RU2660460C1 - Device for frequency control over asynchronous electric drive - Google Patents

Device for frequency control over asynchronous electric drive Download PDF

Info

Publication number
RU2660460C1
RU2660460C1 RU2017121247A RU2017121247A RU2660460C1 RU 2660460 C1 RU2660460 C1 RU 2660460C1 RU 2017121247 A RU2017121247 A RU 2017121247A RU 2017121247 A RU2017121247 A RU 2017121247A RU 2660460 C1 RU2660460 C1 RU 2660460C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
speed
frequency
input
static
time constant
Prior art date
Application number
RU2017121247A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Львович Кодкин
Александр Александрович Балденков
Александр Сергеевич Аникин
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский 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 автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)"
Priority to RU2017121247A priority Critical patent/RU2660460C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2660460C1 publication Critical patent/RU2660460C1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • 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
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/06—Linear motors
    • H02P25/062—Linear motors of the induction type
    • 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

Abstract

FIELD: electrical equipment.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical equipment and can be used in the frequency-controlled electric drives. When using the automated electric drives with the AC motors frequency control without speed sensors, arising the speed maintaining issues. This issue becomes especially important with the moment loads. Into the induction motor control device the first order inertial link with variable static gain and variable time constant and two static nonlinear converters are introduced. Static nonlinear converters form the static gain and the time constant values required for the given rotation speed in the entire operating range of speed.
EFFECT: ensuring the of the corrective positive feedback by the stator current efficiency in the range of the electric drive speeds of not less than 1:100 at the rated load and while maintaining the asynchronous electric drive control system stability.
1 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в частотно-регулируемых электроприводах. Предлагаемое устройство может быть использовано для создания автоматизированных электроприводов переменного тока с частотным управлением без дополнительных датчиков скорости.The invention relates to electrical engineering and can be used in variable frequency drives. The proposed device can be used to create automated AC electric drives with frequency control without additional speed sensors.

При использовании автоматизированных электроприводов с частотным управлением двигателями переменного тока без дополнительных датчиков скорости возникают проблемы поддержания скорости. Особенное значение эта проблема приобретает при моментных нагрузках, изменяющихся в пределах номинального значения и диапазоне регулирования скорости более чем 1:100.When using automated electric drives with frequency control of AC motors without additional speed sensors, problems of maintaining speed arise. This problem acquires special significance at moment loads varying within the limits of the nominal value and the speed regulation range of more than 1: 100.

Из уровня техники известно, что стандартным решением в данной области является введение в систему управления электропривода так называемой IR-компенсации. При малых частотах и малых напряжениях на асинхронном двигателе (АД) возрастает роль падения напряжения на активном сопротивлении статора. Если снижать напряжение строго пропорционально частоте, то это приведет к уменьшению магнитного потока электродвигателя (ЭД). Поэтому, в частотном приводе напряжение должно снижаться в меньшей степени, чем

Figure 00000001
. Для этого применяют систему IR-компенсации, в которой данный закон регулирования заменен соотношениемIt is known from the prior art that a standard solution in this area is the introduction of the so-called IR- compensation into the electric drive control system. At low frequencies and low voltages on an induction motor (AM), the role of voltage drop on the stator resistance increases. If the voltage is reduced strictly in proportion to the frequency, then this will lead to a decrease in the magnetic flux of the electric motor (ED). Therefore, in a frequency drive, the voltage should decrease to a lesser extent than
Figure 00000001
. For this, an IR- compensation system is used, in which this regulation law is replaced by the ratio

Figure 00000002
Figure 00000002

В приводах, в которых производится компенсация падения напряжения на сопротивлении статора, поддерживается постоянное соотношение между частотой и напряжением |U 1 - I 1 ⋅R 1|. Это напряжение отличается от напряжения, подаваемого на статор электродвигателя, на величину падения напряжения на активном сопротивлении статора.In drives that compensate for the voltage drop across the stator resistance, a constant relationship between frequency and voltage is maintained | U 1 - I 1 ⋅R 1 |. This voltage differs from the voltage supplied to the stator of the electric motor by the magnitude of the voltage drop across the stator resistance.

Упрощенная схема частотного электропривода с IR-компенсацией представлена на фиг. 4.A simplified diagram of a frequency drive with IR compensation is shown in FIG. four.

