SU1721778A1

SU1721778A1 - Method of controlling an asynchronous electric motor

Info

Publication number: SU1721778A1
Application number: SU894747010A
Authority: SU
Inventors: Дайнис Гунарович Морс; Леонид Станиславович Рыбицкий; Лаймонис Арвидович Рутманис
Original assignee: Рижский политехнический институт им.А.Я.Пельше
Priority date: 1989-10-09
Filing date: 1989-10-09
Publication date: 1992-03-23

Abstract

Изобретение может быть использовано в электроприводах преимущественно с вентил торной нагрузкой при квазичастотном регулировании частоты вращени электродвигателей . Сущность изобретени состоит в подаче импульсов управлени на включение тиристоров преобразовател в услови х, когда пол рности напр жений входного и выходного эталонного совпадают до конца рассматриваемого полуперйо- да входного напр жени , чем достигаетс расширение диапазона регулировани частоты вращени . 5 ил.The invention can be used in electric drives with predominantly fan load with quasi frequency control of the rotation frequency of electric motors. The essence of the invention consists in supplying control pulses to turn on the thyristors of the converter in conditions when the polarities of the input and output reference voltages coincide to the end of the considered input voltage half-range, thus extending the range of rotational frequency control. 5 il.

Description

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано дл квазичастотного регулировани скорости асинхронных электродвигателей.The invention relates to electrical engineering and can be used for quasi-frequency speed control of asynchronous electric motors.

Цель изобретени - расширение диапазона регулировани частоты вращени электродвигател .The purpose of the invention is to expand the range of motor speed control.

Расширение диапазона выходных частот преобразовател от половины до номинального значени частоты сети обеспечивает регулирование частоты вращени асинхронного двигател вниз от частоты сети без изменени силовой схемы трехфазного регул тора напр жени и без введени замкнутой системы регулировани по скорости и току. Такое регулирование необходимо, например , дл изменени потока воздуха вентил ционных установок при нескольких дискретных значени х частоты вращени привода вниз от номинального его значени .Expanding the output frequency range of the converter from half to the nominal value of the mains frequency provides for regulating the rotational speed of the induction motor down from the mains frequency without changing the power circuit of the three-phase voltage regulator and without introducing a closed-loop speed and current control system. Such regulation is necessary, for example, to change the air flow of the ventilation systems at several discrete values of the frequency of rotation of the drive down from its nominal value.

Способ управлени может быть реализован известной (нулевой) схемой трехфазного регул тора переменного напр жени с нулевым проводом, где кажда фаза напр жени сети через два встречно-параллельных тиристора соединена с соответствующим выводом обмотки асинхронного двигател , другие концы которых соединены вместе, а также с общим выводом обмоток трансформатора сети источника входного напр жени преобразовател . Может также примен тьс реверсивна схема такого преобразовател с 10 тиристорами , где перва обмотка электродвигател соединена с одной из фаз сети через пару встречно-параллельно соединенных тиристоров , а втора и треть обмотки соединены через две пары встречно-параллельно соединенных тиристоров с каждой из двух других фаз сети.The control method can be implemented with a known (zero) three-phase variable voltage regulator circuit with a zero wire, where each phase of the mains voltage is connected via two counter-parallel thyristors to the corresponding winding terminal of the induction motor, the other ends of which are connected together, as well as common the output windings of the transformer of the input voltage source of the converter. A reversive circuit of such a converter with 10 thyristors can also be used, where the first motor winding is connected to one of the network phases through a pair of anti-parallel connected thyristors, and the second and third windings are connected through two pairs of anti-parallel connected thyristors to each of the other two phases network.

