RU2412526C1 - Variable-frequency control device of asynchronous electric motor - Google Patents

Variable-frequency control device of asynchronous electric motor Download PDF

Info

Publication number
RU2412526C1
RU2412526C1 RU2010108563/07A RU2010108563A RU2412526C1 RU 2412526 C1 RU2412526 C1 RU 2412526C1 RU 2010108563/07 A RU2010108563/07 A RU 2010108563/07A RU 2010108563 A RU2010108563 A RU 2010108563A RU 2412526 C1 RU2412526 C1 RU 2412526C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
adder
converter
frequency
Prior art date
Application number
RU2010108563/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Львович Кодкин (RU)
Владимир Львович Кодкин
Александр Сергеевич Аникин (RU)
Александр Сергеевич Аникин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный 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 "Южно-Уральский государственный университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет"
Priority to RU2010108563/07A priority Critical patent/RU2412526C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2412526C1 publication Critical patent/RU2412526C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: variable-frequency control device includes asynchronous motor, frequency and voltage converter the control inputs of which are connected to outputs of the second and the third adders, the first input of the second adder is connected to functional transducer, the first input of the third adder is connected to the output of the first adder the first input of which is connected to signal setting source, current sensors of stator winding of motor, the outputs of which are connected to the first and the second inputs of functional current transducer the second output of which is connected to the second reversible input of the fourth adder, the first input of which is connected to current limiting signal source, and output of the fourth adder is connected to the input of the second static non-linear transducer the output of which is connected to the input of proportional integral control. The first output of functional current transducer is connected to input of static transducer and to input of the first static non-linear transducer, the outputs of which are connected to the second inputs of the second and third adders respectively. Output of proportional integral control is connected to the second input of the first adder.
EFFECT: providing overload capacity of drive, reducing losses in stator and rotor of motor which is under high loads owing to decreasing the slide and increasing the flow.
6 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в частотно-регулируемых электроприводах. Предлагаемое устройство может быть использовано для создания автоматизированных электроприводов переменного тока с частотным управлением, испытывающих нагрузки выше номинальных, без дополнительных датчиков скорости, и, в частности, для создания тягового электропривода транспортных устройств городского хозяйства, например, привода троллейбуса, трамвая; горнорудной промышленности, например, привода шахтного электровоза, шахтного самоходного вагона.The invention relates to electrical engineering and can be used in variable frequency drives. The proposed device can be used to create automated AC electric drives with frequency control, experiencing loads above the nominal, without additional speed sensors, and, in particular, to create a traction electric drive of urban transport devices, for example, a trolley bus, tram; mining industry, for example, the drive of a mine electric locomotive, mine self-propelled wagon.

При использовании автоматизированных электроприводов с частотным управлением двигателями переменного тока без дополнительных датчиков скорости возникают проблемы поддержания скорости и защиты двигателя и преобразователя при нагрузках выше номинальных. Сложности управления асинхронными двигателями характерны для многодвигательных приводов, когда два и более двигателей питаются от одного преобразователя.When using automated electric drives with frequency control of AC motors without additional speed sensors, problems arise in maintaining the speed and protection of the motor and the converter at loads above nominal. The difficulties of controlling asynchronous motors are typical for multi-motor drives, when two or more motors are powered by one converter.

Скалярное частотное управление является основным видом управления, используемым в автоматизированном асинхронном электроприводе. В настоящее время, несмотря на конкуренцию с векторными способами управления, оно довольно широко распространено, т.к. позволяет решать многие технические задачи массового электропривода проще и эффективнее. Это относится в первую очередь к приводам с низкими требованиями по динамике. При скалярном способе управления можно управлять двумя и более двигателями, к тому же он не требует дополнительных датчиков (скорости, потока). Поэтому наиболее часто в частотно-регулируемых электроприводах используется скалярное управление.Scalar frequency control is the main type of control used in an automated asynchronous electric drive. Currently, despite the competition with vector control methods, it is quite widespread, because allows you to solve many technical problems of a mass electric drive easier and more efficiently. This applies primarily to drives with low dynamics requirements. With a scalar control method, two or more engines can be controlled, moreover, it does not require additional sensors (speed, flow). Therefore, most often in variable frequency drives, scalar control is used.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство частотного управления асинхронным двигателем (Система управления электроприводом / В.М.Терехов, О.И.Осипов. - М.: Академия, 2005, - 301 с., стр.191-195, рис.6.27). Данный вариант используется в тех случаях, когда невозможна установка датчиков скорости, либо в многодвигательных приводах, когда два и более двигателей питаются от одного преобразователя.Closest to the proposed device is the frequency control of an induction motor (Electric Drive Control System / V.M. Terekhov, O. I. Osipov. - M .: Academy, 2005, - 301 p., Pp. 191-195, Fig. 6.27) . This option is used in cases where it is not possible to install speed sensors, or in multi-motor drives, when two or more motors are powered by one converter.