В приводе использован автономный инвертор напряжения (АИН) с управляемым выпрямителем (УВ), сигнал U f , определяющий частоту задания, поступает на систему управления инвертором. Датчик тока (ДТ) производит измерение тока статора I 1 и вырабатывает напряжение, пропорциональное амплитуде тока статора. Это напряжение поступает на вход управляемого выпрямителя (УВ) и увеличивает напряжение, подаваемое на статор электродвигателя. В результате выходное напряжение выпрямителя изменяется так, чтобы обеспечить необходимую связь между напряжением и частотой. Простота реализации данного решения привела к тому, что функция введения и изменения IR-компенсации стала стандартной для большинства промышленных преобразователей частоты.The drive uses an autonomous voltage inverter (AIN) with a controlled rectifier (HC), the signal U f , which determines the frequency of the reference, is fed to the control system of the inverter. The current sensor (DT) measures the stator current I 1 and generates a voltage proportional to the amplitude of the stator current. This voltage is supplied to the input of a controlled rectifier (HC) and increases the voltage supplied to the stator of the electric motor. As a result, the output voltage of the rectifier is changed so as to provide the necessary connection between voltage and frequency. The ease of implementation of this solution has led to the fact that the function of introducing and changing IR compensation has become standard for most industrial frequency converters.

Однако, как показал опыт практического применения электроприводов, введение IR-компенсации не позволяет полностью компенсировать статическую ошибку по скорости при значительном изменении нагрузки, в большом диапазоне регулирования скорости, кроме того, значительное увеличение значения IR-компенсации, которая является положительной обратной связью (ПОС) по току статора, приводит к неустойчивости процессов в цепях управления приводом, возникновению автоколебаний тока и скорости, а в некоторых случаях к полному срыву управления.However, as experience in the practical use of electric drives has shown, the introduction of IR- compensation does not fully compensate for the static error in speed with a significant change in load, in a wide range of speed control, in addition, a significant increase in the value of IR- compensation, which is a positive feedback (POS) over the stator current, leads to instability of processes in the drive control circuits, the occurrence of self-oscillations of current and speed, and in some cases to complete failure of control.

Наиболее близким устройством , позволяющим решить данную проблему, является устройство частотного управления асинхронным электроприводом (патент № 2599529 МПК H02P23/02; H02P25/02 (2006.01) опубл.10.10.2016г), которое содержит асинхронный двигатель, преобразователь частоты и напряжения, функциональный преобразователь, в котором реализуется зависимость амплитуды напряжения от частоты, и датчик тока статора, который формирует сигнал, пропорциональный амплитуде тока статора. Выход датчика тока соединен с входом инерционного звена первого порядка, выход которого подсоединен к входу функционального преобразователя. Как показано в описании устройства, инерционное звено в положительной обратной связи улучшает устойчивость замкнутого контура и позволяет получить необходимый коэффициент компенсации, для практически полной компенсации падения напряжения в статорной цепи при возрастании тока статора под нагрузкой, и, тем самым, для поддержания скорости с точностью 1% при номинальной скорости вращения и номинальном нагрузочном моменте. Closest device to solve this problem is a frequency control device of an asynchronous electric drive (patent No. 2599529 IPC H02P23 / 02; H02P25 / 02 (2006.01) publ. 10.10.2016), which contains an asynchronous motor, a frequency and voltage converter, a functional converter, which implements the dependence of the voltage amplitude on the frequency, and a stator current sensor, which generates a signal proportional to the amplitude of the stator current. The output of the current sensor is connected to the input of the inertial link of the first order, the output of which is connected to the input of the functional converter. As shown in the device description, the inertial link in the positive feedback improves the stability of the closed loop and allows you to get the necessary compensation coefficient to almost completely compensate for the voltage drop in the stator circuit with increasing stator current under load, and thereby to maintain speed with an accuracy of 1 % at rated speed of rotation and rated load moment.

