SU1663728A1 - Device for automatic control of excitation current of synchronous motor - Google Patents
Device for automatic control of excitation current of synchronous motor Download PDFInfo
- Publication number
- SU1663728A1 SU1663728A1 SU894717125A SU4717125A SU1663728A1 SU 1663728 A1 SU1663728 A1 SU 1663728A1 SU 894717125 A SU894717125 A SU 894717125A SU 4717125 A SU4717125 A SU 4717125A SU 1663728 A1 SU1663728 A1 SU 1663728A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- synchronous motor
- input
- output
- current
- excitation current
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в главных электроприводах прокатных станов. Цель изобретени - уменьшение потерь электрической энергии. С этой целью в устройстве дл автоматического регулировани тока возбуждени синхронного двигател нелинейный элемент 13 выполнен с характеристикой типа "гистерезис". В устройство введены суммирующий усилитель 14 и два диода 15, 16. Катоды диодов 15, 16 подключены ко второму входу блока 7 сравнени . Анод диода 15 соединен с выходом выпр мительного моста 12, а анод диода 16 с выходом нелинейного элемента, вход которого объединен с одним входом суммирующего усилител 14 и подключен к вторичной обмотке трансформатора 11 напр жени . Другой вход суммирующего усилител подключен к вторичной обмотке трансформатора 10 тока. Устройство обеспечивает оптимальный режим работы синхронного двигател при изменени х его нагрузки. Благодар нелинейному элементу 13 обеспечиваетс устойчива работа синхронного двигател , т. к. при значительных снижени х напр жени сети предусматриваетс форсировка возбуждени с ограничением форсированного значени тока возбуждени . 3 ил.The invention relates to electrical engineering and can be used in main electric drives of rolling mills. The purpose of the invention is to reduce the loss of electrical energy. For this purpose, in the device for automatic regulation of the excitation current of the synchronous motor, the nonlinear element 13 is made with a "hysteresis" characteristic. A summing amplifier 14 and two diodes 15, 16 are inserted into the device. The cathodes of the diodes 15, 16 are connected to the second input of the comparison unit 7. The anode of the diode 15 is connected to the output of the rectifying bridge 12, and the anode of the diode 16 to the output of the nonlinear element, the input of which is combined with one input of summing amplifier 14 and connected to the secondary winding of the voltage transformer 11. The other input of the summing amplifier is connected to the secondary winding of the current transformer 10. The device provides optimal operation of the synchronous motor when its load changes. The nonlinear element 13 ensures stable operation of the synchronous motor, since with a significant reduction in the mains voltage it is foreseen to force the excitation with the limitation of the forced value of the excitation current. 3 il.
Description
Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано дл автоматического регулировани возбуждени синхронных двигателей, например главных электроприводов прокатных станов,The invention relates to electrical engineering and can be used to automatically control the excitation of synchronous motors, for example, main electric drives of rolling mills,
Цель изобретени - уменьшение потерь электрической энергии.The purpose of the invention is to reduce the loss of electrical energy.
На фиг. 1 представлена функциональна схема устройства дл автоматического регулировани тока возбуждени синхронного двигател ; на фиг. 2 - U-образные зависимости тока I статора от тока IB возбуждени , сн тые при различных мощност х Pi - Р4 на валу, и крива регулировочной характеристики синхронного двигател при коэффициенте мощности cos p 1; ни фиг. 3 - векторы напр жений IJ2 - U4 фаз обмотки статора синхронного двигател и линейного напр жени Уз-4 между двум фазами обмотки статора синхронного двигател .FIG. 1 shows a functional diagram of an apparatus for automatically controlling the excitation current of a synchronous motor; in fig. 2 - U-shaped dependences of the stator current I on the excitation current IB, taken at different powers Pi - P4 on the shaft, and the curve of the adjusting characteristic of the synchronous motor with the power factor cos p 1; neither FIG. 3 - voltage vectors IJ2 - U4 of the phases of the stator winding of the synchronous motor and the linear voltage Uz-4 between the two phases of the stator winding of the synchronous motor.
