RU2410813C1 - Method to provide for operability of three-phase asynchronous electric drive - Google Patents

Method to provide for operability of three-phase asynchronous electric drive Download PDF

Info

Publication number
RU2410813C1
RU2410813C1 RU2009148840/07A RU2009148840A RU2410813C1 RU 2410813 C1 RU2410813 C1 RU 2410813C1 RU 2009148840/07 A RU2009148840/07 A RU 2009148840/07A RU 2009148840 A RU2009148840 A RU 2009148840A RU 2410813 C1 RU2410813 C1 RU 2410813C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
motor
frequency
current
currents
Prior art date
Application number
RU2009148840/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Георгий Иванович Однокопылов (RU)
Георгий Иванович Однокопылов
Иван Георгиевич Однокопылов (RU)
Иван Георгиевич Однокопылов
Константин Валентинович Образцов (RU)
Константин Валентинович Образцов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет"
Priority to RU2009148840/07A priority Critical patent/RU2410813C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2410813C1 publication Critical patent/RU2410813C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention refers to the sphere of electric engineering and may be used in asynchronous electric drives. Phase windings of stator of three-phase asynchronous electric motor are supplied from frequency converter operating in the mode of current source, which is realised by control of phase currents, at the same time settings for phase currents of motor are received from outlet of speed controller, to inlets of which a signal of rotation frequency setting is sent, as well as current frequency of rotation of motor shaft received from speed sensor. Simultaneously analysis of phase currents of motor is carried at each interval of pulse-width modulation, and in case a failure is detected on one of motor phases, current frequency is changed in two remaining phases k times according to previously introduced non-linear dependence of coefficient k from specified frequency of motor shaft rotation, and instantaneous values of phase currents of asynchronous motor are adjusted.
EFFECT: provides for operability of three-phase asynchronous motor in case of emergency disconnection of one of phases with preservation of motor shaft rotation frequency relative to three-phase mode of operation.
4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в широкорегулирумых асинхронных электроприводах.The invention relates to electrical engineering and can be used in widely adjustable asynchronous electric drives.

Известен способ обеспечения живучести пяти или семифазных асинхронных двигателей с векторным управлением от преобразователя частоты (Disturbance-free operation of a multiphase current-regulated motor drive with an opened phase / Fu Jen-Ren, Lipo Thomas A. // IEEE Trans. Ind. Appl. - 1994. - 30, №5. - C.1267-1274), в котором при обрыве одной из фаз в преобразователе частоты задают соответствующую комбинацию токов для поддержания момента двигателя без пульсаций, при этом исключают провод соединения с нейтралью, так как наличие нулевой последовательности токов в отличие от 3-фазного асинхронного двигателя будет необязательным.A known method of ensuring the survivability of five or seven-phase asynchronous motors with vector control from a frequency converter (Disturbance-free operation of a multiphase current-regulated motor drive with an opened phase / Fu Jen-Ren, Lipo Thomas A. // IEEE Trans. Ind. Appl . - 1994. - 30, No. 5. - C.1267-1274), in which, when one of the phases is broken in the frequency converter, the appropriate combination of currents is set to maintain the motor torque without ripples, while the connection wire to the neutral is excluded, since a zero sequence of currents, unlike a 3-phase induction motor, will essential.

Недостатком данного способа является ограниченная область применения для многофазных асинхронных двигателей, что не позволяет использовать предложенный способ при трехфазном исполнении двигателя.The disadvantage of this method is the limited scope for multiphase induction motors, which does not allow the use of the proposed method with a three-phase motor design.

Известен способ обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя для привода эскалатора (Патент JP №3293289, МПК B66B 23/02, опубл. 24.12.1991), в котором осуществляют восстановление работоспособности при неисправности силовой части преобразователя частоты: выпрямитель - инвертор. Живучесть обеспечивают диагностикой с последующим отключением питания двигателя от преобразователя частоты и переключением его напрямую к трехфазной сети переменного тока.There is a method of ensuring the survivability of a three-phase asynchronous motor for driving an escalator (JP Patent No. 3293289, IPC B66B 23/02, publ. 24.12.1991), in which performance is restored when the power part of the frequency converter is faulty: rectifier - inverter. Survivability is provided by diagnostics, followed by disconnecting the motor power from the frequency converter and switching it directly to a three-phase AC network.

Недостатком этого способа является уменьшение равномерности движения эскалатора при отключении преобразователя частоты вследствие скачкообразного уменьшения или увеличения частоты вращения вала двигателя в зависимости от степени загруженности эскалатора и следствием этого ограниченная применимость данного способа, а также невозможность работы данного электропривода при обрыве фазы двигателя, непосредственно питающей статорную обмотку.The disadvantage of this method is to reduce the uniformity of movement of the escalator when the frequency converter is switched off due to an abrupt decrease or increase in the frequency of rotation of the motor shaft depending on the degree of congestion of the escalator and, as a result, the limited applicability of this method, as well as the inability to operate this electric drive when the motor phase breaks directly supplying the stator winding .

