RU2647882C2 - Устройство питания асинхронного двигателя - Google Patents

Устройство питания асинхронного двигателя Download PDF

Info

Publication number
RU2647882C2
RU2647882C2 RU2016106441A RU2016106441A RU2647882C2 RU 2647882 C2 RU2647882 C2 RU 2647882C2 RU 2016106441 A RU2016106441 A RU 2016106441A RU 2016106441 A RU2016106441 A RU 2016106441A RU 2647882 C2 RU2647882 C2 RU 2647882C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
outputs
inputs
motor
phase
voltage
Prior art date
Application number
RU2016106441A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016106441A (ru
Inventor
Евгений Олегович Лавренов
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет"
Priority to RU2016106441A priority Critical patent/RU2647882C2/ru
Publication of RU2016106441A publication Critical patent/RU2016106441A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2647882C2 publication Critical patent/RU2647882C2/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H5/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
    • H02H5/04Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/085Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against excessive load

Abstract

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах питания асинхронных двигателей как общепромышленного, так и специального назначения. Техническим результатом является обеспечение защиты двигателя от перегрева вследствие повреждений обмоток при повреждении электрической цепи ротора и обеспечения бесперебойной работы двигателя в подобных режимах. В устройство питания асинхронного двигателя, содержащее три мостовых инвертора, питаемых от сети постоянного напряжения и управляемых от трехфазного источника сигналов, введены преобразователи уровней, пик-детекторы фазных напряжений, блок формирования средней амплитуды, аналоговые умножители напряжения, трансформаторы тока, соединенные выходами с сумматорами, вторыми входами у которых являются выходы аналоговых умножителей напряжения, первыми входами которых являются выходы задающего генератора, формирующего фазные напряжения и синхронизированного с питающей сетью, а вторыми - выход блока нелинейного преобразования, вход которого соединен с выходом блока формирования средней амплитуды, входы которого подключены к выходам пик-детекторов, входы которых подключены к выходам преобразователей уровней, входы которых подключены к зажимам питания двигателя, который подключен к выходам мостовых инверторов, к управляющим входам которых подключены выходы сумматоров. 2 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к устройствам питания асинхронных двигателей как общепромышленного, так и специального назначения и может быть использовано для повышения надежности работы двигателя в аварийных ситуациях, в частности в режимах работы, связанных с потерей фазы питающей сети или появлением электрической несимметрии в цепи ротора.

Устройство служит для защиты двигателя от перегрева вследствие повреждений обмоток при повреждении электрической цепи ротора и обеспечения бесперебойной работы двигателя в подобных режимах.

Это достигается тем, что в известном устройстве питания асинхронного двигателя, содержащем три мостовых инвертора, питаемых от сети постоянного напряжения и управляемых от трехфазного источника сигналов, введены преобразователи уровней, пик-детекторы фазных напряжений, блок формирования средней амплитуды, аналоговые умножители напряжения, трансформаторы тока, соединенные выходами с сумматорами, вторыми входами у которых являются выходы аналоговых умножителей напряжения, первыми входами которых являются выходы задающего генератора, формирующего фазные напряжения и синхронизированного с питающей сетью, а вторыми - выход блока нелинейного преобразования, вход которого соединен с выходом блока формирования средней амплитуды, входы которого подключены к выходам пик-детекторов, входы которых подключены к выходам преобразователей уровней, входы которых подключены к зажимам питания двигателя, который также подключен к выходам мостовых инверторов, к управляющим входам которых подключены выходы сумматоров.

Устройство питания асинхронного двигателя

Предлагаемое изобретение относится к устройствам питания асинхронных двигателей как общепромышленного, так и специального назначения и может быть использовано для повышения надежности работы двигателя в аварийных ситуациях, в частности, в режимах работы, связанных с потерей фазы питающей сети или появлением электрической несимметрии в цепи ротора.

Известно устройство для питания асинхронного двигателя (патент РФ №133365 «Устройство обеспечения живучести асинхронного электропривода», Н02Н 7/09), содержащее трехфазный преобразователь частоты, выполненный по трехфазной мостовой схеме, три датчика тока, каждый из которых подключен к соответствующей фазе обмотки статора асинхронного двигателя, на валу которого установлен датчик скорости, соединенный с микроконтроллером, к которому подключены задатчик частоты вращения и преобразователь частоты.

