RU2629009C2 - Alternate current variable speed drive - Google Patents

Alternate current variable speed drive Download PDF

Info

Publication number
RU2629009C2
RU2629009C2 RU2016105178A RU2016105178A RU2629009C2 RU 2629009 C2 RU2629009 C2 RU 2629009C2 RU 2016105178 A RU2016105178 A RU 2016105178A RU 2016105178 A RU2016105178 A RU 2016105178A RU 2629009 C2 RU2629009 C2 RU 2629009C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
output
inverter
phase current
motor
Prior art date
Application number
RU2016105178A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016105178A (en
Inventor
Евгений Александрович Крутяков
Владимир Алексеевич Паршиков
Дмитрий Иванович Улитовский
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр"
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр"
Priority to RU2016105178A priority Critical patent/RU2629009C2/en
Publication of RU2016105178A publication Critical patent/RU2016105178A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2629009C2 publication Critical patent/RU2629009C2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/16—Means for providing current step on switching, e.g. with saturable reactor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/505—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/515—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/525—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output waveform or frequency
    • H02M7/527—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output waveform or frequency by pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: junction of the motor stator winding zero point with the zero potential point of the inverter provides the stable operation of the actuating unit with three phase current controllers in such a way that under all conditions the instantaneous currents do not cross the boundaries of the defined current passage. The motor phase current harmonic distortions are the lowest ones regardless of the ratio distortion of the motor phase back-electromotive force.
EFFECT: exclusion of the self-oscillations onset possibility and of the expansibility of the phase currents momentary values deflexions from the predefined ones, reduction of the switching frequency of the controlled semiconductor devices of the inverter to the acceptable level independently of the additional reactors.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании электроприводов с двигателями переменного тока, регулируемыми изменением частоты фазных токов, при минимальных искажениях фазных токов высшими гармониками.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to create electric drives with AC motors, regulated by changing the frequency of phase currents, with minimal distortion of phase currents by higher harmonics.

Известны регулируемые электроприводы с двигателями переменного тока при питании от трехфазных инверторов напряжения, преобразующих постоянный ток в переменный. В таких инверторах применяются полностью управляемые полупроводниковые приборы (УПП) (транзисторы или запираемые тиристоры), шунтированные «обратными» диодами. Инверторы могут быть двухуровневые или многоуровневые (см. патент US №6014323 от 08.08.1997 г., патент US №6166513 от 09.04.1999 г. и патент RU №2204880 от 03.05.2001 г.). Соответствующее управление обеспечивает работу УПП в ключевом режиме, а регулирование выходного напряжения таких инверторов осуществляется методом широтно-импульсной модуляции напряжений (метод ШИМ-Н), описанном, например, в разделе 4.2 книги Г.Г. Соколовского «Электроприводы переменного тока с частотным регулированием», Москва, ACADEMA, 2006. Импульсы управления УПП в указанных инверторах формируются в результате сравнения пилообразного напряжения единичной амплитуды и достаточно высокой частоты (несущей частоты) с тремя синусоидальными напряжениями управления. В результате многократных включений и выключений УПП обеспечиваются требуемые параметры основной волны (1-й гармоники) выходного напряжения. При работе двигателя переменного тока в составе электропривода с питанием от инвертора напряжения, формирующего методом ШИМ-Н синусоиды напряжений на входе электродвигателя, фазные токи искажаются также высшими гармониками противо-ЭДС двигателя. Частоты этих гармоник кратны основной частоте, поэтому при регулировании частоты вращения двигателя в широких пределах пассивные фильтры неэффективны. Уменьшить искажение фазных токов двигателя с помощью отрицательных обратных связей в регуляторе, формирующим на выходе инвертора систему синусоидальных напряжений и обеспечивающим заданные требования по частоте вращения и моменту нагрузки двигателя, очень сложно.Known adjustable electric drives with AC motors when powered by three-phase voltage inverters that convert direct current to alternating current. Such inverters use fully controllable semiconductor devices (SCP) (transistors or lockable thyristors), shunted by “reverse” diodes. Inverters can be two-level or multi-level (see US patent No. 6014323 from 08.08.1997, US patent No. 6166513 from 04/09/1999 and RU patent No. 2204880 from 05/03/2001). The appropriate control ensures the operation of the soft starter in the key mode, and the output voltage of such inverters is regulated by the pulse width modulation method (PWM-H method), described, for example, in section 4.2 of the book by G.G. Sokolovsky “AC drives with frequency regulation”, Moscow, ACADEMA, 2006. Control pulses of the soft starter in the indicated inverters are formed as a result of comparing the sawtooth voltage of a single amplitude and a sufficiently high frequency (carrier frequency) with three sinusoidal control voltages. As a result of repeated switching on and off of the soft starter, the required parameters of the main wave (1st harmonic) of the output voltage are provided. When the AC motor is operating as part of an electric drive powered by a voltage inverter, which generates voltage sinusoids at the input of the electric motor using the PWM-H method, phase currents are also distorted by the higher harmonics of the counter-EMF of the motor. The frequencies of these harmonics are multiples of the fundamental frequency; therefore, when regulating the engine speed over a wide range, passive filters are ineffective. It is very difficult to reduce the distortion of the phase currents of the motor using negative feedbacks in the controller, which forms a system of sinusoidal voltages at the output of the inverter and provides the specified requirements for the rotation frequency and torque of the motor load.

