RU2374752C1 - Method for determining electromagnetic time constant of squirrel-cage rotor of asynchronous motor - Google Patents
Method for determining electromagnetic time constant of squirrel-cage rotor of asynchronous motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2374752C1 RU2374752C1 RU2008109289/09A RU2008109289A RU2374752C1 RU 2374752 C1 RU2374752 C1 RU 2374752C1 RU 2008109289/09 A RU2008109289/09 A RU 2008109289/09A RU 2008109289 A RU2008109289 A RU 2008109289A RU 2374752 C1 RU2374752 C1 RU 2374752C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- stator
- phase
- current
- time constant
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к частотно-регулируемому электроприводу переменного тока на базе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором (АДКР) и может быть использовано в системах автоматического управления тяговым электроприводом электроподвижного состава, в судовых гребных электроприводах, приводах прокатных станов и других широко регулируемых электроприводах.The invention relates to a variable frequency AC drive based on squirrel-cage induction motors (ADCR) and can be used in automatic control systems for traction electric motors of electric rolling stock, in marine propeller electric drives, rolling mill drives and other widely adjustable electric drives.
При работе частотно-регулируемого АДКР требуется оперативное отслеживание меняющейся в процессе работы электромагнитной постоянной времени ротора с целью корректировки алгоритмов управления для получения требуемых функциональных характеристик асинхронного электропривода в целом.When operating a frequency-controlled ADCR, operational tracking of the rotor electromagnetic constant of the rotor time during operation is required in order to adjust the control algorithms to obtain the required functional characteristics of the asynchronous electric drive as a whole.
Прямое измерение электромагнитной постоянной времени короткозамкнутого ротора возможно только при его неподвижном состоянии. В процессе работы вследствие насыщения и нагрева электромагнитная постоянная времени ротора меняется и, как правило, точно неизвестна. Изменение электромагнитной постоянной времени ротора может достигать 100% и приводить к расстройству системы управления. Неопределенность этого параметра приводит к необходимости адаптации управления.Direct measurement of the electromagnetic time constant of a squirrel-cage rotor is possible only when it is stationary. During operation, due to saturation and heating, the electromagnetic time constant of the rotor changes and, as a rule, is not exactly known. The change in the electromagnetic time constant of the rotor can reach 100% and lead to a breakdown of the control system. The uncertainty of this parameter leads to the need to adapt the control.
Известны методы идентификации электромагнитной постоянной времени короткозамкнутого ротора, среди которых эвристические и строгие (Zai L.C., Demarko C.L., Lipo Т.А. Anaxtendid Kahman filter approach to motor time constant measurement in PWM induction drives // IEEE Trans.Industry Application, 1992. Vol.28, №1. P.96-104).Known methods for identifying the electromagnetic time constant of a squirrel-cage rotor, including heuristic and strict ones (Zai LC, Demarko CL, Lipo T.A. Anaxtendid Kahman filter approach to motor time constant measurement in PWM induction drives // IEEE Trans.Industry Application, 1992. Vol .28, No. 1. P.96-104).