Однако указанное устройство не содержит элементов, минимизирующих провал статической механической характеристики асинхронного двигателя при появлении электрической несимметрии в цепи ротора. Следовательно, возможны ситуации, когда при обрыве или замыкании обмотки ротора по обмоткам статора и силовой части электропривода будет протекать значительный ток и произойдет так называемое «застревание» двигателя на половине номинальной скорости, что, в конечном счете, может привести к перегреву и последующему пожару двигателя.

Также известно устройство для питания асинхронного двигателя (заявка на изобретение №94040701 «Устройство для защиты электрической машины переменного тока от анормальных режимов», Н02Н 7/08, Н02Н 7/085), содержащее трансформаторы тока по числу фаз электрической машины, вторичные обмотки которых подключены ко входу многофазного выпрямителя, цепь из одного или нескольких последовательно соединенных позисторов, установленных с возможностью теплового контакта с обмотками статора защищаемой электрической машины, один из выводов этой цепи подключен к одному из выходных выводов упомянутого выпрямителя, конденсатор, одним из выводов соединенный с другим выводом цепи из одного или нескольких последовательно соединенных позисторов, пороговый узел, к выходу которого подключен вход исполнительного органа.

Однако указанное устройство не позволяет продолжить эксплуатацию двигателя с повреждением цепи ротора при ограничении функциональности.

Кроме того, известно устройство для питания асинхронного двигателя (патент РФ №2308138 «Трехфазный усилитель», H02J 3/28), являющееся прототипом предлагаемого изобретения, содержащее три мостовых инвертора, питаемых от сети постоянного напряжения и управляемых от трехфазного источника сигналов, блоки формирования максимального, минимального и среднего между ними значений входных сигналов и три сумматора, причем первый-третий выходы трехфазного источника сигналов подключены к первым входам первого-третьего сумматоров и к первым-третьим входам блоков формирования максимального и минимального значений, выходы которых подключены к первому и второму входам блока формирования среднего значения, выходы первого-третьего сумматоров подключены к входам первого-третьего однофазных усилителей, выходы которых подключены к трехфазной нагрузке, соединенной в звезду.

Однако указанное устройство не защищает двигатель от перегрева при электрической несимметрии цепи ротора, не обеспечивает бесперебойной работы двигателя при повреждении цепи ротора.

Задачей (технический результат) предлагаемого изобретения является защита двигателя от перегрева вследствие повреждений обмоток при повреждении электрической цепи ротора, обеспечение бесперебойной работы двигателя в подобных режимах.

Поставленная задача достигается тем, что в известное устройство питания асинхронного двигателя, содержащее три мостовых инвертора, питаемых от сети постоянного напряжения и управляемых от трехфазного источника сигналов, введены преобразователи уровней, пик-детекторы фазных напряжений, блок формирования средней амплитуды, аналоговые умножители напряжения, трансформаторы тока, соединенные выходами с сумматорами, вторыми входами у которых являются выходы аналоговых умножителей напряжения, первыми входами которых являются выходы задающего генератора, формирующего фазные напряжения и синхронизированного с питающей сетью, а вторыми - выход блока нелинейного преобразования, вход которого соединен с выходом блока формирования средней амплитуды, входы которого подключены к выходам пик-детекторов, входы которых подключены к выходам преобразователей уровней, входы которых подключены к зажимам питания двигателя, который также подключен к выходам мостовых инверторов, к управляющим входам которых подключены выходы сумматоров.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - статические механические характеристики, поясняющие работу устройства: 1 - при задании симметричной системы фазных токов статора на номинальном уровне и симметричном режиме ротора; 2 - при задании симметричной системы фазных токов статора на номинальном уровне и наличии электрической несимметрии цепи ротора; 3 - при задании симметричной системы фазных токов статора с величиной, определяемой средней суммой модулей векторов напряжения.

Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит трансформаторы тока 1, 2, 3, преобразующие ток фаз асинхронного двигателя и соединенные выходами с сумматорами 4, 5, 6, вторыми входами у которых являются выходы аналоговых умножителей напряжения 7, 8, 9, первыми входами которых являются выходы задающего генератора 10, формирующего фазные напряжения и синхронизированного с питающей сетью 11, а вторыми - выход блока нелинейного преобразования 12, на первом входе которого задается максимальная кратность пускового тока, а второй вход которого соединен с выходом блока формирования средней амплитуды 13, входы которого подключены к выходам пик-детекторов 14, 15, 16, входы которых подключены к выходам преобразователей уровней 17, 18, 19, входы которых подключены к зажимам питания двигателя 20, который также подключен к выходам мостовых инверторов 21, 22, 23, к управляющим входам которых подключены выходы сумматоров 4, 5, 6. Напряжение питания мостовых инверторов 21, 22, 23 обеспечивается силовым трехфазным выпрямителем 24 и сглаживается дросселем 25.