Прототипом предлагаемого решения является известный электропривод, в котором для управления УПП инвертора используется метод прямого формирования фазных токов двигателя. Схема такого электропривода приведена на рис. 4.12 в книге Г.Г. Соколовского «Электроприводы переменного тока с частотным регулированием». Москва, ACADEMA, 2006. В состав этого электропривода входят трехфазный двигатель, фазы статора которого соединены в звезду, трехфазный инвертор с УПП, три датчика фазных токов и устройство управления, формирующее трехфазную систему синусоидальных токов (заданных токов с помощью трех «гистерезисных элемента», на входы которых поступают сигналы, пропорциональные разностям между заданными и измеренными токами фаз. Выходные сигналы гистерезисных элементов используются для формирования сигналов управления УПП инвертора. При повышениях разностей между мгновенными значениями заданных токов фаз и измеренными токами фаз до значений уставок гистерезисных элементов происходят переключения УПП, в результате которых изменяются полярности напряжений на фазах двигателя. Такое устройство формирования выходного напряжения инвертора позволяет выполнять широтно-импульсную модуляцию тока (ШИМ-Т).The prototype of the proposed solution is a well-known electric drive, in which the direct formation of phase currents of the motor is used to control the inverter soft starter. The circuit of such an electric drive is shown in Fig. 4.12 in the book of G.G. Sokolovsky "Electric drives of alternating current with frequency regulation". Moscow, ACADEMA, 2006. This electric drive includes a three-phase motor, the stator phases of which are connected to a star, a three-phase inverter with a soft starter, three phase current sensors and a control device that forms a three-phase system of sinusoidal currents (set currents using three "hysteresis elements", the inputs of which receive signals proportional to the differences between the set and measured phase currents.The output signals of the hysteresis elements are used to generate control signals of the inverter soft starter. between the instantaneous values of the set phase currents and the measured phase currents to the settings of the hysteresis elements, soft starter switching occurs as a result of which the polarity of the voltage on the motor phases changes.This inverter output voltage generating device allows pulse-width modulation of the current (PWM-T).

Недостаток указанного прототипа состоит в том, что для формирования двух независимых переменных (при соединении фазных обмоток в звезду без нулевого провода IA+IB+IC=0) используются 3 регулятора тока и это может привести к возникновению автоколебаний и к увеличениям отклонений мгновенных значений фазных токов от заданных. Этот недостаток отмечается также в статье J. Holtz "Pulse width Modulation for Electronic Power Conversion" (Proceedings of the IEEE, Vol. 82, No. 8, Aug / 1994, pp 1194-1214). Кроме того, при такой схеме электропривода частота переключений УПП в интервалах с малыми значениями противо-ЭДС (зоны переходов фазных противо-ЭДС двигателя через нулевые значения) может быть недопустимо высокой. Для снижения частоты переключений УПП до приемлемого уровня необходимы дополнительные реакторы.The disadvantage of this prototype is that 3 current regulators are used to form two independent variables (when connecting phase windings to a star without a neutral wire I A + I B + I C = 0) and this can lead to self-oscillations and to an increase in instantaneous deviations values of phase currents from the set. This flaw is also noted in J. Holtz's article "Pulse width Modulation for Electronic Power Conversion" (Proceedings of the IEEE, Vol. 82, No. 8, Aug / 1994, pp 1194-1214). In addition, with such an electric drive circuit, the frequency of switching the soft starter in intervals with small values of the counter-EMF (zone of transitions of the phase counter-EMF of the engine through zero values) can be unacceptably high. Additional reactors are needed to reduce the soft starter switching frequency to an acceptable level.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является исключение возможности возникновения автоколебаний и возможности увеличения отклонений мгновенных значений фазных токов от заданных, а также снижение частоты переключений УПП инвертора до приемлемого уровня, не используя дополнительные реакторы.The technical result of the proposed technical solution is to eliminate the possibility of self-oscillations and the possibility of increasing deviations of the instantaneous values of phase currents from the set ones, as well as reducing the frequency of switching the inverter soft starter to an acceptable level without using additional reactors.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в регулируемом электроприводе переменного тока, в состав которого входят трехфазный двигатель, обмотка статора которого соединена в звезду, три датчика фазных токов двигателя и трехфазный многоуровневый инвертор на управляемых полупроводниковых приборах с устройством управления, содержащим три одинаковых модулятора фазных токов и логический блок управления, соединенный с драйверами управляемых полупроводниковых приборов многоуровневого инвертора, предусмотрены следующие отличия:The specified technical result is achieved due to the fact that in a controlled AC electric drive, which includes a three-phase motor, the stator winding of which is connected to a star, three phase current sensors of the motor and a three-phase multilevel inverter on controlled semiconductor devices with a control device containing three identical phase modulators currents and a logical control unit connected to the drivers of controlled semiconductor devices of a multilevel inverter, a trace is provided Major differences:

трехфазный многоуровневый инвертор на управляемых полупроводниковых приборах оснащен выводом точки нулевого потенциала и что вывод нулевой точки обмотки статора электродвигателя соединен с выводом точки нулевого потенциала инвертора, а также логический блок управления содержит три управляющих выхода для управления драйверами многоуровневого инвертора, три информационных выхода для выдачи мгновенных значений заданных фазных токов электродвигателя, один информационный выход для выдачи величины допустимого отклонения мгновенных значений фазных токов от заданных значений, один информационный выход для выдачи сигнала начальной установки выходных сигналов модуляторов фазных токов и три информационных входа для приема выходных сигналов модуляторов фазных токов, а также в состав каждого модулятора входит два суммирующих компаратора, один из которых инвертирующий, а другой неинвертирующий, и реверсивный счетчик режимов с числом возможных состояний, равным числу уровней выходного напряжения инвертора, выход неинвертирующего компаратора соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика режимов, а выход инвертирующего компаратора соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, каждый модулятор имеет четыре информационных входа, один из которых предназначен для приема сигнала начальной установки реверсивного счетчика, а три других предназначены для приема информации о токах так, что один из входов соединен с выходом одного датчика тока фазы, другой вход соединен с одним информационным выходом логического блока управления, предназначенным для выдачи величины заданных мгновенных значений тока фазы электродвигателя, а третьи входы модуляторов соединены вместе и соединены с информационным выходом логического блока управления, предназначенным для выдачи допустимого отклонения мгновенных значений фазных токов от заданных значений, а в каждом модуляторе вход для получения допустимого отклонения мгновенных значений фазных токов через соответствующие резисторы подключен к инвертирующим входам обоих компараторов, а в каждом модуляторе вход, предназначенный для приема величины мгновенных значений заданного тока фазы электродвигателя, через соответствующие резисторы соединен с инвертирующим входом неинвертирующего компаратора и с неинвертирующим входом инвертирующего компаратора, и в каждом модуляторе вход, предназначенный для приема измеренных мгновенных значений тока фазы электродвигателя, через соответствующие резисторы соединен с неинвертирующим входом неинвертирующего компаратора и с инвертирующим входом инвертирующего компаратора.a three-phase multilevel inverter on controlled semiconductor devices is equipped with a zero potential point output and that the stator winding zero point of the motor is connected to the inverter zero potential point output, as well as a logic control unit contains three control outputs for controlling multilevel inverter drivers, three information outputs for instantaneous values specified phase currents of the electric motor, one information output for issuing the value of the permissible deviation of instantaneous phase currents from given values, one information output for issuing the initial setting signal of the output signals of phase current modulators and three information inputs for receiving output signals of phase current modulators, and each modulator includes two summing comparators, one of which is inverting, and the other non-inverting and reversible mode counter with the number of possible states equal to the number of inverter output voltage levels, the output of the non-inverting comparator is connected to the summing input ohms of the reversible counter of modes, and the output of the inverting comparator is connected to the subtracting input of the reversible counter, each modulator has four information inputs, one of which is designed to receive the initial setting signal of the reversible counter, and the other three are designed to receive current information so that one of the inputs connected to the output of one phase current sensor, the other input is connected to one information output of the logical control unit, designed to provide the value of the set instantaneous values of t the phase of the electric motor, and the third inputs of the modulators are connected together and connected to the information output of the logical control unit, designed to give an allowable deviation of the instantaneous values of phase currents from the set values, and in each modulator the input to obtain an allowable deviation of the instantaneous values of phase currents through the corresponding resistors is connected to the inverting inputs of both comparators, and in each modulator an input designed to receive the instantaneous values of a given current of the phase of the electric the motor, through appropriate resistors, is connected to the inverting input of the non-inverting comparator and to the non-inverting input of the inverting comparator, and in each modulator, the input, intended for receiving the measured instantaneous values of the phase current of the electric motor, is connected through the corresponding resistors to the non-inverting input of the non-inverting comparator and to the inverting input.

Техническая сущность предложенного технического решения поясняется чертежами фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3.The technical nature of the proposed technical solution is illustrated by the drawings of FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого регулируемого электропривода переменного тока. В состав этого электропривода входит трехфазный многоуровневый инвертор 5 с выводом точки нулевого потенциала инвертора 0u, три датчика фазных токов 7.1, 7.2 и 7.3, трехфазный электродвигатель 6, фазы статора которого соединены в звезду, а нулевая точка звезды 0 соединена с выводом точки нулевого потенциала инвертора 5, логический блок управления 4, формирующий трехфазную систему заданных синусоидальных токов и величину допустимого отклонения фазных токов двигателя от заданных, и три модулятора фазных токов 1, 2 и 3.In FIG. 1 shows a diagram of the proposed adjustable AC electric drive. The structure of this electric drive includes a three-phase multilevel inverter 5 with the output of the zero potential point of the inverter 0u, three phase current sensors 7.1, 7.2 and 7.3, a three-phase electric motor 6, the stator phases of which are connected to a star, and the zero point of star 0 is connected to the output of the zero potential point of the inverter 5, the logical control unit 4, forming a three-phase system of predetermined sinusoidal currents and the magnitude of the permissible deviation of the phase currents of the motor from the set, and three phase current modulators 1, 2 and 3.

