RU1830178C - Method of frequency control of assynchronous motor - Google Patents

Abstract

Использрвание: в частотно-регулированном электроприводе. Сущность: в процессе управлени  асинхронным двигателем широтно-импульсное модулирование напр жени  питани , подводимого к двигателю , обеспечивающего его регулирование по закону U Uo + K0f, осуществл ют путем дополнительного регулировани  длительности импульсов в каждой полуволне напр жени  питани  по закону т Г0 + K0/f, где U. Uo - величины напр жений по первой гармонике; f - частота напр жени  питани  двигател ; г, Т0 - длительности импульсов; К, К0- посто нные коэффициенты. При этом Uo и Г0 - посто нные величины. 3 ил. слUsage: in a frequency-controlled electric drive. Essence: in the process of controlling an asynchronous motor, pulse-width modulation of the supply voltage supplied to the motor, providing its regulation according to the law U Uo + K0f, is carried out by additionally controlling the pulse duration in each half-wave of the supply voltage according to the law Г0 + K0 / f where U. Uo are the values of voltages in the first harmonic; f is the voltage frequency of the motor; g, T0 - pulse duration; K, K0 are constant coefficients. Moreover, Uo and Г0 are constant quantities. 3 ill. cl

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе.The invention relates to electrical engineering and can be used in a frequency-controlled asynchronous electric drive.

Цель изобретени  - повышение устойчивости путем сохранени  перегрузочной способности на низкой частоте вращени .The purpose of the invention is to increase stability by maintaining overload capability at a low speed.

На фиг.1 представлена схема одного из возможных устройств, реализующего предлагаемый способ частотного управлени  асинхронным двигателем; на фиг.2 - схема мостового инвертора с подключением к нему фазных обмоток управл емого двигател ; на фиг.3 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.Fig. 1 is a diagram of one of the possible devices implementing the proposed method for frequency control of an induction motor; Fig. 2 is a diagram of a bridge inverter with the phase windings of a controlled motor connected to it; figure 3 is a timing diagram illustrating the operation of the device.

Устройство содержит последовательно соединенные трехфазный асинхронный двигатель 1, трехфазный мостовой инвертор 2 и блок 3 управлени  силовыми элементамиThe device comprises a series-connected three-phase induction motor 1, a three-phase bridge inverter 2 and a power element control unit 3

инвертора, который подключен входом к за- дэтчику 4 скорости вращени .an inverter, which is connected by an input to the speed controller 4.

Блок 3 управлени  силовыми элементами инвертора содержит преобразователь 5 напр жение-частота, одновибратор 6 с управл ющим входом, подключенный запускающим входом к выходу преобразовател  5, формирователь 7 сигналов управлени  силовыми элементами анодной группы инвертора , подключенный входом к выходу одновибратора 6, и формирователь 8 сигналов управлени  силовыми элементами катодной группы инвертора, подключенный входом к выходу преобразовател  5. Входом блоха 3 управлени   вл етс  вход преобразовател  5, объединенный с управл ющим входом одновибратора 6, а выходом - выходы формирователей 7 v 8 сигналом управлени  силовыми элементами инвертора.The inverter power element control unit 3 comprises a voltage-frequency converter 5, a single-vibrator 6 with a control input connected by a triggering input to the output of the converter 5, a power signal driver 7 of the inverter anode group connected to the input to the output of the one-shot 6, and a signal shaper 8 control the power elements of the cathode group of the inverter connected to the input of the output of the converter 5. The input of the control flea 3 is the input of the converter 5, combined with the control 6 monostable input and output - outputs formers 7 v 8 signal controlling power inverter elements.

00 Ы00 s

О -ABOUT -

VI СОVI CO

соwith

Трехфазный мостовой инвертор 2 гдаедставл ет собой т5ри однофазных инвертора , соединенных в трехфазную группу . Управл ющие входы 9-14 силовых элементов анодной группы инвертора св заны с соответствующими выходами формировател  7, а управл ющие входы 15-20 силовых элементов катодной группы инвертора - с выходами формировател  8. Высокий уровень выходных сигналов формирователей 7 и 8 соответствует замкнутому состо нию соответствующих силовых элементов инвертора 2.A three-phase bridge inverter 2 consists of three single-phase inverters connected in a three-phase group. The control inputs 9-14 of the power elements of the anode group of the inverter are connected to the corresponding outputs of the driver 7, and the control inputs 15-20 of the power elements of the cathode group of the inverter are connected to the outputs of the driver 8. The high level of the output signals of the drivers 7 and 8 corresponds to the closed state of the corresponding power elements of the inverter 2.