Устройство работает следующим образом: при подаче напряжения питания задающий генератор 10 формирует синусоидальные симметричные уровни напряжений, умножаемые на некоторый коэффициент, обратно пропорциональный среднему значению фазных амплитуд статора и ограниченный задаваемым максимальным пусковым током. Произведения напряжений на этот коэффициент подаются на сумматоры 4, 5, 6, на выходах которых формируются разностные составляющие токов, задаваемых, и токов, фактически протекающих по фазам статора асинхронного двигателя 20. Эта разностная составляющая управляет мостовыми инверторами 21, 22, 23 на основе ШИМ - появление положительного сигнала токового рассогласования приводит к увеличению длительности импульса в периоде ШИМ, из-за чего среднее значение напряжения на выходе инверторов 21, 22, 23 повышается, и наоборот - отрицательный сигнал токового рассогласования снижает длительность импульса в периоде, что приводит к уменьшению среднего напряжения на выходе инверторов 21, 22, 23.

При больших скольжениях ротора и поддержании в статоре асинхронного двигателя 20 номинального тока момент на валу двигателя мал, и возрастает только при скольжениях, близких к номинальным (фиг. 2). Напряжение на зажимах фаз статора при больших скольжениях также мало. Для компенсации пускового момента в предлагаемом устройстве предусмотрена цепь коррекции, состоящая из блока формирования средней амплитуды 13, блока нелинейного преобразования 12 и аналоговых умножителей напряжения 7, 8, 9, и повышающая уровень фазных токов статора асинхронного двигателя 20 при малых напряжениях на зажимах фаз статора умножением формируемых задающим генератором 10 токов на коэффициент, обратно пропорциональный амплитудным напряжениям фаз статора.

При электрической несимметрии цепи ротора асинхронного двигателя 20 и при реализованной схемотехнически симметрии токов статора амплитуды напряжений фаз статора существенно различаются, что объясняется наличием в магнитной цепи потокосцепления обратной последовательности, формирующего в цепи статора ЭДС обратной последовательности. При критическом случае, когда напряжение обратной последовательности равно напряжению прямой последовательности, ошибка коррекции несимметрии составляет (1.732+1.732)/3-1=0.155, т.е. 15.5%.

Таким образом, благодаря введению трансформаторов тока устройство питания асинхронного двигателя способно задавать симметричные синусоидальные токи фаз статора, что избавляет асинхронный двигатель от провала статической механической характеристики ниже нуля при наличии в нем электрической несимметрии в роторе, и введением цепи коррекции, состоящей из блока формирования средней амплитуды, блока нелинейного преобразования и аналоговых умножителей напряжения, выполнена коррекция статической механической характеристики при больших скольжениях.

Claims (1)

  1. Устройство питания асинхронного двигателя, содержащее три мостовых инвертора, питаемых от сети постоянного напряжения и управляемых от трехфазного источника сигналов, отличающееся тем, что в него введены преобразователи уровней, пик-детекторы фазных напряжений, блок формирования средней амплитуды, аналоговые умножители напряжения, трансформаторы тока, соединенные выходами с сумматорами, вторыми входами у которых являются выходы аналоговых умножителей напряжения, первыми входами которых являются выходы задающего генератора, формирующего фазные напряжения и синхронизированного с питающей сетью, а вторыми - выход блока нелинейного преобразования, вход которого соединен с выходом блока формирования средней амплитуды, входы которого подключены к выходам пик-детекторов, входы которых подключены к выходам преобразователей уровней, входы которых подключены к зажимам питания двигателя, который также подключен к выходам мостовых инверторов, к управляющим входам которых подключены выходы сумматоров.
RU2016106441A 2016-02-24 2016-02-24 Устройство питания асинхронного двигателя RU2647882C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016106441A RU2647882C2 (ru) 2016-02-24 2016-02-24 Устройство питания асинхронного двигателя

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016106441A RU2647882C2 (ru) 2016-02-24 2016-02-24 Устройство питания асинхронного двигателя