Каждый модулятор (на фиг. 1 показана структура модулятора фазы А) содержит два суммирующих компаратора 1.1 и 1.2, один из которых инвертирующий (1.2), а другой неинвертирующий (1.1), и реверсивный счетчик режимов 1.3 с числом возможных состояний, равным числу уровней выходного напряжения инвертора. Каждый модулятор соединен с датчиком фазных токов (датчик 7.1 соединен с модулятором 1, датчик 7.2 соединен с модулятором 2, датчик 7.3 соединен с модулятором 3) и с логическим блоком управления 4, с которого на каждый модулятор подается заданный ток одной фазы и сигнал допустимого отклонения токов dI.Each modulator (Fig. 1 shows the structure of the phase A modulator) contains two summing comparators 1.1 and 1.2, one of which is inverting (1.2), the other non-inverting (1.1), and a reversing mode counter 1.3 with the number of possible states equal to the number of output levels inverter voltage. Each modulator is connected to a phase current sensor (sensor 7.1 is connected to modulator 1, sensor 7.2 is connected to modulator 2, sensor 7.3 is connected to modulator 3) and to a logic control unit 4, from which a given current of one phase and a tolerance signal are supplied to each modulator currents dI.

Выход неинвертирующего компаратора 1.1 соединен с суммирующим входом («+1») реверсивного счетчика режимов 1.3, а выход инвертирующего компаратора 1.2 соединен с вычитающим входом («-1») реверсивного счетчика режимов 1.3. Входы начальной установки реверсивного счетчика режимов 1.3 (D0, D2…Dn) соединены с установочным выходом D логического блока управления 4, а выходы счетчика (Q0, Q2, Q4…Qn), являющиеся выходом модулятора 1, соединены с одним из управляющих входов логического блока управления 4 (входом Qa).The output of the non-inverting comparator 1.1 is connected to the summing input ("+1") of the reversible counter of modes 1.3, and the output of the inverting comparator 1.2 is connected to the subtracting input ("-1") of the reversing counter of modes 1.3. The inputs of the initial installation of the reverse counter of modes 1.3 (D0, D2 ... Dn) are connected to the installation output D of the logic control unit 4, and the outputs of the counter (Q0, Q2, Q4 ... Qn), which are the output of modulator 1, are connected to one of the control inputs of the logical unit control 4 (input Qa).

Аналогично устроены модуляторы 2 и 3, на входы модулятора 2 подается сигнал с датчика фазного тока 7.2 (Iфв) и с логического блока управления 4 сигнал заданного тока фазы В (ток Iзв), а на входы модулятора 3 подаются сигналы с датчика фазного тока 7.3 (Iфс) и с логического блока управления 4 (заданный ток Iзс). Выходы модуляторов 2 и 3 соединены с управляющими входами Qв и Qc логического блока управления 4.Modulators 2 and 3 are arranged in the same way, the signal from the phase current sensor 7.2 (Ifv) and the signal of the specified phase B current signal (current Izv) are supplied to the inputs of the modulator 2, and the signals from the phase current sensor 7.3 are fed to the inputs of the modulator 3 ( Ifs) and from the logic control unit 4 (set current Iss). The outputs of the modulators 2 and 3 are connected to the control inputs Qv and Qc of the logical control unit 4.

В логический блок управления 4, помимо указанных, по входу 8 должны подаваться сигналы задания параметров режима работы электропривода переменного тока. С управляющих выходов логического блока управления 4 (Ра, Pb и Рс) сигналы управления подаются на драйверы, управляющие УПП многоуровневого трехфазного инвертора 5.In addition to the indicated ones, the input to the logic control unit 4 must be supplied with signals for setting the parameters of the operating mode of the AC electric drive. From the control outputs of the logical control unit 4 (Pa, Pb and Pc), control signals are supplied to the drivers controlling the soft starter of the multi-level three-phase inverter 5.