Устройство содержит асинхронный двигатель, преобразователь частоты и напряжения и функциональный преобразователь, в котором реализуется зависимость амплитуды напряжения от частоты. В устройство входят датчики тока статорной обмотки двигателя, сигналы с выходов которых подаются на входы функционального преобразователя тока, где формируются выходные сигналы, пропорциональные действующему значению тока статора и активной составляющей этого тока. Положительная обратная связь по активной составляющей тока статора, которая корректирует одновременно сигнал канала напряжения и сигнал канала частоты и напряжения, обеспечивает увеличение потока. Отрицательная обратная связь по действующему значению тока статора корректирует эти же сигналы.The device comprises an induction motor, a frequency and voltage converter, and a functional converter, in which the voltage amplitude versus frequency is realized. The device includes current sensors of the stator winding of the motor, the signals from the outputs of which are fed to the inputs of the functional current transducer, where output signals proportional to the effective value of the stator current and the active component of this current are generated. Positive feedback on the active component of the stator current, which simultaneously corrects the voltage channel signal and the frequency and voltage channel signal, provides an increase in flow. Negative feedback on the effective value of the stator current corrects these same signals.

Схема работает удовлетворительно при номинальных нагрузках (ток статора и скольжение не превышают своих номинальных значений), когда участки электромеханических и механических характеристик линейны. При максимальных нагрузках (ток статора и скольжение больше своих номинальных значений) за счет функции токоограничения снижается перегрузочная способность двигателя. Схема сохраняет работоспособность, если за время перегрузки не срабатывают защиты от перегрева преобразователя или двигателя. Когда действуют продолжительные максимальные нагрузки, защита отключает преобразователь. Для ряда приводов это приводит к аварийной ситуации.The circuit works satisfactorily at rated loads (stator current and slip do not exceed their nominal values), when the sections of electromechanical and mechanical characteristics are linear. At maximum loads (stator current and slip more than their rated values), the motor overload capacity is reduced due to the current limiting function. The circuit remains operational if, during an overload, protection against overheating of the inverter or motor does not work. When continuous overloads are in effect, protection trips the inverter. For a number of drives this leads to an emergency.

Данный алгоритм функции токоограничения - это основной недостаток. При таком алгоритме поток в двигателе, а следовательно, и жесткость механической характеристики значительно снижаются.This current limiting function algorithm is a major drawback. With this algorithm, the flow in the engine, and hence the rigidity of the mechanical characteristic, is significantly reduced.

Сигнал отрицательной обратной связи по действующему значению тока статора поступает на инверсный вход второго сумматора, при этом уменьшается только амплитуда напряжения на статоре двигателя, частота этого напряжения остается постоянной. Жесткость характеристики снижается, уменьшается поток и момент двигателя, вызывая опрокидывание механической характеристики асинхронного двигателя. Токи статора и ротора резко возрастают, вызывая перегрев двигателя и преобразователя, что в итоге приводит к аварийной ситуации.The negative feedback signal for the current value of the stator current is fed to the inverse input of the second adder, while only the voltage amplitude at the motor stator decreases, the frequency of this voltage remains constant. The stiffness of the characteristic is reduced, the flow and torque of the motor are reduced, causing the mechanical characteristics of the induction motor to tip over. The stator and rotor currents increase sharply, causing the motor and converter to overheat, which ultimately leads to an emergency.

Работа положительной обратной связи по току со стороны второго блока при номинальной скорости асинхронного двигателя - второй недостаток схемы. Второй блок одновременно увеличивает выходные частоту и напряжение преобразователя частоты при росте нагрузки на валу двигателя. Если допустимые значения частоты и напряжения питания соответствуют номинальным значениям, то данный контур при номинальной скорости не оказывает никакого влияния на работу схемы.The positive current feedback from the second unit at the rated speed of the induction motor is the second drawback of the circuit. The second unit simultaneously increases the output frequency and voltage of the frequency converter with increasing load on the motor shaft. If the permissible values of the frequency and supply voltage correspond to the rated values, then this circuit at rated speed does not affect the operation of the circuit.