Недостатками данного устройства является то, что принцип его работы не учитывает тот факт, что асинхронный электропривод представляет собой нелинейную систему, которая, даже при упрощении, описывается нелинейной динамической механической характеристикой (2) приведенной в известной работе А. А Усольцева «Частотное управление асинхронными двигателями» Учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, [1]: The disadvantages of this device is that the principle of its operation does not take into account the fact that an asynchronous electric drive is a non-linear system, which, even if simplified, is described by a non-linear dynamic mechanical characteristic (2) given in A. A. Usoltsev's famous work “Frequency control of asynchronous motors " Tutorial. SPb: SPbSU ITMO, [1]:

Figure 00000003
Figure 00000003

В этой формуле: m - развиваемый двигателем момент, S k - критическое скольжение, которое, строго говоря, изменяется при изменении синхронной скорости вращения двигателя (и, следовательно, частоты питающего статор напряжения), S т - текущее скольжение, которое определяется скоростью вращения двигателя, Т 2 - постоянная времени роторных цепей. Очевидно, что передаточная функция всего привода будет изменяться при изменении частоты питающего напряжения и синхронной скорости. Таким образом, настройка соответствующих коэффициентов функционального преобразователя для компенсации нагрузки на низких скоростях вращения приводит к неустойчивой работе на скоростях вращения близких к номинальным, и наоборот, настройка коэффициентов на частоты вращения, близкие к номинальным, приводит к неполной компенсации статической ошибки на низких оборотах.In this formula: m is the moment developed by the engine, S k is the critical slip, which, strictly speaking, changes with a change in the synchronous speed of the motor (and, therefore, the frequency of the voltage supplying the stator), S t is the current slip, which is determined by the speed of the motor , T 2 - time constant of rotor chains. Obviously, the transfer function of the entire drive will change when the frequency of the supply voltage and the synchronous speed change. Thus, adjusting the corresponding coefficients of the functional converter to compensate for the load at low rotational speeds leads to unstable operation at rotational speeds close to nominal, and vice versa, adjusting the coefficients for rotational speeds close to nominal leads to incomplete compensation of the static error at low revs.

Авторы провели исследования асинхронного электропривода с преобразователями частоты ATV32 и ATV71 производства компании Schneider Electric. Режим поддержания скорости исследовался в замкнутой по скорости системе и в разомкнутой с максимально возможным (без нарушения устойчивости) коэффициентом IR-компенсаций, которые должны обеспечивать поддержание скорости при увеличении нагрузки.The authors studied asynchronous electric drives with frequency converters ATV 32 and ATV 71 manufactured by Schneider Electric . The mode of maintaining the speed was studied in a system closed in speed and open with the maximum possible (without disturbing stability) coefficient of IR- compensations, which should ensure the maintenance of speed with increasing load.

В замкнутой по скорости системе при работе на номинальной скорости и набросе номинальной нагрузки амплитуда напряжения на статоре увеличилась на 40 В, а частота напряжения - на 7 Гц, при этом, время переходного процесса в такой системе составило 0,6с.In a system closed in speed, when operating at rated speed and a surge in rated load, the voltage amplitude at the stator increased by 40 V and the voltage frequency increased by 7 Hz, while the transition time in such a system was 0.6 s.

В разомкнутой системе снижение скорости при той же нагрузке составило 30%, т.к. напряжение увеличилось на 5 В, а частота напряжения - на 1 Гц. Это произошло из-за того, что коэффициент IR-компенсации не достаточен для поддержания скорости в необходимом диапазоне изменения нагрузки. Увеличить его до необходимой величины возможности нет, т.к. безынерционная положительная обратная связь с таким коэффициентом приведет к неустойчивости электропривода.In an open system, the decrease in speed at the same load was 30%, because voltage increased by 5 V, and the voltage frequency increased by 1 Hz. This was due to the fact that the IR compensation factor is not sufficient to maintain the speed in the required range of load changes. It is not possible to increase it to the required value, because inertialess positive feedback with such a coefficient will lead to instability of the electric drive.

Эксперименты, проведенные авторами, показали, что на частоте питающего напряжения 10Гц, при номинальной нагрузке для полной компенсации падения напряжения (т.е. для поддержания скорости, соответствующей 10Гц с погрешностью менее 1%) необходимо повысить его на 30В, а для устойчивости привода постоянная времени инерционного звена должна быть 100мс, для других частот питающего напряжения, значения постоянной времени и величина необходимого повышения напряжения приведены в таблице 1.The experiments conducted by the authors showed that at a supply voltage frequency of 10 Hz, at a rated load, to fully compensate for the voltage drop (i.e., to maintain a speed corresponding to 10 Hz with an error of less than 1%), it must be increased by 30 V , and for drive stability the time constant of the inertial link should be 100 ms , for other frequencies of the supply voltage, the values of the time constant and the magnitude of the required voltage increase are given in table 1.