Известен способ обеспечения живучести асинхронного электропривода (Fault mode single-phase operation of a variable frequency induction motor drive and improvement of pulsating torque characteristics / Kastha Debaprasad, Bose Bimal K. // IEEE Trans. Ind. Electron. - 1994. - 41, №4. - C.426-433), в котором при обрыве фазы или отключении ее из-за неисправности вводят гармоники напряжения для нейтрализации второй и других гармоник пульсаций момента и сдвигают частоты пульсаций момента в более высокий диапазон спектра, что позволяет компенсировать пульсации момента за счет момента инерции двигателя. Для регулирования электроприводом в двухфазном режиме в преобразователь частоты вводят оптимальное соотношения напряжения и частоты U/f для получения максимального отношения момент/ток и уменьшения пульсаций момента, что обеспечивает приемлемую работу с регулированием частоты вращения вала двигателя.A known method of ensuring the survivability of an asynchronous electric drive (Fault mode single-phase operation of a variable frequency induction motor drive and improvement of pulsating torque characteristics / Kastha Debaprasad, Bose Bimal K. // IEEE Trans. Ind. Electron. - 1994. - 41, No. 4. - C.426-433), in which, when the phase is broken or disconnected due to a malfunction, voltage harmonics are introduced to neutralize the second and other harmonics of the torque ripples and shift the moment ripple frequencies to a higher spectrum range, which makes it possible to compensate for the moment ripples beyond account of the moment of inertia of the engine. To control the electric drive in two-phase mode, the optimal voltage / frequency ratio U / f is introduced into the frequency converter to obtain the maximum torque / current ratio and reduce torque ripples, which ensures acceptable operation with the motor shaft speed control.

Недостатком способа является невозможность применения предложенного технического решения в случае глубокорегулируемого электропривода, особенно в диапазоне низких частот вращения.The disadvantage of this method is the impossibility of applying the proposed technical solution in the case of a deeply adjustable electric drive, especially in the low speed range.

Известен способ управления и обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя (патент РФ №2326480, МПК6 H02H 7/09, опубл. 10.06.2008), выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что фазные обмотки статора двигателя запитывают от трехфазного преобразователя частоты, работающего в режиме источника тока, который реализуют регулированием фазных токов. Задания на фазные токи двигателя получают с выхода регулятора скорости, на входы которого подают сигнал задания частоты вращения и текущую частоту вращения вала двигателя, получаемую с датчика скорости, одновременно с этим непрерывно проводят анализ фазных токов двигателя на каждом интервале широтно-импульсной модуляции и в случае обнаружения отказа в одной из фаз двигателя корректируют мгновенные значения токов в двух оставшихся фазах двигателя для опережающей фазы вектора тока:A known method of controlling and ensuring the survivability of a three-phase asynchronous motor (RF patent No. 2326480, IPC 6 H02H 7/09, publ. 10.06.2008), selected as a prototype, which consists in the fact that the phase windings of the motor stator are powered from a three-phase frequency converter operating in the mode of a current source, which is realized by regulation of phase currents. The tasks for the phase currents of the motor are obtained from the output of the speed controller, the inputs of which supply a signal for setting the speed of the motor and the current frequency of rotation of the motor shaft, obtained from the speed sensor, at the same time continuously analyze the phase currents of the motor on each interval of pulse-width modulation, and in the case failure detection in one of the phases of the motor corrects the instantaneous values of currents in the two remaining phases of the motor for the leading phase of the current vector:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

для отстающей фазы вектора тока:for the lagging phase of the current vector:

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

где Iω - значение амплитуды формируемых фазных токов, А;where I ω is the amplitude value of the generated phase currents, A;

σ - число двоичных разрядов выходного кода цифрового сигнала, полученного в результате интегрирования сигнала с датчика скорости;σ is the number of binary bits of the output code of the digital signal obtained by integrating the signal from the speed sensor;

a, b, c - три бита отказа каждой фазы;a, b, c - three bits of failure of each phase;

Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
- инверсные значения a, b, c, d;
Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
- inverse values of a, b, c, d;

α - значение текущего двоичного кода цифрового сигнала, полученного в результате интегрирования сигнала с датчика скорости;α is the value of the current binary code of the digital signal obtained by integrating the signal from the speed sensor;

d - значение бита, вычисляемого по логическому выражению: d=a∪b∪c (∪ - логическая операция ИЛИ); если d=1, то это свидетельствует об отказе в одной из фаз двигателя.d is the value of a bit calculated by a logical expression: d = a∪b∪c (∪ is a logical OR operation); if d = 1, then this indicates a failure in one of the engine phases.

Недостатком способа является падение частоты вращения вала двигателя до уровня 30% относительно частоты вращения при работе в трехфазном режиме.The disadvantage of this method is the drop in the rotational speed of the motor shaft to a level of 30% relative to the rotational speed when operating in three-phase mode.