На фиг.1 приведены временные диаграммы , по сн ющие работу преобразовател согласно предлагаемому способу; на фиг.2 - то же, в случае сочетани пр мого и обратного пор дка чередовани входныхFigure 1 shows timing diagrams for explaining the operation of the converter in accordance with the proposed method; FIG. 2 is the same in the case of a combination of direct and inverse order of interlacing the input

фаз при формировании выходного напр жени квазичастотой 37,5 Гц или 3/4 от номинального значени частоты сети; на фиг.З - кривые входного напр жени Uc, кривые выходных напр жени идв и тока дв согласно предлагаемому способу и работающие на двигательную нагрузку; на фиг.4 - блок-схема устройства управлени дл осуществлени предлагаемого способа; на фиг.5 - схема ждущих мультивибраторов с регулируемой длительностью импульсов.phases when the output voltage is formed by a quasi-frequency of 37.5 Hz or 3/4 of the nominal value of the grid frequency; FIG. 3 shows the input voltage curves Uc, the output voltage curves Idv and current dv according to the proposed method and operating on the motor load; Fig. 4 is a block diagram of a control device for carrying out the proposed method; figure 5 - diagram of the waiting multivibrators with adjustable pulse duration.

Формирование, квазичастотного выходного напр жени в диапазоне от половины до номинального значени частоты сети согласно предлагаемому способу осуществл етс следующим образом.The formation of a quasi-frequency output voltage in the range from half to the nominal value of the network frequency according to the proposed method is carried out as follows.

.Вы вл ютс интервалы входного UBX напр жени , в которых их пол рности совпадают с пол рностью эталонного выходного иэ напр жени , и это совпадение пол рностей сохран етс до конца рассматриваемого полупериода входного напр жени . Такие интервалы совпадени пол рностей UBxi с U31, UBx2 с Уэа. ЫвхЗ с УэЗ во всех трех выходных фазах ивых1, ивых2, иаыхЗ на фиг.1 показаны горизонтально заштрихованными площад ми. В пределах этих интервалов совпадени пол рностей осуществл ют фазовое регулирование входного напр жени с целью формировани выходного напр жени , среднее значение которого в каждый полупериод входного напр жени пропорционально среднесинусо- идальному значению модулирующей функции м за рассматриваемый полупериод входного напр жени , как показано косо заштрихованными площад ми кривых иВых1. ивых2, Увыхз в сравнении с синусоидальным значением модулирующей функции на фиг.1 Формирование выходного напр жени во всех трех фазах согласно его среднему значению напр жени , заданному значением синусоидальной модулирующей функцией фм, показано на фиг.1 при пр мом пор дке чередовани фаз сети UBXI, UBx2, Uex3. Как видно на фиг.1, s данном случае фаза м одинакова во всех трех выходных фазах..You are the input voltage UBX intervals in which their polarities coincide with the polarity of the reference output voltage, and this coincidence of polarities remains until the end of the considered half-period of the input voltage. Such intervals of coincidence of polarities UBxi with U31, UBx2 with Uaa. LHCs with EE3 in all three output phases of I and O, 1, I and O, 2, and 3 of them in Fig. 1 are shown in horizontally shaded areas. Within these polarity coincidence intervals, the phase regulation of the input voltage is carried out in order to form the output voltage, the average value of which in each half-period of the input voltage is proportional to the mean-sinusoidal value of the modulating function m for the considered half-period of the input voltage, as shown obliquely shaded areas mi curves iVyh1. And out2, Uvykhs in comparison with the sinusoidal value of the modulating function in Fig. 1 The formation of the output voltage in all three phases according to its average voltage value, given by the value of the sinusoidal modulating function of FM, is shown in Fig. 1 in the direct order of the UBXI network phase rotation , UBx2, Uex3. As can be seen in figure 1, s in this case, the phase m is the same in all three output phases.