Таблица 1.Table 1.

Частота задания, ГцReference frequency, Hz Величина повышения напряжения, ВThe magnitude of the voltage increase, V Постоянная времени, мс Time constant, ms 1010 30thirty 100one hundred 20twenty 3535 120120 50fifty 50fifty 140140

Техническая задача изобретения направлена на обеспечение эффективности корректирующей положительной обратной связи по току статора в диапазоне скоростей электропривода не менее 1:100 при номинальной нагрузке и при сохранении устойчивости системы управления асинхронным электроприводом. The technical problem of the invention is directed  to ensure the effectiveness of corrective positive feedback on the stator current in the speed range of the electric drive is not less than 1: 100 at rated load and while maintaining the stability of the control system of the asynchronous electric drive.

Под эффективностью понимается поддержание скорости вращения вала двигателя с точностью до 1% при нагрузке до 2I н для электродвигателей с номинальным скольжением до 10 % и при нагрузке до 1,5I н - со скольжением от 10% до 15%. Efficiency means maintaining the rotation speed of the motor shaft with an accuracy of 1% at a load of up to 2 I n for electric motors with a rated slip of up to 10% and with a load of up to 1.5 I n with a slip of 10% to 15%.

Технический результат изобретения - поддержание заданной скорости вращения асинхронного электродвигателя с погрешностью не более 1% при изменении момента нагрузки в широких пределах, в том числе при увеличении приложенного к приводу механического момента до полуторакратного значения номинального момента электродвигателя, и соответственно, увеличении тока статора до 1,5I н . The technical result of the invention  - maintaining the specified rotation speed of the induction motor with an error of not more than 1% when the load moment changes over a wide range, including when the mechanical moment applied to the drive increases to one and a half times the nominal motor moment, and accordingly, the stator current increases to 1.5I n .

Техническая задача достигается тем, что в устройство управления асинхронным двигателем, содержащем асинхронный двигатель, преобразователь частоты и напряжения, датчики тока статора, инерционное звено первого порядка с переменным коэффициентом статического усиления и переменной постоянной времени, вводятся два статических нелинейных преобразователя, на вход которых подается напряжение управления, соответствующее заданию скорости вращения, с выхода первого статического нелинейного преобразователя, сигнал соответствующий коэффициенту усиления, передается на второй вход инерционного звена, с выхода второго статического нелинейного преобразователя сигнал, соответствующий значению постоянной времени, передается на третий вход инерционного звена. Инерционное звено имеет три входа: на первый подается сигнал с функционального преобразователя тока статора, на второй и третий, сигналы с первого и второго статических нелинейных преобразователей соответственно. Причем второй вход используется для корректировки коэффициента усиления, а третий - для корректировки постоянной времени инерционного звена. При этом сигнал тока статора связан с выходным сигналом инерционного звена уравнением: Technical challenge  is achieved by the fact that two static non-linear converters are introduced into the control device of an induction motor containing an induction motor, a frequency and voltage converter, stator current sensors, a first-order inertial link with a variable coefficient of static gain and a variable time constant, to the input of which a control voltage is applied, corresponding to the rotation speed setting, from the output of the first static non-linear converter, the signal corresponding to the gain, before etsya to a second input of the inertial unit, output from the second nonlinear transformer static signal corresponding to the time constant value is transmitted to the third input of the inertial unit. The inertial link has three inputs: the signal from the functional converter of the stator current is supplied to the first, and the signals from the first and second static nonlinear converters, respectively, to the second and third. Moreover, the second input is used to adjust the gain, and the third - to adjust the time constant of the inertial link. In this case, the stator current signal is connected with the output signal of the inertial link by the equation:

Figure 00000004
Figure 00000004

откуда передаточная функция инерционного звена:whence the transfer function of the inertial link:

Figure 00000005
Figure 00000005

т.е. сигнал задания частоты изменяет коэффициент усиления и постоянную времени инерционного звена.those. the frequency reference signal changes the gain and time constant of the inertial link.

