RU2543970C1 - Device for control over digital frequency-adjustable electrical drive - Google Patents

Device for control over digital frequency-adjustable electrical drive Download PDF

Info

Publication number
RU2543970C1
RU2543970C1 RU2013146158/07A RU2013146158A RU2543970C1 RU 2543970 C1 RU2543970 C1 RU 2543970C1 RU 2013146158/07 A RU2013146158/07 A RU 2013146158/07A RU 2013146158 A RU2013146158 A RU 2013146158A RU 2543970 C1 RU2543970 C1 RU 2543970C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
motor
output
emf
input
frequency
Prior art date
Application number
RU2013146158/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013146158A (en
Inventor
Владислав Васильевич Талов
Юрий Геннадьевич Салов
Юрий Анатольевич Тюмаков
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (ОАО "НИИЭМ")
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 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (ОАО "НИИЭМ") filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (ОАО "НИИЭМ")
Priority to RU2013146158/07A priority Critical patent/RU2543970C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2543970C1 publication Critical patent/RU2543970C1/en
Publication of RU2013146158A publication Critical patent/RU2013146158A/en

Links

Landscapes

  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: proposed device comprises controlled frequency inverter, intensity master, motor e.m.f. and voltage error sensors, motor e.m.f. controller and frequency controller. Additionally introduced are current transducer, function generator, motor e.m.f. feedback signal time sampling unit. Thinker defines the sign of motor e.m.f. signal current increment. Correction unit corrects motor acceleration and deceleration time subject to aforesaid sign. Motor acceleration and deceleration is controlled by time sampling of motor e.m.f. feedback signal time sampling, measurement of instantaneous amplitudes of quantised pulses and determination of sign of motor quantised e.m.f. signal current increments. Second differences of instantaneous amplitudes for every three quantised serial pulses are calculated. Acceleration and deceleration times are corrected subject to the sign of said second differences.
EFFECT: optimised acceleration of drive without overload at inverter power components.
1 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в цифровых автоматизированных электроприводах переменного тока с преобразователями частоты.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in digital automated AC electric drives with frequency converters.

Уровень техникиState of the art

Известно устройство для управления частотно-регулируемым электроприводом по патенту РФ №1836802.A device for controlling a frequency-controlled electric drive according to the patent of the Russian Federation No. 1836802.

Устройство содержит преобразователь частоты, составленный из последовательно соединенных блоков: регулируемого выпрямителя, фильтра, инвертора. Управляющий вход выпрямителя подключен к выходу блока управления выпрямителем, управляющий вход инвертора - к выходу блока управления инвертором, вход которого подключен к выходу задающего генератора частоты. Выходы датчиков напряжения и тока двигателя подключены к входам блока определения ЭДС двигателя, выход которого подключен к одному из входов блока сравнения, другой вход которого подключен к выходу блока ограничения ЭДС двигателя. Вход блока ограничения ЭДС подключен к выходу задатчика интенсивности, входом соединенного с выходом блока сравнения. Выход блока ограничения ЭДС соединен со входом блока управления выпрямителем и одним из входов датчика ошибки ЭДС двигателя, другой вход которого подключен к выходу блока определения ЭДС, а выход - к одному из входов суммирующего усилителя, другой вход которого подключен к выходу блока ограничения ЭДС. Фазы статорной обмотки двигателя подключены к выходам инвертора.The device comprises a frequency converter composed of series-connected units: an adjustable rectifier, a filter, an inverter. The control input of the rectifier is connected to the output of the control unit of the rectifier, the control input of the inverter is connected to the output of the control unit of the inverter, the input of which is connected to the output of the master frequency generator. The outputs of the voltage and current sensors of the motor are connected to the inputs of the motor EMF determination unit, the output of which is connected to one of the inputs of the comparison unit, the other input of which is connected to the output of the motor EMF restriction unit. The input of the EMF restriction block is connected to the output of the intensity adjuster, the input connected to the output of the comparison unit. The output of the EMF limiting unit is connected to the input of the rectifier control unit and one of the inputs of the engine EMF error sensor, the other input of which is connected to the output of the EMF detection unit, and the output is connected to one of the inputs of the summing amplifier, the other input of which is connected to the output of the EMF limiting unit. The phases of the stator winding of the motor are connected to the inverter outputs.

Техническое решение направлено на обеспечение поддержания постоянным соотношения между текущими значениями ЭДС и частоты поля статора (ЭДС) двигателя при перегрузках в статических и динамических режимах, т.е. когда начинает работать токоограничение, чтобы исключить «опрокидывание» двигателя.The technical solution is aimed at ensuring a constant relationship between the current values of the EMF and the frequency of the stator field (EMF) of the motor during overloads in static and dynamic modes, i.e. when current limiting starts to work to prevent the motor from “tipping over”.

Недостатком является то, что поддержание постоянства соотношения между текущими значениями ЭДС и частоты поля статора (ЭДС) двигателя обеспечивается только в режиме перегрузки при работе токоограничения, а не во всех режимах работы электропривода, что сужает его функциональные возможности.The disadvantage is that maintaining a constant relationship between the current values of the EMF and the frequency of the stator field (EMF) of the motor is provided only in overload mode during current limiting operation, and not in all modes of operation of the electric drive, which narrows its functionality.