К принципиальным недостаткам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных методов, относится то, что в известных методах производится не прямое измерение параметра - электромагнитной постоянной времени ротора, а путем идентификации (отождествления) параметров по каналу регулирования вектора потокосцепления, имеющему внешний контур регулирования напряжения, и каналу регулирования момента по контуру регулирования частоты вращения, имеющему внешний контур регулирования положения вектора потокосцепления ротора, что неизбежно приводит к ошибкам в управлении АДКР.The principal disadvantages that impede the achievement of the technical result indicated below when using known methods include the fact that the known methods do not directly measure the parameter — the electromagnetic time constant of the rotor, but by identifying (identifying) the parameters through the control channel of the flux link vector having an external control loop voltage, and a torque control channel along the speed control loop having an external eyelid position control loop torus flux linkage of the rotor, which inevitably leads to errors in the control of ADCR.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ управления асинхронным двигателем с адаптацией к изменяющейся постоянной времени ротора, в котором для нахождения алгоритма идентификации используют концепцию адаптивного управления с эталонной моделью, в которой рассматривают только уравнения ротора асинхронного двигателя, причем в качестве вектора переменных состояния приняты компоненты намагничивающего тока ротора, в качестве входа - токи статора, а математическая модель двигателя в виде уравнений токов и момента (Ч.Аттаианесе, А.Дамиано, А.Перфетто. Управление асинхронным двигателем с адаптацией к изменяющейся электромагнитной постоянной времени ротора. // Электротехника, 1996, №7. с.29-31).The closest method of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a method of controlling an induction motor with adaptation to a changing rotor time constant, in which the adaptive control concept with a reference model is used to find the identification algorithm, in which only the rotor equations of the induction motor are considered, moreover, The components of the magnetizing current of the rotor are taken as the vector of state variables, the stator currents are used as the input, and the mathematical engine model in the form of equations of currents and torque (C. Attaianese, A. Damiano, A. Perfetto. Control of an induction motor with adaptation to the changing electromagnetic constant of the rotor time. // Electrotechnics, 1996, No. 7. p.29-31).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе реализации управления асинхронным двигателем используется адаптация к изменяющейся электромагнитной постоянной времени модели ротора, а не ее прямое определение, что также не может обеспечить безошибочное управление АДКР из-за трудности обеспечения адекватности математической модели, сложности математического аппарата, требующей высокого быстродействия средств моделирования.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known method include the fact that the known method for implementing control of an induction motor uses adaptation to the changing electromagnetic time constant of the rotor model, rather than its direct determination, which also cannot ensure error-free control of the ADCR from -for the difficulty of ensuring the adequacy of the mathematical model, the complexity of the mathematical apparatus, requiring high-speed modeling tools.
Задачей предлагаемого способа является обеспечение экономичной и устойчивой работы частотно-регулируемого электропривода на базе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.The objective of the proposed method is to ensure economical and stable operation of a frequency-controlled electric drive based on asynchronous motors with a squirrel-cage rotor.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе управления асинхронным двигателем, включающем измерение частоты вращения ротора, фазного тока статора, фазного напряжения статора, частоты вращения магнитного поля статора, управление преобразователем, питающим обмотку статора, задание режимов работы с помощью вычислительного устройства через математическую модель параметра управления, при котором для нахождения алгоритма идентификации изменяющейся в процессе работы электромагнитной постоянной времени короткозамкнутого ротора в реальном времени в математической модели рассматривают уравнения ротора, введены отличия, заключающиеся в том, что для определения текущего значения электромагнитной постоянной времени ротора в вычислительное устройство дополнительно вводят конструктивные параметры асинхронного двигателя в виде активного сопротивления обмотки статора и индуктивности цепи намагничивания, коэффициентов рассеяния магнитных потоков статора и ротора в функции тока статора, в процессе работы вводят информацию об угле фазового сдвига между напряжением и током одной из фаз обмотки статора, а вычислительным устройством определяют электромагнитную постоянную времени ротора по математической формуле, в которую входят все параметры, которые необходимы и которые доступны для непосредственного измерения при любом режиме работающего двигателяThe problem is solved in that in the known method of controlling an induction motor, including measuring the rotor speed, stator phase current, stator phase voltage, stator magnetic field rotation speed, controlling the converter supplying the stator winding, setting operation modes using a computing device through a mathematical model control parameter, in which, to find the identification algorithm, the electromagnetic time constant of the short-circuited in real time in a mathematical model, the equations of the rotor are considered, differences are introduced, namely, to determine the current value of the electromagnetic constant time of the rotor, the design device additionally introduces the design parameters of the induction motor in the form of the active resistance of the stator winding and the inductance of the magnetization circuit, the magnetic scattering coefficients stator and rotor flows as a function of stator current; during operation, information is entered on the angle of the phase shift between voltage by the current and current of one of the phases of the stator winding, and the computing device determines the electromagnetic time constant of the rotor according to the mathematical formula, which includes all the parameters that are necessary and which are available for direct measurement in any operating mode of the engine
где - модуль полного сопротивления фазы обмотки статораWhere - stator winding phase impedance module
где U1 - фазное напряжение; I1 - фазный ток;where U 1 is the phase voltage; I 1 - phase current;
φ - угол фазового сдвига между фазным током I1 и фазным напряжением U1;φ is the angle of the phase shift between the phase current I 1 and the phase voltage U 1 ;
R1 - активное сопротивление обмотки статора;R 1 is the active resistance of the stator winding;
ωск - частота скольжения ротора относительно частоты вращения магнитного поля статора ω1 ω SK - the slip frequency of the rotor relative to the frequency of rotation of the magnetic field of the stator ω 1
где ω2 - частота вращения ротора;where ω 2 is the rotor speed;
Lm - индуктивность цепи намагничивания;L m is the inductance of the magnetization circuit;
σ1 и σ2 - коэффициенты рассеяния магнитных потоков статора и ротора соответственно.σ 1 and σ 2 are the scattering coefficients of the magnetic fluxes of the stator and rotor, respectively.