Заявленное устройство представлено на следующих фигурах: The claimed device is presented in the following figures:

на Фиг.1 представлена блок-схема устройства частотного управления асинхронным электроприводом, figure 1 presents a block diagram of a device for frequency control of an asynchronous electric drive,

на Фиг. 2 представлен вариант реализации инерционного звена первого порядка с переменными коэффициентом усиления и постоянной времени, in FIG. 2 shows an embodiment of a first-order inertial link with variable gain and time constant,

на Фиг. 3 представлены диаграммы скоростей при заданной скорости вращения 10 и 50Гц, и набросе номинальной нагрузки:in FIG. Figure 3 shows the velocity diagrams for a given rotation speed of 10 and 50 Hz, and a nominal load surge

А - при значениях коэффициента усиления и постоянной времени инерционного звена, оптимизированных для работы на частоте задания 50Гц, при этом привод находится в устойчивом состоянии и полностью компенсируется падение скорости на частоте задания 50Гц, но наблюдается «провал» скорости на частоте 10Гц;A - with the values of the gain and the time constant of the inertial link optimized for operation at a reference frequency of 50 Hz, while the drive is in a stable state and the speed drop at a reference frequency of 50 Hz is fully compensated, but a “failure” of speed is observed at a frequency of 10 Hz;

Б - при значениях коэффициента усиления и постоянной времени инерционного звена, оптимизированных для работы на частоте задания 10Гц, при этом полностью компенсируется падение скорости на частоте задания 10Гц, но на частоте задания 50Гц привод становится не устойчивым;B - when the gain and time constant of the inertial link are optimized for operation at a reference frequency of 10 Hz, the speed drop at a reference frequency of 10 Hz is fully compensated, but at a reference frequency of 50 Hz, the drive becomes unstable;

В - при работе привода с инерционным звеном первого порядка с переменными коэффициентом усиления и постоянной времени, при этом полностью компенсируется падение скорости и сохраняется устойчивость привода на всех рабочих частотах.B - when the drive is operating with a first-order inertial link with variable gain and time constant, the drop in speed is fully compensated and the drive remains stable at all operating frequencies.

Данный вариант используется в тех случаях, когда невозможна установка датчиков скорости и требуется поддержание скорости в пределах ±1% от заданного.This option is used in cases where the installation of speed sensors is not possible and it is necessary to maintain the speed within ± 1% of the set value.

На Фиг. 1 представлена схема устройства частотного управления асинхронным электроприводом. In FIG. 1 shows a diagram of a frequency control device for an asynchronous electric drive.

На Фиг. 1 цифрами обозначены: In FIG. 1 numbers indicate:

1 - статический нелинейный преобразователь 1;1 - static nonlinear converter 1;

2 - статический нелинейный преобразователь 2;2 - static nonlinear converter 2;

3 - инерционное звено первого порядка;3 - inertial link of the first order;

4 - сумматор;4 - adder;

5 - преобразователь частоты;5 - frequency converter;

6 - функциональный преобразователь тока статора;6 - functional converter of the stator current;

7 - датчик тока фазы А;7 - phase A current sensor;

8 - датчик тока фазы С;8 - phase C current sensor;

9 - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.9 - squirrel-cage induction motor.

Устройство управления асинхронным электроприводом (Фиг. 1) содержит асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 9, статорные обмотки которого подключены к силовым выходам преобразователя частоты 5, управляющий вход которого соединен с выходом сумматора 4, на первый вход которого подается сигнал задания скорости, а в цепи статорных обмоток асинхронного двигателя включены датчики тока 7,8, выходы которых подключены к функциональному преобразователю тока 6, сигнал задания скорости подается на входы первого 1 и второго 2 нелинейных преобразователей, выходы которых соединены со вторым и третьим управляющими входами инерционного звена первого порядка 3 с изменяемыми коэффициентом усиления и постоянной времени, первый вход которого соединен с выходом функционального преобразователя тока 6, а выход соединен со вторым входом сумматора 4.An asynchronous electric drive control device (Fig. 1) contains an squirrel-cage induction motor 9, the stator windings of which are connected to the power outputs of the frequency converter 5, whose control input is connected to the output of the adder 4, to the first input of which a speed reference signal is supplied, and in the stator circuit windings of an induction motor include current sensors 7.8, the outputs of which are connected to a functional current transducer 6, a speed reference signal is supplied to the inputs of the first 1 and second 2 non-linear azovateley whose outputs are connected to second and third control inputs of the first order inertial element 3 with variable gain and a time constant having a first input coupled to an output of a functional current converter 6, and an output connected to the second input of the adder 4.

