PL180575B1 - Method of controlling operation of a three-phase frequency changer in a feeder circuit of induction motor - Google Patents

Abstract

Sposób sterowania trójfazowego bezpośredniego przemiennika częstotliwości zasilającego (57) silnik indukcyjny, umożliwiający za pomocą sterowanych łączników elektronicznych połączenie każdego z trzech potencjałowych punktów wyjściowych przemiennika z każdym z trzech potencjałowych punktów sieci zasilającej, a polegający na formowaniu przebiegów napięć wyjściowych przemiennika z wycinków przebiegów sinusoidalnych napięć sieci zasilającej poprzez sekwencyjne załączanie jego poszczególnych łączników, znamienny tym, że jeden cykl przebiegu fazowego napięcia wyjściowego przemiennika zasilającego daną fazę silnika indukcyjnego formuje się poprzez przyłączanie do danej fazy silnika za pomocą łączników przemiennika kolejno impulsów napięciowych stanowiących końcowe fragmenty półfal jednego znaku co najmniej dwóch następujących po sobie przebiegów sinusoidalnych napięć fazowych sieci zasilającej przemiennik, a następnie odpowiednio impulsów napięciowych przeciwnego znaku, o szerokości tak dobranej, że prąd płynący w danej fazie silnika w wyniku każdego z przyłączanych impulsów, maleje każdorazowo do zera po ich zaniku i w każdych warunkach obciążenia silnika, a wartość średnią uformowanego przebiegu fazowego napięcia wyjściowego przemiennika zmienia się poprzez zmianę czasu trwania pojedynczego przyłączanego impulsu napięciowego, zaś częstotliwość tego przebiegu określa się poprzez zmianę ilości impulsów napięciowych tego samego znaku przyłączanych kolejno do danej fazy silnika, przy czym jest ona odwrotnie proporcjonalna do ilości tych impulsów, a operację formowania przebiegu fazowego napięcia wyjściowego przemiennika powtarza się kolejno dla dwóch pozostałych faz zgodnie z żądanym kierunkiem obrotów zasilanego silnika i dalej periodycznie.The method of controlling the three-phase direct supply frequency converter (57) induction motor, enabling connection by means of controllable electronic switches each of the drive's three potential output points with each of the three potentials supply network points, and consisting in forming output voltage waveforms of the converter from the sine wave sections of the mains voltage via sequential switching on of its individual switches, characterized in that one cycle of the course it forms the phase output voltage of the converter which supplies the given phase of the induction motor by connecting pulses to a given phase of the motor using the inverter connectors voltage, which are the end fragments of the half-waves of one sign of at least the following two consecutive sinusoidal waveforms of the phase voltages of the converter supply network, a then respectively opposite sign voltage pulses of a width selected such that the current flowing in a given motor phase as a result of each connected pulse decreases each time to zero after their disappearance and under all engine load conditions, and the mean value of the formed The phase waveform of the inverter output voltage is changed by changing duration of a single connected voltage pulse, and the frequency of this waveform is determined by changing the number of voltage pulses of the same sign connected successively to a given phase of the motor, and it is inversely proportional to the number of these pulses, and the operation forming the phase waveform of the inverter output voltage is repeated sequentially for the other two phases according to the desired direction of rotation of the supplied motor and then periodically.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania trójfazowego bezpośrednio przemiennika częstotliwości zasilającego silnik indukcyjny, znajdujący zastosowanie w układach napędowych, w których wymagana jest prędkość obrotowa silnika mniejsza niż przy zasilaniu bezpośrednio z sieci.The subject of the invention is a method of controlling a three-phase frequency converter directly supplying an induction motor, applicable in drive systems, where the required rotational speed of the motor is lower than when supplied directly from the mains.

