RU2760227C1 - System and method for vector control of electric engine with permanent magnets - Google Patents

System and method for vector control of electric engine with permanent magnets Download PDF

Info

Publication number
RU2760227C1
RU2760227C1 RU2020121763A RU2020121763A RU2760227C1 RU 2760227 C1 RU2760227 C1 RU 2760227C1 RU 2020121763 A RU2020121763 A RU 2020121763A RU 2020121763 A RU2020121763 A RU 2020121763A RU 2760227 C1 RU2760227 C1 RU 2760227C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
parameters
electric motor
control
rotor
controlled
Prior art date
Application number
RU2020121763A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Владимирович Гончаров
Сергей Васильевич Рождественский
Андрей Евгеньевич Шипулин
Иван Тихонович Коваленко
Дмитрий Валерьевич Хачатуров
Original Assignee
Дмитрий Валерьевич Хачатуров
Общество с ограниченной ответственностью "Триол-Инновации"
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 Дмитрий Валерьевич Хачатуров, Общество с ограниченной ответственностью "Триол-Инновации" filed Critical Дмитрий Валерьевич Хачатуров
Priority to RU2020121763A priority Critical patent/RU2760227C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2760227C1 publication Critical patent/RU2760227C1/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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/141—Flux estimation
    • 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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • 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
    • H02P27/085—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 wherein the PWM mode is adapted on the running conditions of the motor, e.g. the switching frequency

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering; it can be used to minimize electricity losses, sensor-less regulation of valve electric engines with permanent magnets, including for electric pumps of oil wells, as well as electric engines used in industry and urban economy. When switching to a vector control mode, a transition frequency is set. During the formation of voltage signals oriented by the position of an electric engine rotor, parameters of intermediate elements included in a communication line of the electric engine with a controlled power source are taken into account. Inductance, resistance and capacitance of elements included in the communication line, in particular a transformer, a sine filter, as well as a cable line, are determined. The specified parameters lead to values on one of sides of the transformer, after which they are summed up and attributed to equivalent parameters of a stator of the electric engine. Using a remote control tool, a set of parameters of the controlled electric engine and the communication line is changed, controlled and displayed in real-time operation of the electric engine. The specified set of parameters includes, at least, parameters of active, reactive current and engine speed, parameters of the inductance along the axes, the flow coupling of the rotor, the torque of the electric engine, when switching to the vector control mode at a given frequency.
EFFECT: minimization of the electricity loss, when implementing vector control of an engine with permanent magnets, caused by increasing the accuracy of regulation and expanding the range of controlled electric engines.
5 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для минимизации потерь электроэнергии, бездатчикового регулирования электродвигателей с постоянными магнитами, в том числе для электронасосов нефтяных скважин, а также электродвигателей применяемых в промышленности и городском хозяйстве.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to minimize power losses, sensorless regulation of permanent magnet electric motors, including for electric pumps of oil wells, as well as electric motors used in industry and municipal services.

В настоящее время внедрение регулируемого электропривода (ЭП) в энергетике, промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве и других отраслях направлено на экономию электроэнергии. Currently, the introduction of a regulated electric drive (ED) in the energy sector, industry, housing and communal services and other industries is aimed at saving electricity.

Высокая эффективность применения автоматизированного электропривода для регулирования параметров и оптимизации работы различных технологических систем с механизмами, особенно с насосными и вентиляционными установками, работающими в переменных режимах, подтверждена многолетним мировым опытом.The high efficiency of using an automated electric drive for regulating parameters and optimizing the operation of various technological systems with mechanisms, especially with pumping and ventilation units operating in variable modes, is confirmed by many years of world experience.

Эффективность работы предприятий нефтяной промышленности, водоснабжения, отопления, городов и сельских районов может быть существенно повышена за счет автоматизации и внедрения частотно регулируемых электроприводов (ЧРП).The efficiency of the oil industry, water supply, heating, cities and rural areas can be significantly increased through automation and the introduction of variable frequency drives (VFD).

Сравнив величины энергопотребления с использованием ЧРП и при использовании дроссельной заслонки, экономия электроэнергии в 42 % при применении преобразователя по сравнению с регулированием заслонкой.Comparing the energy consumption values using a VFD versus using a throttle valve, the energy savings of 42% when using a converter versus a damper control.

Из расчета эффективности применения электродвигателей с векторным управлением в нефтяной промышленности известны преимущества, связанные с использование векторного управления в нефтяной промышленности (http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/25303/1/TPU177822.pdf) дата обращения 03.03.2020. From the calculation of the efficiency of the use of electric motors with vector control in the oil industry, the advantages associated with the use of vector control in the oil industry are known (http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/25303/1/TPU177822.pdf) date 03.03. ...

Высокая плавность регулирования скорости также является одним из основных достоинств такой системы. High smoothness of speed control is also one of the main advantages of such a system.

При этом реализация векторного управления погружным электродвигателем имеет определенные сложности, связанные с учетом погрешности вызванной наличием длинной кабельной линии более 2000 м, а также сложностью настройки системы управления ЧРП под определенный тип электродвигателя с постоянными магнитами.At the same time, the implementation of vector control of a submersible electric motor has certain difficulties associated with taking into account the error caused by the presence of a long cable line of more than 2000 m, as well as the complexity of adjusting the VFD control system for a certain type of electric motor with permanent magnets.

Заявленное изобретение направлено на решение недостатков известного уровня техники.The claimed invention is aimed at solving the disadvantages of the prior art.

Из патента на изобретение RU 2132110 «Способ оптимального векторного управления асинхронным электродвигателем», при котором питают статорные обмотки переменным током, амплитуду и угол фазового сдвига которого относительно вектора потокосцепления ротора регулируют. При этом фазные токи равны разности синхронно изменяемых с частотой синхронизации синфазного и ортофазного токов, заданный момент изменяют в зависимости от рассогласования заданной и текущей скорости, при этом измеряют токи в трех фазах статора.From the patent for invention RU 2132110 "Method for optimal vector control of an induction motor", in which the stator windings are supplied with alternating current, the amplitude and phase shift angle of which relative to the rotor flux linkage vector is controlled. In this case, the phase currents are equal to the difference between the in-phase and ortho-phase currents synchronously changed with the synchronization frequency, the set torque is changed depending on the mismatch between the set and current speed, while the currents in the three phases of the stator are measured.

Также из патента на изобретение US7299708B2 известен способ оценки угла ротора для электродвигателя с постоянным магнитом.Also from the patent for invention US7299708B2 there is known a method for evaluating the rotor angle for a permanent magnet electric motor.

При построении блока наблюдателя угол ротора оценивается через контур фазовой синхронизации (с компенсацией фазовой ошибки).When constructing the observer block, the rotor angle is estimated through the phase synchronization loop (with phase error compensation).

Магнитный поток ротора определяют из напряжения статора (фактического напряжения или управляющего напряжения), тока, сопротивления и индуктивности.The rotor flux is determined from the stator voltage (actual voltage or control voltage), current, resistance and inductance.

Ошибка оценки угла ротора (изменение сопротивления статора из-за температуры) удаляется с помощью нового корректора угловых ошибок. Этот корректор основан на компенсации реактивной мощности и нечувствителен к изменению сопротивления. Кроме того, для эталонной модели корректора угла требуется только один параметр индуктивности.The error in estimating the rotor angle (change in stator resistance due to temperature) is removed with a new angle error corrector. This corrector is based on reactive power compensation and is insensitive to changes in resistance. In addition, only one inductance parameter is required for the angle corrector reference model.

В статических режимах работы электропривода в основной зоне регулирования происходит минимизация потребляемого тока статора для создания момента, равного моменту нагрузки, что снижает суммарные потери мощности в системе "инвертор - силовой кабель - асинхронный электродвигатель", снижает потери напряжения в силовом кабеле, например, в глубинном погружном кабеле в нефтедобыче.In static operating modes of the electric drive in the main control zone, the stator current consumption is minimized to create a torque equal to the load torque, which reduces the total power losses in the "inverter - power cable - asynchronous motor" system, reduces voltage losses in the power cable, for example, in the deep submersible cable in oil production.

К недостаткам известного способа можно отнести то, что система не позволяет осуществить настройку при работающем двигателе, а также не учитывает характеристик промежуточных элементов линии связи, обладающих собственной индуктивностью, емкостью и сопротивлением.The disadvantages of the known method include the fact that the system does not allow tuning with the engine running, and also does not take into account the characteristics of the intermediate elements of the communication line, which have their own inductance, capacitance and resistance.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение является создание системы и способа векторного управления вентильным двигателем высокой точностью регулирования и адаптивной системой управления и настройки широкой номенклатуры двигателей с постоянными магнитами.The technical problem to be solved by the claimed invention is to create a system and method for vector control of a valve motor with high control accuracy and an adaptive control system and adjustment of a wide range of permanent magnet motors.

Технический результат, достигнутый от реализации изобретения заключается, в минимизации потерь электроэнергии при реализации векторного управления двигателем с постоянными магнитами (далее по тексту ВУВД), вызванной повышением точности регулирование и расширением номенклатуры управляемых электродвигателей.The technical result achieved from the implementation of the invention consists in minimizing electricity losses during the implementation of vector control of a permanent magnet motor (hereinafter referred to as VUVD), caused by an increase in the accuracy of regulation and an expansion of the range of controlled electric motors.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что при переходе в режим векторного управления задают частоту перехода. В ходе формирования сигналов напряжения и частоты управления электродвигателем учитывают параметры промежуточных элементов включенных в линию связи электродвигателя с управляемым источником питания, при этом определяют индуктивность, сопротивление и емкость включенных в линию связи элементов, в частности трансформатора, синусного фильтра, а также кабельной линии. Указанные параметры приводят к значениям, на одной из сторон трансформатора, после чего суммируют и относят к эквивалентным параметрам статора электродвигателя. Используя удаленное средство управления, изменяют, контролируют и отображают набор параметров управляемого электродвигателя и линии связи в режиме реального времени работы электродвигателя. Указанный набор параметров включает, по меньшей, мере параметры активного, реактивного тока и скорости двигателя, параметры индуктивности по осям, потокосцепление ротора, момент вращения электродвигателя при переходе в режим векторного управления на заданной частоте.The essence of the claimed invention lies in the fact that when switching to the vector control mode, the transition frequency is set. During the generation of voltage and frequency signals of the electric motor control, the parameters of the intermediate elements included in the communication line of the electric motor with the controlled power source are taken into account, while determining the inductance, resistance and capacitance of the elements included in the communication line, in particular a transformer, a sine filter, and a cable line. These parameters lead to values on one of the sides of the transformer, after which they are summed up and referred to the equivalent parameters of the stator of the electric motor. Using the remote control means, change, control and display the set of parameters of the controlled electric motor and communication line in real time of the electric motor operation. The specified set of parameters includes at least parameters of active, reactive current and motor speed, parameters of inductance along the axes, flux linkage of the rotor, torque of the electric motor when switching to the vector control mode at a given frequency.

Удаленное средство управления выполняют в виде аппаратно-программного комплекса включающего центральный процессор на базе которого формируют блоки сбора, корректировки, обработки и визуализации рабочих параметров управляемого электродвигателя в режиме реального времени работы электродвигателя, при этом в центральном процессоре реализуют блоки регулирования параметров активного и реактивного тока, скорости, частоты, индуктивности по осям, момента пуска электродвигателя, а также блок построения интерактивных графиков с изменяемой пользователем частотой обновления информации. Формируемые графики выводят на дисплей удаленного средства управления в режиме реального времени.The remote control device is performed in the form of a hardware and software complex including a central processor, on the basis of which blocks for collecting, adjusting, processing and visualizing the operating parameters of the controlled electric motor in real-time operation of the electric motor are formed, while the blocks for regulating the parameters of active and reactive current are implemented in the central processor, speed, frequency, inductance along the axes, the moment of starting the electric motor, as well as a block for constructing interactive graphs with a user-changeable information update rate. The generated graphs are displayed on the remote control in real time.

Согласно преимущественному варианту реализации изобретения, в режиме реального времени, включают в работу блок определения параметров схемы замещения электродвигателя. Определяют, по меньше мере, параметры индуктивностей по осям ротора и момент инерции ротора электродвигателя исходя из которых формируют сигналы задания для управляемого источника питания на регулирование активного и реактивного тока, а также скорости электродвигателя.According to an advantageous embodiment of the invention, in real time, the unit for determining the parameters of the equivalent circuit of the electric motor is activated. Determine, at least, the parameters of the inductances along the rotor axes and the moment of inertia of the rotor of the electric motor, on the basis of which the reference signals for the controlled power source for the regulation of the active and reactive current, as well as the speed of the electric motor, are generated.

Сущность заявленного изобретения поясняется, но не ограничивается приведенными графическими материалами:The essence of the claimed invention is explained, but not limited to the following graphic materials:

фиг.1 - принципиальная схема управления погружным вентильным электродвигателем;Fig. 1 is a schematic diagram of the control of a submersible valve motor;

фиг.2 - принципиальная блок-схема средства управления (СУ);Fig. 2 is a schematic block diagram of a control means (CS);

фиг.3 - принципиальная блок-схема системы управления ЧРП;Fig. 3 is a schematic block diagram of a VFD control system;

фиг.4 - пример графического интерфейса средства управления (СУ).Fig. 4 is an example of a graphical interface of a control tool (CS).

фиг.5 - вариант директории интерфейса СУ с основными параметрами системы регулирования электродвигателя;Fig. 5 is a variant of the CS interface directory with the main parameters of the electric motor control system;

фиг.6 - директория интерфейса СУ с отображаемыми параметрами для настройки системы во вкладках директории;6 - directory of the CS interface with displayed parameters for setting up the system in the directory tabs;

фиг.7 - вариант графического отображения работы системы в режиме реального времени с явным переходным процессом;Fig. 7 is a variant of the graphical display of the system operation in real time with an explicit transient process;

фиг.8 - вариант графического отображения работы системы в режиме реального времени со сглаживанием переходных процессов по скорости;Fig. 8 is a variant of the graphical display of the system operation in real time with smoothing of transient processes in terms of speed;

фиг.9 - поддержание частоты и скорости электродвигателя согласно заданию в режиме реального времени.Fig. 9 shows the maintenance of the frequency and speed of the electric motor according to the task in real time.

Заявляемое изобретение может быть реализовано в преимущественном большинстве технологических процессов связанных использованием частотно регулируемых приводов (ЧРП) управления электродвигателями с постоянными магнитами. Электродвигатели с постоянными магнитами, благодаря своей экономичности находят все большее применение в промышленности, что приводит постоянному расширению номенклатуры таких двигателей, а также увеличению количества производителей. Каждый двигатель с постоянными магнитами имеет собственные конструктивные и эксплуатационные характеристики, которые необходимо учитывать при реализации системы векторного управления (ВУВД).The claimed invention can be implemented in the majority of technological processes associated with the use of variable frequency drives (VFD) to control permanent magnet motors. Electric motors with permanent magnets, due to their economy, are increasingly used in industry, which leads to a constant expansion of the range of such motors, as well as an increase in the number of manufacturers. Each permanent magnet motor has its own design and performance characteristics that must be taken into account when implementing a vector control system (VCM).

Одной из отраслей с широким применением двигателей с постоянными магнитами в сложных условиях эксплуатации является нефтедобывающая промышленность, где использование и внедрение векторного управления позволяет сократить затраты электроэнергии на 25%.One of the industries with widespread use of permanent magnet motors in difficult operating conditions is the oil industry, where the use and implementation of vector control can reduce energy costs by 25%.

На примере управления погружным электродвигателем с постоянными магнитами электроцентробежного насоса, рассмотрим вариант реализации заявляемого изобретения (фиг.1).Using the example of control of a submersible electric motor with permanent magnets of an electric centrifugal pump, let us consider an embodiment of the claimed invention (Fig. 1).

Система ВУВД включает управляемый источник питания 1 в виде частотно регулируемого привода (ЧРП) с автоматизированной системой управления на базе средства управления СУ (2), представленного программируемого микропроцессорным контроллером (ПМК) или другим известными мобильным вычислительным устройством, а также управляемый вентильный электродвигатель с постоянными магнитами 3 (ВД). The VUVD system includes a controlled power supply 1 in the form of a variable frequency drive (VFD) with an automated control system based on the control system SU (2), represented by a programmable microprocessor controller (PMC) or other known mobile computing device, as well as a controlled permanent magnet electric motor 3 (VD).

Система управления связана с элементами системы измерения параметров ВД 3 и линии связи. Указанная система измерения обеспечивает сбор данных таких как: сопротивление электродвигателя, фазные входные и выходные напряжения, сопротивление, индуктивность и емкость элементов линии связи, параметры турбинного вращения электродвигателя (исходя из данных системы телеметрии 4).The control system is connected with the elements of the system for measuring the parameters of VD 3 and the communication line. The specified measurement system provides the collection of data such as: the resistance of the electric motor, phase input and output voltages, resistance, inductance and capacitance of the communication line elements, parameters of the turbine rotation of the electric motor (based on the data of the telemetry system 4).

Линия (канал) связи включает, по меньшей мере, кабельную линию 5, а также промежуточные звенья, такие как, трансформатор 6, синусный фильтр (на изображениях не показан) и другие элементы с собственной индуктивностью, сопротивлением и емкостью.The communication line (channel) includes at least a cable line 5, as well as intermediate links, such as a transformer 6, a sine filter (not shown in the images) and other elements with their own inductance, resistance and capacitance.

Собранные данные о перечисленных параметрах поступают на блоки обработки данных центрального процессора (ЦП) ПМК.The collected data on the listed parameters are sent to the data processing units of the central processing unit (CPU) of the PMC.

Средство управления 2 (фиг.2), на базе которого реализована система управления, содержит блоки определения угла 7 и частоты 8 ротора электродвигателя 3, блок корректировки 9 оценочного угла ротора включающего модуль 10 фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ. В системе также предусмотрены блоки 11, 12 преобразования координат (преобразователи Парка-Кларка), блок 13 формирования сигналов управления инверторным модулем 14 управляемого источника питания для формирования сигналов широтно-импульсной модуляции ШИМ, а также блок 15 определения параметров схемы замещения электродвигателя. Также на безе СУ может быть реализован ряд других вспомогательных блоков применяемых для общепринятой схемы реализации системы векторного управления, которые известны из уровня техники и могут быть реализованы дополнительно.The control means 2 (Fig. 2), on the basis of which the control system is implemented, contains units for determining the angle 7 and frequency 8 of the rotor of the electric motor 3, a unit for correcting 9 the estimated angle of the rotor including the PLL frequency phase-locked loop module 10. The system also provides blocks 11, 12 for transforming coordinates (Park-Clark converters), a block 13 for generating control signals of the inverter module 14 of a controlled power supply for generating pulse-width modulation PWM signals, as well as a block 15 for determining the parameters of the electric motor equivalent circuit. Also, a number of other auxiliary blocks can be implemented on the SU meringue, which are used for the generally accepted scheme for the implementation of the vector control system, which are known from the prior art and can be implemented additionally.

В целях решения проблемы недостаточной точности управления погружными вентильными электродвигателями, связанной с наличием в линии (канале) связи с ЧРП промежуточных элементов, таких как длинная кабельная линия 5, трансформатор 6 и синусный фильтр, на базе СУ сконфигурирован блок 16 учета параметров индуктивности, сопротивления и емкости. In order to solve the problem of insufficient accuracy of control of submersible valve electric motors associated with the presence in the line (channel) of communication with the VFD of intermediate elements, such as a long cable line 5, a transformer 6 and a sine filter, on the basis of the SU, a block 16 for taking into account the parameters of inductance, resistance and capacity.

Расширение эксплуатационных возможностей системы достигается путем реализации функций управления параметрами электродвигателя и линии связи, которые включают блоки сбора 17, обработки 18, корректировки (адаптации) 19, сравнения и визуализации 20 состояния элементов системы на базе средства управления (СУ) которое может включатся в автоматизированную систему управления в режиме реального времени. Реализация описанных функций системы возможна на базе ПМК ЧРП, так и на базе других известных вычислительных средств, при наличии необходимых аппаратных компонентов.Expansion of the operational capabilities of the system is achieved by implementing the functions for controlling the parameters of the electric motor and the communication line, which include units for collecting 17, processing 18, adjusting (adapting) 19, comparing and visualizing 20 the state of system elements based on a control tool (CS) that can be included in an automated system real-time control. The implementation of the described functions of the system is possible on the basis of the PMC VFD, as well as on the basis of other well-known computing means, if the necessary hardware components are available.

Указанное средство (СУ) управления может быть представлено в виде удаленной электронной вычислительной машины и связываться с ЧРП посредством блока 21 проводных RS485/232 и беспроводных 22 интерфейсов связи (GPRS, WIFI).The specified control means (CS) can be presented in the form of a remote electronic computer and communicate with the VFD through a block 21 wired RS485 / 232 and 22 wireless communication interfaces (GPRS, WIFI).

Блок 20 обеспечивает отображение состояния систем на дисплее 23 (фиг.3) средств управления. Графически отображаемый набор параметров может изменяться пользователем в зависимости от условий эксплуатации и особенностей технологического процесса. Указанный набор параметров включает, по меньшей мере, параметры активного, реактивного тока и скорости двигателя, параметры индуктивности по осям, потокосцепление ротора, момент вращения двигателя при включении векторного управления, напряжение звена постоянного тока (ЗПТ) и другие.Block 20 provides a display of the state of the systems on the display 23 (Fig. 3) of the control means. The graphically displayed set of parameters can be changed by the user depending on the operating conditions and the characteristics of the technological process. The specified set of parameters includes at least parameters of active, reactive current and motor speed, parameters of inductance along the axes, rotor flux linkage, motor torque when vector control is turned on, DC link voltage (DC link) and others.

Работа системы в режиме реального времени основана на периодическом мониторинге параметров тока фиксируемых блоком засинусных датчиков тока 24 ЧРП, не менее, одного раза в один такт ШИМ. Данные из указанных датчиков после прохождения блоков определения параметров электродвигателя, обрабатываются в блоке 25 сравнения реальных параметров с заданными. Результаты сравнения отображаются в графическом виде, частота обновления интерактивных графиков задается пользователем и привязана к такту ШИМ. Скорость передачи сигнала обеспечивается оптимизацией схемы электронных компонентов блоков электроники.The operation of the system in real time is based on periodic monitoring of the current parameters recorded by the block of sinusoidal current sensors 24 VFD, at least once in one PWM cycle. The data from these sensors, after passing through the blocks for determining the parameters of the electric motor, are processed in the block 25 for comparing the real parameters with the given ones. The comparison results are displayed graphically, the refresh rate of the interactive graphs is set by the user and linked to the PWM cycle. The signal transmission speed is ensured by optimization of the electronic components of the electronics units.

Также на базе ЦП средства управления, реализован блок 26 выравнивания по фазе данных с информацией о напряжении звена постоянного тока ЧРП с учетом задержки в канале передачи сигналов управления, по меньшей мере, на один такт ШИМ, что позволяет задавать сигналы управления, предупреждая возможные состояния системы. Also on the basis of the control unit CPU, the data phase alignment unit 26 is implemented with information about the DC link voltage of the VFD taking into account the delay in the control signal transmission channel by at least one PWM cycle, which makes it possible to set control signals, warning possible system states ...

Способ реализации векторного управления вентильным электродвигателем с постоянными магнитами, согласно описанной схеме (фиг.4), на базе управляемого источника питания ЧРП с автоматизированной системой управления (АСУ. Указанная АСУ включает программируемый микропроцессорный контроллер (ПМК) с элементами системы измерения параметров электродвигателя и линии связи, согласно которым, формируют сигналы управления электродвигателем. Также система управления может быть дополнена средством управления, например удаленным с реализованной средой управления параметрами электродвигателя в режиме реального времени.A method for implementing vector control of a permanent magnet electric motor, according to the described scheme (Fig. 4), based on a controlled power source of a VFD with an automated control system (ACS. The specified ACS includes a programmable microprocessor controller (PMK) with elements of a system for measuring parameters of an electric motor and a communication line) , according to which, signals to control the electric motor are generated.Also, the control system can be supplemented with a control means, for example, remote with an implemented environment for controlling the parameters of the electric motor in real time.

Согласно общепринятому принципу реализации векторного управления вентильными двигателями, посредством ЧРП управляют частотой и выходными напряжением. According to the generally accepted principle for the implementation of vector control of valve motors, the frequency and output voltage are controlled by means of a VFD.

В ходе реализации ВУВД задают вручную или управляют автоматически частотой перехода к векторному управлению (27), определяют параметры угла и частоты ротора (28), выполняют корректировку оценочного угла ротора посредством фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ (29), также выполняют преобразование систем координат (преобразование Парка-Кларка) (30), формируют сигналы управления (31) инверторным модулем 14 управляемого источника питания 1 для формирования сигналов широтно-импульсной модуляции ШИМ.During the implementation of the VUVD, the frequency of the transition to vector control (27) is set manually or automatically controlled, the parameters of the angle and frequency of the rotor (28) are determined, the estimated rotor angle is corrected by means of the phase-locked loop of the PLL frequency (29), and the transformation of coordinate systems (Park transformation -Clark) (30), generate control signals (31) by the inverter module 14 of the controlled power supply 1 to generate PWM pulse-width modulation signals.

В ходе настройки (32) системы управления определяют (33) параметры схемы замещения электродвигателя и выполняют регулирование параметров системы, в частности управляют частотой перехода в режим векторного управления 27 регулируя значения токов статора электродвигателя, задают параметры линии связи (34).In the course of tuning (32) of the control system, the parameters of the electric motor equivalent circuit are determined (33) and the parameters of the system are controlled, in particular, the frequency of the transition to the vector control mode 27 is controlled by adjusting the values of the stator currents of the electric motor, the parameters of the communication line (34) are set.

В блок (33) определения параметров схемы замещения электродвигателя, определяют, по меньше мере, параметры индуктивностей по осям ротора и момент инерции ротора электродвигателя исходя из которых формируют сигналы управления 31 для управляемого источника напряжения, посредством чего реализуют регулирование активного и реактивного тока, а также скорости электродвигателя (см. фиг.5). Предварительная настройка (32) позволяет задать основные параметры системы управляемого электродвигателя и повысить точность управления.In the block (33) for determining the parameters of the electric motor equivalent circuit, at least the parameters of the inductances along the rotor axes and the moment of inertia of the electric motor rotor are determined, based on which control signals 31 are generated for the controlled voltage source, thereby realizing the regulation of the active and reactive current, as well as the speed of the electric motor (see figure 5). Presetting (32) allows you to set the main parameters of the controlled electric motor system and improve control accuracy.

В ходе формирования сигналов напряжения (31) ориентированного по положению ротора электродвигателя учитывают параметры (34) промежуточных элементов включенных в линию связи электродвигателя с управляемым источником питания. При этом в блоке (34) определяют индуктивность, сопротивление и емкость включенных в линию связи элементов, среди которых, трансформатор, синусный фильтр, а также кабельная линия. При формировании сигналов управления значения емкости могут не учитываться.During the generation of voltage signals (31) of the position-oriented electric motor, the parameters (34) of the intermediate elements included in the communication line of the electric motor with the controlled power source are taken into account. In this case, in block (34), the inductance, resistance and capacitance of the elements included in the communication line are determined, including a transformer, a sine filter, and a cable line. When generating control signals, capacitance values may not be taken into account.

Указанные параметры линии связи приводят к значениям, на обмотке трансформатора по стороне электродвигателя определяемым в блоке (27) или задаваемые пользователем вручную, после чего суммируют (34) и относят к эквивалентным параметрам статора электродвигателя. В таком варианте система максимально точно учитывает влияние от элементов встроенных в линию связи.The specified parameters of the communication line lead to the values on the transformer winding on the side of the electric motor determined in the block (27) or manually set by the user, after which they are summed up (34) and referred to the equivalent parameters of the stator of the electric motor. In this version, the system takes into account the influence of the elements built into the communication line as accurately as possible.

Также с целью повышения точности и быстродействия системы управления выполняют выравнивание по фазам (26) сигнала с информацией о напряжении звена постоянного тока ЧРП, с учетом задержки, по меньшей мере, на один такт ШИМ.Also, in order to improve the accuracy and speed of the control system, phase alignment (26) of the signal with information about the DC link voltage of the VFD is performed, taking into account the delay of at least one PWM cycle.

При этом используя средство управления (СУ), изменяют, контролируют и отображают (35) набор параметров управляемого электродвигателя и линии связи в режиме реального времени работы электродвигателя.At the same time, using the control means (CS), the set of parameters of the controlled electric motor and the communication line is changed, monitored and displayed (35) in real-time operation of the electric motor.

Указанный набор параметров включает, по меньшей мере параметры активного, реактивного тока и скорости двигателя, параметры индуктивности по осям, потокосцепление ротора, момент вращения электродвигателя при переходе в режим векторного управления на заданной частоте (см. фиг. 4-10).The specified set of parameters includes at least parameters of active, reactive current and motor speed, parameters of inductance along the axes, flux linkage of the rotor, torque of the electric motor when switching to vector control mode at a given frequency (see Fig. 4-10).

Средство управления выполняют в виде аппаратно-программного комплекса включающего центральный процессор, на базе которого формируют блоки сбора, корректировки, обработки и визуализации рабочих параметров управляемого электродвигателя в режиме реального времени работы электродвигателя с постоянными магнитами. The control means is implemented in the form of a hardware and software complex including a central processor, on the basis of which blocks for collecting, correcting, processing and visualizing the operating parameters of the controlled electric motor are formed in real-time operation of the electric motor with permanent magnets.

Так как, по существу, любое удаленное СУ также как и встроенный ПМК могут выполнять одни и те же функции, то структура ЦП отображенная на (фиг.2) и последовательность действий реализации способа (фиг.3) могут быть реализованы в полной мере независимо от вида применимого средства управления.Since, in essence, any remote control system as well as the built-in PMC can perform the same functions, the CPU structure shown in (Fig. 2) and the sequence of actions for implementing the method (Fig. 3) can be fully implemented regardless of kind of applicable control.

При этом в центральном процессоре реализуют блоки определения, регулирования параметров активного и реактивного тока, скорости, частоты, индуктивности по осям, момента пуска электродвигателя, а также блок построения интерактивных графиков с изменяемой пользователем частотой обновления информации, формируемые графики выводят на дисплей удаленного средства управления в режиме реального времени.At the same time, the central processor implements blocks for determining, regulating the parameters of active and reactive current, speed, frequency, inductance along the axes, the moment of starting the electric motor, as well as a block for constructing interactive graphs with a user-changeable information refresh rate, the generated graphs are displayed on the remote control device in in real time.

Вариант реализации системы векторного управления и настройки параметров приведен на фиг.4-9 с отображением директорий настройки параметров системы отображаемых через интерфейс СУ.An embodiment of the vector control system and parameter setting is shown in Figs. 4-9 with the display of the directories for setting the system parameters displayed through the CS interface.

На фиг.4 приведен вариант директории выбора ЧРП и портов подключения к средству управления, также в данной директории приведены данные о состоянии системы “Готов”, “Работа”, “Авария” и др.Figure 4 shows a variant of the directory for selecting the VFD and ports for connecting to the control facility; this directory also contains data on the state of the system “Ready”, “Operation”, “Emergency”, etc.

На фиг. 5 приведен вариант директории с основными параметрами системы регулирования. Отображаемые параметры могут задаваться пользователем при настройке системы во вкладках директории (фиг.6).FIG. 5 shows a version of the directory with the main parameters of the control system. The displayed parameters can be set by the user when setting up the system in the directory tabs (Fig. 6).

На фиг.7; 8 приведен вариант графического отображения работы системы в режиме реального времени, где отображено состояние регулирования скорости до момента включения векторного управления (36), также показан момент перехода к векторному управлению (38) с учетом автоматического и ручного управления частотой перехода и моментом электродвигателя, а также состояние системы в режиме векторного управления (37).Fig. 7; 8 shows a variant of the graphical display of the system operation in real time, where the state of speed control is displayed until the moment the vector control is switched on (36); the state of the system in the vector control mode (37).

Заявленный алгоритм позволяет сгладить переходной процесс 38 за счет регулирования тока статора оказывая влияние на компоненты тока в системе координат ротора, приводя его к заданным зачтениям. The claimed algorithm makes it possible to smooth out the transient process 38 by regulating the stator current by influencing the current components in the rotor coordinate system, leading it to specified readings.

Также в графическом виде отображено значение реактивного тока (39) которое находится на уровне заданного значения “0”, что говорит о высокой эффективности системы и точности векторного управления двигателем с постоянными магнитами.The reactive current value (39) is also graphically displayed, which is at the set value "0", which indicates the high efficiency of the system and the accuracy of the vector control of the permanent magnet motor.

Состояние регулирования по скорости отображено в директории (фиг.9). Отработка задания показана в области (40). Также в режиме реального времени отображены скачки и стабилизация регулятора скорости при смене задания на регулирование по скорости. Интерактивные график позволяют фиксировать время отработки задания и масштабировать график, ускорять работу регуляторов изменяя частоту среза фильтров.The speed control status is displayed in the directory (Fig. 9). The processing of the task is shown in area (40). Also, jumps and stabilization of the speed controller are displayed in real time when the reference is changed to speed control. Interactive graphs allow you to fix the processing time of the task and scale the graph, speed up the work of the regulators by changing the cutoff frequency of the filters.

Реализация заявленного изобретения позволяет решить поставленную техническую задачу обеспечивая высокую точность работы векторного управления, повышение энергоэффективности путем поддержания значения реактивного на уровне “0” согласно заданию (фиг.7, 8). Поддержание частоты и скорости (фиг.9) электродвигателя согласно заданию. The implementation of the claimed invention allows you to solve the technical problem posed by ensuring high accuracy of vector control, increasing energy efficiency by maintaining the reactive value at the “0” level according to the task (Fig. 7, 8). Maintaining the frequency and speed (Fig. 9) of the electric motor according to the task.

Claims (5)

1. Система векторного управления электродвигателем с постоянными магнитами, которая содержит управляемый источник напряжения с автоматизированной системой управления на базе средства управления (СУ), связанного с элементами системы измерения параметров электродвигателя и линии связи, причем указанное средство управления содержит, по меньшей мере, блоки определения угла и частоты ротора, блок корректировки оценочного угла ротора, включающего модуль фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), блоки преобразования координат, а именно преобразователи Парка-Кларка, блок формирования сигналов управления инверторным модулем управляемого источника напряжения для формирования сигналов широтно-импульсной модуляции (ШИМ), а также блоки определения параметров схемы замещения электродвигателя, отличающаяся тем, что на базе средства управления (СУ) сконфигурированы блоки учета параметров индуктивности, сопротивления и емкости промежуточных элементов линии связи, включающей, по меньшей мере, контактный кабель, трансформатор и синусный фильтр, при этом средство управления (СУ) сконфигурировано с возможностью изменения, контроля и отображения набора параметров управляемого электродвигателя и линии связи в режиме реального времени, указанный набор параметров включает, по меньшей мере, параметры активного, реактивного тока и скорости двигателя, параметры тока по осям ротора, потокосцепление ротора, момент вращения двигателя при включении векторного управления.1. The system of vector control of an electric motor with permanent magnets, which contains a controlled voltage source with an automated control system based on a control means (CS) associated with elements of a system for measuring parameters of an electric motor and a communication line, and the specified control means contains at least blocks for determining angle and frequency of the rotor, a unit for correcting the estimated angle of the rotor, including a phase-locked loop (PLL), coordinate conversion units, namely Park-Clark converters, a unit for generating control signals for the inverter module of a controlled voltage source for generating pulse-width modulation (PWM) signals , as well as blocks for determining the parameters of the equivalent circuit of the electric motor, characterized in that on the basis of the control means (CS) are configured blocks for recording the parameters of inductance, resistance and capacitance of intermediate elements of the communication line, including at least a contact clothes, a transformer and a sine filter, while the control facility (CS) is configured with the ability to change, monitor and display the set of parameters of the controlled electric motor and the communication line in real time, the specified set of parameters includes at least the parameters of active, reactive current and speed motor, current parameters along the rotor axes, rotor flux linkage, motor torque when vector control is turned on. 2. Система векторного управления электродвигателем с постоянными магнитами по п.1, отличающаяся тем, что средство управления (СУ) выполнено в виде аппаратно-программного комплекса, включающего центральный процессор с блоками сбора, корректировки, обработки и визуализации рабочих параметров управляемого электродвигателя в режиме реального времени, при этом в центральном процессоре СУ реализованы блоки регулирования параметров активного и реактивного тока, скорости, частоты, индуктивности по осям, момента пуска электродвигателя, а также блок построения интерактивных графиков с изменяемой пользователем частотой обновления информации, с последующим выводом на дисплей средства управления.2. The system of vector control of an electric motor with permanent magnets according to claim 1, characterized in that the control means (CS) is made in the form of a hardware and software complex, including a central processor with units for collecting, correcting, processing and visualizing the operating parameters of the controlled electric motor in real time, while the central processor of the control system implements blocks for regulating the parameters of active and reactive current, speed, frequency, inductance along the axes, the moment of starting the electric motor, as well as a block for constructing interactive graphs with a user-changeable information update rate, with subsequent display of the control tool. 3. Способ векторного управления электродвигателем с постоянными магнитами, реализованный на базе управляемого источника напряжения с автоматизированной системой управления, включающей средство управления (СУ) с элементами системы измерения параметров электродвигателя и линии связи, согласно которому формируют сигналы управления электродвигателем, в ходе чего определяют параметры угла и частоты ротора, выполняют корректировку оценочного угла ротора, также выполняют преобразование систем координат, а именно преобразование Парка-Кларка, формируют сигналы управления ШИМ, также в ходе настройки системы управления определяют параметры схемы замещения электродвигателя, отличающийся тем, что в ходе формирования сигналов напряжения ориентированного по положению ротора электродвигателя учитывают параметры промежуточных элементов, включенных в линию связи электродвигателя с управляемым источником напряжения, при этом определяют, по меньшей мере, индуктивность и сопротивление включенных в линию связи элементов, указанные параметры приводят к значениям, на обмотке трансформатора по стороне электродвигателя, и относят к эквивалентным параметрам статора электродвигателя, также выполняют выравнивание по фазе сигнала с информацией о напряжении в звене постоянного тока управляемого источника напряжения, с учетом задержки, по меньшей мере, на один такт ШИМ, при этом исходя из параметров тока в системе координат ротора определяют пусковой момент электродвигателя и осуществляют управление частотой перехода от скалярного управления к векторному.3. A method of vector control of an electric motor with permanent magnets, implemented on the basis of a controlled voltage source with an automated control system, including a control facility (CS) with elements of a system for measuring parameters of an electric motor and a communication line, according to which control signals for an electric motor are generated, during which the parameters of the angle are determined and the rotor frequency, perform the correction of the estimated angle of the rotor, also perform the transformation of coordinate systems, namely the Park-Clark transformation, generate the PWM control signals, and also during the tuning of the control system determine the parameters of the equivalent circuit of the electric motor, characterized in that during the generation of voltage signals oriented by the position of the rotor of the electric motor, the parameters of the intermediate elements included in the communication line of the electric motor with the controlled voltage source are taken into account, while determining at least the inductance and resistance of the connected in the line sv elements, these parameters lead to the values on the transformer winding on the side of the electric motor, and refer to the equivalent parameters of the stator of the electric motor, also perform phase alignment of the signal with information about the voltage in the DC link of the controlled voltage source, taking into account the delay at least per one PWM cycle, while proceeding from the current parameters in the rotor coordinate system, the starting torque of the electric motor is determined and the frequency of the transition from scalar to vector control is controlled. 4. Способ векторного управления электродвигателем с постоянными магнитами по п.3, отличающийся тем, что в режиме реального времени работы электродвигателя контролируют, по меньшей мере, параметры индуктивности по осям, потокосцепление ротора, момент вращения электродвигателя при переходе в режим векторного управления на заданной частоте.4. The method of vector control of an electric motor with permanent magnets according to claim 3, characterized in that at least the parameters of the inductance along the axes, the flux linkage of the rotor, the torque of the electric motor when switching to the vector control mode at a given frequency are monitored in real-time operation of the electric motor ... 5. Способ векторного управления электродвигателем с постоянными магнитами по п.3, отличающийся тем, что средство управления выполняют в виде аппаратно-программного комплекса, включающего центральный процессор, на базе которого формируют блоки сбора, корректировки, обработки и визуализации рабочих параметров управляемого электродвигателя в режиме реального времени работы электродвигателя, при этом в центральном процессоре реализуют блоки регулирования параметров активного и реактивного тока, скорости, частоты, индуктивности, момента пуска электродвигателя, а также блок построения интерактивных графиков с изменяемой пользователем частотой обновления информации, формируемые графики выводят на дисплей удаленного средства управления в режиме реального времени.5. The method of vector control of an electric motor with permanent magnets according to claim 3, characterized in that the control means is performed in the form of a hardware and software complex, including a central processor, on the basis of which blocks for collecting, correcting, processing and visualizing the operating parameters of the controlled electric motor in the mode real-time operation of the electric motor, while the central processor implements blocks for regulating the parameters of active and reactive current, speed, frequency, inductance, the moment of starting the electric motor, as well as a block for constructing interactive graphs with a user-changeable information refresh rate, the generated graphs are displayed on the remote control unit in real time.
RU2020121763A 2020-06-30 2020-06-30 System and method for vector control of electric engine with permanent magnets RU2760227C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020121763A RU2760227C1 (en) 2020-06-30 2020-06-30 System and method for vector control of electric engine with permanent magnets

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020121763A RU2760227C1 (en) 2020-06-30 2020-06-30 System and method for vector control of electric engine with permanent magnets

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2760227C1 true RU2760227C1 (en) 2021-11-23

Family

ID=78719364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020121763A RU2760227C1 (en) 2020-06-30 2020-06-30 System and method for vector control of electric engine with permanent magnets

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2760227C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2132110C1 (en) * 1998-03-25 1999-06-20 Мищенко Владислав Алексеевич Method for optimal vector control of induction electric motor and electric drive which implements said method
RU2141719C1 (en) * 1998-03-25 1999-11-20 Мищенко Владислав Алексеевич Method and electric drive for vector control of permanent-magnet synchronous motor
US7299708B2 (en) * 2001-11-12 2007-11-27 International Rectifier Corporation Rotor angle estimation for permanent magnet synchronous motor drive
CN103780191A (en) * 2014-01-24 2014-05-07 浙江大学 Open winding permanent magnet synchronous motor series compensation vector control system and control method
CN104852658A (en) * 2015-05-28 2015-08-19 西北工业大学 Permanent magnet synchronous motor decoupling vector control device in two-phase stationary coordinate system and method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2132110C1 (en) * 1998-03-25 1999-06-20 Мищенко Владислав Алексеевич Method for optimal vector control of induction electric motor and electric drive which implements said method
RU2141719C1 (en) * 1998-03-25 1999-11-20 Мищенко Владислав Алексеевич Method and electric drive for vector control of permanent-magnet synchronous motor
US7299708B2 (en) * 2001-11-12 2007-11-27 International Rectifier Corporation Rotor angle estimation for permanent magnet synchronous motor drive
CN103780191A (en) * 2014-01-24 2014-05-07 浙江大学 Open winding permanent magnet synchronous motor series compensation vector control system and control method
CN104852658A (en) * 2015-05-28 2015-08-19 西北工业大学 Permanent magnet synchronous motor decoupling vector control device in two-phase stationary coordinate system and method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101509694B (en) DC frequency converting air-conditioner compressor intelligent controller and control method thereof
CN201416980Y (en) Direct-current frequency-varying air-conditioning compressor intelligent controller and air-conditioner controlled by same
CN103493362B (en) Control device of electric motor
CN103532462B (en) Permagnetic synchronous motor low-frequency torque compensation transition control method
CN102904520A (en) Current predictive control method of permanent magnet synchronous motor
CN112054736B (en) Permanent magnet synchronous motor model prediction current overmodulation control method
CN107046387A (en) A kind of change pid parameter electric current loop of permagnetic synchronous motor starts method
CN102400899A (en) Control device and control method of air conditioner compressor and variable-frequency air conditioner
CN103117702B (en) A kind of Speedless sensor method of estimation of high accuracy permagnetic synchronous motor
CN109525158A (en) Compressor of air conditioner dead beat current predictive control method and system
CN112542976B (en) Switched reluctance motor model prediction control system of exponential type torque distribution function
CN104038115B (en) Sine-wave current driving system of single-winding brushless direct current motor and control method thereof
CN103916062A (en) Vector control type electric actuator based on DSP
CN103414428B (en) Bearingless synchronous reluctance motor rotor eccentric displacement controller and building method thereof
CN110530083A (en) A kind of compressor electric motor control method, device and air conditioner
CN109995293A (en) The switching method of I/F starting and closed-loop control under permanent magnet synchronous motor senseless control
CN105099290A (en) Control method for permanent magnet brushless direct current motor
CN110504881A (en) A kind of permanent magnet synchronous motor sensorless strategy method based on TNPC inverter
RU2760227C1 (en) System and method for vector control of electric engine with permanent magnets
CN109617468A (en) Two Vector Modulation permasyn morot PREDICTIVE CONTROL optimization methods
CN103427754B (en) Induction-type bearingless motor rotor radial displacement self-operated controller
CN104038114A (en) Sine-wave voltage driving system of single-winding brushless direct current motor and control method thereof
CN114301361B (en) Control method of electrolytic capacitor-free permanent magnet synchronous motor driving system based on bus current control
CN112366979B (en) Maximum efficiency point tracking control method and system for ultrasonic motor under dynamic working condition
CN115189611A (en) Control circuit and control method of single-phase brushless direct current motor