На Фиг.2 приведен вариант реализации инерционного звена Фиг.1;3 с переменными коэффициентом усиления и постоянной времени.Figure 2 shows an embodiment of the inertial link of Figure 1; 3 with variable gain and time constant.

На Фиг. 2 обозначены:In FIG. 2 are indicated:

УМ1 - умножающее звено; УМ2 - умножающее звено;UM1 - the multiplying link; UM2 - the multiplying link;

Figure 00000006
- интегрирующее звено.
Figure 00000006
 - an integrating link.

Умножающее звено УМ1 изменяет постоянную времени инерционного звена 3, а умножающее звено УМ2 изменяет коэффициент усиления. Инерционное звено 3 (Фиг.2) имеет три входа: на первый подается сигнал с функционального преобразователя тока статора 6, на второй и третий, сигналы с первого и второго статических нелинейных преобразователей 1,2 соответственно. Причем второй вход используется для корректировки коэффициента усиления, а третий - для корректировки постоянной времени инерционного звена. При этом сигнал тока статора связан с выходным сигналом инерционного звена 3 уравнением (3), откуда передаточная функция инерционного звена 3 связана уравнением (4), т.е. сигнал задания частоты изменяет коэффициент усиления и постоянную времени инерционного звена 3.The multiplying link УМ1 changes the time constant of the inertial link 3, and the multiplying link УМ2 changes the gain. The inertial link 3 (Figure 2) has three inputs: the first is fed a signal from the functional current converter of the stator 6, the second and third, the signals from the first and second static non-linear converters 1,2, respectively. Moreover, the second input is used to adjust the gain, and the third - to adjust the time constant of the inertial link. In this case, the stator current signal is connected to the output signal of the inertial link 3 by equation (3), whence the transfer function of the inertial link 3 is connected by equation (4), i.e. the frequency reference signal changes the gain and time constant of the inertial link 3.

Введение в систему инерционного звена первого порядка 3 (Фиг.1;3) с переменными коэффициентом усиления и постоянной времени, позволяет обеспечить устойчивость электропривода и практически полную компенсацию статической ошибки во всем доступном диапазоне скоростей вращения привода и моментов нагрузки. The introduction into the system of the inertial link of the first order 3 (Fig. 1; 3) with variable gain and time constant allows for the stability of the electric drive and almost complete compensation of static error in the entire available range of drive speeds and load moments.

Устройство работает следующим образомThe device operates as follows

При разгоне до заданной скорости на вход преобразователя частоты 5 (Фиг.1) поступает сигнал U f , который соответствует напряжению U з и заданной частоте, сигнал задания поступает на первый 1 и второй 2 статические нелинейные преобразователи, формирующие необходимые для данной скорости значения коэффициента усиления К п и постоянной времени Т, соответственно, которые в дальнейшем поступают на второй и третий входы инерционного звена 3, и устанавливают необходимые коэффициент усиления К п и постоянную времени Т. На первый вход инерционного звена 3 поступает сигнал, соответствующий значению тока статора I 1a, выделенный при помощи датчиков тока 7,8 и обработанный в функциональном преобразователе тока 6. При малых токах статора на первый вход инерционного звена 3 поступает сигнал, близкий к нулю и амплитуда напряжения, подаваемого на статор не меняется. При увеличении нагрузки возрастает статорный ток и уменьшается скорость вращения, но одновременно, возрастает сигнал на выходе датчиков тока статора 7,8 и далее на входе функционального преобразователя тока статора 6 и на входе инерционного звена 3, выходной сигнал которого благодаря подобранному на данной частоте коэффициенту усиления формирует необходимое увеличение напряжение на статоре двигателе, чтобы скорость не менялась по сравнению с заданной, а постоянная времени инерционного звена 3 была такой, чтобы сигнал коррекции U k подавался с необходимой временной задержкой для сохранения устойчивости привода.When accelerating to a given speed, the signal U f , which corresponds to the voltage U s and the given frequency, is supplied to the input of the frequency converter 5 (Figure 1), the reference signal is supplied to the first 1 and second 2 static non-linear converters that form the gain values necessary for the given speed To p and the time constant T , respectively, which subsequently go to the second and third inputs of the inertial link 3, and set the necessary gain K p and the time constant T. At the first input of the inertial link 3, a signal corresponding to the value of the stator current I 1a is extracted using current sensors 7.8 and processed in the functional current transducer 6. At low stator currents, a signal close to zero and the amplitude is received at the first input of the inertial link 3 The voltage supplied to the stator does not change. As the load increases, the stator current increases and the rotation speed decreases, but at the same time, the signal at the output of the stator current sensors increases 7.8 and then at the input of the functional converter of the stator current 6 and at the input of the inertial link 3, the output signal of which is due to the gain coefficient selected at a given frequency generates the necessary increase in voltage at the motor stator, so that the speed has not changed compared to the predetermined and the time constant of the inertial member 3 is such that the correction signal U k feeding camping with the necessary time delay to preserve the stability of the drive.

