RU2362264C1 - Method of controlling alternating current drive - Google Patents
Method of controlling alternating current drive Download PDFInfo
- Publication number
- RU2362264C1 RU2362264C1 RU2007146855/09A RU2007146855A RU2362264C1 RU 2362264 C1 RU2362264 C1 RU 2362264C1 RU 2007146855/09 A RU2007146855/09 A RU 2007146855/09A RU 2007146855 A RU2007146855 A RU 2007146855A RU 2362264 C1 RU2362264 C1 RU 2362264C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- inverter
- output
- frequency converter
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления электроприводами переменного тока на базе асинхронных и синхронных двигателей с преобразователями частоты (ПЧ), и может быть использовано при работе на пониженных скоростях вращения двигателя.The invention relates to electrical engineering, and in particular to control systems for AC electric drives based on asynchronous and synchronous motors with frequency converters (IF), and can be used when operating at reduced engine speeds.
Известен способ управления электроприводом переменного тока путем формирования токов на выходах ПЧ с последовательно соединенными первым выпрямителем, сглаживающим реактором и инвертором, выполненным на полностью управляемых вентилях, при котором регулируют выпрямленный ток на выходе выпрямителя, подключенного зажимами переменного напряжения к источнику (питающей сети), и производят переключение вентилей инвертора, подключенного зажимами переменного напряжения к обмоткам двигателя, с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и в соответствии с требуемым распределением фазных токов (пространственным положением изображающего вектора тока). Высокочастотные составляющие выходных токов инвертора замыкаются через трехфазную конденсаторную батарею, подключенную к обмоткам двигателя [1].A known method of controlling an AC electric drive by generating currents at the IF outputs with a first rectifier connected in series, a smoothing reactor and an inverter made on fully controllable valves, in which the rectified current at the rectifier output connected by the AC voltage clamps to the source (supply network) is regulated, and switch the valves of the inverter connected by clamps of alternating voltage to the motor windings using pulse-width modulation ( MI) and according to the desired phase current distribution (current spatial position of the imaging vector). High-frequency components of the inverter output currents are closed through a three-phase capacitor bank connected to the motor windings [1].
К недостаткам указанного известного решения относятся пониженный коэффициент мощности, повышенное содержание гармоник в токах и высокая частота коммутации ключей инвертора, тем самым повышенные потери в ПЧ. Наиболее близким к предложенному является способ управления электроприводом переменного тока путем формирования токов на выходах ПЧ с последовательно соединенными выпрямителем, выполненным на полностью управляемых вентилях, сглаживающим реактором и инвертором, выполненным на полностью управляемых вентилях, где переключение вентилей выпрямителя на полностью управляемых вентилях производят также в зависимости от заданной амплитуды гладких составляющих токов в его проводах переменного тока и раздельно от выпрямленного тока. А переключение ключей инвертора происходит с использованием ШИМ и в соответствии с требуемым распределением фазных токов (пространственным положением изображающего вектора тока). Высокочастотные составляющие выходных токов инвертора замыкаются через трехфазную конденсаторную батарею, подключенную к обмоткам двигателя [2].The disadvantages of this known solution include a reduced power factor, a high content of harmonics in the currents and a high switching frequency of the inverter keys, thereby increasing the loss in the inverter. Closest to the proposed one is a method of controlling an AC electric drive by generating currents at the IF outputs with a rectifier connected in series, made on fully controlled valves, a smoothing reactor and an inverter made on fully controlled valves, where the rectifier valves on fully controlled valves are also switched depending from the given amplitude of the smooth component currents in its AC wires and separately from the rectified current. And the inverter keys are switched using PWM and in accordance with the required distribution of phase currents (spatial position of the imaging current vector). The high-frequency components of the inverter output currents are closed through a three-phase capacitor bank connected to the motor windings [2].
К недостаткам указанного известного решения относятся высокая частота коммутации ключей инвертора и, вследствие этого, повышенные потери в электроприводе.The disadvantages of this known solution include the high frequency of switching the keys of the inverter and, consequently, increased losses in the electric drive.
Предложенный способ управления решает задачи уменьшения частоты коммутации ключей инвертора, а также улучшения гармонического состава тока в обмотках синхронного двигателя переменного тока при пониженных скоростях.The proposed control method solves the problem of reducing the switching frequency of the inverter keys, as well as improving the harmonic composition of the current in the windings of the synchronous AC motor at reduced speeds.
Указанная задача решается тем, что способ управления электроприводом переменного тока осуществляется путем формирования токов на выходах преобразователя частоты, питающего электродвигатель и выполненного с регулируемым выпрямителем и инвертором, на полностью управляемых вентилях, соединенных между собой через сглаживающий реактор, при котором регулируют выпрямленный ток в зависимости от требуемой амплитуды гладких составляющих токов на выходе преобразователя частоты, переключают вентили выпрямителя и инвертора в зависимости от задания для распределения токов в проводах переменного тока и фильтруют высокочастотные составляющие токов на выходе преобразователя частоты, сигналы на переключение ключей инвертора подаются от релейного регулятора тока, на входе которого сравнивают заданное и измеренное значения фазных токов на выходе преобразователя частоты, коммутацию ключей инвертора осуществляют при разности этих значений больше порогового уровня, при частоте гладкой составляющей тока на выходе преобразователя частоты, меньшей 1/3 от частоты питающей сети, в области мгновенных значений фазных токов статора, меньших, чем от заданного амплитудного значения, переключая ключи инвертора, формируют гладкую составляющею тока на выходе преобразователя частоты, а в области мгновенных значений фазных токов статора больших, чем от заданного амплитудного значения, ключи инвертора в соответствующих фазах оставляют включенными до тех пор, пока мгновенное значение фазного тока на выходе преобразователя частоты не снизится до уровня от заданного амплитудного значения, и формируют гладкую составляющую тока на выходе преобразователя частоты путем регулирования момента включения ключей выпрямителя.This problem is solved in that the control method of the AC electric drive is carried out by forming currents at the outputs of the frequency converter supplying the electric motor and made with an adjustable rectifier and inverter, on fully controlled valves connected to each other through a smoothing reactor, in which the rectified current is regulated depending on the required amplitude of the smooth component currents at the output of the frequency converter, switch the valves of the rectifier and inverter depending on Additions for the distribution of currents in AC wires and filter the high-frequency components of the currents at the output of the frequency converter, the signals for switching the inverter keys are supplied from the relay current regulator, at the input of which the set and measured values of the phase currents at the output of the frequency converter are compared, the inverter keys are switched at a difference these values are greater than the threshold level, at a frequency of a smooth component of the current at the output of the frequency converter, less than 1/3 of the frequency of the supply network, in Asti instantaneous stator phase current values less than from a given amplitude value, by switching the keys of the inverter, they form a smooth component of the current at the output of the frequency converter, and in the region of instantaneous values of the stator phase currents are greater than from a given amplitude value, the inverter keys in the corresponding phases are left turned on until the instantaneous value of the phase current at the output of the frequency converter decreases to the level from a given amplitude value, and form a smooth component of the current at the output of the frequency converter by adjusting the moment of switching on the rectifier keys.
В данном способе управления двигателем переменного тока в области малых частот вращения электродвигателя и в области малых частот тока на выходе инвертора гладкая составляющая тока статора формируется в области мгновенных значений токов меньших, чем от заданного амплитудного значения, с помощью инвертора, а в области мгновенных значений токов больших, чем от заданного амплитудного значения, - с помощью управляемого выпрямителя. Это позволяет уменьшить количество пульсаций тока в обмотках статора и уменьшить потери энергии в электроприводе.In this method of controlling an AC motor in the region of low frequencies of rotation of the electric motor and in the region of low frequencies of current at the inverter output, a smooth component of the stator current is formed in the region of instantaneous currents less than from a given amplitude value using an inverter, and in the region of instantaneous values of currents greater than from a given amplitude value, - using a controlled rectifier. This allows you to reduce the number of ripple current in the stator windings and reduce energy loss in the drive.
На фиг.1 показана схема устройства, реализующего предложенный способ управления синхронным двигателем, на фиг.2 - временные диаграммы параметров, полученные на математической модели для варианта построения электропривода переменного тока на базе синхронного двигателя.Figure 1 shows a diagram of a device that implements the proposed method for controlling a synchronous motor, figure 2 is a timing diagram of the parameters obtained on the mathematical model for the option of constructing an AC electric drive based on a synchronous motor.
Устройство, реализующее предложенный способ, содержит электродвигатель 1, подключенный к выходам ПЧ с выпрямителем 2 и инвертором 3, соединенными между собой через сглаживающий реактор 4. Инвертор выполнен на полностью управляемых вентилях, например на GTO-тиристорах. К выходам инверторов (к проводам переменного тока А, В, С) подключена конденсаторная батарея 5. На выходе ПЧ установлены датчики тока 6. Блок управления инвертором 7 содержит релейный регулятор тока 8, на входе которого находится узел сравнения 9, на который поступают заданные и измеренные мгновенные значения фазных токов статора двигателя 1. Блок управления выпрямителем 10 содержит регулятор выпрямленного тока 11, на входе которого находится узел сравнения 12, соединенный с выходом блока задания выпрямленного тока 13 и датчиком выпрямленного тока 14. Выход регулятора 11 соединен со входом блока формирования импульсов 15, выход которого соединен с управляющими входами вентилей выпрямителя 2.A device that implements the proposed method comprises an
Способ управления двигателем переменного тока в данном устройстве осуществляется следующим образом.The method of controlling an AC motor in this device is as follows.
Регулятор тока 11 вырабатывает задание для блока управления 15, который управляет ключами выпрямителя 2. Величина тока Id выпрямленной цепи устанавливается уровнем сигнала задания Idзад. Сигнал задания выпрямленного тока Idзад определяется на основании сигналов задания мгновенных значений фазных токов статора двигателя 1 IA, IB, IC, подаваемых на вход релейного регулятора тока статора. Сигнал Idзад рассчитывается согласно алгоритму:The current regulator 11 generates a task for the control unit 15, which controls the keys of the rectifier 2. The current Id of the rectified circuit is set by the signal level of the Idset reference. The signal for setting the rectified current Idad is determined based on the signals for setting the instantaneous values of the phase currents of the stator of the motor 1 I A , I B , I C supplied to the input of the relay controller of the stator current. The Idset signal is calculated according to the algorithm:
если |Ia|>|Ib| и |Iа|>|Ic|, то Id=|Iа|;if | I a |> | I b | and | I a |> | I c |, then I d = | I a |;
если |Ib|>|Iа| и |Ib|>|Ic|, то Id=|Ib|;if | I b |> | I a | and | I b |> | I c |, then I d = | I b |;
если |Iс|>|Iа| и |Iс|>|Ib|, то Id=|Ic|.if | I c |> | I a | and | I c |> | I b |, then I d = | I c |.
Таким образом, уровень сигнала Idзад равен максимальному заданию мгновенного фазного тока двигателя 1 по модулю одной из фаз блока 13. Если мгновенное значение задания тока фазы «А» по модулю больше мгновенных значений задания токов фаз «В» и «С» по модулю, тогда мгновенное задание выпрямленного тока равно мгновенному заданию тока фазы «А», если мгновенное значение задания тока фазы «В» по модулю больше мгновенных значений задания токов фаз «А» и «С» по модулю, тогда мгновенное задание выпрямленного тока равно мгновенному заданию тока фазы «В», если мгновенное значение задания тока фазы «С» по модулю больше мгновенных значений задания токов фаз «А» и «В» по модулю, тогда мгновенное задание выпрямленного тока равно мгновенному заданию тока фазы С.Thus, the signal level Idad is equal to the maximum reference of the instantaneous phase current of
Параметры регулятора тока 11 определяются следующим образом. Баланс напряжений в выпрямленной сети имеет вид:The parameters of the current controller 11 are determined as follows. The voltage balance in the rectified network has the form:
Ud=2E1+(RdΣ+pLdΣ)Id,U d = 2E 1 + (R dΣ + pL dΣ ) I d ,
где E1 - ЭДС одной фазы обмотки статора; RdΣ - суммарное активное сопротивление; LdΣ - суммарная индуктивность, приведенная к цепи постоянного тока.where E 1 - EMF of one phase of the stator winding; R dΣ is the total active resistance; L dΣ is the total inductance reduced to a direct current circuit.
, ,
где Т= LdΣ/RdΣ.where T = L dΣ / R dΣ .
Передаточная функция объекта регулирования для регулятора тока будетThe transfer function of the object of regulation for the current regulator will be
где kn - коэффициент передачи выпрямителя, Тµ - постоянная времени выпрямителя.where k n is the transfer coefficient of the rectifier, T µ is the time constant of the rectifier.
Тогда передаточная функция ПИ регулятора тока будет:Then the transfer function of the PI current controller will be:
, ,
где - постоянная интегрирования ПИ-регулятора.Where - integration constant of the PI controller.
Релейный регулятор тока инвертора 8 получает сигналы от узла сравнения 9 мгновенных значений заданного и измеренного фазных токов статора. Управляющие сигналы поступают от релейного регулятора тока на ключи инвертора 3, реализуют следующий алгоритм управления:The relay inverter current controller 8 receives signals from the comparison unit 9 of the instantaneous values of the set and measured phase currents of the stator. The control signals come from the relay current controller to the keys of the inverter 3, implement the following control algorithm:
- при превышении разницы заданного значения фазного тока и измеренного значения фазного тока зоны нечувствительности включают вентиль верхнего плеча, выключают вентиль нижнего плеча соответствующей фазы;- when the difference between the set value of the phase current and the measured value of the phase current of the dead zone is exceeded, turn on the upper arm valve, turn off the lower arm valve of the corresponding phase;
- при понижении разницы заданного значения фазного тока и измеренного значения фазного тока ниже зоны нечувствительности выключают вентиль верхнего плеча и включают вентиль нижнего плеча соответствующей фазы.- when the difference between the set value of the phase current and the measured value of the phase current below the dead zone is reduced, turn off the upper arm valve and turn on the lower arm valve of the corresponding phase.
Указанный алгоритм обеспечивает соответствие амплитуд гладких составляющих токов в проводах переменного тока заданным значениям этого тока с погрешностью, устанавливаемой пределами зоны нечувствительности релейного регулятора тока 8.The specified algorithm ensures that the amplitudes of the smooth components of the currents in the AC wires correspond to the specified values of this current with an error set by the deadband of the relay current controller 8.
Графики переходных процессов характеристик электропривода по фиг.1 представлены на фиг.2, где приведены заданные (гладкие) и текущие значения фазного тока IA, IB и IC; задания управляющего напряжения ключей фазы «А, В и С», Uупр A, Graphs of transients of the characteristics of the electric drive of figure 1 are presented in figure 2, which shows the given (smooth) and current values of the phase current I A , I B and I C ; setting the control voltage of the phase keys “A, B and C”, U control A ,
Uупр B, Uупр C, где «1» соответствует открытому состоянию верхнего плеча фазы и закрытому состоянию нижнего плеча фазы, а «0» соответствует закрытому состоянию верхнего плеча фазы и открытому состоянию нижнего плеча фазы; текущего значения выпрямленного тока Id. Из графиков фиг.2 видно, что при фазном токе большем, чем от заданного амплитудного значения, ключи инвертора в соответствующих фазах оставляют включенными, что соответствует промежутку от «а» до «б», и формируют гладкую составляющую тока на выходе преобразователя частоты путем регулирования момента включения ключей выпрямителя. При фазном токе меньшем, чем от заданного амплитудного значения, гладкую составляющую тока на выходе преобразователя частоты формируют переключением ключей инвертора по законам релейного регулятора. В результате имеем систему с минимальным количеством коммутации ключей инвертораU control B , U control C , where “1” corresponds to the open state of the upper phase arm and the closed state of the lower phase arm, and “0” corresponds to the closed state of the upper phase arm and the open state of the lower phase arm; current value of the rectified current Id. From the graphs of figure 2 it is seen that when the phase current is greater than from a given amplitude value, the inverter keys in the corresponding phases are left on, which corresponds to the interval from “a” to “b”, and form a smooth current component at the output of the frequency converter by adjusting the moment the rectifier switches are turned on. With a phase current less than from a given amplitude value, the smooth component of the current at the output of the frequency converter is formed by switching the inverter keys according to the laws of the relay controller. As a result, we have a system with a minimum amount of inverter key switching
Предложенный способ управления двигателем переменного тока позволяет уменьшить количество коммутаций ключей инвертора при регулировании частоты на выходе инвертора и, соответственно, скорости вращения двигателя, в диапазоне больше, чем 1:3, за счет управления мгновенными значениями тока в выпрямленной цепи. Снижение количества коммутаций ключей инвертора снижает потери энергии в электроприводе, позволяет увеличить срок службы изоляции обмотки статора двигателя.The proposed method for controlling an AC motor allows you to reduce the number of commutations of the inverter keys when controlling the frequency at the inverter output and, accordingly, the motor rotation speed, in the range of more than 1: 3, by controlling the instantaneous current values in the rectified circuit. Reducing the number of commutations of the inverter keys reduces the energy loss in the electric drive, allows you to increase the service life of the insulation of the motor stator winding.
ЛитератураLiterature
1. Патент РФ №2074394, МКИ G01P 3/46, 1995.1. RF patent No. 2074394, MKI G01P 3/46, 1995.
2. Патент РФ №2115218, МКИ Н02Р 7/42, Вейнгер A.M. Способ управления электроприводом переменного тока, 10.07.1998.2. RF patent No. 2115218, MKI Н02Р 7/42, Weinger A.M. A method for controlling an AC electric drive, 10.07.1998.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007146855/09A RU2362264C1 (en) | 2007-12-17 | 2007-12-17 | Method of controlling alternating current drive |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007146855/09A RU2362264C1 (en) | 2007-12-17 | 2007-12-17 | Method of controlling alternating current drive |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2362264C1 true RU2362264C1 (en) | 2009-07-20 |
Family
ID=41047335
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007146855/09A RU2362264C1 (en) | 2007-12-17 | 2007-12-17 | Method of controlling alternating current drive |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2362264C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2456742C1 (en) * | 2011-04-14 | 2012-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) | Device for control of ac electric drive |
RU2458447C1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Method for control of induction frequency-controlled electric drive with short-circuited rotor and tracking system for its realisation |
RU2679831C1 (en) * | 2018-06-14 | 2019-02-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Asynchronous motor current controlling method when powered from the autonomous voltage inverter |
RU2682242C1 (en) * | 2018-03-19 | 2019-03-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" | Two-phase ac drive controlling method using the three-phase bridge inverter |
RU2724982C1 (en) * | 2019-12-02 | 2020-06-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" | Control method of ac electric drive |
RU2786694C1 (en) * | 2022-02-08 | 2022-12-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" | Method for control an asynchronous motor with a phase rotor |
-
2007
- 2007-12-17 RU RU2007146855/09A patent/RU2362264C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2458447C1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Method for control of induction frequency-controlled electric drive with short-circuited rotor and tracking system for its realisation |
RU2456742C1 (en) * | 2011-04-14 | 2012-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) | Device for control of ac electric drive |
RU2682242C1 (en) * | 2018-03-19 | 2019-03-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" | Two-phase ac drive controlling method using the three-phase bridge inverter |
RU2679831C1 (en) * | 2018-06-14 | 2019-02-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Asynchronous motor current controlling method when powered from the autonomous voltage inverter |
RU2724982C1 (en) * | 2019-12-02 | 2020-06-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" | Control method of ac electric drive |
RU2786694C1 (en) * | 2022-02-08 | 2022-12-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" | Method for control an asynchronous motor with a phase rotor |
RU225004U1 (en) * | 2023-10-16 | 2024-04-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" | DEVICE FOR CONTROLLING AC ELECTRIC DRIVE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1953907B1 (en) | Systems and methods for improved motor drive power factor control | |
AU2008227057B2 (en) | Motor drive using flux adjustment to control power factor | |
EP2797220B1 (en) | Position sensorless open loop control for motor drives with output filter and transformer | |
US8488345B2 (en) | Pulse width modulation control method and system for mitigating reflected wave effects in over-modulation region | |
Valtchev et al. | Comparative analysis of electric drives control systems applied to two-phase induction motors | |
EP2858233A2 (en) | High dynamic control apparatus for current source converter background | |
KR20160122923A (en) | Apparatus and method for generating offset voltage of 3-phase inverter | |
CN102763322A (en) | Control device for an electric motor drive device | |
RU2362264C1 (en) | Method of controlling alternating current drive | |
KR20160122922A (en) | Apparatus and method for generating offset voltage of 3-phase inverter | |
Vujičić et al. | Simple sensorless control for high-speed operation of switched reluctance generator | |
CN109347371A (en) | A kind of brshless DC motor commutation torque ripple suppressing method based on current forecasting | |
Amudhavalli et al. | Improved Z source inverter for speed control of an induction motor | |
WO2017111645A1 (en) | Method of adjusting wind turbine power take-off | |
RU2396696C2 (en) | Alternating current drive | |
JPH1118489A (en) | Drive controller for synchronous motor | |
Chang et al. | Establishment and control of a three-phase switched reluctance motor drive using intelligent power modules | |
RU2447573C1 (en) | Alternating current electric drive | |
RU2428783C1 (en) | Method of formation and control of high voltage of matrix cycloconverter of cascade type with high-frequency sine pulse-width modulation | |
Amudhavalli et al. | Speed control of an induction motor by V/F method using an improved Z source inverter | |
RU112554U1 (en) | DEVICE FOR CONTROL OF ASYNCHRONOUS AC ELECTRIC DRIVE | |
JP3702994B2 (en) | Power supply | |
RU2456742C1 (en) | Device for control of ac electric drive | |
CN114977918A (en) | Three-level motor starting system and excitation voltage digital adjusting method thereof | |
RU2724982C1 (en) | Control method of ac electric drive |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091218 |