RU2466492C1 - Способ векторного управления пуском и торможением асинхронизированной машины - Google Patents
Способ векторного управления пуском и торможением асинхронизированной машины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2466492C1 RU2466492C1 RU2011136165/07A RU2011136165A RU2466492C1 RU 2466492 C1 RU2466492 C1 RU 2466492C1 RU 2011136165/07 A RU2011136165/07 A RU 2011136165/07A RU 2011136165 A RU2011136165 A RU 2011136165A RU 2466492 C1 RU2466492 C1 RU 2466492C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- rotor
- converter
- startup
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электрическими машинами двойного питания большой мощности - асинхронизированными электрическими машинами (АСМ). Техническим результатом является обеспечение мобильного (ускоренного) пуска и торможения без использования дополнительного оборудования. В способе векторного управления пуском и торможением определяют частоту и фазу ЭДС скольжения, наводимой в обмотках ротора (2) вращающимся магнитным полем статора (5), и подают с помощью преобразователя (1) частоты на обмотки ротора (2) напряжение возбуждения на частоте скольжения. Фазу напряжения возбуждения устанавливают относительно фазы ЭДС скольжения со сдвигом в сторону опережения при пуске и - в сторону отставания при торможении, а амплитуду регулируют в соответствии с требуемым вращающим моментом. Сдвиг напряжения возбуждения относительно фазы ЭДС скольжения устанавливают в пределах 80-100 электрических градусов. Устройство содержит преобразователь (1) частоты, питающий обмотку ротора (2) АСМ, устройство (3) управления, датчик (4) напряжения статора (5) АСМ и датчика (6) положения ротора (2). Устройство (3) управления состоит из блока (11), который управляет преобразователем в режиме обычной работы, и блока 12, который управляет преобразователем - в режимах пуска и торможения. Переключение преобразователя осуществляет ключ (13). 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к управлению электрическими машинами переменного тока и, в особенности, к системам возбуждения электрических машин двойного питания большой мощности (десятки и сотни МВт). Такие машины в технической (отечественной и зарубежной) литературе носят название асинхронизированных машин (АСМ). Они способны работать синхронно с сетью при частоте вращения, отличной от синхронной, и могут использоваться в качестве генератора, двигателя, компенсатора реактивной мощности и кратковременных колебаний активной мощности. Решаемая проблема относится к управлению пуском и торможением АСМ и особенно актуальна для компенсаторов, ветро- и гидрогенераторов.
Уровень техники
Известен способ управления пуском электрической машины двойного питания, при котором обмотку статора питают через трехфазный мостовой инвертор на силовых ключах IGBT модулей, а на обмотку ротора подают (от преобразователя частоты системы возбуждения) фиксированное напряжение такой формы, чтобы наведенный в статоре ток имел синусоидальный характер [пат. RU 2427069].
Недостаток этого аналога - низкая технико-экономическая эффективность (особенно для машин большой мощности), обусловленная необходимостью иметь в статорной цепи машины дополнительное оборудование в виде трехфазного мостового инвертора на силовых ключах IGBT модулей.
Известен способ управления электрической машиной двойного питания, при котором обмотку статора питают от трехфазной сети, а обмотки ротора - от преобразователя частоты системы возбуждения, при этом в обмотку статора подают напряжение постоянной амплитуды, а в обмотку ротора через преобразователь частоты подают регулируемое трехфазное напряжение возбуждения, направленное встречно ЭДС скольжения, наведенной в обмотке ротора, и превышающее ее по величине [пат. RU 2076450]. Это решение выбрано в качестве прототипа.
Недостаток прототипа - малый разгонный или тормозящий электромагнитный момент на валу машины при ее пуске или торможении и, соответственно, большое время запуска или останова.
Раскрытие существа изобретения
Техническим результатом изобретения является обеспечение мобильного (ускоренного) пуска и торможения электрической машины двойного питания, например АСМ большой мощности, без использования дополнительного пускового или тормозного оборудования.
Предметом изобретения является способ векторного управления пуском и торможением асинхронизированной электрической машины, подключенной к трехфазной электросети, заключающийся в том, что определяют частоту и фазу ЭДС скольжения, наводимой в обмотках ротора вращающимся магнитным полем статора, и подают напряжение возбуждения с частотой скольжения на обмотки ротора, при этом фазу напряжения возбуждения устанавливают относительно фазы ЭДС скольжения со сдвигом в сторону опережения при пуске и - в сторону отставания при торможении, а амплитуду регулируют в соответствии с требуемым вращающим моментом.
Это позволяет получить указанный выше технический результат.