Наиболее близкое техническое решение, взятое за прототип, изложено в патенте РФ №2331152.The closest technical solution, taken as a prototype, is set forth in the patent of the Russian Federation No. 2331152.

Согласно патенту устройство для управления частотно-регулируемым электроприводом содержит преобразователь частоты, составленный из последовательно соединенных нерегулируемого выпрямителя, фильтра и инвертора, выход которого соединен через датчик напряжения со статором асинхронного двигателя. Для управления инвертором служит блок управления инвертором, выход которого соединен с управляющим входом инвертора. В состав устройства входят также задатчик интенсивности, определяющий заданное значение ЭДС двигателя, датчик ошибки ЭДС, определяющий ошибку регулирования ЭДС, а также блок сравнения, соединенный по выходу с задатчиком интенсивности, а по одному из своих входов - с датчиком ошибки ЭДС.According to the patent, a device for controlling a frequency-controlled electric drive comprises a frequency converter composed of series-connected unregulated rectifier, filter and inverter, the output of which is connected through a voltage sensor to the stator of an induction motor. To control the inverter, an inverter control unit is used, the output of which is connected to the control input of the inverter. The device also includes an intensity adjuster that determines the set value of the motor EMF, an EMF error sensor that detects an EMF control error, and a comparison unit connected at the output to the intensity adjuster, and from one of its inputs to an EMF error sensor.

Кроме того, устройство содержит регулятор ЭДС двигателя с двумя входами, регулятор частоты поля статора двигателя с тремя входами, функциональный преобразователь с тремя входами.In addition, the device contains a motor EMF controller with two inputs, a frequency controller of the stator field of the motor with three inputs, a functional converter with three inputs.

Блок управления инвертором имеет два входа, первый из которых связан с выходом регулятора частоты поля статора, а второй - с выходом регулятора ЭДС двигателя. Выход задатчика интенсивности связан с одним из входов датчика ошибки ЭДС и точкой соединения вторых входов: регулятора частоты поля статора двигателя, регулятора ЭДС двигателя и функционального преобразователя. Выход датчика ошибки ЭДС соединен с третьим входом регулятора частоты поля статора двигателя, а второй вход датчика ошибки ЭДС соединен с первым входом регулятора ЭДС двигателя и выходом функционального преобразователя, третий вход которого соединен с датчиком напряжения двигателя.The inverter control unit has two inputs, the first of which is connected to the output of the frequency controller of the stator field, and the second to the output of the motor EMF controller. The output of the intensity adjuster is connected to one of the inputs of the EMF error sensor and the connection point of the second inputs: the frequency controller of the stator field of the motor, the motor EMF regulator, and the functional converter. The output of the EMF error sensor is connected to the third input of the frequency controller of the stator field of the motor, and the second input of the EMF error sensor is connected to the first input of the motor EMF controller and the output of the functional converter, the third input of which is connected to the motor voltage sensor.

Задатчик абсолютного скольжения ротора двигателя задает величину скольжения, определяющую момент двигателя в пускотормозных режимах его работы. Выход задатчика абсолютного скольжения соединен со вторым входом блока сравнения и с первыми входами регулятора частоты и функционального преобразователя.The absolute rotor slider of the engine rotor sets the amount of slip that determines the moment of the engine in the starting braking modes of its operation. The output of the absolute slip master is connected to the second input of the comparison unit and to the first inputs of the frequency controller and the functional converter.

Техническое решение направлено на обеспечение соответствия в любой момент времени текущего значения частоты поля статора двигателя текущему значению ЭДС двигателя во всех режимах его работы.The technical solution is aimed at ensuring compliance at any time with the current value of the frequency of the stator field of the motor to the current value of the motor EMF in all modes of operation.

Оптимизация по быстродействию процессов разгона и торможения осуществляется воздействием на задатчик интенсивности сигнала блока сравнения в зависимости от соотношения сигналов датчика ошибки ЭДС и задатчика абсолютного скольжения.Optimization of the speed of the acceleration and braking processes is carried out by acting on the signal intensity setter of the comparison unit, depending on the ratio of the signals of the EMF error sensor and the absolute slip setter.

Недостатком является то, что устройство осуществляет оптимизацию по быстродействию процессов разгона и торможения только в аналоговой системе управления электроприводом и не может быть использовано в цифровой системе управления.The disadvantage is that the device optimizes the speed of the acceleration and braking processes only in the analog control system of the electric drive and cannot be used in a digital control system.