Задачей изобретения является обеспечение живучести трехфазного асинхронного электропривода при аварийном отключении одной из фаз с сохранением частоты вращения вала двигателя относительно трехфазного режима работы.The objective of the invention is to ensure the survivability of a three-phase asynchronous electric drive during an emergency shutdown of one of the phases while maintaining the frequency of rotation of the motor shaft relative to the three-phase mode of operation.

Поставленная задача решена за счет того, что в способе обеспечения живучести трехфазного асинхронного электропривода, также как в прототипе, фазные обмотки статора двигателя запитывают от трехфазного преобразователя частоты, работающего в режиме источника тока, который реализуют регулированием фазных токов, задания на фазные токи двигателя получают с выхода регулятора скорости, на входы которого подают сигнал задания частоты вращения и текущую частоту вращения вала двигателя, получаемую с датчика скорости, одновременно с этим непрерывно проводят анализ фазных токов двигателя на каждом интервале широтно-импульсной модуляции и в случае обнаружения отказа в одной из фаз двигателя корректируют мгновенные значения токов в двух оставшихся фазах двигателя.The problem is solved due to the fact that in the method of ensuring the survivability of a three-phase asynchronous electric drive, as well as in the prototype, the phase windings of the motor stator are powered from a three-phase frequency converter operating in the current source mode, which is implemented by controlling phase currents, tasks for the phase currents of the motor are obtained from the output of the speed controller, to the inputs of which a signal for setting the speed of rotation and the current frequency of rotation of the motor shaft, obtained from the speed sensor, are continuously received clearly analyze the phase motor current in each interval of pulse-width modulation and in the case of failure detection in one motor phase corrected instantaneous values of the currents in the other two motor phases.

Согласно изобретению в случае обнаружения отказа в одной из фаз двигателя изменяют в двух оставшихся фазах частоту токов в k раз по заранее введенной нелинейной зависимости коэффициента k от заданной частоты вращения вала двигателя и корректируют мгновенные значения фазных токов асинхронного двигателя для опережающей фазы вектора тока по выражениям:According to the invention, in case of failure detection in one of the engine phases, the current frequency is changed k times in the two remaining phases according to a previously introduced nonlinear dependence of the coefficient k on the given rotation speed of the motor shaft and the instantaneous values of the phase currents of the induction motor are adjusted for the leading phase of the current vector according to the expressions:

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

для отстающей фазы вектора тока:for the lagging phase of the current vector:

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

где Iω - значение амплитуды формируемых фазных токов;where I ω is the amplitude value of the generated phase currents;

p - число пар полюсов асинхронного двигателя;p is the number of pole pairs of the induction motor;

t3 - текущий прямой отсчет меток таймера в трехфазном режиме;t 3 - current direct reading of timer labels in three-phase mode;

t2 - текущий обратный отсчет меток таймера в двухфазном режиме с момента аварийного переключения структуры управления двигателем;t 2 is the current countdown of timer labels in two-phase mode from the moment of emergency switching of the engine control structure;

f - частота тока статора;f is the stator current frequency;

a, b, c - значение битов слова состояния электропривода по отказам (вырабатываются датчиками состояния преобразовательных ячеек);a, b, c - the value of the bits of the status word of the drive for failures (produced by the state sensors of the converter cells);

d - значение бита, вычисляемого по логическому выражению: d=a∪b∪c, где ∪ - логическая операция ИЛИ, и если d=1, то делают вывод об отказе в одной из фаз двигателя;d is the value of a bit calculated by a logical expression: d = a∪b∪c, where ∪ is a logical OR operation, and if d = 1, then a conclusion is made about a failure in one of the engine phases;

Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
- инверсные значения a, b, c, d.
Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
- inverse values of a, b, c, d.