Таким образом, установка 2-х статических нелинейных преобразователей и инерционного звена первого порядка с переменным коэффициентом передачи и изменяемой постоянной времени, изменяющимися в зависимости от заданной частоты вращения, позволяет получить поддержание заданной скорости вращения асинхронного электродвигателя с погрешностью не более 1% при изменении момента нагрузки в широких пределах, в том числе при увеличении приложенного к приводу механического момента до полуторакратного значения номинального момента электродвигателя, и соответственно, увеличении тока статора до 1,5I н во всем рабочем диапазоне частот вращения электропривода.Thus, the installation of 2 static nonlinear converters and an inertial link of the first order with a variable transmission coefficient and a variable time constant, which vary depending on a given speed, allows you to maintain a given speed of rotation of an asynchronous electric motor with an error of not more than 1% when changing the load moment over a wide range, including when the mechanical moment applied to the drive increases to one and a half times the rated torque of the electric motor For, and, accordingly, an increase in the stator current to 1.5 I n in the entire operating range of rotational speeds of the electric drive.

Claims (1)

Устройство частотного управления асинхронным электроприводом, содержащее асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к силовым выходам преобразователя частоты, управляющий вход которого соединен с выходом сумматора, на первый вход которого подается сигнал задания скорости, а в цепи статорных обмоток асинхронного двигателя включены датчики тока, выходы которых подключены к функциональному преобразователю тока, отличающееся тем, что в устройстве установлены первый и второй статические нелинейные преобразователи и инерционное звено первого порядка, на входы первого и второго статических нелинейных преобразователей подается напряжение управления, соответствующее сигналу задания скорости, выход первого нелинейного преобразователя соединен со вторым входом инерционного звена, а выход второго нелинейного преобразователя соединен с третьим входом инерционного звена, первый вход которого соединен с выходом функционального преобразователя тока, а выход соединен со вторым входом сумматора.A frequency control device for an asynchronous electric drive, comprising a squirrel-cage induction motor, the stator windings of which are connected to the power outputs of the frequency converter, the control input of which is connected to the output of the adder, the first input of which supplies a speed reference signal, and current sensors are included in the stator windings of the asynchronous motor the outputs of which are connected to a functional current transducer, characterized in that the first and second static frost converters and the inertial link of the first order, the control voltage corresponding to the speed reference signal is applied to the inputs of the first and second static non-linear converters, the output of the first nonlinear converter is connected to the second input of the inertial link, and the output of the second nonlinear converter is connected to the third input of the inertial link, the first input which is connected to the output of the functional current transducer, and the output is connected to the second input of the adder.
RU2017121247A 2017-06-16 2017-06-16 Device for frequency control over asynchronous electric drive RU2660460C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017121247A RU2660460C1 (en) 2017-06-16 2017-06-16 Device for frequency control over asynchronous electric drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017121247A RU2660460C1 (en) 2017-06-16 2017-06-16 Device for frequency control over asynchronous electric drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2660460C1 true RU2660460C1 (en) 2018-07-06