Использование микропроцессорной техники при создании устройства для управления частотно-регулируемым электроприводом позволит не только существенно снизить габариты устройства, но и повысить гибкость управления электроприводом с точки зрения изменения алгоритмов его работы и технических характеристик путем соответствующего изменения программного обеспечения микроконтроллера управления. Однако в этом случае вопрос оптимизации по быстродействию процессов разгона и торможения электропривода необходимо решать иным способом по сравнению с аналоговым устройством по прототипу.The use of microprocessor technology when creating a device for controlling a frequency-controlled electric drive will not only significantly reduce the dimensions of the device, but also increase the flexibility of controlling the electric drive in terms of changing its operation algorithms and technical characteristics by changing the software of the microcontroller accordingly. However, in this case, the issue of optimizing the speed of acceleration and braking of the electric drive must be solved in a different way compared to the analog device of the prototype.

Поэтому целью предлагаемого изобретения является создание устройства для управления цифровым частотно-регулируемым электроприводом с уменьшенными габаритами и повышенной гибкостью управления электроприводом, оптимизирующего по быстродействию разгон и торможение электропривода без «опрокидывания» двигателя при разгоне и без перенапряжений на силовых элементах преобразователя частоты при торможении.Therefore, the aim of the invention is to provide a device for controlling a digital frequency-controlled electric drive with reduced dimensions and increased flexibility of controlling the electric drive, which optimizes the speed of acceleration and braking of the electric drive without “tipping” the motor during acceleration and without overvoltage on the power elements of the frequency converter during braking.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Предлагаемое устройство для управления цифровым частотно-регулируемым электроприводом содержит преобразователь частоты, составленный из последовательно соединенных элементов: источника постоянного напряжения, фильтра и инвертора, выход которого через датчик напряжения соединен со статором асинхронного двигателя. Для управления инвертором служит блок управления инвертором, выходом соединенный с входом инвертора.The proposed device for controlling a digital frequency-controlled electric drive contains a frequency converter composed of series-connected elements: a constant voltage source, a filter and an inverter, the output of which is connected through a voltage sensor to the stator of an induction motor. To control the inverter, an inverter control unit is used, the output connected to the inverter input.

Для регулирования частоты поля статора двигателя служит регулятор частоты, выход которого соединен с первым входом блока управления. Для регулирования ЭДС двигателя служит регулятор ЭДС, выходом соединенный со вторым входом блока управления инвертором. Для задания скорости разгона и скорости торможения электропривода служит задатчик интенсивности, выходом соединенный с первым входом датчика ошибки ЭДС, первым входом регулятора частоты и первым входом регулятора ЭДС двигателя. Функциональный преобразователь служит для определения ЭДС двигателя по сигналам датчика напряжения и введенного в устройство дополнительно датчика тока, причем первый вход функционального преобразователя соединен с выходом датчика напряжения, а второй вход - с выходом датчика тока, а выход соединен со вторым входом регулятора ЭДС двигателя и вторым входом датчика ошибки ЭДС. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство управления электроприводом (например, с асинхронным двигателем), регулируемым по частоте, которое содержит преобразователь частоты, блок управления инвертором, регуляторы ЭДС и частоты поля статора двигателя, датчик ошибки ЭДС, введены элементы, позволяющие обеспечить оптимизацию по быстродействию разгона и торможения двигателя.To control the frequency of the stator field of the motor, a frequency regulator is used, the output of which is connected to the first input of the control unit. To regulate the motor EMF, an EMF regulator is used, the output connected to the second input of the inverter control unit. To set the acceleration speed and braking speed of the electric drive, an intensity adjuster is used, the output is connected to the first input of the EMF error sensor, the first input of the frequency controller and the first input of the motor EMF controller. The functional converter is used to determine the motor EMF from the signals of the voltage sensor and an additional current sensor inserted into the device, the first input of the functional converter connected to the output of the voltage sensor, and the second input to the output of the current sensor, and the output connected to the second input of the motor EMF controller and the second EMF error sensor input. The essence of the invention lies in the fact that in the device for controlling an electric drive (for example, with an induction motor), adjustable in frequency, which contains a frequency converter, an inverter control unit, EMF and frequency regulators of the stator field of the motor, EMF error sensor, elements are introduced that allow optimization on the speed of acceleration and braking of the engine.

Это датчик тока, функциональный преобразователь, определяющий по сигналам датчиков напряжения и тока сигнал обратной связи по ЭДС двигателя, блок квантования по времени сигнала обратной связи по ЭДС двигателя, решающий блок и блок коррекции времени разгона и времени торможения двигателя.This is a current sensor, a functional converter, which determines the feedback signal from the motor EMF, the time quantization block of the feedback signal from the motor EMF, the solving block and the block for correcting the acceleration time and engine braking time using the signals of the voltage and current sensors.

При этом функциональный преобразователь первым входом подключен к выходу датчика напряжения, вторым входом - к выходу датчика тока, а выходом - ко второму входу датчика ошибки ЭДС двигателя, ко второму входу регулятора ЭДС двигателя и ко входу блока квантования, выход которого соединен со входом решающего блока, выходом соединенного со входом блока коррекции времени разгона и времени торможения двигателя, выход которого соединен со входом задатчика интенсивности.In this case, the functional converter is connected by the first input to the output of the voltage sensor, the second input to the output of the current sensor, and the output to the second input of the motor EMF error sensor, to the second input of the motor EMF controller and to the input of the quantization unit, the output of which is connected to the input of the deciding unit , the output of the acceleration time and engine braking time correction unit connected to the input of the correction unit, the output of which is connected to the input of the intensity adjuster.