Устройство дл автоматического регулировани тока возбуждени синхронного двигател 1, фазы 2-4 обмотки статора которого подключены к сети, содержит ти- ристорный возбудитель 5 дл подключени к обмотке возбуждени (обмотке ротора) синхронного двигател 1. Управл ющий вход тиристорного возбудител 5 подключен к выходу регул тора 6 тока возбуждени , вход которого соединен с выходом блока 7 сравнени . Первый (инвертирующий ) вход блока 7 сравнени соединен с выходом датчика 8 тока, входом подключенного к шунту 9, включенному в цепь питани обмотки возбуждени синхронного двигател 1.The device for automatic regulation of the excitation current of the synchronous motor 1, the phases 2-4 of the stator winding of which are connected to the network, contains a thyristor exciter 5 for connection to the excitation winding (rotor winding) of the synchronous motor 1. The control input of the thyristor exciter 5 is connected to the output of the regulator field current torus 6, the input of which is connected to the output of comparator block 7. The first (inverting) input of the comparator unit 7 is connected to the output of the current sensor 8, the input connected to shunt 9 connected to the power supply circuit of the excitation winding of the synchronous motor 1.
Устройство содержит также трансформатор 10 тока с первичной обмоткой дл включени в фазу 2 обмотки статора синхронного двигател , трансформатор 11 напр жени с первичной обмоткой дл подключени к фазам 3 и 4 обмотки статора, выпр мительный мост 12 и нелинейный элемент 13,-выполненный с характеристикой типа гистерезис. В устройство введены суммирующий усилитель 14 и два диода 15 и 16.The device also contains a transformer 10 with primary winding for connecting a synchronous motor to the stator winding phase 2, a primary winding voltage transformer 11 for connecting to the stator winding phases 3 and 4, a rectifying bridge 12 and a nonlinear element 13, performed with a type characteristic hysteresis. A summing amplifier 14 and two diodes 15 and 16 are introduced into the device.
Вторична обмотка трансформатора тока зашунтирована резистором 17 и подключена к первому входу суммирующего усилител 14, образованному резистором 18. Вторична обмотка трансформатора напр жени подключена к второму входу суммирующего усилител 14, образованному резистором 19, в цепь обратной св зи усилител включен резистор 20,The secondary winding of the current transformer is shunted by a resistor 17 and connected to the first input of summing amplifier 14 formed by resistor 18. The secondary winding of a voltage transformer is connected to the second input of summing amplifier 14 formed by resistor 19, the resistor 20 is connected to the feedback circuit of the amplifier,
Выход суммирующего усилител подключен к входу выпр мительного моста 12, выход которого через первый диод 15, включенный в пр мом направлении, подключен к второму входу блока 7 сравнени и катоду второго диода 16, анод которого соединен с выходом нелинейного элемента 13. Вход поThe output of the summing amplifier is connected to the input of the rectifying bridge 12, the output of which through the first diode 15 connected in the forward direction is connected to the second input of the comparator unit 7 and the cathode of the second diode 16 whose anode is connected to the output of the nonlinear element 13.
следнего соединен с вторым входом суммирующего усилител 14.the last is connected to the second input of the summing amplifier 14.
Кривые 21-24 (фиг, 2) представл ют собой зависимости тока I статора от тока 1в возбуждени ; крива 25 - регулировочнуюCurves 21-24 (FIG. 2) are dependencies of stator current I on excitation current 1c; curve 25 - adjusting
характеристику синхронного двигател ,characteristic of a synchronous motor,
На фиг. 3 обозначено: поз, 26 - 28 - векторы напр жений U2 - U4; 29 - вектор линейного напр жени U3-4J.30 и 31 - векторы активной составл ющей | Ва и реактивнойFIG. 3 denotes: pos, 26–28 are the stress vector U2 - U4; 29 is the linear voltage vector U3-4J.30 and 31 is the active component vector | Va and reactive
составл ющей (8р заданного тока в возбуждени , вектор которого соответствует векто- ру32.component (8p of a given current in the excitation, the vector of which corresponds to a vector 32.
