, a charge unit, a unit for setting a fixed phase of the voltage vector, a unit for setting the amplitude of the voltage vector, an amplifier, a comparator, a frequency meter, while the maximum possible frequency selection unit is connected by the first input to the first output of the switching unit, the second input to the output of the voltage sensor, and the output to the first input of the intensity adjuster, the five inputs of the protection unit are respectively connected to the outputs of the DC sensors, voltage, three phase currents, while the first output is connected to the second input of the PWM generator, the second output is connected to the fourth input of the intensity adjuster and to the second input of the charge unit, the output of which connected to the driver input, and the first input is connected to the second input of the intensity adjuster and to the second output of the switching unit, the output of the unit for setting a fixed phase of the voltage vector is connected to the first input of the coordinate converter and the output of the integrator, the output of the unit for setting the amplitude of the voltage vector is connected to the second input of the coordinate converter and the output of the unit for generating the output voltage, while the first and second inputs of the unit for setting a fixed phase of the voltage vector and the unit for setting the amplitude of the vector voltage The inputs are combined in pairs and connected respectively to the third and fourth outputs of the switching unit, the amplifier input is connected to the output of the first phase current sensor, and the output is connected to the comparator input, the output of which is connected to the input of the frequency meter, the output of which is connected to the third input of the intensity adjuster.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства управления асинхронным двигателем, реализующая предложенный способ. На фиг.2 схематично изображен автономный инвертор напряжения, выход которого подключен к асинхронному двигателю. На фиг.3 показан процесс формирования выходного напряжения инвертора с использованием шести базовых векторов U0, U60, U120, U180, U240, U300, представленных в неподвижных двухфазных координатах (Uα, Uβ).Figure 1 presents the structural diagram of a control device for an induction motor that implements the proposed method. Figure 2 schematically shows a stand-alone voltage inverter, the output of which is connected to an induction motor. Figure 3 shows the process of generating the output voltage of the inverter using six base vectors U 0 , U 60 , U 120 , U 180 , U 240 , U 300 , presented in fixed two-phase coordinates (Uα, Uβ).
Устройство, реализующее способ управления асинхронным двигателем, содержит (фиг.1) автономный инвертор напряжения 1, который представляет собой двухуровневый инвертор напряжения и выполнен на IGBT-транзисторах. Силовые выходы автономного инвертора напряжения 1 через три датчика фазных токов 2, 3, 4 подключены к статорным обмоткам асинхронного двигателя 5, а силовые входы через звено постоянного тока 6, состоящего из датчика постоянного тока 7 и параллельно включенных датчика напряжения 8 и емкости 9, соединены с выходами выпрямителя 10, состоящего из тиристоров (катодная часть) и диодов (анодная часть), входы которого подключены к источнику трехфазного переменного напряжения 11, зарядную цепь 12, при этом управляющие входы автономного инвертора напряжения 1 и выпрямителя 10 соответственно через блок драйверов 13 и драйвер 14 соединены с блоком управления 15, состоящего из блока интерфейса 16, выходы которого подключены к блоку коммутации 17, второй выход которого соединен с вторым входом задатчика интенсивности 18, выход которого подключен к интегратору 19 и блоку формирования выходного напряжения 20, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам преобразователя координат 21, выход которого подключен к первому входу генератора ШИМ 22, который своими выходами соединен с входами блока драйверов 13, который усиливает по мощности сигналы с генератора ШИМ 22, а также осуществляет гальваническую развязку между силовыми цепями автономного инвертора напряжения 1 и слаботочными цепями блока управления 15, при этом зарядная цепь 12 включена между входом выпрямителя 10, подключенного к одной из фаз источника трехфазного переменного напряжения 11, и плюсовым выходом выпрямителя 10 и состоит из последовательно соединенных резистора 23 и диода 24, а выпрямитель 10 выполнен управляемым с релейным законом управления, а также в блок управления 15 введены блок выбора максимально возможной частоты 25, включенный первым входом к первому выходу блока коммутации 17, вторым входом к выходу датчика напряжения 8, а выходом к первому входу задатчика интенсивности 18, блок защиты 26, пять входов которого соединены соответственно с выходами датчиков постоянного тока 7, напряжения 8, трех фазных токов 2, 3, 4, при этом первый выход подключен к второму входу генератора ШИМ 22, второй выход подключен к четвертому входу задатчика интенсивности 18 и к второму входу блока заряда 27, выход которого подключен к входу драйвера 14, а первый вход соединен с вторым входом задатчика интенсивности 18 и с вторым выходом блока коммутации 17, блок задания фиксированной фазы вектора напряжения 28, выход которого соединен с первым входом преобразователя координат 21 и выходом интегратора 19, блок задания амплитуды вектора напряжения 29, выход которого соединен со вторым входом преобразователя координат 21 и выходом блока формирования выходного напряжения 20, при этом первые и вторые входы блока задания фиксированной фазы вектора напряжения 28 и блока задания амплитуды вектора напряжения 29 объединены попарно и подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока коммутации 17, усилитель 30, вход которого подключен к выходу датчика первого фазного тока 2, а выход соединен с входом компаратора 31, выход которого подключен к входу измерителя частоты 32, выход которого подключен к третьему входу задатчика интенсивности 18.A device that implements a method of controlling an induction motor, contains (Fig. 1) a stand-alone voltage inverter 1, which is a two-level voltage inverter and is made on IGBT transistors. The power outputs of the autonomous voltage inverter 1 through three phase current sensors 2, 3, 4 are connected to the stator windings of the
Предложенный способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.