Благодаря тому что управление разгоном и торможением цифрового частотно-регулируемого электропривода осуществляется путем непрерывного квантования по времени сигнала обратной связи по ЭДС блоком квантования, непрерывного измерения мгновенных значений амплитуд квантованных импульсов, непрерывного определения знака текущего приращения амплитуд квантованных импульсов путем вычисления вторых разностей мгновенных значений амплитуд для каждых трех следующих друг за другом квантованных импульсов с помощью решающего блока и непрерывной коррекции времени разгона и времени торможения путем соответствующего воздействия на задатчик интенсивности в зависимости от знака вторых разностей мгновенных значений амплитуд квантованных импульсов, оптимизируется по быстродействию разгон электропривода без «опрокидывания» асинхронного двигателя и торможение электропривода без перенапряжений на силовых элементах инвертора.Due to the fact that the acceleration and deceleration of the digital frequency-controlled electric drive are controlled by continuously quantizing the feedback signal by EMF by the quantization unit, continuously measuring the instantaneous values of the amplitudes of the quantized pulses, continuously determining the sign of the current increment of the amplitudes of the quantized pulses by calculating the second differences of the instantaneous amplitudes for every three consecutive quantized pulses using a decision block and continuously correction of the acceleration time and the braking time by appropriate action of the intensity adjuster, depending on the sign of the second differences of the instantaneous values of the amplitudes of the quantized pulses, the acceleration of the electric drive without “tipping” of the asynchronous motor and the braking of the electric drive without overvoltage on the inverter power elements are optimized for speed.

Краткое описание графической фигурыBrief Description of the Graphic Figure

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для управления цифровым частотно-регулируемым электроприводом. Цифрами обозначены:Figure 1 presents a block diagram of a device for controlling a digital frequency-controlled electric drive. The numbers indicate:

1 - источник постоянного напряжения,1 - constant voltage source,

2 - фильтр,2 - filter

3 - инвертор,3 - inverter,

4 - датчик напряжения,4 - voltage sensor,

5 - датчик тока,5 - current sensor,

6 - асинхронный двигатель,6 - induction motor,

7 - блок управления инвертора,7 - inverter control unit,

8 - регулятор ЭДС двигателя,8 - motor EMF regulator,

9 - регулятор частоты двигателя,9 - motor frequency controller,

10 - функциональный преобразователь,10 - functional converter

11 - датчик ошибки ЭДС двигателя,11 - engine EMF error sensor,

12 - задатчик интенсивности,12 - intensity adjuster,

13 - блок квантования по времени сигнала обратной связи ЭДС двигателя,13 is a block of time quantization of the feedback signal of the EMF of the engine,

14 - решающий блок,14 - a crucial unit,

15 - блок коррекции времени разгона и времени торможения двигателя.15 - block correction of acceleration time and engine braking time.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Предлагаемое устройство для управления цифровым частотно-регулируемым электроприводом (фиг.1) содержит преобразователь частоты, составленный из последовательно соединенных элементов: источника постоянного напряжения 1, индуктивно-емкостного фильтра 2 и инвертора 3, выход которого подключен через датчики напряжения 4 и тока 5 к фазам статорной обмотки асинхронного двигателя 6. Блок управления 7 инвертором подключен по своему выходу к управляющему входу инвертора 3, а по своим двум входам - соответственно к выходу регулятора 8 ЭДС двигателя и к выходу регулятора 9 частоты поля статора двигателя. Задатчик 12 интенсивности выходом связан с первым входом регулятора 8 ЭДС двигателя, первым входом датчика 11 ошибки ЭДС двигателя и первым входом регулятора 9 частоты поля статора двигателя, второй вход регулятора частоты поля статора двигателя связан с выходом датчика 11 ошибки ЭДС двигателя. Функциональный преобразователь 10 входами связан с выходами датчика 4 напряжения и датчика 5 тока, а выходом - со входом блока 13 квантования, а также вторыми входами регулятора 8 ЭДС двигателя и датчика 11 ошибки ЭДС двигателя. Блок 13 квантования выходом соединен со входом решающего блока 14, выход которого соединен со входом блока 15 коррекции времени разгона и времени торможения, выходом связанного со входом задатчика 12 интенсивности.The proposed device for controlling a digital frequency-controlled electric drive (figure 1) contains a frequency converter composed of series-connected elements: a constant voltage source 1, an inductive-capacitive filter 2 and an inverter 3, the output of which is connected through the voltage sensors 4 and current 5 to the phases stator winding of an induction motor 6. The control unit 7 of the inverter is connected at its output to the control input of the inverter 3, and at its two inputs, respectively, to the output of the regulator 8 of the motor EMF controller 9 to the output frequency of the motor stator field. The output intensity adjuster 12 is connected to the first input of the motor EMF controller 8, the first input of the motor EMF sensor 11 and the first input of the motor stator field frequency controller 9, the second input of the motor stator field frequency regulator is connected to the output of the motor EMF sensor 11. The functional Converter 10 inputs connected to the outputs of the voltage sensor 4 and the current sensor 5, and the output to the input of the quantization unit 13, as well as the second inputs of the regulator 8 of the EMF of the engine and the sensor 11 of the error of the EMF of the engine. The output quantization unit 13 is connected to the input of the decision unit 14, the output of which is connected to the input of the acceleration time and braking time correction unit 15, the output associated with the input of the intensity adjuster 12.