Устройство работает следующим образом ,The device works as follows
На первый и второй входы суммирующего усилител 14 с вторичных обмоток трансформаторов 10 и 11 поступают синусоидальные сигналы, пропорциональные соответственно току и (в комплекснрй формеThe first and second inputs of summing amplifier 14 from the secondary windings of transformers 10 and 11 receive sinusoidal signals proportional to the current and (respectively, in complex form
записи синусоидальному сигналу И) фазы 2 обмотки статора и линейному напр жению U3-4 (Оз-4) между фазами 3 и 4 обмотки статора синхронного двигател 1. На выходе суммирующего усилител 14 формируетс recording a sinusoidal signal I) phase 2 of the stator winding and linear voltage U3-4 (Oz-4) between phases 3 and 4 of the stator winding of the synchronous motor 1. The output of summing amplifier 14 is formed
напр жение, пропорциональное сумме двух названных синусоидальных сигналов, которое выпр мл етс с помощью выпр мительного моста 12 и поступает на один из входов блока 7 сравнени в качестве задающегоa voltage proportional to the sum of the two sinusoidal signals mentioned above, which is rectified by rectifying bridge 12 and is fed to one of the inputs of comparator block 7 as a driver
сигнала на ток возбуждени синхронного двигател 1. На другой (инвертирующий) вход блока 7 сравнени с выхода датчика 8 тока возбуждени поступает сигнал, пропорциональный току возбуждени .signal to the excitation current of the synchronous motor 1. The other (inverting) input of the block 7 in comparison with the output of the excitation current sensor 8 receives a signal proportional to the excitation current.
Оптимальный (с точки зрени потерь электрической энергии) режим работы синхронного двигател обеспечиваетс при cos p 1, т. е. когда двигатель работает в нижнем экстремуме U-образной характеристики (фиг. 2), например в точке А характеристики 24, сн той при мощности Р4 Рн (Рн - номинальна мощность) на валу. Как видно, в этом случае (фиг. 2) в цепи обмотки статора протекает минимальный при заданной мощности нагрузки ток I И. При изменении мощности нагрузки от Р Pi до Р Р4 точка А, соответствующа минимуму потерь электрической энергии, перемещаетс по кривой 25.The optimum (from the point of view of electric energy loss) operating mode of a synchronous motor is provided at cos p 1, i.e. when the engine is running at the lower extremum of the U-shaped characteristic (Fig. 2), for example, at point A of characteristic 24, taken at Р4 Рн (Рн - rated power) on the shaft. As can be seen, in this case (Fig. 2), the current I I minimum in the stator winding circuit flows for a given load power. When the load power changes from Pi to Pi P4, the point A corresponding to the minimum loss of electrical energy moves along curve 25.
Оптимальна регулировочна характеристика при изменении нагрузки на валу и отклонени х напр жени сети описываетс выражениемThe optimal adjustment characteristic when the load on the shaft changes and the deviation of the mains voltage is described by the expression
1в2 isp2 + lea2 ieo2 (у + a Xd sin Ј)2 +1in2 isp2 + lea2 ieo2 (y + a Xd sin) 2 +
+ г 1ван2, Г+ g 1van2, G
где вр - реактивна составл юща тока IB возбуждени where bp is the reactive component of the excitation current IB
lep Boft +aXciSinpH),(2)lep Boft + aXciSinpH), (2)
lea - активна составл юща тока )вlea - active current component)
о ва - 77 взн,(3)about va - 77 per (3)
У(Y (
обеспечивающие оптимальное (с точки зрени потерь электрической энергии) регулирование тока возбуждени ;providing optimal (from the point of view of electric energy loss) regulation of the excitation current;
IBO - ток возбуждени холостого хода двигател при напр жении на обмотке ста- тора, равном его номинальному значению;IBO is the excitation current of the motor at a voltage across the stator winding equal to its nominal value;
ван - номинальна величина активной составл ющей тока возбуждени ;van is the nominal value of the active component of the excitation current;
ха Xd ,, -- - относительное реакифнha Xd ,, - - relative resolution
тивное сопротивление ротора;rotor resistance;
1Н - номинальный ток статора;1H is the rated current of the stator;
ифн - номинальное напр жение на обмотке статора;ifn is the nominal voltage across the stator winding;
Хс)0м - реактивное сопротивление ро- тора по продольной оси;Xc) 0m is the rotor reactance along the longitudinal axis;
рн -угол сдвига между токами и напр жени ми на статорной обмотке в номинальном режиме работы;ph is the angle of shear between currents and voltages on the stator winding in nominal mode of operation;
о. Сед/Он - относительна реактивна мощность синхронного двигател ;about. Sed / He is the relative reactive power of a synchronous motor;
у Ул/илн - относительное номинальное линейное напр жение сети;Ul / il - relative nominal line voltage of the network;
Р Рсд/Рн - относительна активна мощность, потребл ема двигателем из се- ти.Р Рсд / Рн - the power consumed by the motor from the network is relatively active.