Znany z literatury technicznej (H. Tunia i inni „Układy energoelektroniczne”, WNT Warszawa 1982, str. 279) sposób sterowania polega na tym, że przy pomocy tyrystora wyposażonego w układ do komutacji wymuszonej zwiera się i rozwiera na przemian i periodycznie obwód wyjściowy trójfazowego diodowego mostka prostowniczego. Gdy tyrystor przewodzi, wówczas trójfazowy odbiornik, który jest włączony do linii prądu przemiennego, zostaje połączony w gwiazdę poprzez diody prostownika, a do zacisków odbiornika doprowadzane są wycinki przebiegów sinusoidalnych napięć fazowych. W czasie gdy tyrystor jest zablokowany układ gwiazdowy trójfazowy jest rozwarty. Wartość średnia półfali napięcia wyjściowego tego przemiennika może być regulowana w sposób ciągły przez zmianę czasu opóźnienia wyłączania tyrystora. Częstotliwość harmonicznej podstawowej napięć fazowych na odbiorniku jest równa różnicy częstotliwości sygnału sterującego i napięcia linii zasilającej, a więc zmianę częstotliwości wyjściowej przemiennika uzyskuje się poprzez zmianę częstotliwości sygnału sterującego pracą tyrystora.The control method known from the technical literature (H. Tunia et al., WNT Warsaw 1982, p. 279) is based on the fact that with the use of a thyristor equipped with a forced commutation system, the output circuit of a three-phase diode rectifier bridge. When the thyristor is conductive, then the three-phase receiver, which is connected to the AC line, is star-connected through the rectifier diodes, and sections of the sinusoidal waveforms of the phase voltages are fed to the terminals of the receiver. When the thyristor is blocked, the three-phase star system is open. The half-wave mean value of the output voltage of this inverter can be adjusted continuously by changing the thyristor off delay time. The frequency of the fundamental harmonic of the phase voltages at the receiver is equal to the difference between the frequency of the control signal and the voltage of the power supply line, so the change of the output frequency of the converter is achieved by changing the frequency of the signal controlling the operation of the thyristor.

Inny znany z polskiego opisu patentowego nr 157269 sposób polega na tym, że jeden cykl napięcia międzyprzewodowego zasilającego odbiornik tworzy się zawsze z sześciu pulsów napięcia przez przenoszenie do odbiornika za pomocą zespołu przekształtnikowegoAnother method known from Polish patent description No. 157269 consists in the fact that one cycle of the line voltage supplying the receiver is always created from six voltage pulses by transferring to the receiver by means of a converter unit.

180 575 sterowanego układem elektronicznym inicjującym wejście do pracy poszczególnych zaworów zespołu, z sieci zasilającej prądu przemiennego jednofazowej lub trójfazowej, tylko wybranych części przebiegów napięć sieciowych tak rozłożonych w czasie, że tworzą periodyczny przebieg napięcia z dominującą składową napięcia o jednej pożądanej częstotliwości oraz że dominujące składowe sinusoidalne międzyprzewodowych napięć zasilających odbiornik są przesunięte między sobą o 1/3 okresu. Amplitudę dominującej składowej przebiegu napięcia międzyprzewodowego zasilającego odbiornik zmienia się poprzez zmianę czasu trwania pulsów napięcia, stanowiących cykl napięcia zasilającego odbiornik.180 575 controlled by an electronic system that initiates the entry into operation of individual valves of the unit, from the single-phase or three-phase alternating current supply network, only selected parts of the network voltage waveforms so distributed over time that they form a periodic voltage waveform with a dominant voltage component with one desired frequency and that the dominant components The sinusoidal line-to-line voltages for the receiver are shifted by 1/3 of the period. The amplitude of the dominant component of the line-to-line voltage waveform supplying the receiver is changed by changing the duration of the voltage pulses, which constitute the voltage cycle supplying the receiver.

Sposób według wynalazku, polegający na formowaniu przebiegów napięć wyjściowych bezpośredniego przemiennika częstotliwości z wycinków przebiegów sinusoidalnych napięć sieci zasilającej poprzez sekwencyjne załączanie jego poszczególnych łączników charakteryzuje się tym, że jeden cykl przebiegu fazowego napięcia wyjściowego przemiennika zasilającego daną fazę silnika indukcyjnego formuje się poprzez przyłączanie do danej fazy silnika za pomocą łączników przemiennika kolejno impulsów napięciowych, stanowiących końcowe fragmenty półfal jednego znaku co najmniej dwóch następujących po sobie przebiegów sinusoidalnych napięć fazowych sieci zasilającej przemiennik, a następnie odpowiednio impulsów napięciowych przeciwnego znaku, o szerokości tak dobranej, że prąd płynący w danej fazie silnika w wyniku każdego z przyłączanych impulsów, maleje każdorazowo do zera po ich zaniku i w każdych warunkach obciążenia silnika. Wartość średnią uformowanego przebiegu fazowego napięcia wyjściowego przemiennika zmienia się poprzez zmianę czasu trwania pojedynczego przyłączanego impulsu napięciowego, zaś częstotliwość tego przebiegu określa się poprzez zmianę ilości impulsów napięciowych tego samego znaku przyłączanych kolejno do danej fazy silnika, przy czym jest ona odwrotnie proporcjonalna do ilości tych impulsów. Operację formowania przebiegu fazowego napięcia wyjściowego przemiennika powtarza się kolejno dla dwóch pozostałych faz zgodnie z żądanym kierunkiem obrotów zasilanego silnika i dalej periodycznie.The method according to the invention, consisting in forming the output voltage waveforms of the direct frequency converter from sections of the sinusoidal waveforms of the supply network voltages by sequentially switching on its individual switches, is characterized by the fact that one cycle of the phase waveform of the converter output voltage supplying a given phase of the induction motor is formed by connecting to a given phase motor by means of the converter connectors of voltage pulses being the final half-wave fragments of one sign of at least two consecutive sinusoidal waveforms of phase voltages of the converter supply network, and then correspondingly opposite sign voltage pulses, with a width selected so that the current flowing in a given motor phase in result of each connected pulse, it decreases to zero each time after their disappearance and in all conditions of engine load. The average value of the formed phase waveform of the converter's output voltage is changed by changing the duration of a single connected voltage pulse, and the frequency of this waveform is determined by changing the number of voltage pulses of the same sign connected successively to a given phase of the motor, and it is inversely proportional to the number of these pulses . The operation of forming the phase waveform of the converter output voltage is repeated successively for the two remaining phases in accordance with the desired direction of rotation of the supplied motor and then periodically.