В качестве конкретных элементов описанной блок-схемы могут быть выбраны следующие:The following may be selected as specific elements of the described flowchart:

1 (источник постоянного напряжения - нерегулируемый выпрямитель) - трехфазный выпрямительный модуль типа М6Д-63-400, 63А, 400В;1 (constant voltage source - unregulated rectifier) - three-phase rectifier module type M6D-63-400, 63A, 400V;

2 (фильтр) - дроссель постоянного тока с индуктивностью 1 мГн, сердечником ШЛ 20×25, воздушным зазором 1,25 мм на ток 25А; электролитический конденсатор типа К50-77-250 В-4700 мкФ;2 (filter) - a DC inductor with an inductance of 1 mH, a SHL core of 20 × 25, an air gap of 1.25 mm per current 25A; K50-77-250 V-4700 uF electrolytic capacitor;

3 (инвертор) - трехфазный инверторный модуль SEMIX101GDO66HDS (ФРГ), 140А, 600В;3 (inverter) - three-phase inverter module SEMIX101GDO66HDS (Germany), 140A, 600V;

4 (датчик напряжения) - тип LV25-P/SP3;4 (voltage sensor) - type LV25-P / SP3;

5 (датчик тока) - тип LA55-P/SP21;5 (current sensor) - type LA55-P / SP21;

7 (блок управления) - драйвер SKHI71 (ФРГ);7 (control unit) - driver SKHI71 (Germany);

10 (функциональный преобразователь) - операционный усилитель типа 140УД7ВК;10 (functional converter) - operational amplifier type 140UD7VK;

7, 8, 9, 13, 14, 15 - устройства могут быть выполнены на микроконтроллере типа ST10F276Z5T3 (США), серии ST10;7, 8, 9, 13, 14, 15 - devices can be performed on a microcontroller type ST10F276Z5T3 (USA), ST10 series;

12 (задатчик интенсивности) - интегратор на усилителе типа 140УД7ВК;12 (intensity adjuster) - integrator on the amplifier type 140UD7VK;

6 (асинхронный двигатель) - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью 2 кВт, 12000 об/мин.6 (asynchronous motor) - an asynchronous motor with a squirrel-cage rotor with a capacity of 2 kW, 12000 rpm.

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

С выхода задатчика 12 интенсивности сигнал задания ЭДС двигателя

Figure 00000001
поступает на первый вход регулятора 8 ЭДС двигателя. Этот же сигнал в качестве задания частоты поля статора двигателя
Figure 00000002
поступает на первый вход регулятора 9 частоты поля статора двигателя. На второй вход регулятора 8 ЭДС двигателя поступает сигнал текущего значения ЭДС двигателя e1 в качестве сигнала обратной связи по ЭДС с выхода функционального преобразователя 10. Регулятор 8 ЭДС двигателя является ИП-регулятором, т.е. имеет астатизм первого порядка. Он реализует функцию управления в виде:From the output of the setter 12 of the intensity of the reference signal EMF engine
Figure 00000001
enters the first input of the regulator 8 EMF engine. The same signal as the reference frequency of the stator field of the motor
Figure 00000002
arrives at the first input of the controller 9 of the frequency of the stator field of the engine. The signal of the current value of the motor EMF e 1 is fed to the second input of the motor EMF controller 8 as an EMF feedback signal from the output of the functional converter 10. The motor EMF controller 8 is an IP controller, i.e. has astatism of the first order. It implements a control function in the form of:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Uу - сигнал управления величиной ЭДС двигателя, поступающий с выхода регулятора 8 ЭДС двигателя на второй вход блока 7 управления инвертором;where U y is the control signal for the magnitude of the motor EMF coming from the output of the regulator 8 of the motor EMF to the second input of the inverter control unit 7;

TE - постоянная времени интегральной составляющей сигнала Uу;T E is the time constant of the integral component of the signal U y ;

KE - коэффициент передачи пропорциональной составляющей сигнала Uу.K E - transmission coefficient proportional to the signal component U у .