Предлагаемое техническое решение работает следующим образом:The proposed technical solution works as follows:

В исходном состоянии с выхода D логического блока управления 4 на входы начальной установки реверсивных счетчиков режимов (входы D модуляторов) должен быть подан установочный сигнал, обеспечивающий включение фаз многоуровневого трехфазного инвертора 5 с низкими уровнями выходных напряжений. Кроме того, на входы установки допустимого отклонения (входы dI) всех модуляторов с выхода dI логического блока управления 4 должен подаваться сигнал, соответствующий заданной величине допустимого отклонения тока. После подачи команды на запуск переключения УПП многоуровневого трехфазного инвертора 5 осуществляются исходя из достигнутых значений фазных токов. При этом компараторы, входящие в состав каждого модулятора фазных токов, выявляют следующие условия:In the initial state, from the output D of the logic control unit 4, the installation signal must be supplied to the inputs of the initial installation of the reversible mode counters (inputs D of modulators), which ensures that the phases of the multilevel three-phase inverter 5 with low levels of output voltages are turned on. In addition, the inputs of the installation of the permissible deviation (inputs dI) of all modulators from the output dI of the logical control unit 4 must be supplied with a signal corresponding to a given value of the permissible deviation of the current. After giving the command to start switching soft starter multilevel three-phase inverter 5 are based on the achieved values of phase currents. In this case, the comparators included in each phase current modulator identify the following conditions:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где:Where:

- Iф - мгновенное значение тока фазы;- If - the instantaneous value of the phase current;

- Iз - мгновенное значение заданного тока фазы;- Is - the instantaneous value of the set phase current;

- dI - допустимое отклонение тока фазы от заданного.- dI - permissible deviation of the phase current from the set.

При повышении тока фазы до уровня, определяемого уравнением (1) (Iф - Iз - dI > 0) на выходе инвертирующего компаратора 1.2, появляется сигнал уровня «1». Этот сигнал попадает на вычитающий вход реверсивного счетчика режимов 1.3 и информация, записанная в счетчике, уменьшается на 1. При снижении тока фазы до уровня, определяемого уравнением (2) (Iф - Iз + dI < 0) на выходе неинвертирующего компаратора 1.1, появляется сигнал уровня «1». Этот сигнал попадает на суммирующий вход реверсивного счетчика режимов 1.3 и информация, записанная в счетчике, увеличивается на 1. Информации реверсивных счетчиков режимов отрабатываются логическим блоком управления 4, который с выхода Ра управляет работой УПП многоуровневого трехфазного инвертора 5. В первом случае напряжение фазы уменьшится, а во втором увеличится. Аналогично работают модуляторы фазных токов 2 и 3. Выходные сигналы этих модуляторов поступают на входы Qb и Qc логического блока управления 4, с выходов Pb и Рс которого управляются УПП фаз многоуровневого трехфазного инвертора 5.When the phase current rises to the level defined by equation (1) (Iph - Iz - dI> 0) at the output of the inverting comparator 1.2, a signal of level “1” appears. This signal goes to the subtracting input of the reverse counter of modes 1.3 and the information recorded in the counter decreases by 1. When the phase current decreases to the level defined by equation (2) (Iph - Ic + dI <0) at the output of the non-inverting comparator 1.1, a signal appears level 1. This signal goes to the summing input of the reverse mode counter 1.3 and the information recorded in the counter is increased by 1. Information of the reverse mode counters is processed by the logical control unit 4, which controls the operation of the multi-level three-phase inverter 5 soft starter in the output. In the first case, the phase voltage decreases, and in the second increase. The modulators of phase currents 2 and 3 work similarly. The output signals of these modulators are fed to the inputs Qb and Qc of the logic control unit 4, from the outputs of Pb and Pc of which the soft-starter phases of the multilevel three-phase inverter 5 are controlled.

Уровень выходного напряжения на фазе многоуровневого инвертора 5 изменяется при изменении числа открытых УПП, подключающих фазу к положительному или к отрицательному полюсу источника питания. Для пояснения алгоритма работы предлагаемого электропривода на фиг. 2 приведен возможный вариант схемы трехфазного пятиуровневого инвертора, выполненного по многоячейковой схеме (фиг. 2а - структурная схема инвертора, фиг. 2б - схема одной фазы инвертора). В данном инверторе выходное напряжение фазы, в зависимости от комбинации состояний транзисторов (VT1…VT8), может иметь следующие уровни: уровень Ud (включены VT1…VT4), уровень Ud/2 (включены VT1, VT2, VT4 и VT6), уровень «0» (включены VT2, VT4, VT6 и VT8), уровень - Ud/2 (включены VT3, VT5, VT7 и VT8) и уровень - Ud (включены VT5…VT8). Изменения комбинации состояний транзисторов обеспечивают изменения напряжений фаз по сигналам модуляторов, подаваемым на логический блок управления 4.The output voltage level at the phase of the multilevel inverter 5 changes when the number of open soft starters that connect the phase to the positive or negative pole of the power source changes. To explain the operation algorithm of the proposed electric drive in FIG. Figure 2 shows a possible variant of a three-phase five-level inverter circuitry made according to a multi-cell circuit (Fig. 2a is a structural diagram of an inverter, Fig. 2b is a diagram of one phase of an inverter). In this inverter, the output voltage of the phase, depending on the combination of transistor states (VT1 ... VT8), can have the following levels: level Ud (VT1 ... VT4 on), level Ud / 2 (VT1, VT2, VT4 and VT6 on), level " 0 ”(VT2, VT4, VT6 and VT8 are included), level is Ud / 2 (VT3, VT5, VT7 and VT8 are included) and level is Ud (VT5 ... VT8 are included). Changes in the combination of transistor states provide changes in phase voltages according to the modulator signals supplied to the logic control unit 4.