Zaletą rozwiązania, według wynalazku, jest jego prostota oraz praca bezpośredniego przemiennika częstotliwości bez komutacji prądu jak również możliwość przeprowadzania rozruchu silnika, zasilanego za pomocą tego przemiennika bezpośrednio z trójfazowej sieci zasilającej, przy niewielkiej wartości prądu, przekraczającej wartość prądu nominalnego silnika co najwyżej o 30%.The advantage of the solution according to the invention is its simplicity and the operation of a direct frequency converter without current commutation, as well as the possibility of starting the motor powered by this converter directly from the three-phase supply network, with a small current value exceeding the nominal current of the motor by at most 30% .

Rozwiązanie według wynalazku, przedstawiono w przykładzie wykonania.The solution according to the invention is presented in an embodiment.

Sposób według wynalazku, polega na tym, że formuje się wyjściowe napięcie fazowe bezpośredniego przemiennika częstotliwości złożonego z dziewięciu symistorów o prądzie przewodzenia 16 A, który jest zasilany bezpośrednio z trójfazowej sieci zasilającej o wartości napięcia równej nominalnej wartości napięcia, zasilanego przy jego pomocy, silnika indukcyjnego o mocy 2,5 kW i napięciu nominalnym 3x380 V. Silnik ten obciążono wentylatorem. Formowanie jednego cyklu przebiegu fazowego napięcia wyjściowego przemiennika zasilającego daną fazę silnika indukcyjnego realizuje się tak, że do danej fazy silnika za pomocą łączników przemiennika przyłącza się kolejno impulsy napięciowe, stanowiące końcowe fragmenty dodatnich półfal co najmniej dwóch następujących po sobie przebiegów sinusoidalnych napięć fazowych sieci zasilającej przemiennik, a następnie impulsów napięciowych stanowiących końcowe fragmenty ujemnych półfal odpowiednich napięć fazowych sieci zasilającej, o szerokości tak dobranej, że prąd płynący w danej fazie silnika w wyniku każdego z przyłączanych impulsów, maleje każdorazowo do zera po ich zaniku. Prąd przepływający przez fazy silnika ma charakter impulsowy o wartości w głównej mierze ograniczonej przez reaktancje jego rozproszeń, a spadek wartości prądu do zera determinuje przyłączenie kolejnego impulsu napięcia.The method according to the invention consists in forming the output phase voltage of a direct frequency converter consisting of nine symistors with a forward current of 16 A, which is supplied directly from a three-phase supply network with a voltage value equal to the nominal voltage value of the induction motor powered by it. with a power of 2.5 kW and a nominal voltage of 3x380 V. The motor is loaded with a fan. The formation of one cycle of the phase waveform of the converter output voltage supplying a given phase of the induction motor is carried out in such a way that voltage pulses are successively connected to a given phase of the motor by means of converter connectors, which are the end fragments of positive half-waves of at least two consecutive sinusoidal waveforms of the phase voltages of the network supplying the converter and then voltage pulses constituting the final fragments of the negative half-waves of the respective phase voltages of the supply network, with a width so selected that the current flowing in a given phase of the motor as a result of each of the pulses connected decreases to zero each time after their disappearance. The current flowing through the motor phases is impulse in nature, the value mainly limited by the reactances of its dissipation, and the decrease in the current value to zero determines the connection of another voltage pulse.