Очевидно, в регуляторе 8 с астатизмом первого порядка Δe1 в установившихся режимах работы электропривода является величиной высокого порядка малости по сравнению с

Figure 00000001
и e1, и поэтому корректно соотношение
Figure 00000004
. Однако в динамических режимах электропривода величиной Δe1 пренебречь нельзя. Текущее значение ЭДС (e1) определяется функциональным преобразователем 10 из текущего значения напряжения U1 двигателя, поступающего с выхода датчика 4 напряжения на один из входов (1) преобразователя 10 и текущего значения тока I1 двигателя, поступающего с выхода датчика 5 тока на второй вход функционального преобразователя 10 путем векторного сложения сигнала датчика 4 напряжения с сигналом датчика 5 тока, соответствующего падению напряжения на активном сопротивлении обмотки статора.Obviously, in controller 8 with first-order astatism, Δe 1 in steady-state modes of operation of the electric drive is a high order of smallness compared to
Figure 00000001
and e 1 , and therefore the relation
Figure 00000004
. However, in the dynamic modes of the electric drive, Δe 1 cannot be neglected. The current value of the EMF (e 1 ) is determined by the functional converter 10 from the current value of the voltage U 1 of the motor coming from the output of the voltage sensor 4 to one of the inputs (1) of the converter 10 and the current value of current I 1 of the motor coming from the output of the current sensor 5 to the second the input of the functional Converter 10 by vector addition of the signal of the voltage sensor 4 with the signal of the current sensor 5, corresponding to the voltage drop across the active resistance of the stator winding.

Регулятор 9 частоты поля статора двигателя из сигнала задатчика 12 интенсивности

Figure 00000002
, поступающего с его выхода на первый вход регулятора 9 частоты поля статора двигателя, и из сигнала Δe1 с выхода датчика 11 ошибки ЭДС двигателя, поступающего на второй вход регулятора 9 частоты реализует функцию управления видаThe regulator 9 of the frequency of the field of the stator of the engine from the signal setter 12
Figure 00000002
coming from its output to the first input of the frequency controller 9 of the stator field of the motor, and from the signal Δe 1 from the output of the sensor 11 of the error of the EMF of the engine, coming to the second input of the frequency controller 9, implements a control function of the form

Figure 00000005
Figure 00000005

где

Figure 00000006
- функция управления, реализуемая датчиком 11 ошибки ЭДС двигателя… (3).Where
Figure 00000006
- a control function implemented by the sensor 11 errors of the EMF of the engine ... (3).

С учетом выражения (3) получаем:Given the expression (3) we obtain:

Figure 00000007
Figure 00000007

где Uα - сигнал управления частотой поля статора, поступающий с выхода регулятора 9 частоты на первый вход блока 7 управления инвертором.where U α is the frequency control signal of the stator field, coming from the output of the frequency controller 9 to the first input of the inverter control unit 7.

Таким образом, сигнал управления Uα частотой поля статора определяет такую частоту α поля статора, которая в любой момент времени соответствует текущему значению ЭДС двигателя.Thus, the control signal U α by the frequency of the stator field determines such a frequency α of the stator field that at any time corresponds to the current value of the motor EMF.

Если при разгоне двигателя 6 скорость его отстает от скорости увеличения выходного сигнала задатчика 12 интенсивности, определяющего частоту поля статора двигателя, начинает увеличиваться скольжение и ток двигателя и, когда вступает в работу токоограничение, начинает уменьшаться ЭДС двигателя e1 и сигнал обратной связи по ЭДС а следовательно, частота поля статора и скорость двигателя, вплоть до полной остановки («опрокидывание» двигателя).If when accelerating the engine 6, its speed lags behind the rate of increase of the output signal of the intensity adjuster 12, which determines the frequency of the stator field of the engine, the slip and the motor current begin to increase, and when current limiting comes into operation, the motor EMF e 1 and the feedback signal for EMF a therefore, the frequency of the stator field and the speed of the motor, up to a complete stop ("tipping" of the motor).

Чтобы этого не произошло, блок квантования непрерывно квантует по времени сигнал обратной связи по ЭДС двигателя, поступающий с выхода функционального преобразователя 10 на вход блока 13 квантования, квантованные по времени импульсы непрерывно поступают с выхода блока квантования на вход решающего блока, в котором непрерывно измеряются текущие значения амплитуд квантованных импульсов и непрерывно определяется знак текущего приращения амплитуд квантованных импульсов путем вычисления вторых разностей мгновенных значений амплитуд для каждых трех следующих друг за другом квантованных импульсов по уравнению:To prevent this, the quantization unit continuously quantizes the feedback signal from the motor EMF from the output of the functional converter 10 to the input of the quantization unit 13, time-quantized pulses continuously output from the output of the quantization unit to the input of the decisive unit, in which the current the amplitudes of the quantized pulses and the sign of the current increment of the amplitudes of the quantized pulses is continuously determined by calculating the second differences of the instantaneous amplitudes for azhdyh three consecutive quantized pulses according to the equation:

Figure 00000008
Figure 00000008

где Xn - n-й квантованный импульс,where X n is the nth quantized momentum,

Xn+1 - (n+1)-й квантованный импульс,X n + 1 - (n + 1) -th quantized momentum,

Xn+2 - (n+2)-й квантованный импульс, гдеX n + 2 - (n + 2) -th quantized momentum, where

n=1, 2…~.n = 1, 2 ... ~.