Для иллюстрации алгоритма переключений на фиг.3 приведены диаграммы фазного тока и фазного напряжения пятиуровневого инвертора. При поочередных срабатываниях компараторов и соответствующих изменениях выходных сигналов реверсивного счетчика режимов ток фазы поддерживается в пределах «токового коридора» при размахе пульсаций тока в 2dI до тех пор, пока суммирующие компараторы 1.1, 1.2 модуляторов фазных токов 1, 2, 3 выдают на реверсивные счетчики режимов сигналы о превышениях поочередно. Если выдаваемое напряжение недостаточно для повышения тока до верхней границы «токового коридора», то неинвертирующий компаратор 1.1 выдаст на суммирующий вход реверсивного счетчика режимов 1.3 подряд два сигнала «1» (фиг. 3б, зона 1). По новому состоянию реверсивного счетчика режимов 1.3 работа инвертора 5 будет продолжаться до тех пор, пока минимальное значение напряжения в этом режиме достаточно для снижения тока до нижней границы «токового коридора». При невыполнении этого условия инвертирующий компаратор 1.2 выдаст на вычитающий вход реверсивного счетчика режимов 1.3 два сигнала «1» подряд (фиг. 3б, зона 2). По новому состоянию реверсивного счетчика режимов 1.3 работа многоуровневого трехфазного инвертора 5 будет продолжаться до тех пор, пока выдаваемое многоуровневым трехфазным инвертором 5 напряжение достаточно для поочередного срабатывания суммирующих компараторов 1.1 и 1.2.To illustrate the switching algorithm, Fig. 3 shows diagrams of the phase current and phase voltage of a five-level inverter. With successive trips of the comparators and corresponding changes in the output signals of the reversible mode counter, the phase current is maintained within the "current corridor" with a current ripple of 2dI until the summing comparators 1.1, 1.2 of the phase current modulators 1, 2, 3 are output to the reversible mode counters excess signals alternately. If the output voltage is not enough to increase the current to the upper limit of the "current corridor", then the non-inverting comparator 1.1 will output two signals "1" in a row to the summing input of the reverse mode 1.3 counter (Fig. 3b, zone 1). According to the new state of the reversible mode counter 1.3, the operation of the inverter 5 will continue until the minimum voltage value in this mode is sufficient to reduce the current to the lower boundary of the "current corridor". If this condition is not met, the inverting comparator 1.2 will output two signals “1” in a row to the subtracting input of the reverse counter of modes 1.3 (Fig. 3b, zone 2). According to the new state of the reversible mode counter 1.3, the operation of the multilevel three-phase inverter 5 will continue until the voltage generated by the multilevel three-phase inverter 5 is sufficient for the successive operation of the summing comparators 1.1 and 1.2.

Аналогично работают модуляторы фазных токов и при формировании отрицательных полуволн фазных токов. Устойчивая работа трех модуляторов фазных токов обеспечивается тем, что нулевая точка трехфазной обмотки статора трехфазного электродвигателя 6 соединена со средней точкой нулевого потенциала многоуровневого трехфазного инвертора 5. При этом амплитуда тока нулевого провода не более 3dI, потому что в отношении заданных токов фаз выполняется условиеModulators of phase currents work similarly in the formation of negative half-waves of phase currents. Stable operation of the three phase current modulators is ensured by the fact that the zero point of the three-phase stator winding of the three-phase electric motor 6 is connected to the mid-point of the zero potential of the multilevel three-phase inverter 5. In this case, the amplitude of the neutral wire current is not more than 3dI, because the condition holds for the given phase currents

Iза+Iзв+Iзс=0, где:Iza + Izv + Izs = 0, where:

Iза - мгновенное значение заданного тока фазы А;Iza - instantaneous value of the set current of phase A;

Iзв - мгновенное значение заданного тока фазы В;Izv is the instantaneous value of the set phase B current;

Iзс - мгновенное значение заданного тока фазы С.Ics is the instantaneous value of the set phase C current.

Длительности интервалов нарастания и спадания токов, и, следовательно, частота переключений УПП определяются заданной величиной допустимого отклонения фазных токов dI и скоростью изменения тока в каждом текущем интервалеThe durations of the intervals of rise and fall of currents, and, consequently, the frequency of switching of soft starters are determined by a given value of the permissible deviation of phase currents dI and the rate of change of current in each current interval

dI/dt=uф/Lф, где:dI / dt = uf / Lf, where:

dI/dt - производная тока по времени (скорость изменения тока);dI / dt - time derivative of current (current rate of change);

uф - мгновенное значение напряжения фазы;uf is the instantaneous value of the phase voltage;

Lф - величина индуктивности фазы.Lph is the value of the phase inductance.