Наиболее часто при росте частоты выше номинального значения напряжение на статоре оставляют неизменным и равным номинальному значению напряжения питания двигателя. В пределах номинальных нагрузок (ток статора и скольжение не превышают своих номинальных значений) скорость двигателя поддерживается при штатном режиме работы. При нагрузках выше номинальных (ток статора и скольжение больше своих номинальных значений) данный алгоритм вызывает опрокидывание механической характеристики асинхронного двигателя. Это возникает из-за смягчения механической характеристики, что приводит к увеличению тока статора, работе схемы токоограничения и дальнейшему снижению жесткости.Most often, when the frequency rises above the nominal value, the voltage on the stator is left unchanged and equal to the nominal value of the motor supply voltage. Within the limits of rated loads (stator current and slip do not exceed their rated values), the motor speed is maintained during normal operation. At loads higher than nominal (stator current and slip are greater than their nominal values), this algorithm causes the mechanical characteristics of the induction motor to tip over. This occurs due to the softening of the mechanical characteristic, which leads to an increase in the stator current, the operation of the current limiting circuit and a further decrease in stiffness.

Существующие алгоритмы поддерживают постоянным поток в асинхронном двигателе и жесткость механической характеристики. При выходе на максимальное напряжение жесткость характеристики снижается, т.к. запас по частоте больше запаса по напряжению. Увеличение скольжения приводит к росту токов в обмотках статора и ротора и, соответственно, потерь.Existing algorithms maintain constant flow in an induction motor and the rigidity of the mechanical characteristic. When reaching the maximum voltage, the stiffness of the characteristic decreases, because the frequency margin is greater than the voltage margin. An increase in slip leads to an increase in currents in the stator and rotor windings and, consequently, losses.

Техническая задача предлагаемого устройства - обеспечение перегрузочной способности привода, снижение потерь в статоре и роторе двигателя, испытывающего большие нагрузки, за счет снижения скольжения и увеличения потока.The technical task of the proposed device is to ensure the overload capacity of the drive, reducing losses in the stator and rotor of the engine, experiencing heavy loads, by reducing slip and increasing flow.

Техническая задача достигается тем, что в устройстве управления асинхронным двигателем, содержащем асинхронный двигатель и преобразователь частоты и напряжения, управляющие входы которого соединены соответственно с выходами второго и третьего сумматоров, первый вход второго сумматора соединен с функциональным преобразователем, первый вход третьего сумматора соединен с выходом первого сумматора, первый вход которого соединен с источником сигнала задания, а также датчики тока статорной обмотки двигателя, выходы которых соединены с первым и вторым входами функционального преобразователя тока, второй выход которого соединен со вторым реверсивным входом четвертого сумматора, первый вход которого соединен с источником сигнала ограничения тока статора, а выход четвертого сумматора соединен с входом второго статического нелинейного преобразователя, выход которого соединен с входом пропорционально-интегрального регулятора, согласно изобретению первый выход функционального преобразователя тока соединен с входом статического преобразователя и с входом первого статического нелинейного преобразователя, выходы которых соединены со вторыми входами второго и третьего сумматоров соответственно, выход пропорционально-интегрального регулятора соединен со вторым входом первого сумматора.The technical problem is achieved in that in an asynchronous motor control device comprising an asynchronous motor and a frequency and voltage converter, the control inputs of which are connected respectively to the outputs of the second and third adders, the first input of the second adder is connected to the functional converter, the first input of the third adder is connected to the output of the first an adder, the first input of which is connected to the source of the reference signal, as well as current sensors of the stator winding of the motor, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the functional current converter, the second output of which is connected to the second reverse input of the fourth adder, the first input of which is connected to the stator current limiting signal source, and the output of the fourth adder is connected to the input of the second static nonlinear converter, the output of which is connected to the input of the proportional-integral controller, according to the invention, the first output of the functional current transducer is connected to the input of the static converter and to the input of the first article non-linear converter, the outputs of which are connected to the second inputs of the second and third adders, respectively, the output of the proportional-integral controller is connected to the second input of the first adder.