Сигнал Sign Δ2Xn с выхода решающего блока поступает на вход блока 15 коррекции, который либо останавливает задатчик интенсивности и разгон двигателя при Δ2Xn<0, т.е. при Sign отрицательном, до тех пор, пока не станет Δ2Xn≥0, т.е. Sign положительный. При этом выходной сигнал задатчика продолжит увеличиваться, и продолжится разгон двигателя.Signal Sign Δ 2 X n from the output of the decision block is input to the correction block 15, which either stops the intensity adjuster and accelerates the engine at Δ 2 X n <0, i.e. if Sign is negative, until Δ 2 X n ≥0, i.e. Sign is positive. In this case, the output signal of the setpoint will continue to increase, and the engine will continue to accelerate.

Если при разгоне двигателя Δ2Xn≥0, т.е. Sign положительный, то задатчик интенсивности не останавливается, и разгон двигателя продолжается.If during acceleration of the engine Δ 2 X n ≥0, i.e. Sign is positive, then the intensity control does not stop, and the acceleration of the engine continues.

Если при торможении двигателя Δ2Xn≤0, т.е. Sign отрицательный, то торможение двигателя продолжается без перенапряжений на силовых элементах инвертора, т.е. когда величина отрицательного скольжения двигателя не увеличивается.If during engine braking Δ 2 Xn≤0, i.e. Sign is negative, then the engine braking continues without overvoltage on the power elements of the inverter, i.e. when the magnitude of the negative slip of the engine does not increase.

Если при торможении двигателя Δ2Xn>0, т.е. Sign положительный, то задатчик интенсивности останавливается, и торможение двигателя продолжается путем выбега до тех пор, пока не станет Δ2Xn≤0, т.е. Sign отрицательный и задатчик интенсивности продолжит изменение выходного сигнала в сторону дальнейшего уменьшения, т.е. двигатель продолжит активное торможение.If during engine braking Δ 2 X n > 0, i.e. Sign is positive, then the intensity adjuster stops, and engine braking continues by coasting until Δ 2 X n ≤0, i.e. Sign is negative and the intensity adjuster will continue to change the output signal towards a further decrease, i.e. the engine will continue active braking.

Устройство для управления цифровым частотно-регулируемым электроприводом позволит не только улучшить динамику электропривода без «опрокидывания» двигателя при его разгоне и без перенапряжений на силовых элементах преобразователя при его торможении, но существенно снизить габариты устройства и повысить гибкость управления электроприводом с точки зрения изменения алгоритмов его работы и технических характеристик путем соответствующего программного обеспечения микроконтроллера управления.A device for controlling a digital frequency-controlled electric drive will not only improve the dynamics of the electric drive without “tipping over” the engine during acceleration and without overvoltage on the power elements of the converter when it brakes, but significantly reduce the dimensions of the device and increase the flexibility of controlling the electric drive in terms of changing its operation algorithms and technical specifications through appropriate microcontroller control software.

Согласно предлагаемому изобретению был разработан и испытан опытный образец электропривода мощностью 500 Вт, выходной частотой 50 Гц для перекачивающего водяного насоса.According to the invention, a prototype of an electric drive with a power of 500 W and an output frequency of 50 Hz for a transfer water pump was developed and tested.

Claims (1)

Устройство для управления цифровым частотно-регулируемым электроприводом, содержащее источник постоянного напряжения и инвертор, соединенные между собой через LC-фильтр, датчик напряжения, соединенный со статором асинхронного двигателя, задатчик интенсивности, функциональный преобразователь и блок управления инвертором, подключенный к инвертору, при этом два входа блока управления инвертором соединены, соответственно, с регулятором частоты поля статора и регулятором ЭДС двигателя, выход задатчика интенсивности подключен к регулятору ЭДС-напрямую, а к регулятору частоты поля статора - через один из входов датчика ошибки ЭДС двигателя, другой вход которого соединен со вторым входом регулятора ЭДС двигателя и одновременно - с выходом функционального преобразователя, у которого один из входов подключен к датчику напряжения, отличающийся тем, что устройство включает в себя элементы оптимизации быстродействия разгона и торможения двигателя: датчик тока, блок квантования, решающий блок и блок коррекции, при этом датчик тока включен последовательно между инвертором и датчиком напряжения, а его выход подключен к второму входу функционального преобразователя, при этом выход функционального преобразователя подключен дополнительно к блоку квантования, который последовательно соединен с решающим устройством и блоком коррекции, а выход последнего подключен к входу задатчика интенсивности. A device for controlling a digital variable frequency drive containing a constant voltage source and an inverter connected to each other via an LC filter, a voltage sensor connected to the stator of an induction motor, an intensity adjuster, a functional converter and an inverter control unit connected to the inverter, while two the inverter control unit inputs are connected, respectively, to the stator field frequency regulator and the motor EMF regulator, the output of the intensity adjuster is connected to the regulator EMF-directly, and to the frequency controller of the stator field through one of the inputs of the motor EMF error sensor, the other input of which is connected to the second input of the motor EMF controller and simultaneously with the output of the functional converter, in which one of the inputs is connected to a voltage sensor, different the fact that the device includes elements for optimizing the speed of acceleration and deceleration of the motor: a current sensor, a quantization unit, a decision unit and a correction unit, while the current sensor is connected in series between the inverter and the sensor voltage, and its output is connected to the second input of the functional converter, while the output of the functional converter is additionally connected to a quantization unit, which is connected in series with a decoding device and a correction unit, and the output of the latter is connected to the input of the intensity adjuster.
RU2013146158/07A 2013-10-15 2013-10-15 Device for control over digital frequency-adjustable electrical drive RU2543970C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013146158/07A RU2543970C1 (en) 2013-10-15 2013-10-15 Device for control over digital frequency-adjustable electrical drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013146158/07A RU2543970C1 (en) 2013-10-15 2013-10-15 Device for control over digital frequency-adjustable electrical drive