Уточняющее развитие изобретения состоит в том, что сдвиг напряжения возбуждения относительно фазы ЭДС скольжения устанавливают в пределах 80÷100 электрических градусов.
Краткое описание чертежей.
На фиг.1 показана общая схема АСМ, питающейся от сети, с системой возбуждения, подключенной к обмоткам ротора.
На фиг.2 представлена блок-схема, иллюстрирующая возможный вариант выполнения системы возбуждения, осуществляющей заявляемый способ.
На фиг.3 представлена векторная диаграмма роторной цепи АСМ в режимах пуска и торможения с управлением по заявляемому способу.
Осуществление изобретения
На общей схеме АСМ (фиг.1) показана ее система возбуждения, которая содержит преобразователь 1 частоты, питающий обмотку ротора 2, и устройство 3 управления, к входам которого подключены выходы датчика 4 напряжения статора 5 АСМ и датчика 6 положения ротора 2, а к выходу - управляющий вход преобразователя 1. Обмотки ротора 2 и статора 5 трехфазные. Обмотка ротора 2 подключена к выходу преобразователя 1 частоты, а обмотка статора 5 подключена к сети переменного тока через выключатель 7 и блочный трансформатор 8. Питание преобразователя 1 осуществляется от согласующего трансформатора 9. На фиг.1 показана также турбина 10 (например, ветровая или гидравлическая).
Устройство 3 управления условно показано на фиг.1 в виде двух блоков. Блок 11 управляет преобразователем 1 в режиме обычной работы (т.е. в соответствии с технологическими требованиями), а блок 12 - в режимах пуска и торможения. Переключение управляющего входа преобразователя 1 между выходами блоков 11 и 12 осуществляет ключ 13. В блок 12 по двум двухпроводным цепям поступают от датчика 4 и датчика 6 ортогональные составляющие сигналов, характеризующих вектор Uг напряжения статора 5 и вектор Uдпр положения ротора 2. Устройство управления 3 формирует трехфазный сигнал µUfо, частота, амплитуда и фаза которого однозначно определяют соответствующие параметры трехфазного напряжения Uf, подаваемого преобразователем 1 на обмотку ротора 2.
Преобразователь 1 может быть выполнен по схеме инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией на IGBT-модулях, IGCT тиристорах или GTO-тиристорах и должен обеспечивать рабочую полосу частот выходного напряжения в диапазоне от частоты сети (например, 50 Гц) до нуля.
Работа системы возбуждения при осуществлении заявляемого способа описывается ниже с помощью схемы на фиг.2, отражающей функциональное содержание блока 12 устройства 3 управления. На практике устройство 3 управления может быть реализовано на базе одного или нескольких программируемых контроллеров.
Блок 14, в состав которого входят блоки 15 и 16, формирует нормированное опорное напряжение Uo, частота и фаза которого совпадают с соответствующими параметрами ЭДС скольжения ротора 2 относительно поля, создаваемого током статора 5. Для этого блок 15 предварительно формирует из ортогональных составляющих напряжения Uг и сигнала Uдпр ортогональные составляющие их разностной частоты (равной частоте Ω, скольжения), которые затем нормируются по амплитуде блоком 16.
Блок 17 (фазовращатель), в состав которого входят блоки 18 и 19, сдвигает фазу опорного напряжения Uo на задаваемый угол α и выдает ортогональные составляющие сдвинутого напряжения Uoα. Для этого блок 18 (функциональный преобразователь) предварительно формирует константы sinα и cosα, с помощью которых блок 19 формирует ортогональные составляющие сдвинутого напряжения Uoα.
Преобразования ортогональных составляющих в блоках 15 и 19 выполняются в соответствии с известными математическими формулами для тригонометрических функций разности и суммы аргументов.
Заданное значение угла α поступает на вход блока 17 из блока 20 задания фазы, в состав которого входят переключатель 21 и блок 22.
Переключатель 21 подает в блок 19 значение угла α, обеспечивающее сдвиг фазы в сторону опережения (α=αп) или отставания (α=αт) в зависимости от выбранного режима пуска или торможения. Блок 22 в составе блока 20 осуществляет необходимое демпфирование изменений угла α, учитывающее инерционность протекающих электромеханических процессов.
В блоке 23, в состав которого входят блоки 24, 25 и 26, вырабатывается трехфазное напряжение заданной амплитуды, управляющее преобразователем 1. Это напряжение формируется блоком 24 (блок преобразования числа фаз) из ортогональных составляющих сдвинутого напряжения параметров опорного вектора Uoα, умножаемых в блоках-модуляторах 25 и 26 на скалярную величину µ.