Исходя из величины индуктивности фазы Lф и допустимого значения производной тока, определяющего частоту переключений УПП, можно установить требование к числу уровней инвертора 5 по величине ступени, на которою изменяется выходное напряжение (величину uф при Еф=0).Based on the magnitude of the phase inductance Lph and the permissible value of the derivative of the current, which determines the switching frequency of the soft starter, it is possible to establish a requirement for the number of levels of the inverter 5 by the magnitude of the stage by which the output voltage changes (the value of uph at Ef = 0).

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет достичь указанный технический результат - исключить возможность возникновения автоколебаний и возможность увеличения отклонений мгновенных значений фазных токов от заданных, а также снижения частоты переключений УПП инвертора до приемлемого уровня, не используя дополнительные реакторы.Thus, the claimed technical solution allows to achieve the specified technical result - to exclude the possibility of self-oscillations and the possibility of increasing deviations of the instantaneous values of phase currents from the set, as well as reducing the frequency of switching the inverter soft starter to an acceptable level, without using additional reactors.

Claims (1)

Регулируемый электропривод переменного тока, содержащий трехфазный электродвигатель с выводом нулевой точки обмотки статора, соединенной в звезду, три датчика фазных токов двигателя и трехфазный многоуровневый инвертор на управляемых полупроводниковых приборах, оснащенный устройством управления, содержащим три одинаковых модулятора фазных токов и логический блок управления, соединенный с драйверами управляемых полупроводниковых приборов трехфазного многоуровневого инвертора, отличающийся тем, что трехфазный многоуровневый инвертор на управляемых полупроводниковых приборах оснащен выводом точки нулевого потенциала и что вывод нулевой точки обмотки статора электродвигателя соединен с выводом точки нулевого потенциала инвертора, также логический блок управления содержит три управляющих выхода для управления драйверами инвертора, три информационных выхода для выдачи мгновенных значений заданных фазных токов электродвигателя, один информационный выход для выдачи величины допустимого отклонения мгновенных значений фазных токов от заданных значений, один информационный выход для выдачи сигнала начальной установки выходных сигналов модуляторов фазных токов и три информационных входа для приема выходных сигналов модуляторов фазных токов, также в состав каждого модулятора фазных токов входит реверсивный счетчик режимов с числом возможных состояний, равным числу уровней выходного напряжения инвертора, инвертирующий компаратор, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика режимов, неинвертирующий компаратор, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика режимов, также каждый модулятор фазных токов имеет четыре информационных входа для приема сигнала начальной установки реверсивного счетчика режимов, для получения допустимого отклонения мгновенных значений фазных токов, для приема величины мгновенных значений заданного тока фазы электродвигателя, для приема измеренных мгновенных значений тока фазы электродвигателя.An adjustable AC electric drive containing a three-phase electric motor with a stator winding zero point connected to a star, three phase current sensors of the motor and a three-phase multilevel inverter on controlled semiconductor devices, equipped with a control device containing three identical phase current modulators and a logical control unit connected to Drivers of controlled semiconductor devices of a three-phase multilevel inverter, characterized in that the three-phase multilevel inverter the rotor on controlled semiconductor devices is equipped with an output of the zero potential point and that the output of the zero point of the stator winding of the electric motor is connected to the output of the zero potential point of the inverter, the logic control unit also contains three control outputs for controlling the inverter drivers, three information outputs for issuing instantaneous values of the specified phase currents of the electric motor , one information output for issuing the value of the permissible deviation of the instantaneous values of phase currents from the set values, one in formation output for issuing the initial setting signal of the output signals of the phase current modulators and three information inputs for receiving the output signals of the phase current modulators, each phase current modulator also includes a reversible mode counter with the number of possible states equal to the number of inverter output voltage levels, an inverting comparator, the output of which is connected to the subtracting input of the reversible mode counter, a non-inverting comparator, the output of which is connected to the summing input of the reverse a mode counter, also each phase current modulator has four information inputs for receiving a signal for the initial installation of a reverse mode counter, for obtaining a permissible deviation of the instantaneous values of phase currents, for receiving the instantaneous value of a given current of a motor phase, for receiving measured instantaneous values of a motor phase current.
RU2016105178A 2016-02-16 2016-02-16 Alternate current variable speed drive RU2629009C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016105178A RU2629009C2 (en) 2016-02-16 2016-02-16 Alternate current variable speed drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016105178A RU2629009C2 (en) 2016-02-16 2016-02-16 Alternate current variable speed drive

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016105178A RU2016105178A (en) 2017-08-21
RU2629009C2 true RU2629009C2 (en) 2017-08-24