При наличии реверсивного коммутатора , позвол ющего подключить на фазу нагрузки две фазы напр жени сети, согласно предлагаемому способу осуществл етс формирование выходного напр жени данной фазы раздельно по времени от обеих входных фаз при одном и том же значении выходной частоты. На фиг.2 во второй Квых2 и третьей UeuxS выходных фазах примен ютс поочередное подключение Uex2, Uex3 во второй ивых2 выходной фазе и UBx3, UBx2 в третьей иВыхЗ выходной фазе. Как видно из фиг.2, дл обратного пор дка чередовани фаз сети Uexl, Uax3, UBx2 соответственно в выходныхIn the presence of a reversible switch allowing two phases of the network voltage to be connected to the load phase, according to the proposed method, the output voltage of this phase is formed separately in time from both input phases at the same value of the output frequency. In FIG. 2, in the second Kvyh2 and the third UeuxS output phases, alternate connections of Uex2, Uex3 in the second and second output2 of the output phase and UBx3, UBx2 in the third and Exit3 output phases are used. As can be seen from FIG. 2, for the reverse order of the alternation of the phases of the network, Uexl, Uax3, UBx2, respectively, in the output

фазах 11вых1, ивых2, иВыхЗ модулирующие функции фит, грм2, сдвинуты с отставанием на 2 л/3 соответственно в каждой последующей выходной фазе. При одновременной работе модулирующих функций , например $уц, рш в интервал времени ti, t2 или , 1 в интервал времени тз, А предпочтение на включение входных напр жений отдаетс той модулирующей функции, амплитудное значение которой больше по сравнению с другой. Таким образом моменты времени ts, а также te определ ют границы чередовани реверсивных входных фаз, что также иллюстрируетс импульсами управлени на фиг.2 внизу,phases 11out1, and2, and EXIT the modulating functions fit, timing 2, are shifted with a lag of 2 l / 3, respectively, in each subsequent output phase. When simultaneous operation of the modulating functions, for example, $ uz, psh in the time interval ti, t2 or, 1 in the time interval ts, A, the preference for switching on the input voltages is given to that modulating function, the amplitude value of which is greater compared to the other. Thus, the times ts and also te define the interleaved bounds of the reversing input phases, which is also illustrated by the control pulses in Fig. 2 below,

где сверху перва лини относитс к ивых1, втора и треть к ивых2, а четверта и п та к иВыхЗ.where the top of the first line refers to ivyh1, second and third to ivykh2, and a fourth and nth to kiVyhZ.

На фиг.2 участки выходного напр жени , формируемые пр мым пор дком чередовани подключени входных фаз во второй и третьей выходных фазах, показаны косо заштрихованными площад ми с наклоном линии направо, а с обратным пор дком - налево.In Fig. 2, sections of the output voltage, formed in a direct order of alternating the input phase connection in the second and third output phase, are shown obliquely shaded areas with a slope of the line to the right, and with the inverse order to the left.

Модулирующа частота определ етс как разность между входной и эталонной частотами, а эталонна частота соответствует номинальной частоте вращени асинхронного электродвигател .The modulating frequency is defined as the difference between the input and reference frequencies, and the reference frequency corresponds to the nominal frequency of rotation of the asynchronous motor.

Соответственно модулирующей частотеRespectively modulating frequency

на фиг.1 показан период модулирующей функции Тм, который также соответствует периоду повтор емости процесса преобразовани частоты согласно предлагаемомуFig. 1 shows the period of the modulating function Tm, which also corresponds to the repetition period of the frequency conversion process according to the proposed

способу.way.

Как видно из фиг. 1-3, при примен емой схеме коммутатора используетс дл управлени только одна полуволна синусоидальной функции, т.е, непрерывна крива As can be seen from FIG. 1-3, with the switch scheme used, only one half-wave sinusoidal function is used to control, i.e., a continuous curve

-фм на фиг.1. При других значени х выходной частоты процесс преобразовани происходит аналогично изображенному на фиг. 1-3, мен етс только частота модулирующей функции. Значени выходных частот-fm figure 1. At other values of the output frequency, the conversion process proceeds as shown in FIG. 1-3, only the frequency of the modulating function changes. Output frequency values

могут в принципе быть любые в диапазоне от половины до номмнального значени частоты fax сети, однако дл удобства реализации системы управлени предлагаемым способом предпочтительными можно указать значени выходных частот твых, определ емых из соотношени fBbix пmay in principle be any in the range from half to the nominal frequency of the fax network, however, for the convenience of implementing the control system of the proposed method, you can specify the preferred output frequencies of your frequencies determined from the ratio fBbix n