Известно, что повышение рабочей частоты тока статора f асинхронного двигателя приводит к увеличению рабочей мощности P двигателя при фиксированном значении момента M на валу асинхронного двигателя. Это следует из выражения: P=M·2·π·f/p. [Чиликин М.Г. Общий курс электропривода: учебное пособие / М.Г.Чиликин, А.С.Сандлер. - 6-е изд., доп. и перераб. - М.: Энергоиздат, 1981. - 576 с.] - С.101. В случае отказа одной из фаз двигателя увеличение частоты тока статора f в k раз приведет к увеличению рабочей мощности двигателя и соответственно может скомпенсировать падение частоты вращения вала двигателя. Коэффициент k нелинейно зависит от заданной частоты вращения вала двигателя ωзад. Соответственно необходимо заранее вводить нелинейную характеристику k=f(ωзад) в функциональные преобразователи. Таким образом, за счет введение нелинейной характеристики k=f(ωзад) и использования выражений для мгновенных значений фазных токов (1), (2), (3), (4), (5), (6) предложенное техническое решение позволяет при отказе одной из фаз электропривода обеспечить сохранение кругового вращающегося поля двигателя и сохранить направление вращения вала двигателя с расширенным диапазоном регулирования, а также обеспечить 100% вероятность пуска в заданном направлении при переключении из рабочего трехфазного режима работы в аварийный двухфазный режим работы с сохранением рабочей частоты вращения вала двигателя.It is known that increasing the operating frequency of the stator current f of an induction motor leads to an increase in the operating power P of the motor with a fixed value of the moment M on the shaft of the induction motor. This follows from the expression: P = M · 2 · π · f / p. [Chilikin M.G. General course of electric drive: a training manual / M.G. Chilikin, A.S. Sandler. - 6th ed., Ext. and reslave. - M .: Energoizdat, 1981. - 576 p.] - S.101. In the event of failure of one of the engine phases, an increase in the frequency of the stator current by a factor of k will lead to an increase in the operating power of the engine and, accordingly, can compensate for the decrease in the frequency of rotation of the motor shaft. The coefficient k nonlinearly depends on a given frequency of rotation of the motor shaft ω ass . Accordingly, it is necessary to introduce a nonlinear characteristic k = f (ω ass ) into the functional converters in advance. Thus, by introducing a nonlinear characteristic k = f (ω ass ) and using expressions for the instantaneous values of phase currents (1), (2), (3), (4), (5), (6), the proposed technical solution allows in case of failure of one of the phases of the electric drive, to ensure the conservation of a circular rotating field of the motor and to preserve the direction of rotation of the motor shaft with an extended control range, as well as to ensure a 100% probability of starting in a given direction when switching from a working three-phase operation mode to an emergency two-phase operation mode with injury to the working speed of the engine shaft.

На фиг.1 представлена функциональная схема микроконтроллерной системы управления трехфазным асинхронным двигателем.Figure 1 presents a functional diagram of a microcontroller control system for a three-phase asynchronous motor.

На фиг.2 представлена характеристика зависимости коэффициента k от заданной частоты вращения вала двигателя ωзад в относительных единицах, заложенная в функциональные преобразователи.Figure 2 presents the characteristic dependence of the coefficient k on a given frequency of rotation of the motor shaft ω ass in relative units, embedded in functional converters.

На фиг.3 представлены временные диаграммы переходных процессов токов статора: IA, IB, IC, напряжений: UA, UB, UC и частоты вращения вала двигателя ω при переключении из рабочего 3-фазного в аварийный 2-фазный режим без учета работы функциональных преобразователей.Figure 3 presents the timing diagrams of transients of stator currents: I A , I B , I C , voltages: U A , U B , U C and motor shaft rotation frequency ω when switching from operating 3-phase to emergency 2-phase mode excluding the operation of functional converters.

На фиг.4 представлены временные диаграммы переходных процессов токов статора: IA, IB, IC, напряжений: UA, UB, UC и частоты вращения вала двигателя ω при переключении из рабочего 3-фазного в аварийный 2-фазный режим с учетом работы функциональных преобразователей.Figure 4 presents the timing diagrams of transients of the stator currents: I A , I B , I C , voltages: U A , U B , U C and motor shaft rotation frequency ω when switching from a working 3-phase to emergency 2-phase mode taking into account the work of functional converters.

Предложенный способ осуществлен с помощью схемы микроконтроллерного управления трехфазным асинхронным двигателем (фиг.1), содержащей асинхронный двигатель 1 (АД), который через датчики тока 2 (ДТ1), 3 (ДТ2), 4 (ДТ3) соответственно подключен к преобразовательным ячейкам 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2) и 7 (ПЯ3) трехфазного преобразователя частоты, к которым подключен блок диагностики 8 (БД), связанный с микроконтроллером 9 (МК). Выходы датчиков тока 2 (ДТ1), 3 (ДТ2), 4 (ДТ3) подключены к микроконтроллеру 9 (МК). На валу асинхронного двигателя 1 (АД) установлен датчик скорости 10 (ДС), выход которого подключен к микроконтроллеру 9 (МК). Задатчик частоты вращения вала двигателя 11 (ЗЧВ) связан с микроконтроллером 9 (МК), который подключен к функциональным преобразователям 12 (ФП1), 13 (ФП2), 14 (ФП3), а они, в свою очередь, подключены к соответствующим преобразовательными ячейкам 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7(ПЯ3).The proposed method is implemented using the microcontroller control circuit of a three-phase asynchronous motor (Fig. 1), which contains an asynchronous motor 1 (HELL), which is connected via current sensors 2 (ДТ1), 3 (ДТ2), 4 (ДТ3) to converter cells 5 ( ПЯ1), 6 (ПЯ2) and 7 (ПЯ3) of a three-phase frequency converter, to which a diagnostic unit 8 (DB) is connected, connected to microcontroller 9 (MK). The outputs of the current sensors 2 (DT1), 3 (DT2), 4 (DT3) are connected to the microcontroller 9 (MK). A speed sensor 10 (DS) is installed on the shaft of the induction motor 1 (HELL), the output of which is connected to the microcontroller 9 (MK). The setpoint of the rotational speed of the motor shaft 11 (HF) is connected to the microcontroller 9 (MK), which is connected to the functional converters 12 (FP1), 13 (FP2), 14 (FP3), and they, in turn, are connected to the corresponding converter cells 5 (P1), 6 (P2), 7 (P3).