При названном законе регулировани (1) Осд 0, следовательно, а 0 иWith the law of regulation called (1) Osd 0, therefore, a 0 and
вр ieo У.vr ieo U.
(4)(four)
Уравнение оптимального закона регу- лировани тока возбуждени удобно представить в видеThe equation of the optimal law for the regulation of the excitation current can be conveniently represented as
Пв1 УПва12+Г|вр12,Pv1 UPva12 + G | vr12,
где Ива , Пвр - модули величин, описываемых соответственно зависимост ми (3) иwhere Willow, Pvr are the moduli of the quantities described respectively by dependencies (3) and
(4).(four).
Таким образом, при обеспечении регулировани тока возбуждени в со- ответствии с зависимост ми (4) и (5) обеспечиваетс оптимальное (с точки зрени потерь электрической энергии) управление Синхронным двигателем при изменении нагрузки на валу и отклонени х напр жени сети. Однако непосредственна реализаци зависимостей (3) - (5) вл етс сложной, так как требует заполнени операций возведени в квадрат и извлечение квадратного корн .Thus, while ensuring the regulation of the excitation current in accordance with dependencies (4) and (5), the Synchronous motor is optimally controlled (from the point of view of the loss of electrical energy) when the load on the shaft changes and the deviations of the mains voltage. However, the direct implementation of dependencies (3) - (5) is difficult, since it requires filling in squaring operations and extracting the square root.
5 five
10ten
.., - .., -
2020
2525
зо zo
35 35
40 40
4545
50 55 50 55
В данном устройстве операции возведени в квадрат и извлечение квадратного корн замен ютс векторным, суммированием , ортогональных активной 6а и реактивной Вр составл ющих тока IB возбуждени , т. е. реализуетс зависимостьIn this device, the squaring and square root extraction operations are replaced by vector, summing, orthogonal active 6a and reactive BP components of the excitation current IB, i.e.
.(6). (6)
В качестве задающего сигнала, пропорционального активной составл ющей Ва, в устройстве используетс ток i2 фазы 2 обмотки статора(г-„ ва. соответственно 2 IBS). При оптимальном регулировании обеспечиваетс выполнение услови cos р 1, следо- вательно, ток в фазах обмотки статора вл етс чисто активным. Вследствие этого векторы 26 и 30As a master signal, proportional to the active component Ba, the device uses the current i2 of phase 2 of the stator winding (r-v, respectively 2 IBS). With optimal regulation, the condition cos 1 is satisfied, therefore, the current in the phases of the stator winding is purely active. As a consequence, vectors 26 and 30
12 Ј ва(7)12 Ј va (7)
на векторной диаграмме совпадают по фазе .on the vector diagram are out of phase.
В трехфазной симметричной системе напр жений вектор 29 линейног9 напр жени IJ3-4 отстает от вектора 26 (U2) и. соответственно , от вектора 30 (la) на 90 эл. град. Кроме того, из выражени (5) следует, что при оптимальном регулировании величина реактивной составл ющей тока возбуждени однозначно определ етс уровнем напр жени сети. Следовательно, в качестве задающего сигнала дл задани реактивной составл ющей тока iep возбуждени может быть использовано линейное напр жение Us-4, измер емое с помощью трансформатора 11 напр жени In a three-phase symmetric voltage system, the vector 29 of the linear voltage IJ3-4 lags behind the vector 26 (U2) and. respectively, from the vector 30 (la) to 90 el. hail. In addition, it follows from expression (5) that, with optimal control, the value of the reactive component of the field current is unambiguously determined by the voltage level of the network. Consequently, the line voltage Us-4, measured by the voltage transformer 11, can be used as a driving signal for setting the reactive component of the excitation current iep.