п +1 любое целое положительное число.n + 1 is any positive integer.

f ex, где п Способ предназначен в основном дл работы на нагрузку с посто нным моментом нагрузки при определенном значении выходной частоты преобразовател , например дл нагрузок вентил торного типа. Поэтому удобнее всего управление согласно предлагаемому способу осуществл ть по заранее составленным программам подачи импульсов управлени тиристорами регул тора, учитывающих при каждом зна- чении выходной частоты характерные управл ющие действи предлагаемого способа и нагрузки. Реализаци программ управлени предлагаемым способом может осуществл тьс многими известными сие- тем ами управлени .f ex, where p The method is intended mainly for operation on a load with a constant load moment at a certain value of the output frequency of the converter, for example, for fan-type loads. Therefore, it is most convenient to carry out the control according to the proposed method, according to previously compiled programs for supplying control thyristor control pulses, which take into account the characteristic control actions of the proposed method and load at each output frequency value. The implementation of control programs by the proposed method can be carried out by many well-known control systems.

Например, структурна схема управлени согласно предлагаемому способу изображена на фиг.4. .Целью системы управлени вл етс разработка ориентире- ванных относительно напр жени входных фаз 1-3 источника питани с выведенным общим нулевым выводом 4, импульсов управлени блоками 5-7 встречно-параллельных тиристоров комму- татора дл квазичастотного регулировани частоты вращени асинхронного электродвигател 8.For example, a control flow chart according to the proposed method is depicted in FIG. 4. The purpose of the control system is to develop voltage-oriented input phases 1-3 of the power supply with a common zero output 4, control pulses of 5-7 anti-parallel switch thyristors for quasi frequency control of the rotation frequency of the asynchronous motor 8.

Устройство управлени содержит блоки 9-11 нуль-органов соответствующей вход- ной фазы преобразовател , блоки 12-14 счетчиков полупериодов, блок 15 задани частоты вращени асинхронного электродвигател , блоки 16-18-посто нной пам ти, генератор 19, блоки 20-22 ждущих мульти- вибраторов с регулируемой длительностью импульсов, блоки 23-25 формировани импульсов. Входы блоков 9-11 соединены соответственно с выводами 1-3, а выходы блоков 9-11 с входами блоков 12-14 и бло- ков 20-22. Выходы блоков 12-14 соедине- ны с соответствующими входами блоков 16-18. Выход блока 15 соединен также с входами блоков 16-18. Одни выходы блоков 16-18 соединены с входами блоков 12-14, а другие с входами блоков 20-22. Выход блока 19 подключен к входам блоков 20-22. Выходы блоков 20-22 подключены к входам блоков 23-25. а выходы блоков 23-25 - к управл ющим цеп м соответствующих ти- ристорных блоков 5-7.The control unit contains blocks 9-11 of zero-bodies of the corresponding input phase of the converter, blocks 12-14 of half-cycle counters, block 15 of setting the rotation frequency of the asynchronous electric motor, blocks 16-18-constant memory, generator 19, blocks 20-22 waiting multi-vibrators with adjustable pulse duration, pulse shaping blocks 23-25. The inputs of blocks 9-11 are connected respectively with pins 1-3, and the outputs of blocks 9-11 with the inputs of blocks 12-14 and blocks 20-22. The outputs of blocks 12-14 are connected to the corresponding inputs of blocks 16-18. The output of block 15 is also connected to the inputs of blocks 16-18. Some of the outputs of blocks 16-18 are connected to the inputs of blocks 12-14, and others to the inputs of blocks 20-22. The output of block 19 is connected to the inputs of blocks 20-22. The outputs of blocks 20-22 are connected to the inputs of blocks 23-25. and the outputs of blocks 23-25 to the control circuits of the corresponding thyristor blocks 5-7.