Техническая задача достигается тем, что перегрузочная способность привода обеспечивается снижением частоты при больших нагрузках с разрывом связи между напряжением и частотой. Выходной сигнал второго статического нелинейного преобразователя меняет свой знак с плюса на минус при превышении сигнала, пропорционального активной составляющей тока статора, своего номинального значения. Это приводит к снижению задания на частоту и синхронной скорости двигателя. При этом происходит увеличение потока двигателя, а следовательно, увеличение жесткости механической характеристики. Это приводит к уменьшению скольжения двигателя в полтора-два раза, а скорость снизится на пять-семь процентов по сравнению со скоростью двигателя при начальной большей синхронной скорости двигателя, работающего от прототипа. При этом снижаются потери в двигателе. Защита преобразователя частоты и двигателя от перегрузок по току обеспечивается за счет поступающего на первый сумматор сигнала отрицательной обратной связи по току статора. Когда ток статора превышает свое допустимое значение, выходной сигнал четвертого статического нелинейного преобразователя воздействует одновременно на уменьшение частоты и напряжения питания асинхронного двигателя. Таким образом, обеспечивается постоянство магнитного потока, абсолютного скольжения и, в итоге, момента двигателя.The technical problem is achieved by the fact that the overload capacity of the drive is ensured by a decrease in frequency at high loads with a break in the connection between voltage and frequency. The output signal of the second static non-linear converter changes its sign from plus to minus when the signal proportional to the active component of the stator current is exceeded, its nominal value. This reduces the frequency reference and the synchronous motor speed. In this case, an increase in engine flow occurs, and consequently, an increase in the rigidity of the mechanical characteristic. This leads to a decrease in engine slip in one and a half to two times, and the speed will decrease by five to seven percent compared to the speed of the engine with an initial greater synchronous speed of the engine running on the prototype. At the same time, losses in the engine are reduced. The frequency converter and the motor are protected against overcurrent due to the stator current feedback signal fed to the first adder. When the stator current exceeds its permissible value, the output signal of the fourth static non-linear converter acts simultaneously to reduce the frequency and voltage of the induction motor. Thus, the constancy of the magnetic flux, absolute slip and, ultimately, the motor torque is ensured.

Заявленное устройство представлено на следующих чертежах: на фиг.1 представлена блок-схема устройства для управления частотно-регулируемым асинхронным электроприводом, на фиг.2 представлена характеристика статического преобразователя, на фиг.3 представлена характеристика первого статического нелинейного преобразователя, на фиг.4 представлена характеристика второго статического нелинейного преобразователя, на фиг.5 представлена характеристика пропорционально-интегрального регулятора, на фиг.6 представлены поясняющие его работу механические и электромеханические характеристики асинхронного двигателя. На фиг.1 цифрами обозначены:The claimed device is presented in the following drawings: figure 1 shows a block diagram of a device for controlling a frequency-controlled asynchronous electric drive, figure 2 shows a characteristic of a static converter, figure 3 shows a characteristic of a first static non-linear converter, figure 4 shows a characteristic the second static non-linear converter, figure 5 presents the characteristic of the proportional-integral controller, figure 6 presents the explanatory work of his fur nical and electromechanical characteristics of the induction motor. In figure 1, the numbers denote:

1 - первый сумматор;1 - the first adder;

2 - функциональный преобразователь;2 - functional converter;

3 - третий сумматор;3 - the third adder;

4 - пропорционально-интегральный регулятор;4 - proportional-integral controller;

5 - второй сумматор;5 - second adder;

6 - статический преобразователь;6 - static converter;

7 - первый статический нелинейный преобразователь;7 - the first static nonlinear converter;

8 - второй статический нелинейный преобразователь;8 - second static nonlinear converter;

9 - преобразователь частоты и напряжения;9 - frequency and voltage converter;

10 - четвертый сумматор;10 - the fourth adder;

11 - датчик тока фазы А;11 - phase A current sensor;

12 - датчик тока фазы С;12 - phase C current sensor;

13 - функциональный преобразователь тока;13 - functional current transducer;

14 - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.14 - squirrel cage induction motor.