Family

ID=62815659

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017121247A RU2660460C1 (en) 2017-06-16 2017-06-16 Device for frequency control over asynchronous electric drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2660460C1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1365332A1 (en) * 1986-03-26 1988-01-07 Московский энергетический институт Electric drive
FR2714234B1 (en) * 1993-12-16 1996-08-23 Telemecanique Power control system for an asynchronous motor.
JP4808289B2 (en) * 2009-12-28 2011-11-02 三菱電機株式会社 AC motor drive control device
RU2451389C1 (en) * 2010-12-29 2012-05-20 Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") Method to control induction propulsion engine
US8350517B2 (en) * 2007-12-04 2013-01-08 Lenze Drives Gmbh Applying a control unit to an asynchronous machine which is operated without a rotary encoder
DE102015203524A1 (en) * 2015-02-27 2016-09-15 Robert Bosch Gmbh Control device for an asynchronous machine and method for operating an asynchronous machine
RU2599529C1 (en) * 2015-11-17 2016-10-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") Device for frequency control over asynchronous electric drive
EP3110000A1 (en) * 2014-02-17 2016-12-28 Mitsubishi Electric Corporation Control device

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1365332A1 (en) * 1986-03-26 1988-01-07 Московский энергетический институт Electric drive
FR2714234B1 (en) * 1993-12-16 1996-08-23 Telemecanique Power control system for an asynchronous motor.
US8350517B2 (en) * 2007-12-04 2013-01-08 Lenze Drives Gmbh Applying a control unit to an asynchronous machine which is operated without a rotary encoder
JP4808289B2 (en) * 2009-12-28 2011-11-02 三菱電機株式会社 AC motor drive control device
RU2451389C1 (en) * 2010-12-29 2012-05-20 Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") Method to control induction propulsion engine
EP3110000A1 (en) * 2014-02-17 2016-12-28 Mitsubishi Electric Corporation Control device
DE102015203524A1 (en) * 2015-02-27 2016-09-15 Robert Bosch Gmbh Control device for an asynchronous machine and method for operating an asynchronous machine
RU2599529C1 (en) * 2015-11-17 2016-10-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") Device for frequency control over asynchronous electric drive

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104253572B (en) Method and apparatus for stability control of open loop motor drive operation
US7683568B2 (en) Motor drive using flux adjustment to control power factor
US4282473A (en) Rotating field machine drive and method
US8558490B2 (en) Estimation of actual torque in an electrical motor drive
EP0241920A2 (en) Control system for PWM inverter
WO2003041260A1 (en) Current ripple reduction by harmonic current regulation
JPS5820238B2 (en) Inverter circuit for asynchronous motor drive
CN111030528A (en) Multi-ring voltage regulation control method for three-stage brushless synchronous motor
US4721861A (en) Turbine helper drive apparatus
RU2660460C1 (en) Device for frequency control over asynchronous electric drive
EP3171508A1 (en) Method for the scalar control of an induction motor, particularly at low speed operation, and scalar control system for an induction motor
US2501543A (en) Frequency regulating system
Jaafer et al. Speed control of separately excited DC motor using chopper
RU159869U1 (en) SYSTEM OF ENERGY EFFECTIVE TWO-ZONE REGULATION OF SPEED OF THE ASYNCHRONOUS MOTOR WITH DIRECT CONTROL OF THE MOMENT WITHOUT THE WINDING TEMPERATURE SENSOR
RU2412526C1 (en) Variable-frequency control device of asynchronous electric motor
RU2380821C2 (en) Ac electric drive
US11165378B2 (en) Method for controlling a system for generating electric power for a power distribution network of an aircraft
RU2626325C1 (en) Frequency control method of asynchronous electric motor
JPH044837B2 (en)
JP4839552B2 (en) Induction motor control method
SU1259428A1 (en) Rectifier electric motor
SU803094A1 (en) Adjustable dc electric drive
KR100304790B1 (en) Apparatus for controlling speed of motor
JP6410681B2 (en) Power converter
SU348153A1 (en) METHOD OF ELIMINATING THE AUTO-OSCILLATIONS OF ASYNCHRONO MOTOR

Legal Events

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

Effective date: 20190617