Устройство управлени работает следующим образом. Блоки 9-11 нуль-органов формируют импульсы в моменты изменени пол рности питающего напр жени , которые подаютс на соответствующие входы счета блоков 12-14 счетчиков полупериодов и входы запуска блоков 20-22 ждущих мультивибраторов,. Выходна информаци блоков 12-14 счетчиков полупериодов и блока 15 задани частоты вращени подаетс на входы блоков 16-18 посто нной пам ти, которые вырабатывают сигнал сброса дл блоков 12-14 счетчиков полупериодов и число начальной загрузки блоков 20-22 ждущих мультивибраторов. Блок 19 генератора вырабатывает импульсы , которые подаютс на входы обратного счета блоков 20-22, выходные сигналы которых подаютс на блоки 23-25 формирователей импульсов, которые формируют сигналы управлени тиристорами блоков 5-7. При подаче импульсов управлени на тиристоры блоков 5-7 коммутатора осуществл етс квазичастотное преобразование дл регулировани частоты вращени асинхронного электродвигател 8.The control device operates as follows. Blocks 9-11 of zero-organs generate pulses at times of polarity of the supply voltage, which are applied to the corresponding counting inputs of blocks 12-14 of half-time counters and trigger inputs of blocks 20-22 of waiting multivibrators ,. The output information of the half-period counter blocks 12-14 and the rotation frequency setting block 15 is fed to the inputs of the fixed memory blocks 16-18, which generate a reset signal for the half-time counters blocks 12-14 and the number of bootstrap blocks of 20-22 waiting multivibrators. Generator block 19 generates pulses that are applied to the counting inputs of blocks 20-22, the output signals of which are fed to blocks 23-25 of pulse formers, which generate thyristor control signals for blocks 5-7. When control pulses are applied to the thyristors of the switch blocks 5-7, a quasi-frequency conversion is performed to control the rotation frequency of the asynchronous motor 8.

Блоки 20-22 ждущих мультивибраторов с регулируемой длительностью импульсов в развернутом виде (фиг.5) состо т из логического элемента 2Й 26, счетчика 27 и логического элемента 8 ИЛИ 28, При этом входы Х1-Х8 блоков 20, 21 или 22 ждущих мультивибраторов подключены к информационным входам 0-7 блока 27 счетчика, а вход Х9 подключен к входу предварительной установки С. Элемент 28, входы которого подключены к выходам счётчика 27, вырабатывает сигналы управлени У1 дл .формировател 23, 24 или 25 импульсов (фиг.4), который также используетс дл запрета поступлени тактовых импульсов с входа Х10 от блока 9, 10 или 11 через элемент 26 на вычитающий вход 1 счетчика 27.Blocks 20-22 standby multivibrators with adjustable pulse duration in expanded form (figure 5) consist of logic element 2Й 26, counter 27 and logic element 8 OR 28, At the same time, inputs X1-X8 of blocks 20, 21 or 22 waiting multivibrators are connected to the information inputs 0-7 of the counter block 27, and the input X9 is connected to the pre-installation input C. Element 28, the inputs of which are connected to the outputs of the counter 27, generates control signals U1 for former 23, 24 or 25 pulses (FIG. 4), which is also used to prohibit admission the documentary X10 input pulses from block 9, 10 or 11 through the element 26 to the subtracting input of counter 27 1.

Блоки 16-18 посто нной пам ти построены на посто нных запоминающих устройствах, где согласно алгоритму управлени записана последовательно управл ющих импульсов дл формировани среднего значени выходного напр жени коммутатора в интервале каждого подключаемого полупериода входного напр жени пропорционально среднему значению синусоидальной модулирующей функции рассматриваемый п олупериод входного на- - пр жени .Constant memory blocks 16-18 are built on permanent memory devices, where, according to the control algorithm, sequential control pulses are recorded to form the average output voltage of the switch in the interval of each connected half-period of the input voltage proportional to the average value of the sinusoidal modulating function on - wed.