В качестве асинхронного двигателя 1 (АД) можно выбрать любой трехфазный асинхронный двигатель с развязанными фазами, т.е. начало и конец каждой статорной обмотки выведены в коробку выводов, например, АДМ63В4У3. В качестве датчиков тока 2 (ДТ1), 3 (ДТ2), 4 (ДТ3) могут быть использованы стандартные датчики с гальванической развязкой, например модули ЛЕМ типа LA 25-NP. Датчик скорости 10 (ДС) может быть любого типа с аналоговым или цифровым выходом, например SG751 - SG753 [www.start-vector.com]. В качестве микроконтроллера 9 (МК) может быть выбран одноплатный микроконтроллер типа АТ89С2051 с тактовой частотой 4 МГц. В качестве преобразовательных ячеек 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7(ПЯ3) трехфазного преобразователя частоты использован инвертор, выполненный по мостовой или полумостовой схеме. Задатчик частоты вращения 11 (ЗЧВ) может быть выполнен в виде блока, вырабатывающего аналоговый или цифровой сигнал задания. Вариант исполнения блока диагностики 8 (БД) описан в Однокопылов Г.И. Датчик состояния преобразовательной ячейки //IV Международная научно-техническая конференция «Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения», Новочеркасск: Изд-во ЮРГТУ 2004. - 70 с. В качестве функциональных преобразователей 12 (ФП1), 13 (ФП2), 14 (ФП3) могут быть выбраны микроконтроллеры любого типа, например на базе процессора ATMEGA 103 типа MS103.01.P [www.ssd.ru].As an asynchronous motor 1 (AM), you can choose any three-phase asynchronous motor with isolated phases, i.e. the beginning and end of each stator winding are displayed in the terminal box, for example, ADM63V4U3. As current sensors 2 (DT1), 3 (DT2), 4 (DT3), standard sensors with galvanic isolation can be used, for example LEM modules of type LA 25-NP. Speed sensor 10 (DS) can be of any type with an analog or digital output, for example SG751 - SG753 [www.start-vector.com]. As microcontroller 9 (MK), a single-board microcontroller type AT89C2051 with a clock frequency of 4 MHz can be selected. As converter cells 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7 (ПЯ3) of a three-phase frequency converter, an inverter made according to a bridge or half-bridge circuit is used. The speed controller 11 (ZHV) can be made in the form of a block that generates an analog or digital reference signal. An embodiment of the diagnostic unit 8 (DB) is described in Odnokopylov G.I. Transducer cell state sensor // IV International Scientific and Technical Conference "Microprocessor, analog and digital systems: design and circuitry, theory and application issues", Novocherkassk: Publishing House of SRSTU 2004. - 70 p. Microcontrollers of any type can be selected as functional converters 12 (FP1), 13 (FP2), 14 (FP3), for example, based on an ATMEGA 103 processor such as MS103.01.P [www.ssd.ru].