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016106441A RU2016106441A (ru) 2017-08-29
RU2647882C2 true RU2647882C2 (ru) 2018-03-21

Family

ID=59798631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016106441A RU2647882C2 (ru) 2016-02-24 2016-02-24 Устройство питания асинхронного двигателя

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2647882C2 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US930484A (en) * 1908-11-30 1909-08-10 Virgil C Koons House letter-box.
US4939437A (en) * 1988-06-22 1990-07-03 Siemens Energy & Automation, Inc. Motor controller
WO2000067355A1 (en) * 1999-04-30 2000-11-09 Abb Ab Power converter with rotating/stationary communication/processing means
UA7650U (en) * 2004-06-01 2005-07-15 Univ Zaporizhia Nat Technical Method of manufacture of electrode for acr welding
RU2308138C2 (ru) * 2005-11-22 2007-10-10 Сергей Александрович Богатырев Устройство питания асинхронного электродвигателя
RU2415504C2 (ru) * 2009-03-23 2011-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ) Устройство для защиты трехфазных асинхронных двигателей
EP1804359B1 (en) * 2005-12-28 2012-12-12 JTEKT Corporation Motor control apparatus and motor control method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US930484A (en) * 1908-11-30 1909-08-10 Virgil C Koons House letter-box.
US4939437A (en) * 1988-06-22 1990-07-03 Siemens Energy & Automation, Inc. Motor controller
WO2000067355A1 (en) * 1999-04-30 2000-11-09 Abb Ab Power converter with rotating/stationary communication/processing means
UA7650U (en) * 2004-06-01 2005-07-15 Univ Zaporizhia Nat Technical Method of manufacture of electrode for acr welding
RU2308138C2 (ru) * 2005-11-22 2007-10-10 Сергей Александрович Богатырев Устройство питания асинхронного электродвигателя
EP1804359B1 (en) * 2005-12-28 2012-12-12 JTEKT Corporation Motor control apparatus and motor control method
RU2415504C2 (ru) * 2009-03-23 2011-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ) Устройство для защиты трехфазных асинхронных двигателей

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ю2007. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016106441A (ru) 2017-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kouro et al. Model predictive control: MPC's role in the evolution of power electronics
Edpuganti et al. New optimal pulsewidth modulation for single dc-link dual-inverter fed open-end stator winding induction motor drive
Jung et al. Control of three-phase inverter for AC motor drive with small DC-link capacitor fed by single-phase AC source
Jain et al. A single-stage photovoltaic system for a dual-inverter-fed open-end winding induction motor drive for pumping applications
Haghbin et al. An integrated 20-kW motor drive and isolated battery charger for plug-in vehicles
US5373223A (en) Power converter/inverter system with instantaneous real power feedback control
US8299762B2 (en) Starting/generating system with multi-functional circuit breaker
Milivojevic et al. Stability analysis of FPGA-based control of brushless DC motors and generators using digital PWM technique
Sanchis et al. Boost DC-AC inverter: a new control strategy
Wessels et al. Fault ride-through of a DFIG wind turbine using a dynamic voltage restorer during symmetrical and asymmetrical grid faults
JP4585774B2 (ja) 電力変換装置および電源装置
Sandeep et al. Operation and control of an improved hybrid nine-level inverter
US5257180A (en) Controlling system for parallel operation of AC output inverters with restrained cross currents
US9614461B2 (en) Bidirectional high frequency variable speed drive for CHP (combined heating and power) and flywheel applications
CA2826437C (en) Voltage control in a doubly-fed induction generator wind turbine system
Arya et al. Power quality enhancement using DSTATCOM in distributed power generation system
US7414331B2 (en) Power converter system and method
Bash et al. A medium voltage DC testbed for ship power system research
AU713034B2 (en) Multilevel power converting apparatus
ES2435890T3 (es) Sistema y método para compensar el desequilibrio de tensión de entrada en inversores multinivel o similares
JP4022630B2 (ja) 電力変換制御装置、電力変換制御方法、および電力変換制御用プログラム
Freire et al. Fault-tolerant PMSG drive with reduced DC-link ratings for wind turbine applications
Grigor’ev et al. Improving the reliability of electric drives of exhausters of the oxygen-converter process
Okazaki et al. A speed-sensorless start-up method of an induction motor driven by a modular multilevel cascade inverter (MMCI-DSCC)
Kalla et al. Adaptive noise suppression filter based integrated voltage and frequency controller for two-winding single-phase self-excited induction generator