Proces przyłączania impulsów napięciowych do danej fazy silnika, powtarza się kolejno dla dwóch pozostałych faz zgodnie z żądanym kierunkiem obrotów zasilanego silnika i dalej periodycznie, co powoduje powstanie na wyjściu przemiennika napięć trójfazowych o częstotliwości odwrotnie proporcjonalnej do ilości przyłączanych impulsów, a więc niższej niżThe process of connecting voltage pulses to a given phase of the motor is repeated successively for the other two phases in accordance with the desired direction of rotation of the supplied motor and then periodically, which results in the generation of three-phase voltages at the converter output with a frequency inversely proportional to the number of pulses connected, i.e. lower than

180 575 częstotliwość sieci zasilającej. Wartość średnią uformowanych przebiegów fazowych napięć wyjściowych przemiennika zmienia się poprzez zmianę czasu trwania przyłączanych impulsów napięciowych.180 575 mains frequency. The average value of the formed phase waveforms of the converter output voltages changes by changing the duration of the connected voltage pulses.

W wyniku stosowania takiego sterowania uzyskano częstotliwości wyjściowe przemiennika o wartościach równych 25 Hz, 16,7 Hz, 12,5 Hz i 10 Hz, przy których uzyskano również zadowalające własności zastosowanego układu napędowego.As a result of using such control, the output frequencies of the converter were obtained with the values equal to 25 Hz, 16.7 Hz, 12.5 Hz and 10 Hz, at which satisfactory properties of the applied drive system were also obtained.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.Publishing Department of the UP RP. Mintage 60 copies. Price PLN 2.00.

Claims (1)

Zastrzeżenie patentowePatent claim Sposób sterowania trójfazowego bezpośredniego przemiennika częstotliwości zasilającego silnik indukcyjny, umożliwiający za pomocą sterowanych łączników elektronicznych połączenie każdego z trzech potencjałowych punktów wyjściowych przemiennika z każdym z trzech potencjałowych punktów sieci zasilającej, a polegający na formowaniu przebiegów napięć wyjściowych przemiennika z wycinków przebiegów sinusoidalnych napięć sieci zasilającej poprzez sekwencyjne załączanie jego poszczególnych łączników, znamienny tym, że jeden cykl przebiegu fazowego napięcia wyjściowego przemiennika zasilającego daną fazę silnika indukcyjnego formuje się poprzez przyłączanie do danej fazy silnika za pomocą łączników przemiennika kolejno impulsów napięciowych stanowiących końcowe fragmenty półfal jednego znaku co najmniej dwóch następujących po sobie przebiegów sinusoidalnych napięć fazowych sieci zasilającej przemiennik, a następnie odpowiednio impulsów napięciowych przeciwnego znaku, o szerokości tak dobranej, że prąd płynący w danej fazie silnika w wyniku każdego z przyłączanych impulsów, maleje każdorazowo do zera po ich zaniku i w każdych warunkach obciążenia silnika, a wartość średnią uformowanego przebiegu fazowego napięcia wyjściowego przemiennika zmienia się poprzez zmianę czasu trwania pojedynczego przyłączanego impulsu napięciowego, zaś częstotliwość tego przebiegu określa się poprzez zmianę ilości impulsów napięciowych tego samego znaku przyłączanych kolejno do danej fazy silnika, przy czym jest ona odwrotnie proporcjonalna do ilości tych impulsów, a operację formowania przebiegu fazowego napięcia wyjściowego przemiennika powtarza się kolejno dla dwóch pozostałych faz zgodnie z żądanym kierunkiem obrotów zasilanego silnika i dalej periodycznie.A method of controlling a three-phase direct frequency converter supplying an induction motor, enabling the connection of each of the three potential output points of the converter with each of the three potential points of the supply network by means of controlled electronic connectors, consisting in forming the output voltage waveforms of the converter from sections of sinusoidal voltage waveforms of the supply network through sequential switching on its individual switches, characterized in that one cycle of the phase waveform of the converter output voltage supplying a given phase of the induction motor is formed by connecting to a given phase of the motor, by means of the converter connectors, successively voltage pulses constituting the end half-wave fragments of one sign of at least two consecutive sinusoidal waveforms phase voltages of the power supply network to the converter, and then the corresponding voltage pulses of the opposite sign, with the width selected in this way, that the current flowing in a given phase of the motor as a result of each of the connected pulses, decreases each time to zero after their decay and in all conditions of the motor load, and the average value of the formed phase waveform of the converter output voltage changes by changing the duration of a single connected voltage pulse, and the frequency of this The waveform is determined by changing the number of voltage pulses of the same sign connected successively to a given phase of the motor, where it is inversely proportional to the number of these pulses, and the operation of forming the phase waveform of the converter output voltage is repeated successively for the other two phases according to the desired direction of rotation of the supplied engine and then periodically.