Family

ID=59744664

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016105178A RU2629009C2 (en) 2016-02-16 2016-02-16 Alternate current variable speed drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2629009C2 (en)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1368938A1 (en) * 1984-12-25 1988-01-23 Предприятие П/Я А-1586 Decoupling device for irradiator array
US6014323A (en) * 1997-08-08 2000-01-11 Robicon Corporation Multiphase power converter
RU2204880C2 (en) * 2001-05-03 2003-05-20 Камский политехнический институт Off-line multilevel phase voltage inverter
RU2269196C1 (en) * 2004-07-20 2006-01-27 Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" Voltage converter built around combined circuit arrangement
RU52539U1 (en) * 2005-09-14 2006-03-27 Общество с ограниченной ответственностью "Торговый дом "Электрические машины" (ООО "ТД "Электрические машины") MULTILEVEL AUTONOMOUS PHASE VOLTAGE INVERTER
WO2011048457A1 (en) * 2009-10-20 2011-04-28 Metasystem Energy S.R.L. System and method for offsetting the input voltage unbalance in multilevel inverters or the like
US8159840B2 (en) * 2008-03-20 2012-04-17 Ls Industrial Systems Co., Ltd. Multilevel inverter
EP2491641A1 (en) * 2009-10-19 2012-08-29 Robert Bosch GmbH Electric machine, hydraulics unit
CN103825443A (en) * 2012-11-19 2014-05-28 富士电机株式会社 Multilevel inverter
JP2015023799A (en) * 2013-07-22 2015-02-02 エルエス産電株式会社Lsis Co., Ltd. Multilevel inverter

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1368938A1 (en) * 1984-12-25 1988-01-23 Предприятие П/Я А-1586 Decoupling device for irradiator array
US6014323A (en) * 1997-08-08 2000-01-11 Robicon Corporation Multiphase power converter
RU2204880C2 (en) * 2001-05-03 2003-05-20 Камский политехнический институт Off-line multilevel phase voltage inverter
RU2269196C1 (en) * 2004-07-20 2006-01-27 Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" Voltage converter built around combined circuit arrangement
RU52539U1 (en) * 2005-09-14 2006-03-27 Общество с ограниченной ответственностью "Торговый дом "Электрические машины" (ООО "ТД "Электрические машины") MULTILEVEL AUTONOMOUS PHASE VOLTAGE INVERTER
US8159840B2 (en) * 2008-03-20 2012-04-17 Ls Industrial Systems Co., Ltd. Multilevel inverter
EP2491641A1 (en) * 2009-10-19 2012-08-29 Robert Bosch GmbH Electric machine, hydraulics unit
WO2011048457A1 (en) * 2009-10-20 2011-04-28 Metasystem Energy S.R.L. System and method for offsetting the input voltage unbalance in multilevel inverters or the like
CN103825443A (en) * 2012-11-19 2014-05-28 富士电机株式会社 Multilevel inverter
JP2015023799A (en) * 2013-07-22 2015-02-02 エルエス産電株式会社Lsis Co., Ltd. Multilevel inverter

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016105178A (en) 2017-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0567082B1 (en) Control apparatus of power converter and control apparatus of electric motor vehicle
WO2019142877A1 (en) Rotary electric machine control device
BR102015000684B1 (en) POWER CONVERSION SYSTEM, METHOD FOR OPERATING A MULTI-LEVEL CONVERTER, AND NON-TRANSITORY COMPUTER-READABLE MEDIUM WITH COMPUTER-EXECTABLE INSTRUCTIONS
EP4020791A1 (en) High switching frequency pwm inverter
Yun et al. A new active zero state PWM algorithm for reducing the number of switchings
US11646676B2 (en) Method and apparatus for generating a three-phase voltage
US10483902B1 (en) System and method for reducing current harmonic distortion in a motor controller
SE455147C (en) ELECTRICAL DRIVE CONVERTER
Kucka et al. Improved current control for a quasi-two-level PWM-operated modular multilevel converter
EP0769843A1 (en) A method and apparatus for controlling static electronic components for phase switching in a three-phase brushless electric motor
RU2629009C2 (en) Alternate current variable speed drive
Hasan et al. High performance rectifier/multilevel inverter based BLDC motor drive with PI controller
Ghoreishy et al. A new selective harmonic elimination pulse-width and amplitude modulation (SHE-PWAM) for drive applications
JP2005348597A (en) Controller for electric vehicle
RU2694364C1 (en) Method for control of inductor machine
Pultyakov et al. Universal control method of auxiliary electric motors
RU2339154C1 (en) Control device for frequency converter
Ahmed et al. Analysis of 5-Phase IM Drive with Reduced Switch 5-Level Inverter
Patel Speed control of three-phase induction motor using variable frequency drive
JP3873221B2 (en) Electric vehicle control device
Farsadi et al. A novel hybrid multiphase multilevel inverter topology
Billade et al. 3 Phase Induction Motor Control Using Single Phase Input and GSM
RU2580508C1 (en) Method of controlling braking of frequency electric drive with multilevel voltage inverter
Kanti et al. Speed Control of Three-Phase Induction Motor using FPGA
Tutuncu et al. Design and Analysis of PI Controller Based Four-Quadrant DC Motor Drive with Bipolar and Unipolar Switching Methods