Представленная математическая формула для прямого определения электромагнитной постоянной времени ротора получена следующим образом.The presented mathematical formula for the direct determination of the electromagnetic time constant of the rotor is obtained as follows.
Как известно, полная мощность, потребляемая асинхронным двигателем, складывается из полной реактивной мощности потерь, активной мощности потерь в статорной обмотке и полной мощности, передаваемой в ротор посредством магнитного поля в зазоре двигателя, и может быть описана уравнениемAs you know, the total power consumed by an induction motor is the sum of the total reactive power losses, the active power losses in the stator winding and the total power transmitted to the rotor by means of a magnetic field in the gap of the motor, and can be described by the equation
где PΣ - полная мощность, потребляемая двигателем;where P Σ is the total power consumed by the engine;
Z1=R1+jω1L1 - сопротивление обмотки статора,Z 1 = R 1 + jω 1 L 1 - resistance of the stator winding,
где L1 - индуктивность рассеяния обмотки статора;where L 1 is the leakage inductance of the stator winding;
Ра - активная мощность;P a - active power;
Рb - реактивная мощность;P b - reactive power;
Ωск - относительная частота скольжения ротораΩ ck - relative slip frequency of the rotor
где R2 - активное сопротивление обмотки ротора;where R 2 is the active resistance of the rotor winding;
где L2 - индуктивность рассеяния ротора, равная Lmσ2=L2.where L 2 is the rotor scattering inductance equal to L m σ 2 = L 2 .
Из (4) можно записатьFrom (4) we can write
илиor
Учитывая, что , а , запишемGiven that , but write
илиor
Разделив (13) на (11), получимDividing (13) by (11), we obtain
Согласно определению Ωск=ωскТR, тогда по результату измерений определяется электромагнитная постоянная времени ротора, какAccording to the definition of Ω ck = ω ck T R , then the electromagnetic constant of the rotor time is determined from the measurement result, as
В выражение (15) входят параметры, которые необходимы и доступны для измерения при любом режиме работающего двигателя, т.е. ток I1, напряжение U1 на входе фазной обмотки и угол фазового сдвига между ними φ, частота вращения магнитного поля статора ω1 и частота скольжения ротора ωск относительно частоты вращения магнитного поля статора ω1, а также конструктивные параметры: активное сопротивление обмотки статора R1; индуктивность цепи намагничивания Lm и коэффициенты рассеяния магнитных потоков статора и ротора σ1 и σ2.Expression (15) includes the parameters that are necessary and available for measurement under any operating engine mode, i.e. current I 1 , voltage U 1 at the input of the phase winding and the angle of the phase shift between them φ, the rotational speed of the stator magnetic field ω 1 and the rotor slip frequency ω sk relative to the rotational speed of the stator magnetic field ω 1 , as well as design parameters: stator winding resistance R 1 ; the inductance of the magnetization circuit L m and the scattering coefficients of the magnetic fluxes of the stator and rotor σ 1 and σ 2 .
Данный способ реализуется с помощью устройства, представленного блок-схемой на чертеже.This method is implemented using the device represented by the block diagram in the drawing.