РЗ-4-, 1вр.. ,(8)РЗ-4-, 1вр .., (8)
соответственно Оз-4 - iep. Векторы 12 и Оз-4 (фиг. 3) ортогональны и, соответственно, задающие синусоидальные сигналы i и Уз-4 сдвинуты один относительно другого на 90 эл. град. Следовательно, в соответствии с (7) и (8), выполн суммирование сигналов, пропорциональных г и из-4,.выполн ют векторное сложение активной 1Ва и реактивной 1вр составл ющих тока 1В возбуждени , т. е. обеспечивают выполнение услови (6) оптимального регулировани тока 1В возбуждени .respectively Oz-4 - iep. Vectors 12 and Oz-4 (Fig. 3) are orthogonal and, accordingly, the driving sine-wave signals i and Uz-4 are shifted one relative to the other by 90 el. hail. Consequently, in accordance with (7) and (8), performed the summation of signals proportional to r and 4, perform the vector addition of the active 1 Va and reactive 1p components of the excitation current 1B, i.e. optimal regulation of excitation current 1B.
В устройстве сложение синусоидальных сигн алов осуществл етс с помощью суммирующего усилител 14. Формирование управл ющего сигнала осуществл етс с помощью выпр мительного моста 12.In the device, the addition of sinusoidal signals is carried out using a summing amplifier 14. The control signal is generated using a rectifying bridge 12.
Однако при значительных снижени х напр жени сети (ниже 0,85 - 0.9UH) и оптимальном регулировании тока возбуждени (1) возможно снижение устойчивости синхронного двигател и, как следствие, выпадение из синхронизма. Кроме того, при оптимальном регулировании тока возбуждени и при значительных снижени х напр жени сети может возникнутьHowever, with a significant decrease in the mains voltage (below 0.85 - 0.9UH) and optimal regulation of the excitation current (1), the stability of the synchronous motor may decrease and, as a result, out of sync. In addition, with optimal regulation of the excitation current and with a significant reduction in mains voltage,
увеличение тока возбуждени выше номинального уровн . Дл предотвращени названных нежелательных режимов в данном устройстве предусмотрена форсировка возбуждени с помощью нелинейного элемента 13 с характеристикой типа гистерезис.increase in drive current above nominal level. To prevent the named undesirable modes, this device provides forcing the excitation by means of a nonlinear element 13 with a hysteresis characteristic.
При снижении напр жени до уровн ниже 0.85UH напр жение на выходе нелинейного элемента 13 становитс выше напр жени на выходе выпр мительного моста 12. Благодар встречному включению диодов 15 и 16 на вход блока 7 сравнени проходит больший из двух сигналов, подаваемых на аноды диодов 15 и 16. Вследствие этого при снижении напр жени сети ниже 0,851)н включаетс форсировка, и ток возбуждений повышаетс до номинального уровн . Так как нелинейный элемент 13 имеет характеристику типа гистерезис, отключение форсировки происходит при напр жении сети, равном 0,9UH. Така характеристика нелинейного элемента необходима дл предотвращени частых переключений задани на ток возбуждени при напр жении сети, близком к 0,85UH. Кроме того, обеспечиваетс ограничение форсированного значени тока возбуждени на заданном номинальном уровне.When the voltage drops to a level below 0.85UH, the voltage at the output of the nonlinear element 13 becomes higher than the voltage at the output of the rectifying bridge 12. Due to the counter-switching of the diodes 15 and 16 to the input of the comparison unit 7, the larger of the two signals fed to the anodes of the diodes 15 passes and 16. As a result, when the network voltage drops below 0.851) n, the force is turned on, and the excitation current rises to the nominal level. Since the nonlinear element 13 has a characteristic of the hysteresis type, the force is disconnected at a network voltage of 0.9UH. Such a characteristic of the nonlinear element is necessary to prevent frequent switching of the reference to the excitation current when the supply voltage is close to 0.85 UH. In addition, the forced excitation current is limited at a predetermined nominal level.