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2543970C1 true RU2543970C1 (en) 2015-03-10
RU2013146158A RU2013146158A (en) 2015-04-20

Family

ID=53282829

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013146158/07A RU2543970C1 (en) 2013-10-15 2013-10-15 Device for control over digital frequency-adjustable electrical drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2543970C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1309245A1 (en) * 1985-12-09 1987-05-07 Новомосковский филиал Московского химико-технологического института им.Д.И.Менделеева Control device for variable-frequency electric drive
WO1987006403A1 (en) * 1986-04-14 1987-10-22 Digimoto Of Sweden Aktiebolag Method and device for driving an asynchronous motor with speed control by means of a controlled inverter
RU1836802C (en) * 1991-03-21 1993-08-23 Филиал Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики Control unit for variable-frequency electric drives
GB2286734B (en) * 1994-01-28 1997-12-10 Mitsubishi Electric Corp Inverter control method and apparatus
FR2872647B1 (en) * 2004-07-05 2006-12-08 Leroy Somer Moteurs SYSTEM FOR CONTROLLING THE SPEED OF AN ELECTRIC MOTOR
JP2012235567A (en) * 2011-04-28 2012-11-29 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd Variable speed drive and feed water device
US8405344B2 (en) * 2008-12-01 2013-03-26 Abb Oy Method and apparatus for estimating a rotation speed of an electric motor

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1309245A1 (en) * 1985-12-09 1987-05-07 Новомосковский филиал Московского химико-технологического института им.Д.И.Менделеева Control device for variable-frequency electric drive
WO1987006403A1 (en) * 1986-04-14 1987-10-22 Digimoto Of Sweden Aktiebolag Method and device for driving an asynchronous motor with speed control by means of a controlled inverter
RU1836802C (en) * 1991-03-21 1993-08-23 Филиал Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики Control unit for variable-frequency electric drives
GB2286734B (en) * 1994-01-28 1997-12-10 Mitsubishi Electric Corp Inverter control method and apparatus
FR2872647B1 (en) * 2004-07-05 2006-12-08 Leroy Somer Moteurs SYSTEM FOR CONTROLLING THE SPEED OF AN ELECTRIC MOTOR
US8405344B2 (en) * 2008-12-01 2013-03-26 Abb Oy Method and apparatus for estimating a rotation speed of an electric motor
JP2012235567A (en) * 2011-04-28 2012-11-29 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd Variable speed drive and feed water device

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013146158A (en) 2015-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2005057900A (en) Inverter generator driven by engine
EP2897020A3 (en) Method and system for controlling a power output of an inverter
CN106688181B (en) Apparatus and method for generating a signal with an adjustable duty cycle
KR101757252B1 (en) Variable pfc and grid-tied bus voltage control
US20130119904A1 (en) Method and system for controlling motor
RU2011151281A (en) RESTRICTION OF OVERLOAD CURRENT WHEN REGULATING THREE-PHASE MOTORS OF RECTIFIED CURRENT
RU2606643C1 (en) Method for controlling self-contained asynchronous generator
US9419556B2 (en) Method and arrangement for operating a pump
RU2543970C1 (en) Device for control over digital frequency-adjustable electrical drive
RU2361356C1 (en) Method and device for control of asynchronous motor
US10066539B2 (en) Turbocharger and ship
JP6138035B2 (en) Power conversion device and control device
CN112020823A (en) Motor system control method and motor system control device
CN109980696B (en) Power balance control method for parallel operation of inverter controllers of generator set
RU2399080C1 (en) Self-tuning electric drive
JP3598939B2 (en) Inverter generator
CN1234204C (en) Control device for alternating-current motor
CN102810995B (en) Voltage regulation method of positive and negative input capacitance of half bridge three-level grid inverter
RU2366069C1 (en) Rectifier drive
JP7301611B2 (en) POWER SUPPLY DEVICE AND CONTROL METHOD OF POWER SUPPLY DEVICE
RU2366072C1 (en) Device to stabilise ac contactless generator voltage
US11411517B2 (en) Method for starting a permanent magnet synchronous electric motor
JP6930275B2 (en) Power converter
RU2331152C1 (en) Device for variable frequency drive control
RU2522858C1 (en) Self-tuning electric drive