Устройство работает следующим образом .The device operates as follows.

Задатчик А скорости формирует напр жение , пропорциональное требуемой частоте f питани  двигател  1.The speed adjuster A generates a voltage proportional to the required power frequency f of the motor 1.

Выходное напр жение задатчика 4 скорости преобразуетс  с помощью блока 5 в импульсы, частота следовани  которых равна Of. Одновибратор б преобразует входные импульсы в импульсы с переменной длительностью , равнойThe output voltage of the speed adjuster 4 is converted by pulser 5 into pulses with a pulse repetition rate of Of. One-shot b converts the input pulses into pulses with a variable duration equal to

+ Ko/f, + Ko / f,

(1)(1)

где То, Ко - посто нные величины.where To, Ko are constant values.

С помощью формирователей 7 и 8 и трехфазного мостового инвертора 2 обмотки двигател  1 запитываютс  трехфазным импульсным напр жением. Кажда  полуволна фазных напр жений двигател  1 состоит из трех импульсов, равных по амплитуде„и по длительности, смещенных друг относительно друга по фазе на угол л:/3, При этом длительность импульсов определ етс  выражением (1).Using shapers 7 and 8 and a three-phase bridge inverter 2, the windings of the motor 1 are energized by a three-phase pulse voltage. Each half-wave of the phase voltages of the motor 1 consists of three pulses, equal in amplitude and in duration, displaced relative to each other in phase by an angle l: / 3. In this case, the pulse duration is determined by expression (1).

На фиг.З приведены временные диаграммы , по сн ющие работу устройства, где Us. Ue- выходные сигналы преобразовател  5 и одновибратора 6,Fig. 3 is a timing chart illustrating the operation of the device, where Us. Ue - the output signals of the Converter 5 and the single vibrator 6,

Ui, I 9, 10,,.20 - сигналы управлени  силовыми элементами инвертора 2,Ui, I 9, 10 ,,. 20 - control signals of the power elements of the inverter 2,

DA, UB, Uc фазные напр жени  двигател  1,:DA, UB, Uc phase voltages of the motor 1 ,:

В соответствии с гармоническим анализом амплитуда первой гармоники фазных напр жений двигател  1 с достаточной степенью точности равнаAccording to harmonic analysis, the amplitude of the first harmonic of the phase voltages of the motor 1 with a sufficient degree of accuracy is

U 8Unrf,U 8Unrf,

где Un - амплитуда импульсов напр жени , равна  напр жению питани  инвертора 2,where Un is the amplitude of the voltage pulses, equal to the supply voltage of inverter 2,

Тогда с учетом (1) амплитуда первой гармоники представл етс  в видеThen, taking into account (1), the amplitude of the first harmonic is represented as

U - Do + Kf,(2)U - Do + Kf, (2)

где U0 8UnK0, К « 8 Un Го.(3)where U0 8 UnK0, K <8 Un Go. (3)

Из полученного результата следует, что при регулировании длительности импульсов в каждой полуволне напр жени  пита- ни  двигател  согласно (1) напр жение питани  двигател  уменьшаетс  в меньшей степени, чем снижаетс  частота,From the result obtained, it follows that when controlling the pulse duration in each half-wave of the power supply voltage of the motor according to (1), the power supply voltage of the motor decreases to a lesser extent than the frequency decreases.

Когда напр жение питани  двигател  измен етс  пропорционально частоте, на низких частотах из-за увеличени  доли паWhen the voltage of the motor changes in proportion to the frequency, at low frequencies due to an increase in the fraction of pa

дени  напр жени  на активных сопротивлени х от общего напр жени  питани  двигател  магнитна  система двигател  оказываетс  недовозбужденной. Как следствие, падение максимума моментаVoltage days at the active resistances of the total supply voltage of the motor The magnetic system of the motor is under-excited. As a result, a drop in the maximum moment

двигател  и ухудшение жесткости его механической характеристики.engine and the deterioration of the rigidity of its mechanical characteristics.