Включают источник трехфазного переменного напряжения 11, при этом положительная полуволна переменного напряжения (например, фаза А) через зарядную цепь 12 заряжает емкость 9 в звене постоянного тока 6, при этом направление тока определяется диодом 24, а величина тока ограничивается резистором 23. Как только напряжение на емкости 9, измеренное датчиком напряжения 8, превысит минимально допустимое напряжение в звене постоянного тока 6, блок защиты 26 сформирует разрешающий сигнал для блока заряда 27 и задатчика интенсивности 18.The source of the three-phase AC voltage 11 is turned on, while the positive half-wave of the AC voltage (for example, phase A) charges the capacitance 9 in the DC link 6 through the charging circuit 12, while the current direction is determined by the diode 24, and the current value is limited by the resistor 23. Once the voltage on the capacitance 9, measured by the voltage sensor 8, will exceed the minimum allowable voltage in the DC link 6, the protection unit 26 will generate an enable signal for the charge unit 27 and the intensity adjuster 18.
Команды управления («Пуск», «Поиск», «Задание по частоте», «Тормоз» и др.) поступают на блок интерфейса 16 от внешних источников управления. Управляющие сигналы могут быть представлены в виде кодов, дискретных или аналоговых сигналов. Блок интерфейса 16 обеспечивает сопряжение внешних сигналов управления с сигналами блока управления 15. Сигналы с блока интерфейса 16 поступают на блок коммутации 17, который осуществляет выбор источника управления.The control commands ("Start", "Search", "Frequency reference", "Brake", etc.) are received on the interface unit 16 from external control sources. Control signals can be represented as codes, discrete or analog signals. The interface unit 16 provides the coupling of external control signals with the signals of the control unit 15. The signals from the interface unit 16 are fed to the switching unit 17, which selects the control source.
По команде «Пуск» с блока коммутации 17 по второму выходу включают задатчик интенсивности 18 и запускают блок плавного заряда 27, выход которого через драйвер 14 включает тиристоры выпрямителя 10. Драйвер 14 усиливает по мощности сигнал управления с блока заряда 27, а также осуществляет гальваническую развязку блока управления 15 от силовых цепей выпрямителя 10. Тиристоры выпрямителя 10 при включении шунтируют токозарядную цепь 12. Вследствие этого конденсатор 9 дозаряжается и напряжение в звене постоянного тока 6 (Ud) возрастает. Команда «Задание по частоте» с первого выхода блока коммутации 17 через блок выбора максимально возможной частоты 25 поступает на задатчик интенсивности 18, который осуществляет плавное нарастание задания по частоте, обеспечивая тем самым разгон асинхронного двигателя 5 с постоянным ускорением. Блок выбора максимально возможной частоты 25 осуществляет обратное преобразование выходного напряжения в частоту. Если задание по частоте не соответствует выходному напряжению, то блок выбора максимально возможной частоты 25 ограничивает задание по частоте. Частота с выхода задатчика интенсивности 18 одновременно поступает на интегратор 19 и блок формирования выходного напряжения 20, на выходе которого формируют значение вектора выходного напряжения (Uвых) в соответствии с принятым законом скалярного частотного управления (например 
Процесс формирования выходного напряжения инвертора 1 осуществляют с использованием шести базовых векторов U0, U60, U120, U180, U240, U300 и одного нулевого вектора U(0). Длина каждого базового вектора равна максимальному выходному фазному напряжению и составляет 2/3 от напряжения в звене постоянного тока 6 (Ud). Порядок включения базовых векторов определяется кодами (100, 110, 010, 011, 001, 101), которые соответствуют определенной комбинации включения ключей инвертора. В кодах базовых векторов единица соответствует включению верхнего ключа инвертора, а ноль соответствует включению нижнего ключа инвертора. Код нулевого вектора составляет (000) или (111). На фиг.2 показан момент включения базового вектора U0 (100).The process of generating the output voltage of the inverter 1 is carried out using six base vectors U 0 , U 60 , U 120 , U 180 , U 240 , U 300 and one zero vector U (0). The length of each base vector is equal to the maximum output phase voltage and is 2/3 of the voltage in the DC link 6 (Ud). The order of inclusion of the basic vectors is determined by the codes (100, 110, 010, 011, 001, 101), which correspond to a certain combination of turning on the keys of the inverter. In the codes of the basic vectors, the unit corresponds to the inclusion of the upper key of the inverter, and zero corresponds to the inclusion of the lower key of the inverter. The zero vector code is (000) or (111). Figure 2 shows the moment of inclusion of the base vector U 0 (100).
Путем переключения на периоде ШИМ между двумя соседними базовыми векторами (100 и 110 и т.д.) и одним из нулевых векторов (000, 111) формируется любой требуемый вектор выходного напряжения:By switching on the PWM period between two adjacent base vectors (100 and 110, etc.) and one of the zero vectors (000, 111), any desired output voltage vector is formed:
где T1 - время включения вектора U0;where T 1 is the turn-on time of the vector U 0 ;
T2 - время включения вектора U60;T 2 is the turn-on time of the vector U 60 ;
Т0 - время включения нулевого вектора U(0);T 0 - turn-on time of the zero vector U (0);
Т - период ШИМ (T=T1+T2+T0).T is the period of the PWM (T = T 1 + T 2 + T 0 ).
В соответствии с выражением (1) величину выходного фазного напряжения автономного инвертора 1 можно контролировать по напряжению (Ud) в звене постоянного тока 6, измеряемого датчиком напряжения 8.In accordance with expression (1), the magnitude of the output phase voltage of the autonomous inverter 1 can be controlled by the voltage (Ud) in the DC link 6, measured by the voltage sensor 8.
При резком снижении величины напряжения входного источника трехфазного переменного напряжения 11 (например, сброс позиции контроллера машиниста тепловоза с верхней позиции на нижнюю) блоком выбора максимально возможной частоты 25 устанавливают задание по частоте, которое соответствует принятому закону управления (например, 
При резком повышении величины напряжения источником трехфазного переменного напряжения 11 блок выбора максимально возможной частоты 25 снимает ограничение по частоте и задатчик интенсивности 16 начинает плавно увеличивать задание по частоте. Если при этом токи в фазах асинхронного двигателя 5, измеренные датчиками фазных токов 2, 3, 4, достигают критического значения, что составляет 75% от максимального фазного тока, блок защиты 26 вырабатывает сигнал, по которому задатчик интенсивности 18 прекращает набор частоты. Как только фазные токи станут ниже критического значения, задатчик интенсивности 18 продолжит набор частоты. Регулирование продолжится до тех пор, пока блок управления 15 не отработает задание по частоте.With a sharp increase in the voltage value by the source of three-phase alternating voltage 11, the block for selecting the maximum possible frequency 25 removes the frequency limit and the intensity adjuster 16 begins to smoothly increase the frequency reference. If at the same time the currents in the phases of the
Пуск асинхронного двигателя 5 с выбега осуществляется следующим образом. По команде «Поиск» с блока коммутации 17 по первым входам включаются блок задания фиксированной фазы вектора напряжения 28 (θ) и блок задания амплитуды вектора напряжения 29 (Uвых). При этом угол θ имеет постоянное значение, а вектор напряжения Uвых линейно меняется от нуля до величины, определяемой конкретным типом асинхронного двигателя 5. В режиме поиска частоты вращения интегратор 19 и блок формирования выходного напряжения 20 отключены.Starting the
По углу θ и амплитуде вектора напряжения Uвых преобразователь координат 21 и генератор ШИМ 22 формируют сигналы, которые управляют автономным инвертором напряжения 1. Автономный инвертор напряжения 1 кратковременно (на время действия команды «Поиск») формирует выходное низковольтное постоянное напряжение в соответствии с векторной ШИМ (фиг.3). Выходное напряжение автономного инвертора напряжения 1 возбуждает асинхронный двигатель 5, в статорных обмотках которого магнитное поле вращающегося ротора наводит переменный ток, частота которого соответствует частоте вращения асинхронного двигателя 5. Переменный ток, измеренный датчиком фазного тока 2, поступает на вход усилителя 30. Усиленный сигнал переменного тока с выхода усилителя 30 поступает на вход компаратора 31, который из синусоидального сигнала формирует прямоугольный сигнал положительной полярности и ограниченный по амплитуде. Сигнал с компаратора 31 поступает на вход измерителя частоты 32, где по входным импульсам определяют частоту вращения асинхронного двигателя 5. Измеренное значение частоты подают с измерителя частоты 32 на третий вход задатчика интенсивности 18. По команде «Пуск», следующей за командой «Поиск», выключают блок задания фиксированной фазы вектора напряжения 28, блок задания амплитуды вектора напряжения 29 и включают интегратор 19 и блок формирования выходного напряжения 20. При этом асинхронный двигатель 5 запускается с измеренной частотой вращения, а задатчик интенсивности начинает отрабатывать заданное значение частоты.According to the angle θ and the amplitude of the voltage vector Uout, the coordinate converter 21 and the PWM generator 22 generate signals that control the autonomous voltage inverter 1. The autonomous voltage inverter 1 briefly (for the duration of the “Search” command) generates an output low-voltage constant voltage in accordance with the vector PWM ( figure 3). The output voltage of the autonomous voltage inverter 1 excites the
По команде «Тормоз» с блока коммутации 17 по вторым входам включаются блок задания фиксированной фазы вектора напряжения 28 (θ) и блок задания амплитуды вектора напряжения 29 (Uвых). При этом угол θ имеет постоянное значение, а вектор напряжения Uвых линейно меняется от нуля до величины, определяемой конкретным типом асинхронного двигателя 5. По заданному углу положения вектора напряжения 9 и амплитуде вектора выходного напряжения Uвых преобразователь координат 21 и генератор ШИМ 22 формируют управляющие сигналы, которые через блок драйверов 13 поступают на автономный инвертор напряжения 1. Автономный инвертор напряжения 1 формирует выходное постоянное линейно-нарастающее напряжение, осуществляющее динамическое торможение асинхронного двигателя 5. При торможении двигателя ток фазы представляет собой геометрическую разность между намагничивающим током и током, наведенным полем ротора. При остановке асинхронного двигателя 5 фазный ток станет равным намагничивающему и достигнет своего минимального значения. При этом блок защиты 26 по сигналам с датчиков фазных токов 2,3,4 формирует сигнал, который поступает на второй вход генератора ШИМ 22 и запрещает выработку сигналов управления автономным инвертором напряжения 1.By the command "Brake" from the switching unit 17, the second inputs enable the unit for setting the fixed phase of the voltage vector 28 (θ) and the unit for setting the amplitude of the voltage vector 29 (Uout). The angle θ has a constant value, and the voltage vector Uout varies linearly from zero to a value determined by the specific type of
При возникновении аварийной ситуации в работе устройства блок защиты 26, контролирующий состояние силовых цепей посредством датчиков фазных токов 2, 3, 4, датчика постоянного тока 7, датчика напряжения 8, формирует сигнал «Авария». По сигналу «Авария» блок заряда 27 выключает тиристоры выпрямителя 10, блок генератора ШИМ 22 прекращает формирование сигналов управления автономным инвертором напряжения 1, а блок задатчика интенсивности 18 обнуляет задание по частоте.In the event of an emergency in the operation of the device, the protection unit 26, which monitors the state of the power circuits by means of phase current sensors 2, 3, 4, a DC sensor 7, a voltage sensor 8, generates an “Alarm” signal. According to the "Alarm" signal, the charge unit 27 turns off the rectifier 10 thyristors, the PWM generator block 22 stops the formation of control signals for the autonomous voltage inverter 1, and the intensity master unit 18 resets the frequency reference.