Устройство управления асинхронным двигателем содержит асинхронный двигатель 14 и преобразователь частоты и напряжения 9. Управляющие входы uf и uu, которые определяют значения частоты f1 и напряжения U1 на выходе преобразователя частоты и напряжения 9, соединены соответственно с выходами второго 5 и третьего 3 сумматоров. На первый вход третьего 3 сумматора подается сигнал u1 с выхода первого сумматора 1, а на первый вход второго сумматора 5 этот сигнал проходит через функциональный преобразователь 2, в котором реализуется зависимость амплитуды напряжения от частоты, и на выходе формируется сигнал u2. На первый вход первого сумматора 1 подается сигнал задания u2. В устройство входят датчики тока статорной обмотки двигателя 11 и 12, сигналы с выходов которых подаются на входы функционального преобразователя тока 13, где формируются выходные сигналы I1 и I1a, пропорциональные соответственно действующему значению тока статора и активной составляющей этого тока. Сигнал I1a подается на вход статического преобразователя 6, характеристика которого представлена на фиг.2, и на вход первого статического нелинейного преобразователя 7, характеристика которого представлена на фиг.3. Выход первого статического нелинейного преобразователя 7 соединен со вторым входом третьего сумматора 3. Сигнал на выходе первого статического нелинейного преобразователя 7 меняет свой знак с плюса на минус при превышении сигнала, пропорционального активной составляющей тока статора, своего номинального значения. Выход статического преобразователя 6 соединен со вторым входом второго сумматора 5. Сигнал I1 подается на второй реверсивный вход четвертого сумматора 10, на первый вход которого подается сигнал I1max. Сигнал I1max соответствует установленному максимальному действующему значению тока статора. Выход четвертого сумматора 10 соединен с входом второго статического нелинейного преобразователя 8, характеристика которого представлена на фиг.4. Его выход соединен с входом пропорционально-интегрального регулятора 4, характеристика которого представлена на фиг.5. Выход пропорционально-интегрального регулятора 4 соединен со вторым реверсивным входом первого сумматора 1.The asynchronous motor control device comprises an asynchronous motor 14 and a frequency and voltage converter 9. The control inputs u f and u u , which determine the values of frequency f 1 and voltage U 1 at the output of the frequency converter and voltage 9, are connected respectively to the outputs of the second 5 and third 3 adders. The signal u 1 is supplied to the first input of the third 3 adder from the output of the first adder 1, and the signal passes through the functional converter 2 to the first input of the second adder 5, in which the voltage amplitude depends on the frequency, and the signal u 2 is generated at the output. At the first input of the first adder 1, the reference signal u 2 is applied. The device includes current sensors of the stator winding of the motor 11 and 12, the signals from the outputs of which are fed to the inputs of the functional current transducer 13, where the output signals I 1 and I 1a are generated, which are proportional to the effective value of the stator current and the active component of this current, respectively. The signal I 1a is fed to the input of the static converter 6, the characteristic of which is shown in FIG. 2, and to the input of the first static non-linear converter 7, the characteristic of which is shown in FIG. 3. The output of the first static non-linear converter 7 is connected to the second input of the third adder 3. The signal at the output of the first static non-linear converter 7 changes its sign from plus to minus when the signal proportional to the active component of the stator current exceeds its nominal value. The output of the static Converter 6 is connected to the second input of the second adder 5. The signal I 1 is fed to the second reversing input of the fourth adder 10, the first input of which the signal I 1max . The signal I 1max corresponds to the set maximum effective value of the stator current. The output of the fourth adder 10 is connected to the input of the second static non-linear converter 8, the characteristic of which is shown in Fig.4. Its output is connected to the input of the proportional-integral controller 4, the characteristic of which is shown in Fig.5. The output of the proportional-integral controller 4 is connected to the second reverse input of the first adder 1.

Устройство работает следующим образом: при токах меньших I1max работает контур с обратной связью по активной составляющей тока статора, и происходит поддержание скорости с минимальным скольжением. При дальнейшем увеличении нагрузки с помощью четвертого сумматора 10 и второго статического нелинейного преобразователя 8 подключается контур с обратной связью по действующему току статора, и работает режим токоограничения.The device operates as follows: at currents lower than I 1max , a loop with feedback on the active component of the stator current operates, and the speed is maintained with minimal slip. With a further increase in the load using the fourth adder 10 and the second static non-linear converter 8, a loop with feedback on the effective stator current is connected, and the current limiting mode works.

Второй статический нелинейный преобразователь 8 инвертирует только поступающий на его вход отрицательный сигнал с четвертого сумматора 10. Если ток I1 меньше допустимого значения I1max, сигналы с выхода второго статического нелинейного преобразователя 8, а следовательно, и с выхода пропорционально-интегрального регулятора 4 равны нулю (u8=0 и u4=0), работает только контур с обратной связью по активной составляющей тока статора.The second static non-linear converter 8 inverts only the negative signal input to its input from the fourth adder 10. If the current I 1 is less than the permissible value of I 1max , the signals from the output of the second static non-linear converter 8, and therefore from the output of the proportional-integral controller 4, are equal to zero (u 8 = 0 and u 4 = 0), only the loop with feedback on the active component of the stator current works.