Таким образом, расширение диапазона выходных частот вплоть до частоты сети беспреп тственно реализуетс предлагаемым способом.Thus, the expansion of the output frequency range up to the network frequency is freely realized by the proposed method.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и Способ управлени асинхронным электроприводом с тиристорным коммутатором в цепи статорной обмотки электродвигател , при котором задают трехфазную систему эталонных напр жений с частотой, соответствующей заданной частоте вращени электродвигател , сравнивают пол рности напр жени источника питани и эталонного напр жени дл каждой фазы, определ ют интервалы времени совпадени пол рности указанных напр жений, в течение которых формируют импульсы управлени тиристорами коммутатора, отличающийс тем, что, с целью расширени диапазона регулировани частоты вращени электродвигател , в указанных интервалах времени дополнительно определ ют интервалы времени, в течение которых до конца текущего полупериода напр жени источника питани совпадают пол рности эталонного напр жени и напр жени источника питани , формируют синусоидальную модулирующую функцию с частотой, равт ной разности частоты напр жени источника питани и частоты эталонного напр жени , иPhotographic control method of an asynchronous electric drive with a thyristor switch in the stator winding circuit of an electric motor, in which a three-phase system of reference voltages is set with a frequency corresponding to a given frequency of rotation of the electric motor, compare polarities the voltage of the power source and the reference voltage for each phase, determine the time intervals of coincidence of the polarity of these voltages, during which the switch thyristor control pulses form, differing In order to expand the range of frequency control of the motor, the specified time intervals additionally determine the time intervals during which the voltage of the power supply coincides with the polarity of the reference voltage and the power supply voltage until the end of the current half-period with a frequency equal to the difference in the frequency of the power supply voltage and the frequency of the reference voltage, and

00

5five

амплитудой, определ емой требуемым значением выходного напр жени , синхронизированного с напр жением источника питани , а указанные импульсы управлени тиристорами коммутатора формируют в дополнительно определенных интервалах времени с углом управлени , пропорциональным среднему значению модулирующей синусоидальной функции на текущем полупериоде напр жени источника питани , причем при пр мом пор дке чередовани фаз источника питани синусоидальную модулирующую функцию задают одинаковой дл всех трех фаз коммутатора, а при обратном пор дке чередовани фаз источника питани синусоидальную модулирующую функцию сдвигают на угол 2 тг/3 дл . каждой последующей фазы коммутатора.an amplitude determined by the desired value of the output voltage synchronized with the voltage of the power source, and the indicated thyristor control pulses of the switch are formed in additionally defined time intervals with a control angle proportional to the average modulating sinusoidal function at the current half-period of the power source voltage, and the alternating phases of the power supply source, the sinusoidal modulating function is set the same for all three phases of the switch, and in reverse order of the alternation of the phases of the power source, the sinusoidal modulating function is shifted by an angle of 2 ng / 3 dl. each subsequent phase of the switch.

ЛеГLeG

....

. Фыг.5. Fyg.5

JJ

Claims

Claim

A method for controlling an asynchronous electric drive with a thyristor switch in the stator winding circuit of an electric motor, in which a three-phase system of reference voltages is set with a frequency corresponding to a given rotational speed of the electric motor, the polarity of the voltage of the power source and the reference voltage for each phase are compared, time intervals of coincidence of polarity of the indicated voltages are determined, during which form the control pulses of the thyristors of the switch, characterized in that, in order to expand the range it regulates the frequency of rotation of the electric motor, in the indicated time intervals additionally determine the time intervals during which, until the end of the current half-cycle of the voltage of the power source, the polarities of the reference voltage and the voltage of the power source coincide, form a sinusoidal modulating function with a frequency equal to the difference in the frequency of the voltage of the power source and the frequency of the reference voltage, and the amplitude determined by the desired value of the output voltage synchronized with the voltage and power supply point, and the indicated control pulses of 5 thyristors of the switch are formed at additionally defined time intervals with a control angle proportional to the average value of the modulating sinusoidal function in the current 10 half-period of the voltage of the power source, and with a direct phase sequence of the phases of the power supply, the sinusoidal modulating function is set to be the same for all three phases of the switch, and with 15 reverse phase sequence of the power source, the sinusoidal modulating function is shifted by L 2 n / Z for each subsequent switch phase.

FIG. 2

Ch’ig.b