Задание µ в соответствии с требуемой тахограммой M(t) пуска или торможения осуществляет блок 27, состоящий аналогично блоку 20 из переключателя 28 и демпфирующего блока 29. В общем случае тахограммы (т.е. временные зависимости момента М) для пуска M(t)п и торможения M(t)т могут задаваться различными (например, плавный пуск и экстренное торможение). Сигнал µ может изменяться в пределах 0-1.
Преобразователь 1 (см. фиг.1) в соответствии с управляющим напряжением, сформированным устройством 3 управления, подает на обмотку ротора 2 трехфазное напряжение Uf с частотой Ω скольжения и амплитудой, равной µUoαKп, где Кп - коэффициент усиления преобразователя 1 по напряжению, который определяется параметрами его силовой схемы и обмотки возбуждения АСМ.
Векторная диаграмма на фиг.3 иллюстрирует процессы в роторной цепи при пуске и торможении (пунктиром). Активное сопротивление обмоток ротора считается пренебрежимо малым.
На фиг.3 обозначено:
If - ток в обмотке ротора, IfA - активная составляющая тока If;
Uf - выходное напряжение системы возбуждения, подаваемое преобразователем 1 на обмотку ротора 2;
Ef - ЭДС скольжения, наведенная вращающимся полем статора в обмотке ротора;
x'f - эквивалентное индуктивное сопротивление роторной цепи;
UΣ - суммарное напряжение на обмотке ротора (UΣ=Ifx'f);
α, β, γ - углы между векторами.
Напряжение Uf (см. фиг.3) сдвинуто по фазе относительно ЭДС скольжения Ef нa заданный угол α в сторону опережения при пуске (при этом α=αп) или в сторону отставания (пунктир) при торможении (при этом α=αт).
Вектора If и UΣ ортогональны, поскольку сопротивление роторной обмотки xf имеет практически чисто индуктивный характер. В этом случае, как видно из векторной диаграммы на фиг.3, ток IfA, которому пропорционален пусковой или тормозящий момент на валу ротора, представляет собой проекцию тока If на направление Ef. Если вектор Uf опережает Ef, то ток IfA совпадает по направлению с наводимой ЭДС Ef, и, следовательно, создает пусковой (разгонный) момент, а если - отстает, то ток IfA и Ef направлены встречно и создаваемый момент - тормозящий.
Из векторной диаграммы видно, что ток IfA максимален при угле α между векторами Ef, и Uf, близком к 90°. Максимальное значение тока IfA обеспечивает, соответственно, максимальный момент (пусковой или тормозящий) на валу ротора. Поэтому предпочтительное значение угла α близко к 90° и лежит в пределах 80÷100 электрических градусов. Это также подтверждено расчетно-аналитическими и экспериментальными исследованиями, проведенными на компьютерной модели.
Claims (2)
1. Способ векторного управления пуском и торможением асинхронизированной электрической машины, подключенной к трехфазной электросети, заключающийся в том, что определяют частоту и фазу ЭДС скольжения, наводимой в обмотках ротора вращающимся магнитным полем статора, и подают напряжение возбуждения с частотой скольжения на обмотки ротора, при этом фазу напряжения возбуждения устанавливают относительно фазы ЭДС скольжения со сдвигом в сторону опережения при пуске и в сторону отставания при торможении, а амплитуду регулируют в соответствии с требуемым вращающим моментом.