Когда активная составляющая тока статора меньше своего номинального значения, положительная обратная связь по активной составляющей тока статора корректирует одновременно сигнал канала напряжения и сигнал канала частоты. По мере увеличения момента статической нагрузки асинхронного двигателя 14 и соответствующего увеличения тока статора на вход второго сумматора 5 поступает дополнительный сигнал u6, увеличивающий сигнал uu, определяющий значение напряжения на выходе преобразователя частоты.When the active component of the stator current is less than its nominal value, the positive feedback on the active component of the stator current corrects both the voltage channel signal and the frequency channel signal. As the moment of static load of the induction motor 14 increases and the stator current increases correspondingly, the input of the second adder 5 receives an additional signal u 6 , increasing the signal u u , which determines the voltage value at the output of the frequency converter.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где k6 - коэффициент усиления статического преобразователя 6, k2 - коэффициент усиления функционального преобразователя 2, uy - сигнал задания, I1a - активная составляющая тока статора.where k 6 is the gain of the static converter 6, k 2 is the gain of the functional converter 2, u y is the reference signal, I 1a is the active component of the stator current.

Также при увеличении тока статора на вход третьего сумматора 3 поступает дополнительный сигнал u7, увеличивающий сигнал uf, определяющий значение частоты на выходе преобразователя частоты.Also, when the stator current increases, an additional signal u 7 is supplied to the input of the third adder 3, increasing the signal u f , which determines the frequency value at the output of the frequency converter.

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

где k7 - такой переменный коэффициент статического нелинейного преобразователя 7, что его выходная функция соответствует характеристике, представленной на фиг.3.where k 7 is such a variable coefficient of a static nonlinear converter 7 such that its output function corresponds to the characteristic shown in FIG. 3.

В итоге по мере увеличения тока статора увеличивается частота и напряжение на выходе преобразователя частоты 9. Повышение напряжения на обмотках статора асинхронного двигателя 14 способствует компенсации падения напряжения на полном их сопротивлении и, в результате, увеличению потока намагничивания асинхронного двигателя 14. За счет увеличения частоты при росте нагрузки на валу асинхронного двигателя 14 соответственно увеличивается скорость идеального холостого хода асинхронного двигателя 14, обеспечивая тем самым стабилизацию его скорости. В результате сохраняется постоянство перегрузочной способности асинхронного двигателя 14 к моменту. Предел увеличения коэффициентов k6 и k7 определяется условиями устойчивости замкнутой системы управления и допустимыми значениями потока намагничивания, частоты и напряжения питания асинхронного двигателя 14.As a result, as the stator current increases, the frequency and voltage at the output of the frequency converter 9 increase. An increase in voltage at the stator windings of the induction motor 14 helps to compensate for the voltage drop at their full resistance and, as a result, increase the magnetization flux of the asynchronous motor 14. By increasing the frequency at increasing load on the shaft of the induction motor 14, respectively, increases the speed of ideal idle speed of the induction motor 14, thereby stabilizing its speed awns. As a result, the overload capacity of the induction motor 14 remains constant. The limit of the increase of the coefficients k 6 and k 7 is determined by the stability conditions of the closed-loop control system and the permissible values of the magnetization flux, frequency and voltage of the induction motor 14.