Устройство может быть реализовано с помощью элементов аналоговой блочной системы регул торов.The device can be implemented using the elements of the analog block system of regulators.
Данное устройство отличаетс простотой и обеспечивает более высокое быстродействие при управлении током возбуждени синхронного двигател по сравнению с известными. Это объ сн етс тем, что в нем применен один контур регулировани , что не менее чем в три раза повышает быстродействие. Вследствие этого повышаетс коммутационна устойчивость и, соответственно, надежность работы синхронного двигател .This device is simple and provides higher speed when controlling the excitation current of a synchronous motor in comparison with the known ones. This is due to the fact that it has one control loop applied, which improves the response speed by at least three times. As a result, the switching stability and, accordingly, the reliability of the synchronous motor increase.
Таким образом, в устройстве обеспечиваетс уменьшение потерь электрической энергии при изменении нагрузки на валу синхронного двигател и отклонени х напр жени сети в рабочем диапазоне (10 - 15% в сторону уменьшени относительно номинального значени ),Thus, the device provides a reduction in electrical energy losses when the load on the shaft of a synchronous motor changes and the deviations of the mains voltage in the operating range (10 - 15% downwards relative to the nominal value)
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894717125A SU1663728A1 (en) | 1989-07-13 | 1989-07-13 | Device for automatic control of excitation current of synchronous motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894717125A SU1663728A1 (en) | 1989-07-13 | 1989-07-13 | Device for automatic control of excitation current of synchronous motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1663728A1 true SU1663728A1 (en) | 1991-07-15 |
Family
ID=21459986
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU894717125A SU1663728A1 (en) | 1989-07-13 | 1989-07-13 | Device for automatic control of excitation current of synchronous motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1663728A1 (en) |
-
1989
- 1989-07-13 SU SU894717125A patent/SU1663728A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР № 1415777. кл. Н 02 Р 9/14, 1978. Авторское свидетельство СССР Мг 721890,кл. Н 02 Р 9/14,1977. Гендельман Б.Р., Вайнтруб О.М., Швецов А.Н. Управление мощным синхронным двигателем с тиристорным возбудителем и автоматическим регулированием. Электрон, промышленность. Сер. Электропривод. 1973, N: 5, с. 21-22. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4823066A (en) | Three-phase induction motor control method | |
US5739664A (en) | Induction motor drive controller | |
US4800327A (en) | Three-phase induction motor control method | |
US6586914B2 (en) | Wound field synchronous machine control system and method | |
US6417644B2 (en) | Apparatus and method to generate braking torque in an AC drive | |
EP0748534B1 (en) | Switched reluctance starter/generator system and method of controlling same | |
EP0013615B1 (en) | Apparatus for controlling a.c. motor | |
US5036267A (en) | Aircraft turbine start from a low voltage battery | |
US4455522A (en) | Current source inverter bed induction motor drive | |
US4622629A (en) | Power supply system with improved transient response | |
JPS61236391A (en) | Induction motor driver using load commutation type inverter circuit | |
US5587641A (en) | VSCF start system with precise voltage control | |
WO1990006016A1 (en) | Variable speed constant frequency start system with selectable input power limiting | |
US5479081A (en) | AC motor controller with voltage margin adjustment | |
JPS6152179A (en) | Power source for driving motor | |
US4870338A (en) | Load commutated inverter (LCI) induction motor drive | |
US4654572A (en) | Load-commutated inverter for operating synchronous motor | |
SU1663728A1 (en) | Device for automatic control of excitation current of synchronous motor | |
US4048550A (en) | Flux corrective control apparatus for motor drives | |
GB2114780A (en) | Current control pulse width modulated inverter machine drive system | |
EP3098961B1 (en) | System of controlling induction electric motor | |
US20220060131A1 (en) | Control method and associated control system | |
GB2085204A (en) | Motor control system | |
EP0301036B1 (en) | Control system for a variable-reluctance motor, and method | |
JPH0344509B2 (en) |