К обмотке статора асинхронного двигателя 1 подключены инвертор 2, получающий питание от силового трансформатора, датчик фазного тока 3, датчик фазного напряжения 4, датчик угла фазового сдвига между фазным током и фазным напряжением 5 через датчики 3 и 4. К ротору подсоединен датчик частоты вращения 6. К вычислительному устройству 7 подключены датчики: фазного тока 3, фазного напряжения 4, угла фазового сдвига между током и напряжением фазы статора 5 и частоты вращения 6. Вычислительное устройство 7 конструктивно выполнено заодно с блоком системы управления 8, к которому подсоединен задатчик режимов работы 9.An
Способ определения электромагнитной постоянной времени ротора АДКР осуществляют следующим образом: в вычислительное устройство 7 вводят конструктивные параметры асинхронного двигателя: активное сопротивление R1, индуктивность Lm цепи намагничивания, коэффициенты рассеяния магнитных потоков статора σ1 и ротора σ2 в функции тока статора; затем при работе электропривода в вычислительное устройство подают информацию от датчика 3 о силе тока I1 и частоте вращения магнитного поля статора ω1, от датчика 4 о величине фазного напряжения U1, от датчика 5 о величине угла фазового сдвига φ между фазным током и фазным напряжением, от датчика 6 о частоте вращения ротора ω2 и вычислительным устройством 7 определяют электромагнитную постоянную времени ротора в соответствии с математической моделью по формуле (1)The method for determining the electromagnetic time constant of an ADCR rotor is carried out as follows: the design parameters of an induction motor are introduced into the computing device 7: active resistance R 1 , magnetization inductance L m , stator magnetic flux scattering coefficient σ 1 and rotor σ 2 as a function of stator current; then, when the electric drive is operating, information is supplied to the computing device from the
и подают информацию в систему управления 8, которая, объединив эту информацию с информацией от задатчика режимов работы 9, управляет инвертором 2, питающим асинхронный двигатель.and submit information to the
При проведении измерения при ω2=0 необходимо, чтобы ω1=ωск, а для уменьшения потребляемой двигателем мощности в режиме ω2=0 и, соответственно, нежелательного перегрева ротора в процессе измерения напряжение питания статорной обмотки должно быть как можно меньше.When measuring at ω 2 = 0, it is necessary that ω 1 = ω ck , and in order to reduce the power consumed by the motor in the mode ω 2 = 0 and, accordingly, undesirable rotor overheating during measurement, the supply voltage of the stator winding should be as low as possible.
В результате перечисленных взаимодействий осуществляют прямое определение электромагнитной постоянной времени короткозамкнутого ротора и по ее величине управление асинхронным двигателем.As a result of the above interactions, the electromagnetic time constant of the squirrel-cage rotor is directly determined and, by its magnitude, the asynchronous motor is controlled.
Claims (1)
,
ГДЕ - МОДУЛЬ ПОЛНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ФАЗЫ ОБМОТКИ СТАТОРА, РАВНЫЙ
;
ГДЕ U1 - ФАЗНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ;
I1 - ФАЗНЫЙ ТОК;
φ - УГОЛ ФАЗОВОГО СДВИГА МЕЖДУ ФАЗНЫМ ТОКОМ I1 И ФАЗНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ U1;
R1 - АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОБМОТКИ СТАТОРА;
ωСК - ЧАСТОТА СКОЛЬЖЕНИЯ РОТОРА ОТНОСИТЕЛЬНО ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СТАТОРА ω1;
ωСК=ω1-ω2;
ГДЕ: ω2 - ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ РОТОРА;
LM - ИНДУКТИВНОСТЬ ЦЕПИ НАМАГНИЧИВАНИЯ;
σ1 И σ2 - КОЭФФИЦИЕНТЫ РАССЕЯНИЯ МАГНИТНЫХ ПОТОКОВ СТАТОРА И РОТОРА СООТВЕТСТВЕННО. METHOD FOR DETERMINING THE ELECTROMAGNETIC time constant ROTOR shortcircuited asynchronous motor, comprises measuring SPEED ROTOR, PHASE CURRENT stator phase voltages of the stator SPEED stator magnetic field, controlling converter, feeds stator coil TASK MODE OPERATION WITH COMPUTER DEVICES THROUGH MATHEMATICAL MODEL PARAMETER CONTROL DISTINCTING THAT IN THE COMPUTER DEVICE ADDITIONALLY ADD CONSTRUCTION PARAMETERS OF THE ASYNCHRONOUS MOTOR AS A VIEW The active resistance of the stator winding and inductive circuit magnetization scattering coefficient of the magnetic flux of stator and rotor in function of the current stator DURING WORK to enter information about the angle of the phase shift between voltage and current of one phase of the stator winding, and the computing device determines Electromagnetic rotor time on mathematical FORMULA IN WHICH ALL PARAMETERS ARE AVAILABLE FOR DIRECT MEASUREMENT AT ANY MODE OF THE OPERATING ENGINE:
,
WHERE - MODULE FOR FULL RESISTANCE OF STATOR WINDING PHASE, EQUAL
;
WHERE U 1 - PHASE VOLTAGE;
I 1 - PHASE CURRENT;
φ is the PHASE SHIFT ANGLE BETWEEN the PHASE CURRENT I 1 and the PHASE VOLTAGE U 1 ;
R 1 - ACTIVE RESISTANCE OF STATOR WINDING;
ω SK - ROTOR SLIDING FREQUENCY REGARDING THE ROTATION FREQUENCY OF THE STATOR MAGNETIC FIELD ω 1 ;
ω SK = ω 1 -ω 2 ;
WHERE: ω 2 - ROTOR ROTATION;
L M - Inductance of the magnetization circuit;
σ 1 and σ 2 - SCATTERING FUNCTIONS OF MAGNETIC FLOWS OF STATOR AND ROTOR, APPROXIMATELY.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008109289/09A RU2374752C1 (en) | 2008-03-11 | 2008-03-11 | Method for determining electromagnetic time constant of squirrel-cage rotor of asynchronous motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008109289/09A RU2374752C1 (en) | 2008-03-11 | 2008-03-11 | Method for determining electromagnetic time constant of squirrel-cage rotor of asynchronous motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2374752C1 true RU2374752C1 (en) | 2009-11-27 |
Family
ID=41476899
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008109289/09A RU2374752C1 (en) | 2008-03-11 | 2008-03-11 | Method for determining electromagnetic time constant of squirrel-cage rotor of asynchronous motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2374752C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111965537A (en) * | 2020-06-30 | 2020-11-20 | 瑞声新能源发展(常州)有限公司科教城分公司 | Motor parameter testing method |
-
2008
- 2008-03-11 RU RU2008109289/09A patent/RU2374752C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111965537A (en) * | 2020-06-30 | 2020-11-20 | 瑞声新能源发展(常州)有限公司科教城分公司 | Motor parameter testing method |
CN111965537B (en) * | 2020-06-30 | 2021-10-08 | 瑞声新能源发展(常州)有限公司科教城分公司 | Motor parameter testing method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7193387B1 (en) | System and method for motor speed estimation using hybrid model reference adaptive system | |
US5796235A (en) | Process and circuits for determining machine-related electro-magnetic and mechanical state variables on electrodynamic induction machines supplied via converters | |
CN103051270B (en) | Motor control device that controls d-axis current of permanent magnet synchronous motor | |
CN101542891A (en) | Synchronous motor sensorless control device | |
CN105897104B (en) | A kind of time constant of rotor of asynchronous machine adjusting method | |
RU2374752C1 (en) | Method for determining electromagnetic time constant of squirrel-cage rotor of asynchronous motor | |
RU2396696C2 (en) | Alternating current drive | |
RU2402147C1 (en) | Method of optimum vector control of asynchronous motor | |
Tabrez et al. | A comparative simulation study of different sensorless permanent magnet synchronous motor drives using neural network and fuzzy logic | |
JP2005287148A (en) | Vector controller of winding field type synchronous machine | |
KR101005432B1 (en) | The method for modeling induction motor using pi controller for torque control | |
US10333446B2 (en) | Controller for induction motor | |
JP4937766B2 (en) | Voltage inverter control device | |
RU2402865C1 (en) | Method for optimal frequency control of asynchronous motor | |
RU2625720C1 (en) | Device for controlling double-fed motor | |
JP2014517677A (en) | Method and apparatus for controlling an electric motor propulsion unit with separate control | |
CN107615641A (en) | The power conversion device of induction machine, secondary time constant measuring method and method for control speed | |
RU2402866C2 (en) | Method of controlling frequency-controlled cage-rotor induction motor | |
Pavel et al. | Comparison of sensorless AC drive operation using MRAS method or Luenberger observer | |
RU2010141347A (en) | METHOD OF VECTOR CONTROL OF MOMENT OF ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
KR101302717B1 (en) | Maximizing efficiency control of induction motor for ac forklift truck | |
RU2420748C2 (en) | Method for determining mutual inductance of magnetisation circuit of variable frequency engine | |
JPH09201093A (en) | Operation control apparatus for variable pole motor | |
JP2625969B2 (en) | Vector controller for induction motor | |
RU2398349C1 (en) | Method for phase control of induction motor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100312 |