При превышении активной составляющей тока статора своего номинального значения, но, когда еще ток статора не превышает своего допустимого значения, меняется знак обратной связи в канале регулирования частоты. На фиг.6 представлена механическая 1 и электромеханическая 1' характеристики, построенные для номинального режима работы. В прототипе при дальнейшем росте нагрузки на валу увеличивается только выходная частота преобразователя, а напряжение питания сохраняется равным номинальному. При этом критический момент асинхронного двигателя убывает в первом приближении обратно пропорционально увеличению частоты, а перегрузочная способность по моменту уменьшается обратно пропорционально частоте (кривая 2 на фиг.6). В заявляемом устройстве выходной сигнал первого статического нелинейного преобразователя 7 меняет свой знак с плюса на минус при превышении сигнала, пропорционального активной составляющей тока статора, своего номинального значения. Это приводит к снижению задания на частоту и синхронной скорости двигателя.If the active component of the stator current exceeds its nominal value, but when the stator current does not exceed its allowable value, the feedback sign in the frequency control channel changes. Figure 6 presents the mechanical 1 and electromechanical 1 'characteristics built for the nominal mode of operation. In the prototype, with a further increase in the load on the shaft, only the output frequency of the converter increases, and the supply voltage remains equal to the nominal. In this case, the critical moment of the induction motor decreases in a first approximation inversely with the increase in frequency, and the overload capacity in time decreases inversely with the frequency (curve 2 in Fig.6). In the inventive device, the output signal of the first static non-linear converter 7 changes its sign from plus to minus when the signal proportional to the active component of the stator current is exceeded, its nominal value. This reduces the frequency reference and the synchronous motor speed.

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

При этом увеличивается магнитный поток в двигателе, который пропорционален отношению U/f. Жесткость механической характеристики двигателя увеличивается. Это приводит к уменьшению скольжения s2 в 1,5-2 раза до скольжения s3 (кривая 3 на фиг.6), а скорость снизится на 5-7% по сравнению со скоростью двигателя при начальной большей синхронной скорости двигателя, работающего от прототипа. При этом происходит снижение токов статора и ротора, снижаются потери в двигателе и сохраняется работоспособность привода.This increases the magnetic flux in the engine, which is proportional to the ratio U / f. The rigidity of the mechanical characteristics of the engine increases. This leads to a decrease in slip s 2 in 1,5-2 times to slip s 3 (curve 3 in Fig.6), and the speed will decrease by 5-7% compared with the speed of the engine at the initial higher synchronous speed of the engine running from the prototype . In this case, the stator and rotor currents decrease, the losses in the motor are reduced, and the drive remains operational.

Когда сигнал, пропорциональный действующему значению тока статора I1 со второго выхода функционального преобразователя тока 13, превышает сигнал ограничения тока статора I1max, на выходе третьего статического нелинейного преобразователя 8 формируется инверсный сигнал с выхода четвертого сумматора 10.When the signal proportional to the actual value of the stator current I 1 from the second output of the functional current converter 13 exceeds the stator current limit signal I 1max , an inverse signal is generated from the output of the fourth adder 10 at the output of the third static non-linear converter 8.

Figure 00000007
Figure 00000007

где I1 - сигнал, пропорциональный действующему значению тока статора, I1max - сигнал ограничения тока статора.where I 1 is a signal proportional to the effective value of the stator current, I 1max is the signal for limiting the stator current.

Этот сигнал поступает на вход пропорционально-интегрального регулятора 4. При условии, что пропорционально-интегральный регулятор 4 имеет интегральный канал регулирования, за счет отрицательной обратной связи по току преобразователь частоты 9 из источника напряжения переходит в режим источника тока. Выходной сигнал u4 воздействует одновременно на уменьшение выходного напряжения преобразователя частоты 9 и на уменьшение частоты питания асинхронного двигателя 14 за счет снижения сигнала задания uy.This signal is fed to the input of the proportional-integral controller 4. Provided that the proportional-integral controller 4 has an integral control channel, due to the negative current feedback, the frequency converter 9 switches from the voltage source to the current source mode. The output signal u 4 simultaneously affects the decrease in the output voltage of the frequency converter 9 and the decrease in the supply frequency of the induction motor 14 by reducing the reference signal u y .

Figure 00000008
Figure 00000008

где k4 - коэффициент усиления пропорционально-интегрального регулятора, Т4 - постоянная времени пропорционально-интегрального регулятора.where k 4 is the gain of the proportional-integral controller, T 4 is the time constant of the proportional-integral controller.

За счет этого поток в двигателе, который пропорционален отношению U/f, поддерживается постоянным.Due to this, the flow in the engine, which is proportional to the U / f ratio, is kept constant.

Таким образом, обеспечивается постоянство жесткости механической характеристики, абсолютного скольжения, момента двигателя и, в итоге, снижаются потери в статоре и роторе двигателя, испытывающего большие нагрузки.Thus, the constancy of the rigidity of the mechanical characteristic, absolute sliding, engine torque is ensured, and, as a result, losses in the stator and rotor of the engine experiencing heavy loads are reduced.