Предлагаемый способ и устройство управления асинхронным двигателем реализованы в опытных вспомогательных преобразователях частоты новых магистральных тепловозов 2ТЭ25К, 2ТЭ25А и показали свою надежность и эффективность.The proposed method and control device for an induction motor are implemented in experimental auxiliary frequency converters of the new main diesel locomotives 2TE25K, 2TE25A and have shown their reliability and efficiency.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008131373/09A RU2361356C1 (en) | 2008-07-31 | 2008-07-31 | Method and device for control of asynchronous motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008131373/09A RU2361356C1 (en) | 2008-07-31 | 2008-07-31 | Method and device for control of asynchronous motor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2361356C1 true RU2361356C1 (en) | 2009-07-10 |
Family
ID=41045928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008131373/09A RU2361356C1 (en) | 2008-07-31 | 2008-07-31 | Method and device for control of asynchronous motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2361356C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2462808C1 (en) * | 2011-06-15 | 2012-09-27 | Закрытое акционерное общество "Электропривод и силовая Электроника" | Frequency converter control method |
| RU2513035C1 (en) * | 2012-12-25 | 2014-04-20 | Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") | Method for control of asynchronous motor |
| CN106058813A (en) * | 2016-07-08 | 2016-10-26 | 国家电网公司 | Three-phase asynchronous motor power supply protection apparatus |
| CN107086828A (en) * | 2016-02-16 | 2017-08-22 | 东部大宇电子株式会社 | Apparatus and method for the motor braking of washing machine |
| RU2705195C1 (en) * | 2019-02-05 | 2019-11-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "АГАВА" | Method of shock-free pickup of frequency of the rotating asynchronous motor |
| RU2805480C1 (en) * | 2023-04-12 | 2023-10-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донецкий национальный технический университет" | Protection device against the action of the reverse energy flow of an asynchronous motor to a fault point in the power cable |
-
2008
- 2008-07-31 RU RU2008131373/09A patent/RU2361356C1/en active
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2462808C1 (en) * | 2011-06-15 | 2012-09-27 | Закрытое акционерное общество "Электропривод и силовая Электроника" | Frequency converter control method |
| RU2513035C1 (en) * | 2012-12-25 | 2014-04-20 | Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") | Method for control of asynchronous motor |
| CN107086828A (en) * | 2016-02-16 | 2017-08-22 | 东部大宇电子株式会社 | Apparatus and method for the motor braking of washing machine |
| CN107086828B (en) * | 2016-02-16 | 2019-07-26 | 东部大宇电子株式会社 | The device and method of motor braking for washing machine |
| CN106058813A (en) * | 2016-07-08 | 2016-10-26 | 国家电网公司 | Three-phase asynchronous motor power supply protection apparatus |
| RU2705195C1 (en) * | 2019-02-05 | 2019-11-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "АГАВА" | Method of shock-free pickup of frequency of the rotating asynchronous motor |
| RU2805480C1 (en) * | 2023-04-12 | 2023-10-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донецкий национальный технический университет" | Protection device against the action of the reverse energy flow of an asynchronous motor to a fault point in the power cable |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6631080B2 (en) | Systems and methods for boosting DC link voltage in turbine generators | |
| US9209741B2 (en) | Method and system for controlling synchronous machine as generator/starter | |
| RU2543502C1 (en) | Power conversion device | |
| US5055764A (en) | Low voltage aircraft engine starting system | |
| US5036267A (en) | Aircraft turbine start from a low voltage battery | |
| RU2361356C1 (en) | Method and device for control of asynchronous motor | |
| EP2719888A1 (en) | Dual-DC bus starter/generator | |
| EP2660971B1 (en) | Turbocharger electric generating device | |
| KR970069851A (en) | Control device to control elevator AC motor with high driving efficiency | |
| RU2464621C1 (en) | Method to control four-quadrant converter of electric locomotive | |
| CN105207334B (en) | System for supplying power to a load and corresponding power supply method | |
| JP3765703B2 (en) | Power supply | |
| KR101361782B1 (en) | Hybrid power apparatus | |
| CN112334374B (en) | Drive control device and railway vehicle drive device | |
| RU107007U1 (en) | SMART START DEVICE FOR SYNCHRONOUS MOTOR WITH ASYNCHRONOUS ACTUATOR | |
| RU2556236C1 (en) | Power conversion system for diesel locomotive auxiliaries | |
| US8878498B2 (en) | Method for reducing a voltage ripple due to rotational nonuniformity of a generator driven by an internal combustion engine | |
| RU2606406C1 (en) | Dc electric traction drive | |
| JP3860378B2 (en) | Power supply | |
| KR101586824B1 (en) | wind power generating system for enhancing power efficiency | |
| RU2513035C1 (en) | Method for control of asynchronous motor | |
| RU2460204C1 (en) | Autonomous starter-generator power supply system | |
| JP4448300B2 (en) | Control device for synchronous machine | |
| RU2612066C1 (en) | Locomotive traction converter | |
| KR101315041B1 (en) | Hybrid power apparatus |