Для проверки способа обеспечения живучести трехфазного асинхронного электропривода использовали математическую модель [Свидетельство РФ о регистрации ПрЭВМ №2007613578 «Программа расчета переходных процессов асинхронного электропривода в неполнофазных и аварийных режимах работы»]. С помощью данной программы построили нелинейную характеристику коэффициента k от задаваемой частоты вращения k=f(ωзад) (фиг.2). У каждого двигателя будет свое значение k, соответствующее ωзад, при котором двигатель будет работать устойчиво, при этом фазные токи и частота вращения будут близки к номинальным. Исходя из этого условия подбирают коэффициенты k для различных значений ωзад. Далее зависимость k=f(ωзад), построенную, например, по десяти точкам, аппроксимируют и вводят в функциональные преобразователи 12 (ФП1), 13 (ФП2), 14 (ФП3). В процессе работы электропривода сигнал с задатчика частоты вращения 11 (ЗЧВ) поступает в микроконтроллер 9 (МК). Фазные токи двигателя, определяемые с помощью датчиков тока 2 (ДТ1), 3 (ДТ2), 4 (ДТ3) и частота вращения вала двигателя, определяемая с помощью датчика скорости 10 (ДС), поступают в микроконтроллер 9 (МК), в котором вырабатывают задания на частоту f и амплитуду токов для каждой фазы двигателя, которые, в свою очередь, поступают через функциональные преобразователи 12 (ФП1), 13 (ФП2), 14 (ФП3) в соответствующие преобразовательные ячейки 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7 (ПЯ3). Блок диагностики 8 (БД) анализирует состояние преобразовательных ячеек 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7 (ПЯ3) на каждом интервале широтно-импульсной модуляции и вырабатывает три бита отказа a, b, c, составляющих слово состояния электропривода, поступающее в микроконтроллер 9 (МК). В случае обнаружения отказа или в одной из фаз двигателя, или в одной из ячеек преобразователя частоты в микроконтроллере 9 (МК) включают алгоритм восстановления, при котором задание на частоту тока статора f увеличивают в k раз по характеристикам, заложенным в функциональных преобразователях 12 (ФП1), 13 (ФП2), 14 (ФП3), а также корректируют мгновенные значения фазных токов асинхронного двигателя 1 (АД) по выражениям (1), (2), (3) или (4), (5), (6).To verify the method of ensuring the survivability of a three-phase asynchronous electric drive, a mathematical model was used [RF certificate on registration of the computer No. 2007613578 “Program for calculating transients of an asynchronous electric drive in non-phase and emergency operation modes”]. Using this program, we constructed a nonlinear characteristic of the coefficient k from a given rotation frequency k = f (ω ass ) (Fig. 2). Each motor will have its own k value corresponding to ω ass , at which the motor will operate stably, while the phase currents and speed will be close to the nominal. Based on this condition, the coefficients k are selected for various values of ω ass . Next, the dependence k = f (ω ass ), constructed, for example, at ten points, is approximated and introduced into functional converters 12 (FP1), 13 (FP2), 14 (FP3). In the process of operation of the electric drive, the signal from the speed controller 11 (HFV) enters the microcontroller 9 (MK). The phase currents of the motor, determined using current sensors 2 (DT1), 3 (DT2), 4 (DT3) and the rotational speed of the motor shaft, determined using the speed sensor 10 (DC), are supplied to the microcontroller 9 (MK), in which they produce assignments to the frequency f and the amplitude of the currents for each phase of the motor, which, in turn, pass through the functional converters 12 (FP1), 13 (FP2), 14 (FP3) to the corresponding converter cells 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7 (P3). Diagnostic unit 8 (DB) analyzes the state of the converter cells 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7 (ПЯ3) on each pulse-width modulation interval and generates three failure bits a, b, c that make up the drive status word that goes to the microcontroller 9 (MK). If a failure is detected either in one of the phases of the motor, or in one of the cells of the frequency converter in the microcontroller 9 (MC), a recovery algorithm is included in which the reference to the frequency of the stator current f is increased by a factor of k according to the characteristics inherent in the functional converters 12 (FP1 ), 13 (ФП2), 14 (ФП3), and also adjust the instantaneous values of the phase currents of the induction motor 1 (HELL) according to the expressions (1), (2), (3) or (4), (5), (6) .

На временных диаграммах переходных процессов (фиг.3, 4) представлена работа асинхронного двигателя марки MTF 311-6 с номинальным моментом нагрузки (Мн=111Н·м) на валу при переключении из рабочего 3-фазного в аварийный 2-фазный режим работы при отказе в фазе «А» в момент времени, равный t=0,3 с. Без учета работы функциональных преобразователей (фиг.3) ток в отказавшей фазе («А») стал равным нулю. В оставшихся фазах «В» и «С» после электромагнитного переходного процесса произошло обратное чередование токов, возросла амплитуда токов в 1,5 раза, и сдвиг фаз между ними стал равным π/3, что определено алгоритмом восстановления (2) и (3) для поддержания кругового вращающегося поля двигателя. Частота вращения вала двигателя после отказа фазы упала с 37 рад/с до 26 рад/с (30% относительно работы в трехфазном режиме). Двигатель продолжает работать, поддерживая номинальную нагрузку на валу.The timing diagrams of transients (Figs. 3, 4) show the operation of an MTF 311-6 brand induction motor with a rated load moment (M n = 111N · m) on the shaft when switching from a working 3-phase to emergency 2-phase operation at failure in phase "A" at time equal to t = 0.3 s. Without taking into account the operation of functional converters (figure 3), the current in the failed phase ("A") became equal to zero. In the remaining phases "B" and "C" after the electromagnetic transient, the currents alternated, the amplitude of the currents increased by 1.5 times, and the phase shift between them became π / 3, which is determined by the restoration algorithm (2) and (3) to maintain a circular rotating field of the engine. The frequency of rotation of the motor shaft after a phase failure fell from 37 rad / s to 26 rad / s (30% relative to operation in three-phase mode). The engine continues to run, maintaining the rated load on the shaft.

С учетом работы функциональных преобразователей 12 (ФП1), 13 (ФП2), 14 (ФП3) (фиг.4) токи в двух оставшихся фазах «B» и «C» остались такими же, как и на фиг.3, но с частотой в k раз больше. Частота вращения вала двигателя ω после электромеханического переходного процесса осталась на уровне трехфазного режима - 37 рад/с. Для двигателя MTF 311-6: k=1,4 при заданной частоте вращения ω=37 рад/с.Given the operation of functional converters 12 (FP1), 13 (FP2), 14 (FP3) (figure 4), the currents in the two remaining phases "B" and "C" remained the same as in figure 3, but with a frequency k times bigger. The frequency of rotation of the motor shaft ω after the electromechanical transition process remained at the level of the three-phase mode - 37 rad / s. For the MTF 311-6 engine: k = 1.4 at a given speed of rotation ω = 37 rad / s.

Предложенное техническое решение позволяет в случае отказа в одной из фаз электропривода (выход из строя силового ключа инвертора, обрыв фазы двигателя) обеспечить сохранение направления вращения кругового вращающегося поля и частоты вращения вала двигателя на номинальном уровне, а также обеспечить 100% вероятность пуска в заданном направлении с расширенным диапазоном регулирования и определенным временем реакции микропроцессорной системы управления при переключении алгоритма восстановления из трехфазного в двухфазный режим, равным времени интервала широтно-импульсной модуляции при отсутствии дополнительных аппаратных затрат для поддержки алгоритма восстановления работоспособности.The proposed technical solution allows in the event of a failure in one of the phases of the electric drive (failure of the inverter power switch, phase failure of the motor) to ensure that the direction of rotation of the circular rotating field and the frequency of rotation of the motor shaft at a nominal level, as well as provide 100% probability of starting in a given direction with an extended control range and a specific reaction time of the microprocessor control system when switching the recovery algorithm from three-phase to two-phase mode, equal to the time interval of the pulse width modulation in the absence of additional hardware costs to support the recovery algorithm.

Данное техническое решение накладывает ограничения на использование трехфазного асинхронного электропривода на высоких скоростях. Изменение частоты тока статора может привести к увеличению фазных напряжений, что не допустимо, поэтому диапазон регулирования будет от минимальной частоты вращения до частоты вращения, соответствующей номинальному напряжению статора.This technical solution imposes restrictions on the use of a three-phase asynchronous electric drive at high speeds. Changing the frequency of the stator current can lead to an increase in phase voltage, which is not permissible, therefore, the control range will be from the minimum speed to the speed corresponding to the rated voltage of the stator.

Claims (1)

Способ обеспечения живучести трехфазного асинхронного электропривода, заключающийся в том, фазные обмотки статора двигателя запитывают от трехфазного преобразователя частоты, работающего в режиме источника тока, который реализуют регулированием фазных токов, задания на фазные токи двигателя получают с выхода регулятора скорости, на входы которого подают сигнал задания частоты вращения и текущую частоту вращения вала двигателя, получаемую с датчика скорости, одновременно с этим непрерывно проводят анализ фазных токов двигателя на каждом интервале широтно-импульсной модуляции и в случае обнаружения отказа в одной из фаз двигателя корректируют мгновенные значения токов в двух оставшихся фазах двигателя, отличающийся тем, что в случае обнаружения отказа в одной из фаз двигателя изменяют в двух оставшихся фазах частоту токов в k раз по заранее введенной нелинейной зависимости коэффициента k от заданной частоты вращения вала двигателя, и корректируют мгновенные значения фазных токов асинхронного двигателя для опережающей фазы вектора тока по выражениям:
Figure 00000017
;
Figure 00000018
;
Figure 00000019
,
для отстающей фазы вектора тока:
Figure 00000020
;
Figure 00000021
;
Figure 00000022
,
где Iω - значение амплитуды формируемых фазных токов;
p - число пар полюсов асинхронного двигателя;
t3 - текущий прямой отсчет меток таймера в трехфазном режиме;
t2 - текущий обратный отсчет меток таймера в двухфазном режиме с момента аварийного переключения структуры управления двигателем;
f - частота тока статора;
a, b, c - значение битов слова состояния электропривода по отказам (вырабатываются датчиками состояния преобразовательных ячеек);
d - значение бита, вычисляемого по логическому выражению: d=a∪b∪c, где ∪ - логическая операция ИЛИ, и если d=1, то делают вывод об отказе в одной из фаз двигателя;
Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
- инверсные значения a, b, c, d.
A method of ensuring the survivability of a three-phase asynchronous electric drive, which consists in the fact that the phase windings of the motor stator are powered from a three-phase frequency converter operating in the mode of a current source, which is implemented by regulating the phase currents; rotational speeds and the current rotational speed of the motor shaft, obtained from the speed sensor, at the same time continuously analyze the phase currents of the motor on In each interval of pulse-width modulation and in the event of a failure in one of the motor phases, the instantaneous currents in the two remaining phases of the motor are corrected, characterized in that if a failure is detected in one of the motor phases, the frequency of the currents is changed in k two times by k times a previously introduced nonlinear dependence of the coefficient k on a given frequency of rotation of the motor shaft, and the instantaneous values of the phase currents of the induction motor are adjusted for the leading phase of the current vector according to the expressions:
Figure 00000017
;
Figure 00000018
;
Figure 00000019
,
for the lagging phase of the current vector:
Figure 00000020
;
Figure 00000021
;
Figure 00000022
,
where I ω is the amplitude value of the generated phase currents;
p is the number of pole pairs of the induction motor;
t 3 - current direct reading of timer labels in three-phase mode;
t 2 is the current countdown of timer labels in two-phase mode from the moment of emergency switching of the engine control structure;
f is the stator current frequency;
a, b, c - the value of the bits of the status word of the drive for failures (produced by the state sensors of the converter cells);
d is the value of a bit calculated by a logical expression: d = a∪b∪c, where ∪ is a logical OR operation, and if d = 1, then a conclusion is made about a failure in one of the engine phases;
Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
- inverse values of a, b, c, d.
RU2009148840/07A 2009-12-28 2009-12-28 Method to provide for operability of three-phase asynchronous electric drive RU2410813C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009148840/07A RU2410813C1 (en) 2009-12-28 2009-12-28 Method to provide for operability of three-phase asynchronous electric drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009148840/07A RU2410813C1 (en) 2009-12-28 2009-12-28 Method to provide for operability of three-phase asynchronous electric drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2410813C1 true RU2410813C1 (en) 2011-01-27

Family

ID=46308610

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009148840/07A RU2410813C1 (en) 2009-12-28 2009-12-28 Method to provide for operability of three-phase asynchronous electric drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2410813C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105372074A (en) * 2015-10-29 2016-03-02 重庆长安汽车股份有限公司 Non-linear order component extraction and analysis method for engine
RU2609896C2 (en) * 2013-02-18 2017-02-07 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского" Министерства обороны Российской Федерации Automatic backup device for power supply
CN106787555A (en) * 2016-12-26 2017-05-31 天津英利新能源有限公司 A kind of method and device of threephase asynchronous dehumidifying
RU192779U1 (en) * 2019-03-27 2019-10-01 Вячеслав Александрович Варавка The device for determining the labels "start" and "end" of the windings of a three-phase asynchronous AC motor with squirrel-cage rotor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2609896C2 (en) * 2013-02-18 2017-02-07 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского" Министерства обороны Российской Федерации Automatic backup device for power supply
CN105372074A (en) * 2015-10-29 2016-03-02 重庆长安汽车股份有限公司 Non-linear order component extraction and analysis method for engine
CN105372074B (en) * 2015-10-29 2017-11-07 重庆长安汽车股份有限公司 A kind of non-linear order component extraction analysis method of engine
CN106787555A (en) * 2016-12-26 2017-05-31 天津英利新能源有限公司 A kind of method and device of threephase asynchronous dehumidifying
RU192779U1 (en) * 2019-03-27 2019-10-01 Вячеслав Александрович Варавка The device for determining the labels "start" and "end" of the windings of a three-phase asynchronous AC motor with squirrel-cage rotor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3721116B2 (en) DRIVE DEVICE, POWER OUTPUT DEVICE, AND CONTROL METHOD THEREOF
US8228020B2 (en) Apparatus and method for controlling hybrid motor
US8570003B2 (en) Double fed induction generator converter and method for suppressing transient in deactivation of crowbar circuit for grid fault ridethrough
US6954004B2 (en) Doubly fed induction machine
US6984897B2 (en) Electro-mechanical energy conversion system having a permanent magnet machine with stator, resonant transfer link and energy converter controls
JP2014003783A (en) Power converter controller and multiplex winding-type motor drive unit
KR20160122923A (en) Apparatus and method for generating offset voltage of 3-phase inverter
CN102971956A (en) Power conversion system
KR20160122922A (en) Apparatus and method for generating offset voltage of 3-phase inverter
US20040145932A1 (en) Energy transfer multiplexer
JP2004104842A (en) Inverter device
RU2410813C1 (en) Method to provide for operability of three-phase asynchronous electric drive
WO2021182460A1 (en) Control device and control method for frequency converter and control device for variable-speed pumped-storage hydroelectricity system
JP2011217467A (en) Dc-three-phase conversion equipment of neutral point step-up system
JP2003047295A (en) Gas turbine system and its control method
JP2004120853A (en) Power output equipment
JP2003153579A (en) Motor drive control apparatus and method
EP2731262A1 (en) Variable frequency speed control system for motor
JP3884260B2 (en) Wind power generator
RU2326480C1 (en) Method of control and provision of survivability of three phase induction motor
EP3468027B1 (en) Power conversion device, control device and control method thereof, and power generation system
JP4398440B2 (en) Wind power generator
RU2460190C1 (en) Method to control and provide robustness of three-phase induction motor of rotary or reciprocal motion
JP5366634B2 (en) Electric motor control device
EP4054069A1 (en) Power conversion device and electric device

Legal Events

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

Effective date: 20111229