Claims (1)

Устройство управления асинхронным двигателем, содержащее асинхронный двигатель и преобразователь частоты и напряжения, управляющие входы которого соединены соответственно с выходами второго и третьего сумматоров, первый вход второго сумматора соединен с функциональным преобразователем, первый вход третьего сумматора соединен с выходом первого сумматора, первый вход которого соединен с источником сигнала задания, а также датчики тока статорной обмотки двигателя, выходы которых соединены с первым и вторым входами функционального преобразователя тока, второй выход которого соединен со вторым реверсивным входом четвертого сумматора, первый вход которого соединен с источником сигнала ограничения тока статора, а выход четвертого сумматора соединен с входом второго статического нелинейного преобразователя, выход которого соединен с входом пропорционально-интегрального регулятора, отличающееся тем, что первый выход функционального преобразователя тока соединен с входом статического преобразователя и с входом первого статического нелинейного преобразователя, выходы которых соединены со вторыми входами второго и третьего сумматоров соответственно, выход пропорционально-интегрального регулятора соединен со вторым входом первого сумматора. An asynchronous motor control device comprising an asynchronous motor and a frequency and voltage converter, the control inputs of which are connected respectively to the outputs of the second and third adders, the first input of the second adder is connected to the functional converter, the first input of the third adder is connected to the output of the first adder, the first input of which is connected to the source of the reference signal, as well as the current sensors of the stator winding of the motor, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the functional a current generator, the second output of which is connected to a second reverse input of the fourth adder, the first input of which is connected to a source of a current limiting signal of the stator, and the output of the fourth adder is connected to the input of a second static nonlinear converter, the output of which is connected to the input of a proportional-integral controller, characterized in that the first output of the functional current transducer is connected to the input of the static converter and to the input of the first static nonlinear converter, the output rows are connected to second inputs of the second and third adders respectively output a proportional-integral regulator is coupled to a second input of the first adder.
RU2010108563/07A 2010-03-09 2010-03-09 Variable-frequency control device of asynchronous electric motor RU2412526C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010108563/07A RU2412526C1 (en) 2010-03-09 2010-03-09 Variable-frequency control device of asynchronous electric motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010108563/07A RU2412526C1 (en) 2010-03-09 2010-03-09 Variable-frequency control device of asynchronous electric motor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2412526C1 true RU2412526C1 (en) 2011-02-20

Family

ID=46310196

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010108563/07A RU2412526C1 (en) 2010-03-09 2010-03-09 Variable-frequency control device of asynchronous electric motor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2412526C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2599529C1 (en) * 2015-11-17 2016-10-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") Device for frequency control over asynchronous electric drive

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2599529C1 (en) * 2015-11-17 2016-10-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") Device for frequency control over asynchronous electric drive

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6741060B2 (en) Method and system for controlling a permanent magnet machine during fault conditions
JP5540040B2 (en) Drive device for interior permanent magnet synchronous motor
JP4800861B2 (en) AC rotating machine control device
US9054623B2 (en) Motor control device
KR100442494B1 (en) Control method and controller for torque of inverter
US9660560B2 (en) Motor drive circuit and method of driving a motor
US6876169B2 (en) Method and controller for field weakening operation of AC machines
RU2412526C1 (en) Variable-frequency control device of asynchronous electric motor
US8975858B2 (en) Method for controlling an asynchronous machine having a converter in a manner that is optimal for (copper) loss
JP2003088194A (en) Motor drive system
JP6177623B2 (en) Synchronous motor controller
JP5172122B2 (en) Permanent magnet synchronous motor drive system for railway vehicles
JP2008167630A (en) Control unit for electric power converter
JP3468123B2 (en) Servo motor controller
JP6304401B2 (en) Motor control device and control method
KR100379687B1 (en) Torque booster for inverter
EP3139489B1 (en) Method for braking an alternating current electric motor
JP4671521B2 (en) Electric motor control device
KR100598809B1 (en) A motor control method of green car
JP7424109B2 (en) Power conversion device and its control method
Vajda et al. Limiting static and dynamic characteristics of an induction motor under frequency vector control
RU2660460C1 (en) Device for frequency control over asynchronous electric drive
JP4822138B2 (en) Power generation system and operation method thereof
JPH10210799A (en) Control method of ipm motor
RU2647882C2 (en) Power supply of asynchronous motor

Legal Events

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

Effective date: 20120310

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20131127

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20140109

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

Effective date: 20150310

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20160320

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

Effective date: 20170310

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20190523

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

Effective date: 20210310