Когда же напр жение питани  задаетс  согласно (2), представл етс  возможным существенно улучшитьWhen the supply voltage is set according to (2), it seems possible to significantly improve

характеристики двигател  на низких частотах за счет компенсации падени  напр жени  на активных сопротивлени х двигател .engine characteristics at low frequencies by compensating for the voltage drop across the active resistances of the engine.

В данном случае зависимость напр жени  питани  двигател  от частоты определ етс  коэффициентами U0 и К. Эти коэффициенты согласно (3) завис т от тъ и Ко, которые задают длительность импульсов напр жени  питани  двигател  в зависимости от требуемой частоты питани .In this case, the dependence of the motor voltage on the frequency is determined by the coefficients U0 and K. These coefficients according to (3) depend on m and Ko, which specify the duration of the voltage pulses of the motor depending on the desired frequency.

Посто нные коэффициенты тъ и К0 выбираютс  с учетом параметров двигател  согласно формулам:The constant coefficients mb and K0 are selected taking into account the parameters of the engine according to the formulas:

То Then

UH - UMHHUH - UMHH

Ко To

8Un (fH-fMV1H) Омин in - UH Тмин8Un (fH-fMV1H) Omin in - UH Cumin

UH-UUh-u

минmin

55

00

55

где UH, fn номинальные значени  амплитуды и частоты напр жени  питани  двигател ;where UH, fn are nominal values of the amplitude and frequency of the power supply voltage of the motor;

UMHH, fMHH - минимальные значени  амплитуды и частоты напр жени  питани  двигател , соответствующие нижней границе диапазона регулировани  частоты вра- гцени . UMHH, fMHH are the minimum values of the amplitude and frequency of the voltage supply to the motor, corresponding to the lower limit of the frequency control range.

Напр жение UMMH принимаетс  максимально допустимым,The voltage of the UMMH is accepted as much as possible,

Таким образом, дополнительное регулирование длительности импульсов в каждой полуволне напр жени  питани  двигател  по предлагаемому закону позвол ет уменьшать напр жение питани  двигател  в меньшей степени, чем снижаетс  частота. Это дает возможность повысить устойчивость привода путем сохранени  перегрузочной способности двигател  на низких частотах вращени .Thus, the additional regulation of the pulse duration in each half-wave of the voltage supply of the motor according to the proposed law makes it possible to reduce the voltage supply of the motor to a lesser extent than the frequency decreases. This makes it possible to increase the stability of the drive by maintaining the overload capacity of the motor at low rotational speeds.

Фор мула изобретени  Способ частотного управлени  асинхронным двигателем, при котором регулируют частоту и величину напр жени  питани  асинхронного двигател  путем широтно-им- пульсного модулировани  посто нного напр жени  питани  инвертора, обеспечива  закон регулировани  U Uo + Kf, о т л и ч а- ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  перегрузочной способности на низкой частоте вращени , широтно-импульсное модулирование осуществл ют путем дополнительногоSUMMARY OF THE INVENTION A method for frequency control of an induction motor, in which the frequency and magnitude of the voltage of the asynchronous motor are controlled by pulse-width modulating the DC voltage of the inverter, providing the law of regulation U Uo + Kf and with the fact that, in order to increase the overload capacity at a low speed, pulse-width modulation is carried out by additional

регулировани  длительности импульсов в каждой полуволне напр жени  питани  по следующему закону:adjusting the pulse duration in each half-wave of the supply voltage according to the following law:

r T0+Ko/f,r T0 + Ko / f,

где U, Uo - величины напр жений по первой гармонике;where U, Uo are the voltage values at the first harmonic;

т, TO - длительность импульсов; К, Ко - посто нные коэффициенты; при этом Uo, TO - посто нные величины;t, TO - pulse duration; K, Ko — constant coefficients; in this case, Uo, TO are constant values;

f - частота напр жени  питани  асинхронного двигател .f is the frequency of the supply voltage of the induction motor.

99

ЮYU

ПP

юSiyiWuSiyiW

ВAT

.U.U

Фш../Fsh ../

13thirteen

/4/4

77

22

&&

22