2. Способ по п.1, при котором сдвиг напряжения возбуждения относительно фазы ЭДС скольжения устанавливают в пределах 80÷100 электрических градусов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011136165/07A RU2466492C1 (ru) | 2011-08-31 | 2011-08-31 | Способ векторного управления пуском и торможением асинхронизированной машины |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011136165/07A RU2466492C1 (ru) | 2011-08-31 | 2011-08-31 | Способ векторного управления пуском и торможением асинхронизированной машины |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2466492C1 true RU2466492C1 (ru) | 2012-11-10 |
Family
ID=47322412
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011136165/07A RU2466492C1 (ru) | 2011-08-31 | 2011-08-31 | Способ векторного управления пуском и торможением асинхронизированной машины |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2466492C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2580508C1 (ru) * | 2014-11-18 | 2016-04-10 | Николай Петрович Чернов | Способ управления торможением частотного электропривода с многоуровневым инвертором напряжения |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1548414A (ru) * | 1966-09-03 | 1968-12-06 | ||
RU2076450C1 (ru) * | 1994-01-06 | 1997-03-27 | Липецкий государственный технический университет | Способ регулирования частоты вращения двигателя двойного питания и устройство для его осуществления |
RU2106055C1 (ru) * | 1995-10-26 | 1998-02-27 | Новосибирский государственный технический университет | Система управления машиной двойного питания |
US5942875A (en) * | 1995-08-11 | 1999-08-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for operating an asynchronous machine |
RU2189104C2 (ru) * | 2001-07-20 | 2002-09-10 | Дальневосточный государственный технический университет | Устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором |
JP2005086906A (ja) * | 2003-09-09 | 2005-03-31 | Hitachi Ltd | 可変速発電電動機の始動方法、及び、可変速発電電動機の制御装置 |
RU2320073C1 (ru) * | 2006-12-11 | 2008-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" | Устройство для управления двигателем двойного питания |
EP1974462B1 (en) * | 2005-12-30 | 2011-06-29 | Universidad Publica de Navarra | Method and system of control of the converter of an electricity generation facility connected to an electricity network in the presence of voltage sags in said network |
-
2011
- 2011-08-31 RU RU2011136165/07A patent/RU2466492C1/ru active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1548414A (ru) * | 1966-09-03 | 1968-12-06 | ||
RU2076450C1 (ru) * | 1994-01-06 | 1997-03-27 | Липецкий государственный технический университет | Способ регулирования частоты вращения двигателя двойного питания и устройство для его осуществления |
US5942875A (en) * | 1995-08-11 | 1999-08-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for operating an asynchronous machine |
RU2106055C1 (ru) * | 1995-10-26 | 1998-02-27 | Новосибирский государственный технический университет | Система управления машиной двойного питания |
RU2189104C2 (ru) * | 2001-07-20 | 2002-09-10 | Дальневосточный государственный технический университет | Устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором |
JP2005086906A (ja) * | 2003-09-09 | 2005-03-31 | Hitachi Ltd | 可変速発電電動機の始動方法、及び、可変速発電電動機の制御装置 |
EP1974462B1 (en) * | 2005-12-30 | 2011-06-29 | Universidad Publica de Navarra | Method and system of control of the converter of an electricity generation facility connected to an electricity network in the presence of voltage sags in said network |
RU2320073C1 (ru) * | 2006-12-11 | 2008-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" | Устройство для управления двигателем двойного питания |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2580508C1 (ru) * | 2014-11-18 | 2016-04-10 | Николай Петрович Чернов | Способ управления торможением частотного электропривода с многоуровневым инвертором напряжения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2646041C (en) | Aircraft engine starter/generator and controller | |
CN106416051B (zh) | 电动机驱动装置 | |
EP2908427B1 (en) | Systems and methods for initializing a generator | |
RU2466492C1 (ru) | Способ векторного управления пуском и торможением асинхронизированной машины | |
JP6134787B2 (ja) | 回転電機システムまたは風力発電システム | |
JP2555407B2 (ja) | 交流励磁発電電動装置 | |
RU113440U1 (ru) | Система возбуждения асинхронизированной электрической машины | |
JPH10313598A (ja) | 揚水発電装置 | |
CN110957948A (zh) | 用于运行三相电机的方法 | |
JP2538862B2 (ja) | 可変速揚水発電システムの制御装置 | |
Meshcheryakov et al. | Mathematical Simulation of the Synchronized Asynchronous Electric Drive | |
Jiao et al. | Research on excitation control methods for the two-phase brushless exciter of wound-rotor synchronous starter/generators in the starting mode | |
Zhong | AC Ward Leonard drive systems: Revisiting the four-quadrant operation of AC machines | |
EP3562028B1 (en) | Externally modulated independent speed variable frequency generator | |
EP2571157B1 (en) | Method and device for controlling power to an electric machine | |
RU2213409C2 (ru) | Способ управления автономным асинхронным генератором | |
Mekri et al. | Analysis, simulation and experimental strategies of 5-phase permanent magnet motor control | |
JPH06303800A (ja) | 発電機の制御装置及び発電機の運転制御方法 | |
JPH09215102A (ja) | 電気車の制御装置及び制御方法 | |
Drozdowski et al. | Mathematical Study and Control of Diesel Rotary Uninterruptible Power Supply | |
JP7412309B2 (ja) | 系統併入装置 | |
Drobkin et al. | Thyristor starters for ASK-100 asynchronized compensators | |
JP5473166B2 (ja) | 可変速揚水発電装置の制御装置 | |
Kozak | Initial Excitation Issues of Synchronous Generator with VSI Inverter in Varying Rotational Speed Operation | |
RU2242080C2 (ru) | Способ управления возбуждением синхронной машины |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |